Lenkerbruch Lenkerbruch

Wann bricht Carbon am Rennrad?

Lenkerbruch, Gabelbruch, Rahmenbruch - Risiko Carbon-Rennrad?

Robert Kühnen am 10.06.2021

In zwei harten Rennen des Frühjahrs 2021 brachen der Carbon-Gabelschaft am Rennrad von EF-Profi Tom Van Asbroeck und kurz darauf der Carbon-Lenker von Superstar Mathieu van der Poel. Zufall? Oder ist Carbon nach bald 30 Jahren Entwicklung immer noch ein Risiko-Werkstoff beim Rennradbau? Der TOUR-Report klärt auf

Der Knacks geschah unter den Augen der Öffentlichkeit: Während des Frühjahrsrennens Le Samyn brach am Canyon Aeroad von Mathieu van der Poel der Lenkerbogen. Der Cross-Weltmeister ging wundersamerweise nicht zu Boden. Aber das fehlende Lenkerstück und der lose baumelnde Schaltbremsgriff erinnerten daran, dass Carbon gewisse Risiken birgt. Auch Unternehmen mit viel technischer Expertise wie Canyon sind nicht gegen Schäden an ihren Produkten gefeit. Der Lenkerbruch, mutmaßlich zurückzuführen auf das Zusammenspiel der Schaltbremsgriff-Fixierung mit dem Carbonlenker, ist aber ein untypischer Vorfall. Viel häufiger brechen Gabeln.

Zum Beispiel dieses Jahr beim Rennen Omloop Het Nieuwsblad. Die Gabel am Factor Ostro VAM von EF-Profi Tom Van Asbroeck knickte oberhalb des Steuerrohrs – zum Glück ohne schweren Sturz. Rad-Hersteller Factor analysierte den Schaden und machte einen fehlerhaften Gabelschaft-Expander sowie falsche Montage dafür verantwortlich. 2019 ging der Schweizer Profi Simon Pellaud bei der Tour du Doubs zu Boden, als im Sprint die Gabel an seinem Bianchi Specialissima wegbrach. Pellaud stürzte, hatte aber Glück und verletzte sich nicht schwer. Er schrieb auf Twitter: „Ich werde den Moment nie vergessen, als ich plötzlich den Lenker beim Antritt in den Händen hatte. Aber ich habe es über die Ziellinie geschafft, bevor ich abgeflogen bin, und ich konnte die Absperrgitter vermeiden.“ Er twitterte auch das Bild seines Bruch-Renners, löschte es aber bald. Kopien davon sind bis heute im Netz zu finden. Ist das eine zufällige Häufung von Problemen mit Carbon-Komponenten? Eher nicht. Die Problemzone Nummer eins beim Rennrad sei aber nicht der Lenker, sondern der Gabelschaft, sagt Diplom-Ingenieur Dirk Zedler, der als Prüfer und Sachverständiger einen Überblick über das Bruchgeschehen bei Fahrrädern hat (siehe Interview unten). Auch Google findet zu gebrochenen Gabeln weitaus mehr Treffer als zu gebrochenen Lenkern. Zedler sagt: Die Produkte sind in den letzten Jahren insgesamt zwar sicherer geworden, aber gerade die Klemmung des Vorbaus am Carbongabelschaft birgt nach wie vor Risiken.

Problemzone: Gabelschäfte aus Carbon

Die bekannt gewordenen Gabelbrüche bei den Profis sind dabei nur die Spitze des Eisbergs, auch Freizeitfahrern klappen die Gabeln weg. „Ein Gabelbruch ist der Horror-Unfall überhaupt“, sagt Ingenieur Peter Denk, der für Specialized Rennräder konstruiert und auf eine lange Karriere als Entwickler zurückblickt. „Ab und zu kommt es vor, dass ich bei einer Abfahrt den Gedanken habe: Was, wenn jetzt der Vorbau abbricht?“ Profis seien diesbezüglich hart im Nehmen und würden das als Berufsrisiko sehen, so seine Einschätzung. Er wolle aber jedes Risiko vermeiden: „Ich will, dass bei meinem Rad niemals und unter gar keinen Umständen der Schaft brechen kann. Ich mache ganz viel Leichtbau, aber nicht am Gabelschaft, da weigere ich mich. Ich will, dass dieses Teil over-engineered ist, deshalb bekommt es Extra-Lagen – auch wenn alle Tests zeigen, dass das eigentlich überflüssig ist. Das Mehrgewicht von 30 Gramm nehme ich in Kauf, das müssen wir dann woanders rausschinden.“

