Titanschrauben fürs Fahrrad

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Schrauben allgemein

Ein kleines oft unterschätztes Bauteil, ohne das unser Fahrrad nur eine Teilesammlung ohne Verbindungsmöglichkeit wäre. Schrauben werden aus unterschiedlichen Metallen wie Aluminium, Titan, Stahl oder selten auch aus Carbon hergestellt, es gibt sie in unterschiedlichen Längen, Durchmessern, mit verschiedenen Gewindesteigungen und Kopfformen, je nach Anwendung. Aufgrund dieser vielfältigen Unterschiede wird hier auf die wichtigsten Eigenschaften eingegangen.

Material

Die Auswahl des Werkstoffes einer Schraube ist wichtig, da dieser die Festigkeit und damit auch den möglichen Einsatzzweck beeinflusst. Aluminiumschrauben (Al7075) sind sehr leicht (Dichte ca. 2,81 kg/dm³), haben aber eine geringere Zugfestigkeit (ca. 500 N/mm²). Titanschrauben aus Grade 5 (Ti6Al4V) sind etwas schwerer (Dichte ca. 4,4 kg/dm³), haben aber eine wesentlich höhere Zugfestigkeit (ca. 900 N/mm²). Stahlschrauben haben die höchste Dichte (ca. 7,8 kg/dm³) und sind bei gleichen Abmessungen am schwersten. Ihre Zugfestigkeit hängt von der jeweiligen Festigkeitsklasse ab. Für den Austausch einer Schraube sind deshalb neben dem Material auch die Abmessungen und die Vorgaben des Bauteilherstellers entscheidend.

Warum Titanschrauben?

Titanschrauben verbinden ein geringes Gewicht mit hoher Korrosionsbeständigkeit. Hier erfährst Du, welche Vorteile das am Fahrrad haben kann und worauf es bei der Auswahl ankommt.

Geringes Gewicht

• Gewichtseinsparung: Titanschrauben sind bei gleichen Abmessungen etwa 40 % leichter als Stahlschrauben. Wie viel Gewicht Du tatsächlich sparst, hängt von Größe und Ausführung der Schrauben ab.

Korrosionsbeständig und langlebig

• Hervorragende Korrosionsbeständigkeit: Titan bildet an der Oberfläche eine schützende Oxidschicht. Dadurch ist es sehr korrosionsbeständig und rostet nicht wie ungeschützter Stahl.
• Beständig im Alltag: Die hohe Korrosionsbeständigkeit ist besonders bei regelmäßigen Fahrten im Regen und bei feuchten Bedingungen hilfreich.

Hohe Festigkeit bei geringem Gewicht

• Hohe Stabilität: Titan Grade 5 (Ti6Al4V) besitzt eine hohe Zugfestigkeit bei deutlich geringerem Gewicht als Stahl. Ein direkter Vergleich hängt von der jeweiligen Stahl-Festigkeitsklasse ab.
• Passende Schraubverbindungen: Für eine zuverlässige Verbindung müssen Abmessungen, Kopfform und Festigkeit zur Anwendung passen. Beachte außerdem die Montagevorgaben des Bauteilherstellers.

Stilvoll und praktisch

• Attraktives Design: Ob naturfarben oder farbig: Mit Titanschrauben kannst Du die Optik Deines Bikes nach Deinen Vorstellungen gestalten.
• Regelmäßige Kontrolle: Auch Titanschrauben solltest Du entsprechend den Vorgaben des Bauteilherstellers auf festen Sitz und Beschädigungen prüfen.

Einsatz im Alltag und auf dem Trail

Titanschrauben können an MTB und Rennrad eingesetzt werden, sofern die jeweilige Ausführung für das Bauteil geeignet ist. Gerade bei Enduro- und Downhill-Bikes solltest Du vor einem Austausch prüfen, welche Schrauben der Hersteller für die betreffende Verbindung vorgibt.

Festigkeit

Die Zugfestigkeit beschreibt, welcher Zugspannung das Material einer Schraube bis zum Bruch standhält. Sie ist nicht mit der zulässigen Belastung der fertigen Schraubverbindung gleichzusetzen. Die wichtigsten mechanischen Eigenschaften werden bei Schrauben aus Stahl durch eine zweistellige Zahlenkombination benannt: die Festigkeitsklasse. Die erste Zahl beschreibt die Mindestzugfestigkeit; die zweite das Verhältnis der Streckgrenze zur Zugfestigkeit. Die Streckgrenze kennzeichnet den Übergang zur bleibenden Verformung. Titan Grade 5 (Ti6Al4V) erreicht eine Zugfestigkeit in einer ähnlichen Größenordnung wie Stahl der Festigkeitsklasse 8.8. Daraus ergibt sich jedoch keine pauschale Freigabe, jede 8.8-Stahlschraube durch eine Titanschraube zu ersetzen.

