FachkundeFahrradtechnik

5. Auflage

Bearbeitet von Gewerbelehrern, Ingenieuren, Sachverständigen undZweiradmechanikermeistern

Lektorat: Dipl. Ing. Michael Gressmann, Borken (He)

VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KGDüsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten

Europa-Nr.: 22917

EUROPA-FACHBUCHREIHE

für Kraftfahrzeugtechnik

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Autoren der Fachkunde Fahrradtechnik

Artmann, Ulrich KölnBeck, Franz TelgteBellersheim, Rüdiger IbbenbürenBrust, Ernst SchweinfurtGressmann, Michael Borken (He)Hertel, Dietmar ErftstadtKoslar, Franz BonnSmolik, Hans Christian (†) Freinberg

Leitung des Arbeitskreises und Lektorat

Michael Gressmann

Bildbearbeitung

Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, 73760 OstfildernGrafische Produktionen Jürgen Neumann, 97222 Rimpar

Der Verlag und die Autoren bedanken sich beim Bundesinnungsverband für das Deutsche Zweiradme-chaniker-Handwerk für die Hilfe zur Erstellung des Fach buches.

Weiterer Dank gebührt Herrn Wolfgang Röckle (Leonberg), Herrn Jürgen Worch (Freiburg) und Herrn Thomas Veidt (Hettenhain) für Text- und Bildbeiträge sowie hilfreiche Korrekturhinweise.

Das vorliegende Buch richtet sich selbstverständlich an Mechanikerinnen und Mechaniker – allerdings haben die Autoren aus Gründen der besseren Lesbarkeit die männliche Form gewählt.

5. Auflage 2014

Druck 5 4 3 2 1

Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern untereinander unverändert sind.

ISBN 978-3-8085-2295-0

Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.

© 2014 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruiten© 2006 by http://www.europa-lehrmittel.de

Umschlaggestaltung: braunwerbeagentur, 42477 RadevormwaldSatz und Layout: Grafische Produktionen Jürgen Neumann, 97222 RimparDruck: Media Print Informationstechnologie, 33100 Paderborn

2 Impressum

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Das Fachkundebuch „Fahrradtechnik“, das inzwischen in der 5. Auflage vorliegt, vermittelt dienotwendigen Fachkenntnisse, die im Ausbildungsrahmenplan für die betriebliche Ausbildung und im Rahmenlehrplan für die Ausbildung in der Fachstufe der Berufsschule aufgeführt sind. Daneben dient das Tabellenbuch Fahrradtechnik aus dem gleichen Verlag als Nachschlagewerk von Daten undFakten rund um alle Fahrrad-Sachgebiete. Der Ausbildungsberuf „Zweiradmechaniker(in) – Fach-richtung Fahrradtechnik“ ist innerhalb des Berufsfeldes Fahrzeugtechnik ein neu geschaffener Beruf mit hohen fachspezifischen Anforderungen.

Die technische Komplexität des Produktes Fahrrad und die Innovation, die das Fahrrad als Verkehrs- und Transportmittel und als Hightech-Sportgerät erfährt, erforderte eine Trennung in eine eigen-ständige Berufsfachrichtung. Neue Fahrradbauarten, die Verwendung neuer Werkstoffe, neue Leicht-baukontruktionen, der Einzug der Elektronik in Komponenten der Kraftübertragung und Bremssysteme, gestiegene Anforderungen an Produktsicherheit, Service und Kundenwünsche prägen das Berufsbild des Zweiradmechanikers der Fachrichtung Fahrradtechnik.

Das vorliegende Fachbuch begleitet den Auszubildenden im Betrieb, in der überbetrieblichen Ausbil-dung und in der Berufsschule und leistet wertvolle Hilfe bei der Vorbereitung auf die Zwischen- und Abschlussprüfungen. Es ist ebenso für den Fahrradmonteur, der eine verkürzte Ausbildung durchläuft, als auch für den zukünftigen Meister und Servicetechniker ein wichtiger Begleiter in Theorie und Praxis.Es sollte als Nachschlagewerk in keiner Werkstattbibliothek des Zweiradhandwerks fehlen. Aber auch Lehrkräfte an allgemeinbildenden Schulen, an denen das Fahrrad oft Gegenstand von Unterrichts-inhalten ist und als Projekt in vielfältiger Form auftaucht, können von diesem Buch profitieren.