Gabelschaftbruch - das typische Schadensbild von gebrochenem Carbon

Die meisten großen Hersteller mussten in den zurückliegenden 15 Jahren Gabeln zurückrufen, die Liste liest sich wie das Who’s who der Radindustrie. Das ist wenig vertrauensfördernd, insbesondere deshalb, weil mutmaßlich alle großen Fertigungsstätten betroffen sind. Gründe dafür gibt es offenbar mehrere: „Die Art und Weise, wie der Vorbau mit dem Gabelschaft verbunden wird, ist nicht fasergerecht“, sagt Arne Burkhardt, Entwicklungsingenieur bei Merida. Man habe da einfach die Bauweise von Metallteilen übernommen. Schon zu hart angezogene Vorbauschrauben können den Schaft schädigen. Hohe Belastungen wie beim Durchfahren von Schlaglöchern stressen den Gabelschaft obendrein. Insbesondere scharfkantige Vorbauten können dann mit jedem weiteren harten Schlag die äußere Faserlage brechen. Der Schwachpunkt: Quer zur Faserrichtung haben faserverstärkte Kunststoffe wenig Festigkeit. Mit der Zeit entsteht ein Schadensbild, als würde der Schaft angesägt. Je härter gefahren wird, um so größer die Gefahr. Kopfsteinpflaster-Rennen, bei denen athletische Fahrer über dicke Steine rumpeln, sind der schlimmste Fall.

Brisant wird das Ganze vor allem dadurch, dass so viele schwer kalkulierbare Faktoren Einfluss nehmen; besonders, wenn Teile irgendwie zusammengesteckt werden. Zedler sieht daher in integrierten Konstruktionen, bei denen der Hersteller mehr Kontrolle hat, einen möglichen Ausweg, um das Problem zu entschärfen (siehe Interview).

Regelmäßige Kontrolle der Carbon-Gabel

Was kann man selbst tun, um das Bruchrisiko zu senken? „Regelmäßig den Gabelschaft inspizieren“, raten Denk und Zedler. Denn Brüche arbeiten sich langsam vor. Gegen das Zusammendrücken des Gabelschafts helfen Expander, die ihn von innen stützen. Sind sie ausreichend lang, schützen sie auch vor Dauerbelastungen. „Sie müssen dazu aber über die Unterkante des Vorbaus hinweg in den Gabelschaft tauchen“, sagt Peter Denk. Ferner sollte man die Anzugs-Drehmomente der Vorbauschrauben gering halten und den Gabelschaft mit Carbon-Montagepaste versehen, das senkt die nötige Klemmkraft für sicheren Halt des Vorbaus. Das gilt auch für alle anderen Carbon-Klemmverbindung wie Lenker/Vorbau oder Rahmen/Sattelstütze.Die Klemm-Manschette des Vorbaus sollte den Gabelschaft zudem möglichst vollflächig und mit gerundeten Kanten umschließen, statt mit schmalen, scharfkantigen Stegen.

Probleme bei Carbon: Handarbeit und Qualitätsschwankungen

Arne Burkhardt hat für seine Masterarbeit im Zedler-Institut systematisch an Gabelschäften geforscht und herausgefunden, dass gute Expander und Alu-Hülsen zwischen Vorbau und Schaft das Bruchrisiko ganz erheblich verringern können. Auch muss die Fertigungsqualität stimmen, die bei Carbon Schwankungen unterliegt, weil viel schwer zu kontrollierende Handarbeit im Spiel ist. Lufteinschlüsse im Material reichen aus, um Fasern schon beim Anziehen des Vorbaus brechen zu lassen. Peter Denks Trick gegen diese Unwägbarkeiten: viel hilft viel. Mehr Wandstärke für den Gabelschaft ist nach seiner Erfahrung die beste Versicherung gegen Schäden.

Carbon-Bruchtests sind (noch) wissenschaftliches Neuland

Gabelbruch in drei Phasen

Technisches Versagen von Carbongabelschäften an Rennrädern ist der häufigste Grund für Rückrufe. Paradox dabei: Die für Rennräder gültige Prüfnorm ISO:4210 deckt ausgerechnet die extrem sicherheitsrelevante Verbindung von Gabelschaft und Vorbau nicht ab. In einem gemeinsamen Projekt haben das Zedler-Institut und der Fahrradhersteller Merida die Grundlagen für eine sichere Verbindung von Carbonschaft und Vorbau erforscht. Zedler hat sechs neu konstruierte Gabel-Prüfstände und Know-how zur Verfügung gestellt. Meridas Entwicklungs-Ingenieur Arne Burkhardt hat die Ressourcen im Rahmen seiner Masterarbeit genutzt, um tief in die Materie einzutauchen: 220 Vollcarbongabeln zerstörte Burkhardt, 120 Vorbauten ließen an der Schnittstelle ihr Leben.

Ein guter Expander lässt die Gabel 80-mal mehr Lastwechsel ertragen!

Heraus kam bei Burkhardts Experimenten: Die Qualität des Gabelschafts ist entscheidend. Ein hoher Anteil von Glasfasern, wie sie bei günstigeren Rennrädern eingesetzt werden, schwächt die Gabel. Der Vorbau sollte möglichst keine schmalen Stege im Klemmbereich haben und keine scharfen Kanten. Der Expander, der als Widerlager für das Lenkkopflager dient, stabilisiert den Gabelschaft zusätzlich, und zwar erheblich. Expander ist aber nicht gleich Expander: Es kommt auf dessen Gestalt an. Eine ausreichend dicke Hülse mit geschlossener Oberfläche zwischen Gabelschaft und der Kontaktfläche des Vorbaus verringert die Belastungen des Gabelschafts ebenfalls erheblich, erfordert aber Vorbauten mit größerer Bohrung.

