"Hier werden endlosfaserverstärkte Thermoplasthalbzeuge mit kurzfaserverstärkten Spritzgießmassen in einem integralen Fertigungsprozess miteinander kombiniert", erklärt Michael Krahl vom Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden. Diese für Fahrradrahmen erstmalig eingesetzte Materialkombination ermögliche es, die hervorragenden spezifischen mechanischen Eigenschaften der Faserverbundwerkstoffe mit effizienten Großserientechnologien wie dem Spritzgießen zu verbinden. Das könnte helfen, die bislang manchmal fünfstelligen Preise für extrem leichte Fahrräder zu senken. Zudem könne die Rezeptur des Polymers ebenso wie die Art der Verstärkungsfaser unkompliziert an individuelle Anforderungen angepasst werden.

Alternative aus der Natur?

Das Spektrum der Werkstoffe im Fahrradbau umfasst jedoch auch einige Exoten. Das Nylonfahrrad "Airbike" der Airbus-Ingenieure diente zwar nur dazu, die Möglichkeiten des 3-D-Druck-ähnlichen Verfahrens "Additive Layer Manufacturing" zu demonstrieren. Es war dennoch stabil, leicht und funktionstauglich. Echte Alternativmaterialien kommen aber aus dem Bereich der Naturfasern. Der große Vorteil der Naturfasern ist ihre CO2-Bilanz.

"Naturfasern binden während des Wachstums Kohlendioxid, wodurch Naturfaserhalbzeuge nur etwa ein Zehntel an CO 2 – während des Wachstums und der Produktion der Halbzeuge – im Vergleich zu Kohlenstoff freisetzen", erläutert Max Kirchhoff vom Ingenieurbüro Onyx Composites. Dort wurde das "Hanfbike" entwickelt. Hanffasern haben eine mit Aluminium vergleichbare Zugfestigkeit – allerdings wie Karbon nur in Faserrichtung. Wegen der Dichte von nur 1,45 Gramm pro Kubikzentimeter landet ein Hanfrahmen beim Gewicht zwischen vergleichbaren Bauteilen aus Aluminium und Karbonfasern. Der Rahmen des Hanfbikes hat auffallend breite Rohre. "Dadurch wird das Trägheitsmoment erhöht, und die auftretenden Kräfte werden trotz geringer Wandstärke besser aufgenommen", begründet Kirchhoff. Bislang jedoch fehlen für den ungewöhnlichen Werkstoff Hanf so manche Kennzahlen, die für Strukturanalysen benötigt werden.

Geprüfte Qualität Die aktuellen Prüfstandards (DIN, EN und ISO) umfassen Prüfungen gegen Überlast (statische Festigkeit), dynamische Prüfungen (Dauerprüfungen) und Stoßprüfungen, jeweils abgestimmt auf den Fahrradtyp (City-/Trekking-Fahrrad, Mountainbike, Rennrad und Jugendfahrräder, aber auch speziell für Pedelecs). Die Anwendung der Normen ist freiwillig, allerdings wenden alle renommierten Hersteller diese Verfahren an – bei hochwertigen Produkten teils mit noch höheren Anforderungen. Schäden infolge von Bauteilversagen sind dadurch sehr selten. "Trotzdem sollte der Kunde eines leichten Fahrrads sein Fahrzeug regelmäßig selbst inspizieren oder inspizieren lassen, um Schäden rechtzeitig zu erkennen und im Zweifel Teile austauschen", mahnt Sicherheitsexperte Eric Groß. Das gelte insbesondere nach Stürzen.

Die populärste Naturfaser ist vermutlich Bambus. Schon Ende des 19. Jahrhunderts wurden Patente zum Bau eines Bambusfahrrads eingereicht. Bis heute ist der Bau solcher Räder Handarbeit. Die Eigenschaften jedoch überzeugen. Bambus hat eine ähnliche Steifigkeit wie Stahl, aber nur ein Drittel von dessen Gewicht. Auch seine Festigkeit erzielt sehr gute Werte, kommt allerdings an die hochwertiger Karbonräder nicht heran. Beliebt ist Bambus wegen seiner besseren Dämpfung für City- und Trekkingräder, dort kann er qualitativ mit Aluminiumrädern mithalten. Weil Bambus unter zu starker Belastung splittert, statt zu brechen, lassen sich Schäden relativ einfach reparieren. Eine gute Verarbeitung ist jedoch wie bei allen Naturfasern wichtig, damit keine Feuchtigkeit eindringen und Schimmelbildung begünstigen kann.

Die Dresdner Firma Nemus Cycles hat mit dem Designrad "Cajalun" ein Modell vorgestellt, bei dem Rohre aus mehreren Lagen Echtholzfurnier den Rahmen bilden. "Lignotubes" nennt der Hersteller das und wirbt mit Ökologie, Design und Leichtbau. Holzräder zeichnen sich wie Bambusräder durch ihre gute Dämpfung aus und leiden weniger unter Materialermüdung als Fahrräder mit Metallrahmen. Und mit einem Gewicht um sieben Kilo übertreffen Holzräder zumindest die Konkurrenz aus Aluminium auch in dieser Disziplin.

Die Spitzenreiter beim Gewicht sind aber weiterhin Karbonräder. Günter Mai hat sein Superleichtfahrrad nach dem Rekord weiter optimiert, bis auf 2,9 Kilo. Der Amerikaner Jason Woznick kaufte ihm Jahre später einige Einzelteile ab, um ein eigenes Rekordrad zu konstruieren. Weitere Teile bezog Woznick aus dem Formel-1-Betrieb oder in Kooperation mit Fahrradteilbauern, die aus diesem Experiment für den Leichtbau lernen wollten. Den Wert aller Komponenten schätzte Woznick auf 45 000 US-Dollar. Das Gewicht betrug 2,7 Kilo.

Im Artikel wurde die Dichte von Aluminium ursprünglich mit 2,7 Gramm pro Kubikmeter angegeben. Das ist natürlich falsch: Richtig müssen es 2,7 Gramm pro Kubikzentimeter oder 2,7 Tonnen pro Kubikmeter sein. Vielen Dank für die zahlreichen Hinweise und wir bitten um Entschuldigung.