Das Problem mit CFK Laminaten ist in der Regel nicht die Carbon Faser sonder die Anbindung der Faser an das umgebende Harz. Ein Laminat kann und das sein größer Vorteil gegenüber Alu anisotrop aufgebaut werden. D.h. je nach verwendeter Faserrichtung der einzelnen Gewebe kann hier richtungsabhängig die Festigkeit und auch begrenzt die Steifigkeit beeinflusst werden. Da die Bruchdehnung der Carbon Faser und die des Harzes ungefähr eine Größenordnung auseinander liegt, das Harz aber eigentlich keine Festigkeit mitbringe kommt es in der Regel zu einen delamieren der Schichten, dann zu einem Knicken der einzelnen Lagen und dann erst zum Bruch. Was man da im Video hört ist also ungefähr dieser Ablauf. Aus dem Flugzeugbau kommend ist dieses Geräusch von so manchen Bruchtest her bekannt.
Aber dafür kann man einen Rahmen auslegen der dann immer noch steifer und leichter ist als ein Alu oder gar Stahlrahmen. Carbon wird erst dann zu einem Problem wenn es in kleinen Radien verlegt wird oder es zu einem Schlag senkrecht zur Faserorientierung kommt. Jemand der schon mal mit Carbon Fasern gearbeitet hat wird feststellen das man selbst einen dünnen Roving nicht zerreisen kann. Macht man aber einen einfachen Knoten hinein reißt der Roving praktisch ohne Kraftaufwand. Enge Biegeradien die eine hohe Schubspannung in der Faser verursachen klassen jede Carbonfaser bei einem Bruchteil ihrer eigentlichen Zugfestigkeit versagen.
Belastungen senkrecht zum Laminat bzw. zur Faserorientierung bewirken ein lokales "Einbeulen" des Laminats, so dass zwischen den Laminatschichten eine Schubspannung entsteht welche auch zu einer Delamination führen kann. Damit wird sofort die Biegesteifigkeit herabgesetzt weil zwischen den Lagen bei Biege- oder Druckbeanspruchung keine Kraft übertragen werden kann. Der Rahmen verliert an "Beulsteifigkeit" und somit insgesamt an Festigkeit weil das Laminat nach innen oder außen bei Druckbeanstruckung ausweichen möchte. In der Regel sind derartige Schäden an Laminaten von außen höchstens durch einen kleinen Schaden im Gelcoat oder der Lackierung zu erkennen. Wenn man "Glück" hat knistert der Rahmen bei Belastung was einem das Röntgen erspart, nicht aber den Neukauf oder der Reparaturversuch.
Theoretisch kann man einen MTB Rahmen bauen der 25 - 40% leichter ist als ein Alu Rahmen wenn man ihn nicht auf Beulen belastet und er keine Schläge abbekommt. Diese könnte man umgehen indem man anstatt ein durchgehendes "Carbonrohr" aufzubauen auf die Sandwich Bauweise zurückgreift. D.h. man Macht einen Aufbau der Rohrwand aus einem sehr dünnen Glasgewebe (mechanischer Schutz der Carbonfaser, 27 - 44g/m²) der entsprechenden Menge an Carbon, einen Kern einem Schaum oder Wabenmaterial (Rohazell, Kevlar Waabenmaterial) und auf der Innenseite des "Rohres" wieder Carbongewebe. Ein solches Laminat muss dann in der Regel per Vakuum Sack getempert ausgehärtet werden. Im Flugzeugbau ist dies seit 20 Jahren Stand der Technik.
Ein derartiger Rahmen wäre dann Bocksteif und bei gleichem Gewicht wie aus Alu deutlich bruchfester oder aber bei vergleichbarer Festigkeit leichter 10 - 15%. Man baut also mehr Festigkeit (Schläge die zum Beulen führen, Festigkeitsverlust durch Biegeradien gerade bei Einbindung von Metallinserts für Verschraubungen, Steckachsen, Schaltaugen, .....) ein als man im Normalbertrieb ohne Sturz oder Umfallen des Rades benötigt. Eibnflüsse die Geschwindikeits- und Temperaturversprödung lassen wir mal besser außen vor.
Grüße,
Frank
Aber dafür kann man einen Rahmen auslegen der dann immer noch steifer und leichter ist als ein Alu oder gar Stahlrahmen. Carbon wird erst dann zu einem Problem wenn es in kleinen Radien verlegt wird oder es zu einem Schlag senkrecht zur Faserorientierung kommt. Jemand der schon mal mit Carbon Fasern gearbeitet hat wird feststellen das man selbst einen dünnen Roving nicht zerreisen kann. Macht man aber einen einfachen Knoten hinein reißt der Roving praktisch ohne Kraftaufwand. Enge Biegeradien die eine hohe Schubspannung in der Faser verursachen klassen jede Carbonfaser bei einem Bruchteil ihrer eigentlichen Zugfestigkeit versagen.
Belastungen senkrecht zum Laminat bzw. zur Faserorientierung bewirken ein lokales "Einbeulen" des Laminats, so dass zwischen den Laminatschichten eine Schubspannung entsteht welche auch zu einer Delamination führen kann. Damit wird sofort die Biegesteifigkeit herabgesetzt weil zwischen den Lagen bei Biege- oder Druckbeanspruchung keine Kraft übertragen werden kann. Der Rahmen verliert an "Beulsteifigkeit" und somit insgesamt an Festigkeit weil das Laminat nach innen oder außen bei Druckbeanstruckung ausweichen möchte. In der Regel sind derartige Schäden an Laminaten von außen höchstens durch einen kleinen Schaden im Gelcoat oder der Lackierung zu erkennen. Wenn man "Glück" hat knistert der Rahmen bei Belastung was einem das Röntgen erspart, nicht aber den Neukauf oder der Reparaturversuch.
Theoretisch kann man einen MTB Rahmen bauen der 25 - 40% leichter ist als ein Alu Rahmen wenn man ihn nicht auf Beulen belastet und er keine Schläge abbekommt. Diese könnte man umgehen indem man anstatt ein durchgehendes "Carbonrohr" aufzubauen auf die Sandwich Bauweise zurückgreift. D.h. man Macht einen Aufbau der Rohrwand aus einem sehr dünnen Glasgewebe (mechanischer Schutz der Carbonfaser, 27 - 44g/m²) der entsprechenden Menge an Carbon, einen Kern einem Schaum oder Wabenmaterial (Rohazell, Kevlar Waabenmaterial) und auf der Innenseite des "Rohres" wieder Carbongewebe. Ein solches Laminat muss dann in der Regel per Vakuum Sack getempert ausgehärtet werden. Im Flugzeugbau ist dies seit 20 Jahren Stand der Technik.
Ein derartiger Rahmen wäre dann Bocksteif und bei gleichem Gewicht wie aus Alu deutlich bruchfester oder aber bei vergleichbarer Festigkeit leichter 10 - 15%. Man baut also mehr Festigkeit (Schläge die zum Beulen führen, Festigkeitsverlust durch Biegeradien gerade bei Einbindung von Metallinserts für Verschraubungen, Steckachsen, Schaltaugen, .....) ein als man im Normalbertrieb ohne Sturz oder Umfallen des Rades benötigt. Eibnflüsse die Geschwindikeits- und Temperaturversprödung lassen wir mal besser außen vor.
Grüße,
Frank
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