Viele Betriebe, die neben Fahrrädern und verwandten Produkten auch Pedelecs und Kleinkrafträder (Schnelle Pedelecs, Mofas, Mopeds) vertreiben, warten und reparieren, sind daran interessiert, dass ihre Auszubildenden Grundkenntnisse in der Elektrotechnik und Motorentechnik erhalten. Dem ent-spricht im vorliegenden Fachkundebuch das Grundstufen-Kapitel „Elektrotechnik/Elektronik“ und das aktualisierte und erweiterte Kapitel „Elektrofahrräder“. Das Berufsbild des/der Zweiradmechaniker/in entwickelt sich im Zuge der Elektromobilität aufgrund der hohen Elektronikanteile mehr und mehr in Richtung Mechatronik.

Die Kapitel „Anpassung und Ergonomie” und „Fachrechnen und physikalische Grundlagen” sind in der 5. Auflage um aktuelle fahrradspezifische Inhalte erweitert worden. Neu aufgenommen sind die Kapitel „Instandhaltung und Werkzeuge” und „Arbeitssicherheit”.

Ein weiterer Schwerpunkt sind Inhalte mit rechtlichen und betriebswirtschaftlichen Anteilen:

• Präsentation und Kundenberatung,

• Verkauf und Kalkulation,

• Produktsicherheit,

• Haftung und Gewährleistung.

Das Autorenteam wünscht Ihnen Freude am Lesen, Lernen und Arbeiten mit der neuen „Fahrradtech-nik“. Hinweise und Verbesserungsvorschläge können dem Verlag und damit den Autoren unter der E-Mail-Adresse lektorat@europa-lehrmittel.de gerne mitgeteilt werden.

Frühjahr 2014 Autoren und Verlag

Vorwort 3

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Firmenverzeichnis und Bildnachweis4

Die nachfolgend aufgeführten Firmen haben die Autoren durch fachliche Beratung, durch Informati-ons- und Bildmaterial unterstützt. Es wird ihnen hierfür herzlich gedankt.

Abus AG, Wetter

ADFC, Bremen

Airwings Hillreiner, Hirtlbach

Alex Moulton Bicycles,Bradford o.A., GB

Alligator Ventilfabrik GmbH,Giengen

AT-Zweirad, Altenberge

AVK Industrievereinigung,verstärkte Kunststoffe e.V. Frankfurt

Baringo Barometerfabrik, Villingen-Schwenningen

Basta, Schwerte

Bionicon-Inwall AG, Rottach-Weissach

Birkhold GmbH, Steinheim/Albuch

Britax Römer

Busch und Müller, Meinerzhagen

by.schulz GmbH, Saarbrücken

Campagnolo, Leverkusen

Cannondale B.V., Allschwil (Schweiz)

Continental AG, Korbach

Dipl.-Ing. Robert Bastian, Aachen

Dipl.-Ing. Thomas Mertin (THM),Alt Duvenstedt

Derby Cycle, Cloppenburg

DT Swiss, Schönaich

edevis GmbH, Stuttgart

Fachhandelszentrum, Oldenburg

Freudenberg Simrit GmbH & Co.

KG, Weinheim

Gates Carbon Drive, Lübbrechtsen

GfT Gesellschaft für Tribologie e.V.,Aachen

GMA-Werkstoffprüfung GmbH,

CFK-Prüfzentrum Stade

Grofa GmbH, Bad Camberg

Hartje GmbH & Co.KG, Hoya

Hebie GmbH, Bielefeld

Heinzmann, Schönau

Hercules, Neuhof a.d. Zenn

Kindersicherheit GmbH, Ulm

Klüber Lubrication KG, München

Kreidler, Oldenburg

KTM Fahrrad GmbH,Mattighofen (Österreich)

M. Schulte Söhne GmbH & Co. KG, Linz/Rhein

Magura (G. Magenwirth GmbH),Bad Urach

Michelin, Karlsruhe

Modolo, San Vendemiano (Italien)

NC-17 Europe GmbH, Frechen

P&K Lie GmbH, Hamburg

Pantherwerke AG, Löhne

Paul engineering, Coventry (GB)

Philip Douglas,Maschwanden (Schweiz)

Pletscher, Marthalen (Schweiz)

