Kohlefaser wurde zuerst in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet. Im Laufe der Zeit wird Kohlefaser in verschiedenen Branchen weithin eingesetzt. In der Fahrradindustrie ist Kohlefaser aufgrund ihres außergewöhnlichen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses, ihrer Steifigkeit und ihrer aerodynamischen Eigenschaften das Hauptmaterial für Hochleistungs-Carbonfelgen. Hier ist eine detaillierte Aufschlüsselung der Verwendung von Kohlefaser in Carbonfelgen:
1. Verwendete Kohlefasertypen
A. Rohstoffe
PAN-basierte Kohlefaser: Am häufigsten (z. B. Toray T700/T800/T1000), bietet ein Gleichgewicht zwischen Stärke und Erschwinglichkeit.
Pechbasierte Kohlefaser: Wird in Anwendungen mit ultrahohem Modul verwendet (z. B. Mitsubishi Dialead), ist jedoch teurer.
B. Faserformate
Unidirektionales (UD) Carbon: Fasern verlaufen parallel für maximale Steifigkeit in lasttragenden Bereichen (z. B. Speichenbetten, Bremsflanken).
Gewebtes Carbon (2D/3D): Kreuzschraffurgewebe (z. B. 3K, 12K) für Schlagfestigkeit und Torsionssteifigkeit.
Hybrid-Layups: Kombiniert mit Kevlar oder Fiberglas für mehr Haltbarkeit (üblich bei Gravel-/MTB-Felgen).
2. Schlüsselkomponenten einer Carbonfelge
A. Strukturschichten
Außenschale: Gewebter Kohlenstoff für Schlagfestigkeit (z. B. 3K-Gewebe für kosmetisches Finish).
UD-Hauptkörper: Unidirektionale Fasern, die für optimale Steifigkeit auf die Felgenform ausgerichtet sind.
Hochbelastbare Verstärkungen:
Speichenlöcher: Zusätzliche UD-Schichten oder Titaneinlagen zur Vermeidung von Rissen.
Perlenhaken (falls eingehakt): Zusätzliche Carbonummantelungen zur Sicherung des Reifens.
Brake Track (Felgenbremsfelgen): Hitzebeständiges Harz + Keramikbeschichtungen.
B. Kerntechnologien
Hohlkerndesign: Innere Hohlräume oder Schaumkerne reduzieren das Gewicht bei gleichbleibender Festigkeit.
Toroidale Form: Aerodynamische Profile (z. B. die ABLC-Grübchen von Zipp) optimieren den Luftstrom.
Hakenlos vs. mit Haken: Hakenlose Felgen basieren auf verstärkten Seitenwänden anstelle herkömmlicher Haken.
3. Herstellungsprozess
Korbleger: Kohlenstoffplatten werden geschnitten und mit präziser Faserausrichtung in Formen gestapelt.
Harzinfusion: Epoxidharz bindet Fasern (handverlegt oder automatisiertes Prepreg).
Aushärtung: Hoher Druck/hohe Temperatur in einem Autoklaven oder Ofen.
Nachbearbeitung: CNC-Bearbeitung für Speichenlöcher, Bremsflächen und Oberflächenbearbeitung.
4. Leistungsvorteile
Gewicht: 30–50 % leichter als Aluminiumfelgen (z. B. 1.200 g gegenüber 1.800 g bei einem Radsatz).
Steifheit: Höhere Seitensteifigkeit für bessere Kraftübertragung.
Aerodynamik: Tiefere Profile (50 mm+) reduzieren den Luftwiderstand bei hohen Geschwindigkeiten.
Haltbarkeit: Ermüdungsbeständig (keine Ermüdungsrisse wie bei Metall).
5. Einschränkungen
Kosten: Hochwertige Carbonfelgen sind 2–5x teurer als Aluminiumfelgen.
Stoßempfindlichkeit: Harte Schläge können zu Delamination führen (weniger nachgiebig als Metall).
Wärmemanagement: Beim Fahren von Carbonfelgen mit Felgenbremse ist vorsichtiges Abfahren erforderlich, um ein Versagen des Harzes zu vermeiden.
