Carbon erklärt #1: Herstellung, Eigenschaften, Stabilität und Haltbarkeit

Nachdem wir IBC-User mi.ro bereits zum Carbonthema interviewt und vorgestellt hatten, geht es jetzt los: Miro wird in seinem ersten Artikel rund um das Thema Carbon auf grundlegende Themen rund um den Werkstoff eingehen. Was ist eigentlich Carbon? Wie Carbon hergestellt wird, welche Eigenschaften es hat und wie man es stabil und haltbar kriegt, erklären wir euch in diesem Artikel.


→ Den vollständigen Artikel "Carbon erklärt #1: Herstellung, Eigenschaften, Stabilität und Haltbarkeit" im Newsbereich lesen

 

[mi2]

Habe auch eine frage. Einige Hersteller geben ja z.b. die info das ihre Ihre Parts aus dem so genannten T1000 (800 oder 700 und 300 gibt es ja auch) gefertigt ist. Soweit ich weiß handelt es sich dabei um Fasern des Japanische Herstellers Torayca. Schaut man nun in die Tabellen die im Artikel gezeigt sind, sieht man das es durchaus noch stärkere Fasern gibt. Wieso nutzt man diese nicht beim herstellen von Bikeparts ?

Kannst du nochmal genau erklären was Zugfestigkeit in MPa und Zug-E-modul in Gpa ist ?

Welches Zuggewicht entspricht z.b. 4000Mpa? 400kg


Danke

 

[dopero]

4000 MPa ~ 400 kg/mm²

 

[Liqueurhawk]

Und das heißt? Woran erkennt der autor das niveau derjenigen, die dieses thema anclicken? Das schöne ist ja, dass er auf fragen eingeht. Aber dann wird immer noch gepostet, dass man das bitte in drei sätzen unter vermeidung von fachbegriffen (aber beliebig vielen szenenidioms) vollständig verständlich erklären soll.

Der Sinn einer Einführung ist es, Menschen Wissensgebiete oberflächlich zugängig zu machen, also dass sie ein Gefühl dafür bekommen. Grundsätzlich sollte man dabei Fachbegriffe erklären oder diese verlinken (in wissenschaftlichen Artikeln meist durch Fußnoten). Da sich im IBC Menschen mit vielen unterschiedlichen Hintergründen herumtreiben, kann man davon ausgehen das auch allgemeinere Fachbegriffe, also nicht spezifisch für Faserwerkstoffe verwendete, erklärt werden sollten. Man kann also Anhand des Zwecks "Einführung" und des Kontext "IBC" sehr gut ablesen für welchen Wissenstand der Artikel verfasst wird.

@mi.ro Das oben genannte bitte als konstruktive Kritik verstehen. Ich weis wie schwer es ist als Experte fachfremdem Publikum etwas näher zu bringen. Hin und wieder eine Klammer mit einer kurzen Erläuterung würden den Lesefluss schon erhöhen und den Frustfaktor senken. Vielen Dank für die Mühe! Und gerne mehr davon.

 

[theobviousfaker]

Ich möchte nochmal eine Lanze FÜR das hohe Niveau des Artikels brechen. Ich gönne allen, die den Artikel nicht vollständig verstanden haben bessere Erklärungen. Gleichzeitig würde ich mich freuen, wenn die zukünftigen Artikel nicht an Präzision verlieren (und auch nicht allzu "fett" werden - ich finde die Kürze sogar sehr gut für die geistige Übersicht). Letztendlich ist es ja auch optimal, dass der Verfasser hier im Forum mitquatscht, die Erläuterung zur Messerkante hatte mir auch gefehlt.
Danke!

 

[hellmono]

Um mich mal zu outen: Ich habe nix gelernt, außer labern (Marketing). Mit etwas Sachverstand + Google kommt man aber schon wirklich weit, was den Artikel angeht. Von meiner Seite auch ein großes Danke für die Inhaltstiefe. Vor lauter Nonsens und weiteren "pinken" Artikeln kommt irgendwie zuletzt kaum was sinnvolles aus dem IBC.