Polar, Büttelborn

Prophete, Rheda-Wiedendrück

RA-CO GmbH, Kerspleben

Riese und Müller, Darmstadt

Rohloff AG, Fuldatal

Sachs Fahrzeuge und

Motorentechnik, Nürnberg

SAPIM (Sandmann), Hagen

schaeffler technologies GmbH & Co

KG, Herzogenaurach

Schindelhauer, Magdeburg

Schmidt Maschinenbau, Tübingen

Schwalbe (R. Bohle), Reichshof

Scott Robertson, Culver City (USA)

Selle Royal, Pozzoleone (Italien)

Shimano (Paul Lange), Stuttgart

Sigma-Elektro GmbH,Neustadt/Weinstraße

SRAM Deutschland GmbH,Schweinfurt

SRAM Europe,Nijkerk (Niederlande)

Stahlwille, Wuppertal

Stolz Rahmenbau, Zürich (Schweiz)

Sturmey-Archer Europa N.V.,Amsterdam

Toho Tenax Europe GmbH,Wuppertal

TPW ROWO Material Testing GmbH,Neuss

UVEX-Sports GmbH, Fürth

Veidt Rahmenbau, Marburg

Velocity Stahlroß GmbH, Bonn

velotech.de, Schweinfurt

Weber Technik Werkzeugbau

GmbH, Breitbrunn

Wulfhorst, Gütersloh

Zedler Institut für Fahrradtechnik

und -Sicherheit GmbH,Ludwigsburg

Zefal, Winnenden

ZF Sachs AG, Schweinfurt

Zopf Biegemaschinen GmbH,Haldenwang

Zweirad Röckle, Leonberg

Verlag und Autoren bedanken sich für besondere Unterstützung bei der Herstellung des Fachkunde-buchs Fahrradtechnik.

Stahlwille, Wuppertal

Focus-bikes (Derby Cycle),

Cloppenburg

Busch + Müller, Meinerzhagen

ADFC, Bremen

Shimano (Paul Lange), Stuttgart

Velotech.de, Schweinfurt

SRAM, Schweinfurt

Schwalbe (R. Bohle), Reichshof

GROFA (Park Tool), Bad Camberg

Rohloff, Fuldatal

Handwerkskammer Rhein-Main, Frankfurt

Bundesinnungsverband Zweirad-

mechaniker-Handwerk, Bonn

Verlag Delius Klasing, Bielefeld

VSF-Akademie, Aurich

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Inhalt 5

1 Grundstufe Fahrradtechnik 91.1 Prüfen und Messen ________________ 91.1.1 Grundbegriffe und Definitionen _____ 91.1.2 Messen ___________________________ 101.1.3 Messabweichungen ________________ 101.1.4 Prüfmittel _________________________ 111.2 Maschinenelemente ________________ 141.2.1 Schraubverbindungen und Gewinde 141.2.2 Nietverbindungen __________________ 221.2.3 Bolzen und Stifte ___________________ 231.2.4 Lager _____________________________ 241.2.5 Dichtungen ________________________ 261.3 Fertigungsverfahren _______________ 281.3.1 Grundlagen des Spanens ___________ 281.3.2 Sägen _____________________________ 291.3.3 Feilen _____________________________ 301.3.4 Bohren, Senken und Reiben ________ 311.3.5 Gewinde und Gewindeschneiden ___ 381.3.6 Spanende Fertigung mit

Werkzeugmaschinen _______________ 411.3.7 Scherschneiden ____________________ 431.3.8 Biegen von Blechen ________________ 431.3.9 Biegen von Rohren _________________ 441.4 Werkstofftechnik ___________________ 451.4.1 Eigenschaften von Werkstoffen _____ 451.4.2 Stahl ______________________________ 481.4.3 Aluminium ________________________ 511.4.4 Titan ______________________________ 541.4.5 Magnesium _______________________ 551.4.6 Faserverstärkte Werkstoffe _________ 561.5 Tribologie und Verschleiß __________ 611.5.1 Tribologisches System _____________ 611.5.2 Reibung ___________________________ 631.5.3 Oberflächen metallischer Bauteile ___ 661.5.4 Verschleiß _________________________ 661.5.5 Tribochemische Reaktionen ________ 691.6 Grundlagen der Elektrotechnik und