Dirk Zedler über das Bruchrisiko von Carbonschäften: "Integrierte Lösungen sind der richtige Weg"

TOUR Welches ist das am meisten gefährdete Carbon-Bauteil am Rennrad?

ZEDLER Nach wie vor der Gabelschaft. Brüche des Gabelschafts sehe ich regelmäßig, wenn auch nicht mehr so häufig wie früher.

Weshalb brechen Gabelschäfte?

Das Thema ist leider kompliziert, wir haben fünf Einflussfaktoren: die Qualität des Schafts, Klemmposition und Anzahl der Spacer, Expander, Vorbauqualität und die Montage. Machen Hersteller und Monteur alles richtig, ist die Sache sicher.

Praktisch scheint das schwierig zu sein, denn fast jeder Hersteller hat schon Gabeln zurückgerufen. Wäre es nicht besser, die Verbindung gleich ganz anders zu konstruieren?

Mit integrierten Lösungen, bei denen alles aus einer Hand kommt, haben wir einen signifikanten Qualitätssprung erlebt. Ich denke, damit sind die Hersteller auf dem richtigen Weg.

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Warum decken die Prüfnormen das Thema nicht ab?

Die Normen entwickeln sich leider sehr langsam weiter, und die Hersteller testen sowieso längst besser. Im Zusammenhang mit Gabel-Rückrufen haben wir Gabelschäfte mit den Normkräften der Lenkerprüfung getestet und konnten die Brüche im Feld damit nicht nachstellen. Deshalb testen wir härter und können damit die Schadensbilder aus der Praxis reproduzieren. Gerade die schweren Lasten schädigen Carbon.

Wie stelle ich sicher, dass der Gabelschaft an meinem Rad in Ordnung ist?

Den Schaft regelmäßig zu kontrollieren, ist eine gute Idee. Carbon bricht äußerst selten schlagartig. Außerdem rate ich dazu, einen guten Expander zu verwenden.

Woran erkennt man einen guten Expander?

Er sollte lang genug sein und über die untere Kante des Vorbaus hinausreichen, satt sitzen und sich mit wenig Kraft festspannen lassen. Außerdem helfen eine raue Oberfläche, Fett im Innern des Spannmechanismus und Carbon-Montagepaste auf der Oberfläche. Carbon-Montagepaste hilft immer; ohne sie könnten wir viele Carbonteile gar nicht prüfen.

Wird der Gabelschaft zwangsläufig beschädigt, wenn sich bei einem Sturz der Lenker verdreht hat?

Wenn wir Gutachten erstellen, tauschen wir Gabeln nach solchen Unfällen aus. Aber zum Rennradfahren gehört Stürzen dazu, und ein Austausch nach jedem Sturz ist unrealistisch. Wir sehen keinen Zusammenhang zwischen angeschürften Lenkern und gebrochenen Gabelschäften.

Ist mein Rad unsicher, wenn sich kein solider Expander verwenden lässt, weil zum Beispiel der Schaft gar nicht zylindrisch geformt ist?

Es hängt am Hersteller, die Verbindung sicher zu gestalten und richtig zu testen. Der Vorbau hat neben dem Schaft auch großen Einfluss auf die Sicherheit.

Dirk Zedler ist Ingenieur und Fahrradsachverständiger. Er hat das gleichnamige Prüfinstitut "Zedler-Institut" für Fahrradtechnik gegründet und leitet es.

Regeln zum sicheren Umgang mit Carbonbauteilen

Drehmoment beachten!

Carbonrohre mögen keinen großen Druck von außen – das betrifft vor allem die Klemmstellen des Vorbaus (Gabelschaft und Lenker) und der Sattelstütze. Hier gilt es daher stets, einen Kompromiss zu finden aus sicherer, aber schonender Klemmung. Schonend heißt: Die Passung ist genau, sodass die Teile satt aufliegen, es sind keine scharfen Kanten vorhanden, und die Schrauben werden schrittweise kontrolliert mit einem Drehmomentschlüssel angezogen. Verwenden Sie Carbon-Montagepaste, das senkt die nötigen Anzugsmomente der Schrauben um 30 Prozent. Die angegeben Drehmomente auf den Vorbauten sind Höchstwerte. Mit Montagepaste können Sie 30 Prozent darunter bleiben und prüfen, ob die Verbindung damit fest ist.

>>>Drehmomentschlüssel für den Heimgebrauch im TOUR-Test<<<

Regelmäßige Kontrolle!

Einmal im Jahr sollte eine Gabel mit Carbonschaft komplett ausgebaut und sehr genau inspiziert werden. Nur so lassen sich Schäden finden, die zu potenziell lebensgefährlichen Risiken wachsen können. Insbesondere im Klemmbereich des Vorbaus heißt es, genau hinzuschauen. Gibt es Verformungen oder beginnende Risse?

Robert Kühnen am 10.06.2021
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