Was die Problematik mit Alunippeln in Carbonfelgen angeht, muss ich mich echt mal einlesen, denn das habe ich zB nicht verstanden.

 

[Livanh]

In anderen Foren die viel mit technischen Begriffen zu tun haben gibts Bots, die den Artikel oder auch die Kommentare durchsuchen und dann eine Zusammenfassung und Erklärungen der vorkommenden Begriffe bringen. Vielleicht wäre sowas hier auch möglich?

Man bräuchte eine kleine Datenbank/Wiki mit den gebräuchlichen Begriffen und in Spezialfällen wie hier kann der Autor dann auch selber Schlagwörter hinzufügen. Der Bot durchsucht dann den Artikel und postet einfach eine Tabelle. Evtl könnte der Bot auch bei jeder neuen Seite checken ob neue Schlagworte in den Kommentaren vorkommen und den Eingangspost erweitern.

So sieht das zb auf Reddit in einen Subforum zur Raumfahrt aus:
https://www.reddit.com/r/spacex/comments/5ztcdn/chris_b_spacex_has_march_27_window_16582058/df0w91e/

 

[mi.ro]

Habe auch eine frage. Einige Hersteller geben ja z.b. die info das ihre Ihre Parts aus dem so genannten T1000 (800 oder 700 und 300 gibt es ja auch) gefertigt ist. Soweit ich weiß handelt es sich dabei um Fasern des Japanische Herstellers Torayca. Schaut man nun in die Tabellen die im Artikel gezeigt sind, sieht man das es durchaus noch stärkere Fasern gibt. Wieso nutzt man diese nicht beim herstellen von Bikeparts ?

Kannst du nochmal genau erklären was Zugfestigkeit in MPa und Zug-E-modul in Gpa ist ?

Welches Zuggewicht entspricht z.b. 4000Mpa? 400kg


Danke

Also mal ganz rudimentär erklärt:

MPa steht für MegaPascal. 1 MegaPascal entspricht 1 N/mm² und ist ein Maß für die Spannung in einem Bauteil. Newton pro Querschnittsfläche. Also ziehe ich nun an einem Stab mit einer Querschnittsfläche von 10mm ² mit 100N herrscht im Bauteil eine Spannung von 100N/10mm² also 10N/mm². Wenn ein Bauteil belastet wird verformt es sich. Wie stark es sich verformt hängt von der Steifigkeit des Werkstoffes ab. Dieser Steifigkeitswert nennt sich E -Modul. Da der E-Modul oft sehr groß ist wird er häufig in GPa (Gigapascal) angegeben. Stahl hat beispielsweise einen E-Modul von 210.000 N/mm² was 210 GPa entspricht.


Warum wird in der Bikebranche nicht mit T800 oder T1000 gefertigt? Naja, ein paar Exoten gibt es schon, die solche Fasern verbauen. Der Hauptgrund sind aber klar die Kosten. Während man für eine T700 Faser 17€/kg (Als Großabnehmer) Zahlt kostet eine T1000 schon fast das 3 Fache. Ich habe mir vor Kurzem eine Ultrahochmodulfaser für 200€/kg gekauft.

 

[FrankausHalle]

Grundsätzlich eine tolle Idee solche Themen hier anzubieten und Mitglieder aus dem Forum dazu zu gewinnen. Dazu ein Lob.

Nach zwei Abschnitten habe ich jedoch aufgehört zu lesen. Bitte passt den Textstil so an, dass halbwegs jeder mitkommt und lektoriert den Text gewissenhaft. Wenn ich lese, dass ein Abschnitt mit "Darauf bezogen...." beginnt, frage ich mich warum bei der Korrektur nicht sorgfältig gearbeitet wurde. Ein Abschnitt ist eine Sinntrennung im Text und kann aus dem Grund nicht mit einer Logikverknüpfung beginnen. Schade, damit leidet das Ganze Verständnis des Themas.