Elektronik _________________________ 741.6.1 Elektrische Größen _________________ 741.6.2 Berechnung elektrischer Größen ____ 761.6.3 Messen elektrischer Größen ________ 771.6.4 Schaltungen _______________________ 781.6.5 Bauelemente ______________________ 781.7 Steuerungs- und Regelungstechnik __ 891.7.1 Steuern ___________________________ 891.7.2 Regeln ____________________________ 891.7.3 EVA-Prinzip ________________________ 911.7.4 Signalarten ________________________ 911.7.5 Signalweg _________________________ 921.7.6 Steuerungsarten ___________________ 931.7.7 Verknüpfungen ____________________ 95

2 Geschichte des Fahrrades 98

3 Fahrradtypen 1013.1 Standardtypen _____________________ 1013.2 Sporträder ________________________ 1043.3 Kinderfahrräder ____________________ 1063.4 Sonderkonstruktionen ______________ 1073.5 Fahrräder mit Verbrennungsmotor __ 1093.6 Anhänger _________________________ 1103.7 Elektrofahrräder ___________________ 1113.7.1 Typen von Elektrofahrrädern ________ 1113.7.2 Komponenten von Elektrofahrrädern 1133.7.3 Elektromotoren ____________________ 1143.7.4 Antriebssteuerung _________________ 1183.7.5 Bedienung und Display _____________ 1203.7.6 Einbauorte von Motoren ____________ 1213.7.7 Akkus _____________________________ 1243.7.8 Ladegeräte ________________________ 1273.7.9 Montageorte des Akkus ____________ 1293.7.10 Akku-Angaben _____________________ 1303.7.11 Umgang mit Lithium-Akkus _________ 1313.7.12 Nachrüstsätze _____________________ 131

4 Rahmen, Lenkung, Federung 1324.1 Kräfte und Momente am Fahrradrahmen ____________________ 1324.1.1 Vertikalkräfte ______________________ 1324.1.2 Horizontalkräfte ____________________ 1334.1.3 Seitenkräfte _______________________ 1344.1.4 Antriebs- und Bremskräfte __________ 1354.1.5 Biegemomente ____________________ 1354.2 Rahmentest _______________________ 1364.3 Rahmenbauarten __________________ 1384.4 Rohrherstellung ___________________ 1424.4.1 Stahlrohre _________________________ 1424.4.2 Aluminiumrohre ___________________ 1434.4.3 Carbonrohre _______________________ 1444.4.4 Rohrverfeinerungen ________________ 1444.4.5 Zuschneiden der Rohre _____________ 1454.5 Rahmenfügen _____________________ 1464.5.1 Löten _____________________________ 1464.5.2 Schweißen ________________________ 1514.5.3 Kleben ____________________________ 1544.5.4 Herstellen von Carbonrahmen ______ 1554.5.5 CFK-Schäden und Prüfverfahren ____ 1594.6 Rahmengeometrie _________________ 1704.6.1 Rahmenhöhe und -länge ___________ 1704.6.2 Radstand und Fußfreiheit ___________ 1714.6.3 Tretlagerhöhe und Bodenfreiheit ____ 1724.6.4 Nachlauf, Rücksprung und Absenkung 1734.6.5 Einfluss auf das Fahrverhalten ______ 175

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Inhalt6

4.7 Kontrolle von Rahmen und Gabeln __ 1764.8 Rahmen- und Gabel-Anbauteile _____ 1794.9 Lenkung ___________________________ 1824.9.1 Gabel _____________________________ 1824.9.2 Steuersatz _________________________ 1854.9.3 Vorbau ____________________________ 1894.9.4 Lenker ____________________________ 1924.10 Sattel und Sattelstütze _____________ 1984.10.1 Sattel _____________________________ 1984.10.2 Sattelstütze ________________________ 2004.11 Fahrradfederung ___________________ 2024.11.1 Aufgaben der Fahrradfederung _____ 2024.11.2 Das ungefederte Fahrrad ___________ 2024.11.3 Elemente der Federung _____________ 2054.11.4 Fachbegriffe der Federtechnologie __ 2124.11.5 Ausführungen von Federungen _____ 2174.11.6 Physik der Fahrradfederung ________ 2244.11.7 Übungsaufgabe Federung __________ 230