Hier ein kleines Rechenbeispiel:

Festigkeitsklasse: 8.8

• Errechnen der Mindestzugfestigkeit: 1. Zahl x Faktor 100
  • 8 x 100 = 800 N/mm² Mindestzugfestigkeit
• Errechnen der Streckgrenze: 1. Zahl x 2. Zahl x Faktor 10
  • 8 x 8 x 10 = 640 N/mm² Streckgrenze

Normierung und Messen

Die meisten Befestigungsschrauben am Fahrrad haben ein metrisches Gewinde. Bei speziellen Bauteilen, beispielsweise Pedalen oder Innenlagern, können andere Gewindestandards verwendet werden. Das metrische ISO-Gewinde ist ein weltweit standardisiertes Gewinde mit metrischen Abmessungen und 60° Flankenwinkel. Die erste Angabe (z.B. M5 / M6 / M8 -> M6 x 20mm) gibt den Nenndurchmesser (d = Außendurchmesser des Gewindes / des Schafts) in mm an. Die zweite Angabe (z.B. x 20mm, x 40mm -> M6 x 20mm) gibt die Länge des Schafts und des Gewindes an (Schaft + Gewinde), also die Gesamtlänge ohne Kopf. Ausnahme sind hier Senkkopfschrauben, bei denen der Kopf mitgemessen wird! Bei metrischen Regelgewinden ergibt sich die Gewindesteigung aus dem Nenndurchmesser. Prüfe bei einem Austausch trotzdem, ob Deine Schraube ein Regelgewinde oder eine abweichende Steigung hat. Sofern nicht anders angegeben, handelt es sich bei den Schrauben im Shop um Regelgewinde. Abweichende Gewindesteigungen können beispielsweise bei Kurbelschrauben, Canti-Sockeln oder Einstellschrauben vorkommen. Die Gewindesteigung gibt (bei metrischen Gewinden) die Steigung des Gewindes pro Gewindegang in mm an. Ein Gewinde "1.00" steigt also pro Umdrehung um 1 mm. Messen lässt sich die Gewindesteigung am einfachsten mit einer Gewindeschablone bzw. mit einem Messschieber, mit dem man den Abstand zwischen zwei Gewindespitzen misst.

In unserem Video erfährst Du, wie Du Schrauben richtig ausmisst:

Standardwerte für metrische Schrauben

Anzugsmoment
Das passende Anzugsmoment hängt nicht allein von Gewindegröße und Material ab. Auch Kopfform, Gegenmaterial und die Reibung im Gewinde sowie unter dem Schraubenkopf spielen eine Rolle. Maßgeblich sind die Montagevorgaben für die konkrete Schraubverbindung. Beachte dabei auch, ob die Montage trocken, mit Montagepaste oder mit Schraubensicherung vorgesehen ist. Allgemeine Tabellenwerte ersetzen diese Angaben nicht.

Anwendung
Bei sicherheitsrelevanten Bauteilen wie Bremsen, Vorbau oder Lenker müssen Ersatzschrauben den Anforderungen des Bauteilherstellers entsprechen. Eine ähnliche Zugfestigkeit allein reicht nicht aus, um die Eignung einer Titanschraube zu beurteilen. Auch Kopfform, Gewindelänge, Auflagefläche und Belastungsart müssen passen. Aluminiumschrauben kommen vor allem für dafür geeignete, gering belastete Verbindungen infrage, beispielsweise an Flaschenhaltern – auch hier gelten die Herstellervorgaben.
Besondere Vorsicht ist bei Dämpfer- und Lagerbolzen geboten: Diese können aus hochfestem Stahl gefertigt sein oder spezielle Abmessungen und Funktionen haben. Ersetze sie nur durch ausdrücklich geeignete Teile. Titan Grade 5 ist kein pauschaler Ersatz für Stahlschrauben der Festigkeitsklassen 10.9 oder 12.9.

Oberflächenbehandlung

Galvanisieren / Nitrieren
Galvanisieren und Nitrieren sind unterschiedliche Verfahren. Beim Galvanisieren wird eine metallische Schicht elektrochemisch auf die Oberfläche aufgebracht. Beim Nitrieren wird Stickstoff in die Randzone des Materials eingebracht, um die Oberflächenhärte zu erhöhen. Welche Behandlung bei einer Schraube verwendet wird, findest Du in der jeweiligen Artikelbeschreibung.


Anodisieren / Eloxieren
Anodisieren ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem auf der Metalloberfläche eine Oxidschicht erzeugt wird. Eloxieren bezeichnet dieses Verfahren bei Aluminium; der Name steht für die Elektrolytische Oxidation von Aluminium. Bei Aluminium können Farbstoffe in die Oxidschicht eingelagert werden. Bei farbig anodisiertem Titan entstehen die Farben dagegen durch Lichtinterferenz an der dünnen Oxidschicht – ohne zugesetzte Farbstoffe.

Farbgebung
Die möglichen Farben hängen vom Material und der Oberflächenbehandlung ab. Aluminium lässt sich in vielen kräftigen Eloxalfarben einfärben. Bei anodisiertem Titan bestimmt die Dicke der Oxidschicht den Farbton; möglich sind beispielsweise Gold, Blau, Violett oder Grün. Andere Oberflächenbehandlungen können weitere Farben ermöglichen. Entscheidend ist deshalb die Beschreibung der jeweiligen Schraube.

Schmiermittel / Schraubensicherung
Eine geeignete Montagepaste kann die Reibung verringern und helfen, das Festfressen von Titanschrauben zu vermeiden. Eine mittelfeste Schraubensicherung wie Loctite 243 kann dagegen das selbstständige Losdrehen durch Vibrationen verhindern. Welche Vorbereitung für Deine Schraubverbindung richtig ist, richtet sich nach den Angaben des Bauteil- und Schraubenherstellers.
Montagepaste und Schraubensicherung sind nicht beliebig austauschbar. Beide können die Reibungsverhältnisse beim Anziehen verändern. Reduziere das vorgeschriebene Drehmoment deshalb nicht pauschal um einen bestimmten Prozentsatz, sondern halte Dich an die Montagevorgaben. Beachte bei Schraubensicherung außerdem die Verarbeitungshinweise und Aushärtezeit.