 

[svennox]

..so siehts aus... sehr interessant das Ganze.. somit THX. für die Mühe

 

[Daniel1982]

Hallo ich finde den Bericht Super auch wenn ich einiges auch nicht direkt verstanden habe.
Mich interessiert es einfach mehr über Carbon zu erfahren. Besonders weil ich letzte Woche meinen Enduro Rahmen beim Kurbel aufsetzen am Sitzrohr zum brechen gebracht habe.
In meinen Carbon Laufrädern sind auch alu nippel, wieder was gelernt.
Freue mich schon auf die weiteren Beiträge.
Grüße Daniel

 

[Livanh]

Warum wird in der Bikebranche nicht mit T800 oder T1000 gefertigt? Naja, ein paar Exoten gibt es schon, die solche Fasern verbauen. Der Hauptgrund sind aber klar die Kosten. Während man für eine T700 Faser 17€/kg (Als Großabnehmer) Zahlt kostet eine T1000 schon fast das 3 Fache. Ich habe mir vor Kurzem eine Ultrahochmodulfaser für 200€/kg gekauft.

kann man als verbraucher denn herausfinden was verwendet wird?

und werden hier fasern gemischt? zb streben aus xy und am tretlager dann andere fasern?

 

[Nash]

@Oldie-Paul: Das heißt wir befinden uns auf MTB-News wo wohl der Durchschnitt der radbegeisterten Menschen liest, kommentiert und Erfahrungen austauscht. Es ist weder eine Webseite für Hochbegabte, noch befinden wir uns in einer Fachjournaille über die industrielle Kohlefaserverarbeitung.

Es ist doch auch nicht zu viel verlangt statt Begriffe wie "Filamente" und "Roving" lieber "Endlosfaser" und "Endlosfaserbündel" zu schreiben. Natürlich kann man mit diesen Fachbegriffen um sich werfen, aber das macht den Artikel für die meisten dann eher unattraktiv und behindert den Lesefluss, wenn man zwischendrin jedes Wort davon im WWW nachschauen muss.

Wie gesagt ein bisschen Kritik muss man schon ertragen können, ohne sich gleich beleidigt zu fühlen. Es ist ja auch gut gemeint.

 

[Deleted 410405]

Interessiert das jemanden?

Dich sicherlich nicht

Ich wollte damit lediglich zum Ausdruck bringen, dass ich diese Vorstellung von Carbon als deutlich zu wissenschaftlich und viel zu speziell betrachte. Und das ist ja erst der erste Teil.
Was ich damit sagen möchte, ich würde mich mit sochen Details nie im Leben befassen, wenn es um die Anschaffung eines Carbonrahmens gehen sollte, bzw. müsste ich mich so damit befassen, wäre ein Carbonrahmen definitiv raus
Es wird hier leider viel zu viel geschrieben, aber die ganzen (neuen) Autoren müssen ja auch beschäftigt sein.

 

[Elefantenvogel]

Was mich interessieren würde- wie schaut es mittlerweile mit dem Recycling von Carbon aus?

 

[Orakel]

Bevor ich mir 2000 mein erstes Carbonbike zugelegt habe, kaufte ich von Michaeli/Huybrechts/Wegener das Fachbuch Dimensionieren mit Faserverbundkunststoffen.
Daher für mich ein verständlicher Artikel,und
Mit Rissfarbe konnte ich schon ausschließen dass mein Carbonhinterbau defekt war

 

[xmaxle]

Bedenklich, dass auch hier im Artikel die weit verbreitete Binsenweisheit "Weg damit" im (vermeintlichen) Schadensfall propagiert wird. Der Wegwerfmentalität zum Trotz ist CFK reparierbar und das kommt hier deutlich zu kurz.