5 Antrieb 2385.1 Pedalbewegung ___________________ 2385.2 Tretlagersatz ______________________ 2385.2.1 Verbindung Kurbelarm-Lagerwelle __ 2385.2.2 Tretlager __________________________ 2405.2.3 Kurbelarme und Kettenblätter _______ 2425.2.4 Kurbellänge _______________________ 2445.2.5 Pedalabstand ______________________ 2445.2.6 Kettenlinie _________________________ 2455.3 Pedale ____________________________ 2465.3.1 Pedalgewinde _____________________ 2465.3.2 Pedalprüfung ______________________ 2475.3.3 Pedallagerung _____________________ 2485.3.4 Pedalausführungen ________________ 2485.4 Fahrradkette _______________________ 2515.4.1 Aufbau einer Fahrradkette __________ 2515.4.2 Kettenreibung und Kettenverschleiß _ 2525.4.3 Kettenfügen _______________________ 2535.4.4 Kettenlänge bei Kettenschaltungen __ 2545.5 Zahnriemen _______________________ 2565.6 Fahrradschaltungen ________________ 2585.6.1 Nabenschaltungen _________________ 2585.6.2 Kettenschaltungen _________________ 2765.6.3 Schalthebel ________________________ 2815.6.4 Weitere Schaltsysteme _____________ 284

6 Bremsen 2896.1 Vorschriften _______________________ 2896.1.1 Gesetzliche Vorschriften ____________ 2896.1.2 Sicherheitstechnische

Anforderungen und Prüfungen ______ 2896.1.3 Kraftübertragung und

Übersetzungsverhältnis ____________ 291

6.2 Bauarten von Bremsen _____________ 2936.2.1 Felgenbremsen ____________________ 2936.2.2 Nabenbremsen ____________________ 304

7 Laufräder 3177.1 Druckspeichenrad __________________ 3177.2 Drahtspeichenrad __________________ 3177.2.1 Vertikale Belastung ________________ 3187.2.2 Antriebsbelastung _________________ 3187.2.3 Seitenbelastung ___________________ 3197.3 Systemlaufräder ___________________ 3217.4 Vorschriften und Prüfverfahren _____ 3237.5 Naben ____________________________ 3247.5.1 Ausführungen von Naben __________ 3247.5.2 Vorderradnaben ___________________ 3257.5.3 Hinterradnaben ____________________ 3267.5.4 Nabenklemmung __________________ 3277.5.5 Nabenlagerung ____________________ 3297.5.6 Nabendichtungen __________________ 3307.5.7 Freilauf ____________________________ 3317.6 Felgen ____________________________ 3347.6.1 Werkstoffe und Herstellung _________ 3347.6.2 Felgentypen _______________________ 3357.6.3 Felgenprofile ______________________ 3367.6.4 Felgengeometrie ___________________ 3377.6.5 Bremswirkung von Felgen __________ 3377.6.6 Speichenlöcher und Felgenbänder __ 3397.7 Speichen __________________________ 3407.7.1 Eigenschaften und Herstellung von

Speichen __________________________ 3407.7.2 Speichenausführungen _____________ 3427.7.3 Einspeicharten _____________________ 3437.7.4 Ermittlung der Speichenlänge ______ 3457.7.5 Standard-Einspeichanleitung _______ 3467.8 Fahrradbereifung __________________ 3497.8.1 Vorschriften _______________________ 3497.8.2 Reifenaufbau ______________________ 3497.8.3 Bauarten von Reifen _______________ 3507.8.4 Reifenprofile _______________________ 3527.8.5 Fahrradschlauch ___________________ 3547.8.6 Größenbezeichnungen von Reifen __ 3547.8.7 Rolleigenschaften von Reifen _______ 3557.8.8 Reifendruck _______________________ 3567.8.9 Montageempfehlungen ____________ 3577.8.10 Fahrradventile _____________________ 357

8 Elektrische Ausrüstung 3598.1 Gesetzliche Grundlagen ____________ 3598.2 Lichtmaschine _____________________ 3608.2.1 Spannungserzeugung durch Induktion __________________________ 360 8.2.2 Dynamobauarten __________________ 361

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Inhalt 7

8.3 Lichtquellen _______________________ 3658.3.1 Temperaturstrahler ________________ 3658.3.2 Leuchtdioden ______________________ 3668.4 Beleuchtung _______________________ 3688.4.1 Scheinwerfer ______________________ 3688.4.2 Rücklicht (Schlussleuchte) __________ 3708.4.3 Rückstrahler (Reflektoren) __________ 3718.4.4 Standlicht _________________________ 3728.4.5 Verkabelung _______________________ 3728.5 Sicherheits- und

Komforteinrichtungen ______________ 3728.6 Fehlersuche in der

Beleuchtungsanlage _______________ 3748.7 Fahrradcomputer __________________ 3758.8 Elektrische Spannungsversorgung für Mobilgeräte ____________________ 3778.9 GPS-Navigation ____________________ 377

9 Zubehör 3799.1 Schutzblech und Kettenschutz ______ 3799.2 Gepäckträger ______________________ 3809.3 Kindersitze ________________________ 3829.4 Fahrradständer ____________________ 3839.5 Glocke ____________________________ 3849.6 Luftpumpe ________________________ 3859.7 Fahrradschlösser __________________ 3869.8 Helm ______________________________ 3879.9 Sicherheitszelle ____________________ 388

10 Anpassung und Ergonomie 38910.1 Körpermaße _______________________ 38910.2 Fahrrad- und Positionsmaße ________ 39010.3 Ergonomie ________________________ 39810.3.1 Muskeln als Motor _________________ 39810.3.2 Sitzposition und Pedalkraft _________ 39910.3.3 Individuelle Sitzpositionen __________ 40010.4 Energie- und Leistungsbilanz _______ 404

11 Fahrmechanik 40711.1 Masse, Trägheit und Gewicht _______ 40711.2 Kraft und Gegenkraft _______________ 40911.3 Reibungskräfte ____________________ 40911.3.1 Haftreibung _______________________ 41011.3.2 Gleitreibung _______________________ 41011.3.3 Rollreibung ________________________ 41111.4 Schlupf ___________________________ 41111.5 Gleichgewicht _____________________ 41211.6 Kurvenfahrt _______________________ 41211.7 Kreiselkräfte _______________________ 41411.8 Lenksystem _______________________ 41611.9 Bremsen __________________________ 41911.9.1 Grundlagen Bremsen ______________ 419

11.9.2 Überschlagsgefahr _________________ 42011.9.3 Bremsen in der Kurve ______________ 421

12 Oberflächenschutz 42212.1 Lacke _____________________________ 42212.2 Beschichtungsverfahren ____________ 42212.2.1 Nasslackierung ____________________ 42212.2.2 Pulverlackierung ___________________ 42312.2.3 Kombinationen von Lackierungen ___ 42412.2.4 Elektrotauchlackierung _____________ 42412.3 Eloxieren __________________________ 425

13 Schmierung, Reinigung und Pflege 42613.1 Schmierung _______________________ 42613.1.1 Aufgaben und Arten von Schmierstoffen ____________________ 42613.1.2 Schmierstoffe in der

Fahrradinstandhaltung _____________ 42813.1.3 Prüfverfahren für Schmierstoffe _____ 43113.1.4 Alterung, Neuschmierung und Entfettung _________________________ 43113.1.5 Tribologische Sonderfälle in der

Fahrradtechnik _____________________ 43213.2 Pflege und Reinigung von

Fahrradbauteilen ___________________ 43613.3 Abfallentsorgung __________________ 44313.3.1 Gesetzliche Grundlagen ____________ 44313.3.2 Beseitigung von Abfällen in

Fahrradgeschäften _________________ 443

14 Instandhaltung, Werkzeuge 445

15 Arbeitssicherheit 45315.1 Gesetzliche Grundlagen ____________ 45315.2 Sicherheitszeichen _________________ 45315.3 Gefahrstoffe _______________________ 45415.4 Persönliche Schutzausrüstung ______ 45515.5 Unfallverhütung ___________________ 456

16 Produktsicherheit 45716.1 Benutzerinformation für

Gebrauchsgüter ___________________ 45716.1.1 Informationspflicht _________________ 45716.1.2 Informationsinhalte ________________ 45716.1.3 Informationsfehler _________________ 45716.2 Gewährleistung ____________________ 45816.2.1 Sachmangel _______________________ 45816.2.2 Beweislastumkehr _________________ 45816.3 Haftung ___________________________ 45816.3.1 Haftungsansprüche ________________ 45816.3.2 Zivilrechtliche Produzentenhaftung __ 45916.4 Garantie und Kulanz _______________ 459