 

[MLK-LAW]

Was passiert eig. mit einem alten/kaputten Carbonrahmen? Kann das Zeug recycelt werden oder is das Sondermüll?

 

[Oldie-Paul]

@Oldie-Paul: Das heißt wir befinden uns auf MTB-News wo wohl der Durchschnitt der radbegeisterten Menschen liest, kommentiert und Erfahrungen austauscht. Es ist weder eine Webseite für Hochbegabte, noch befinden wir uns in einer Fachjournaille über die industrielle Kohlefaserverarbeitung.

Es ist doch auch nicht zu viel verlangt statt Begriffe wie "Filamente" und "Roving" lieber "Endlosfaser" und "Endlosfaserbündel" zu schreiben. Natürlich kann man mit diesen Fachbegriffen um sich werfen, aber das macht den Artikel für die meisten dann eher unattraktiv und behindert den Lesefluss, wenn man zwischendrin jedes Wort davon im WWW nachschauen muss.

Wie gesagt ein bisschen Kritik muss man schon ertragen können, ohne sich gleich beleidigt zu fühlen. Es ist ja auch gut gemeint.

Da sind wir uns ja einig. Filament ist OK, auch wenn es viele bedeutungen hat. Roving ist unnötig. Bündel versteht jeder. Langfaser statt endlos würde vielleicht reichen. Sie ist länger als jedes bike. Das genügt. Wenn allerdings der informationsgehalt des artikels verringert wird, wird er schnell nutzlos.
@Snickie81 Da sollen besser die biken gehen, die das nicht interessiert. Ich gehe biken, wenn die style-polizei um die ecke kommt oder eine diskussion persönlich wird.

Eine kleine ergänzung zum e-modul.
Er ist definiert im bereich der linearen verformung. Hier ist das diagramm kraft als folge der dehnung eine gerade, daher "linear". Dieser bereich wird auch elastischer bereich genannt, da bei entlastung der ausgangszustand vollständig zurückgestellt wird. Dieser bereich liegt typisch im bereich weniger %. Darüber bleibt das material bleibend verformt.
Aber erst an der festigkeit(sgrenze) reißt das material endgültig.
Bei hochmodulfasern wie carbonfasern gibt es so gut wie keinen bereich der bleibenden verformung. Am ende des linearen bereiches reißt die faser sofort. Der bereich ist typisch <2%.
Und hieraus erkennt man, warum man fehler in einem carbonwerkstück schwer erkennt. Es ist keine bleibende verformung, beule, biegung, verdrehung zu erkennen. Und dabei geht es nur um die faser. Bei alu oder stahl hat man eine wohlgeformte beule. Mein stahl-rennrad habe ich mit beule im oberrohr noch 10 jahre gefahren. Bei einem titanal rahmen oder einem alurahmen habe ich erst den fast vollständigen durchbruch bemerkt.

 

[kordesh]

Top Artikelserie! Sehr interessant!

@mi.ro Mich würde deine Einschätzung zu leichten Quetschungen von Rahmen interessieren. Gerade in Bezug auf den Transport von Räder auf einem Dachträger (in meinem Fall Thule Freeride 532), wie wohl 1000-Fach der Fall in der Praxis. Transportiere ich das Rad, gibt es immer eine leichte Verformung am Unterrohr, wenn ich den Rahmen einspanne. Brechen auch bei leichten Quetschungen direkt die Fasern oder "löst" beispielsweise sich direkt die Verbindung zwischen Fasern und Harz

 

[mi.ro]

Top Artikelserie! Sehr interessant!

@mi.ro Mich würde deine Einschätzung zu leichten Quetschungen von Rahmen interessieren. Gerade in Bezug auf den Transport von Räder auf einem Dachträger (in meinem Fall Thule Freeride 532), wie wohl 1000-Fach der Fall in der Praxis. Transportiere ich das Rad, gibt es immer eine leichte Verformung am Unterrohr, wenn ich den Rahmen einspanne. Brechen auch bei leichten Quetschungen direkt die Fasern oder "löst" beispielsweise sich direkt die Verbindung zwischen Fasern und Harz

Hier hat höchstwahrscheinlich bereit ein Zwischenfaserbruch stattgefunden. Drucklasten auf das Laminat können nicht mehr voll umfänglich ertragen werden. Ich hätte hier bereits Bedenken.

 

[vinz176]

Bedenklich, dass auch hier im Artikel die weit verbreitete Binsenweisheit "Weg damit" im (vermeintlichen) Schadensfall propagiert wird. Der Wegwerfmentalität zum Trotz ist CFK reparierbar und das kommt hier deutlich zu kurz.

am ende von dem abschnitt "Versagen bei Carbon-Bauteilen erkennen" steht "In jedem Fall gilt: An manchen dieser Teile hängt eure Gesundheit oder mehr. Solltet Ihr euch hier nicht sicher sein, lasst einen Fachmann drüber schauen. Dieser Tipp gilt allerdings auch für jedes andere Material! Für teure Rahmen gibt es dann noch die Option der Reparatur. Detailliert werde ich das Thema in einem weiteren Artikel behandeln."

@mi.ro
übrigens ein toller artikel, weiter so

 

[mi.ro]

Bedenklich, dass auch hier im Artikel die weit verbreitete Binsenweisheit "Weg damit" im (vermeintlichen) Schadensfall propagiert wird. Der Wegwerfmentalität zum Trotz ist CFK reparierbar und das kommt hier deutlich zu kurz.

Ich werde dem Thema Rahmenreparatur einen ganzen Artikel widmen.

 

[Robsen]

Finde die Diskussion um Carbon selbst mehr als überholt. Dennoch super das hier professionell aufgeklärt wird. Das ist für viele noch immer ein Buch mit sieben siegeln.

@kordesh ich habe kürzlich einen Rahmen ( war ausgemustert ) in meinen Thule kupplungsträger gespannt um mir das mal selber anzuschauen. Es kam irgendwann der Punkt an dem ich mir ernsthaft sorgen machte. Aber nicht um den Rahmen, sondern um meinen radträger. Die Kraft die ich auf die verschlussmutter bringen konnte war so enorm hoch, das sich die Haltekralle beinahe aufgelöst hatte. Dem Rahmen war das ziemlich egal.

Was Carbon aushält und wie gut es flehen kann konnte ich heute beim windsurfen mal wieder schön spüren. Wenn dort ein Segel angepumpt wird hat der Mast an dem top einen Ausschlag von etwa 1m. Beim windsurfen hat man schon seit einem Jahrzehnt vollstes Vertrauen in Carbon. Die Radbranche hat allerdings technisch einiges mehr vorzuweisen. Dennoch denkt jeder noch an die Geschichten aus den 90ern.

Kleiner selbstversuch um zu sehen, was den Unterschied zwischen Alu und Carbon Rahmen ausmacht: nimm eine leere Bierdose und eine leere PET Flasche und lass das mal aus dem zweiten Stockwerk fallen. Das Ergebnis spricht dann für sich

 

[Daniel1982]

Das war wohl zu viel Druck fürs Material. Ich behaupte jetzt einfach mal das bei alu nur eine Verformung stattgefunden hätte.
Hätte nie gedacht mal einen Carbon Rahmen zu zerstören.

 

[mi2]

Ich habe mir vor Kurzem eine Ultrahochmodulfaser für 200€/kg gekauft.

Danke für die Antwort . Also grundsätzlich könnte man mit dieser Teuren Faser Noch leichtere Bauteile herstellen? Ich bin meist im Leichtbau Forum unterwegs, darum das Interesse. Dort tauchte letztens ein Hardtailrahmen mit einem nacktgewicht von 678g auf.

Der Rahmen soll komplett aus t1000 bestehen.