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Inhalt8

16.5 Normen ___________________________ 46016.5.1 Das DIN ___________________________ 46016.5.2 Normungsarbeit ___________________ 46016.5.3 Sicherheitsnormen Fahrrad _________ 46016.6 Gesetzliche Vorschriften Fahrrad ____ 46116.6.1 Die StVZO _________________________ 46116.6.2 Bauvorschriften Fahrrad ____________ 46216.6.3 Typprüfung Fahrrad ________________ 46216.7 Sicherheitstechnische

Untersuchungen ___________________ 46216.7.1 Betriebslasten _____________________ 46216.7.2 Betriebslastenermittlungen _________ 46316.7.3 Messfahrten und Labormessungen __ 46416.7.4 Prüfgrundlagen ____________________ 46416.7.5 Testverfahren, Testeinrichtungen ___ 46416.8 Schadensbegutachtung ____________ 46816.8.1 Sach- und Körperschäden __________ 46816.8.2 Produkt- und Instruktionsfehler _____ 46816.8.3 Gerichts- und Privatgutachten ______ 46816.9 Risiken ____________________________ 46816.10 Produktsicherheit Elektrofahrrad ____ 469

17 Antriebssysteme mitVerbrennungsmotoren 470

17.1 Otto-Viertaktmotor _________________ 47017.1.1 Arbeitsschritte des Otto-Viertakt- motors ____________________________ 47017.1.2 Aufbau des Otto-Viertaktmotors _____ 47117.2 Otto-Zweitaktmotor ________________ 47317.2.1 Aufbau des Otto-Zweitaktmotors ____ 47317.2.2 Arbeitsschritte des Otto-Zweitakt- motors ____________________________ 47317.3 Motorsteuerung ___________________ 47417.4 Motorschmierung __________________ 47517.4.1 Mischungsschmierung _____________ 47517.4.2 Frischölschmierung ________________ 47517.4.3 Druckumlaufschmierung ___________ 47617.4.4 Trockensumpfschmierung __________ 47617.5 Motorkühlung _____________________ 47617.5.1 Luftkühlung _______________________ 47617.5.2 Flüssigkeitskühlung ________________ 47717.6 Betriebsstoffe ______________________ 47717.6.1 Kraftstoffe _________________________ 47717.6.2 Schmierstoffe _____________________ 47817.7 Zündung __________________________ 47817.7.1 Zündkerze _________________________ 47917.7.2 Erzeugung des Zündfunkens ________ 47917.8 Gemischaufbereitung ______________ 48017.8.1 Vergaser __________________________ 48017.8.2 Einspritzanlage ____________________ 48217.9 Abgasanlage ______________________ 482

18 Wirtschaftskunde 48318.1 Grundlagen der Wirtschaftskunde ___ 48318.1.1 Bedürfnisse _______________________ 48318.1.2 Wirtschaften _______________________ 48318.2 Der Betrieb ________________________ 48418.2.1 Merkmale der Unternehmung _______ 48418.2.2 Rechtsformen _____________________ 48418.2.3 Organisation eines Betriebes _______ 48518.2.4 Lagerhaltung ______________________ 48518.2.5 Kalkulation ________________________ 48718.3 Der Markt _________________________ 48818.3.1 Markt und Wettbewerb _____________ 48818.3.2 Marketinginstrumente ______________ 48918.4 Der Verkauf ________________________ 48918.4.1 Der Kunde _________________________ 48918.4.2 Verkaufsgespräche _________________ 49018.4.3 Werkstattorganisation ______________ 49118.4.4 Die Ware __________________________ 49218.4.5 Der Kaufvertrag ____________________ 49318.4.6 Zahlungsverkehr ___________________ 49418.4.7 Warenpräsentation _________________ 495

19 Fachrechnen und physikalisch- technologische Grundlagen 49619.1 Längen ____________________________ 49619.2 Drehzahl __________________________ 49619.3 Geschwindigkeit ___________________ 49619.4 Beschleunigung und Verzögerung ___ 49819.5 Anhalteweg und Bremsweg ________ 49819.6 Masse und Dichte __________________ 49819.7 Trägheit und Trägheitsmoment _____ 49919.8 Flächenmoment und

Widerstandsmoment _______________ 49919.9 Kraft ______________________________ 49919.10 Antriebsschlupf und Bremsschlupf __ 50419.11 Mechanische Arbeit ________________ 50419.12 Energie ___________________________ 50519.13 Leistung ___________________________ 50519.14 Wirkungsgrad _____________________ 50719.15 Drehmoment ______________________ 50819.16 Hebel und Bremsen ________________ 50819.17 Kreiselmoment und Kreiselkraft _____ 51819.18 Getriebe ___________________________ 51819.19 Kurvenfahrt _______________________ 52419.20 Federung __________________________ 52519.21 Festigkeit __________________________ 52619.22 Elektrotechnik _____________________ 52819.23 Projekt Elektrofahrrad ______________ 530

20 Sponsoren 532

Sachwortverzeichnis 545

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1 Grundstufe 9

1

Einteilung des Prüfens

Das Prüfen wird in das subjektive und das objek-tive Prüfen eingeteilt.

Unter subjektivem Prüfen versteht man das Prü-fen ohne Hilfsmittel nur mit den menschlichen Sinnen Sehen, Hören und Fühlen.

Unter objektivem Prüfen versteht man das Prü-fen mit Hilfsmitteln, wie z. B. mit Lehren oder mit Messgeräten.

Die subjektive Prüfung ist ungenauer, da die menschlichen Sinne verschiedener Personen unterschiedlich ausgeprägt sind. Daher sind die Prüfergebnisse einer subjektiven Prüfung nur schlecht miteinander vergleichbar

1 Grundstufe

1.1 Prüfen und Messen

1.1.1 Grundbegriffe und Definitionen

Im Rahmen der Fahrradfertigung sowie im Laufe einer Fahrradinspektion nehmen Prüftätigkeiten einen großen Umfang ein. Durch die Qualitäts-sicherung nimmt die Prüfung von Bauteilen und Baugruppen im Rahmen der Qualitätskontrolle eine besondere Bedeutung an.

Unter Prüfen versteht man einen Vergleich zwi-schen einem Istzustand und einem Sollzustand. Der Istzustand ist der tatsächliche (momentane) Zustand wie z. B. ein Längenmaß oder eine Ober-flächenqualität. Der Sollzustand kann vom Her-steller vorgeschrieben werden, wie z. B. der maxi-male Reifenluftdruck.

In Anlehnung an DIN 1319 Teil 1:Prüfen heißt feststellen, ob der Prüfgegen-stand erwartete Eigenschaften oder geforderte Maße einhält.

info

Das objektive Prüfen wird in Messen und Lehren unterteilt.

Beim Lehren wird mit Hilfe einer Lehre ermittelt, ob das zu prüfende Bauteil innerhalb vorgegebe-ner Grenzen liegt. Man erhält als Prüfergebnis kei-nen Zahlenwert mit Einheit, sondern nur eine Gut/Schlecht- bzw. Passt/Passtnicht- Aussage. Der Be-trag einer Abweichung vom Sollwert wird nicht festgestellt.

Beim Messen wird mit Hilfe eines Messgerätes ein Messwert ermittelt.

Der Messwert ist eine physikalische Größe. Bei-spiele sind Länge, Druck, Temperatur. Ein Mess-wert besteht immer aus einem Zahlenwert und einer Einheit, z. B. eine Länge ö = 2 m.

Um Messergebnisse miteinander vergleichen zu können, sind die Einheiten genormt.

Als Prüfergebnis erhält man bei der subjek-tiven Prüfung nur eine Gut/Schlecht-Aussage.

Beispiel einer objektiven Prüfung:Verschleißprüfung der Fahrradkette mit einer Kettenverschleißlehre (Bild 1). Man kann mit dieser Prüfung nur ermitteln, ob die Kette ver-schlissen ist oder nicht.

Prüfen

Prüfen ohne Hilfsmittel,nur durch menschlicheSinne, z. B. Sichtprüfungdes Reifenprofils

Prüfen mit Prüfmittel,z. B. Messen der Sattel-rohrstütze mit einemMessschieber

Subjektives Prüfen Objektives Prüfen

Objektives Prüfen

Das Prüfergebnis ist einMesswert, d. h. Zahl undEinheit

Das Prüfergebnisist kein Zahlenwert,sondern nur eineGut /Schlecht-Aussage

Messen Lehren

Bild 1: Kettenverschleißlehre Rohloff

Kap 1 (009-097).indd 9Kap 1 (009-097).indd 9 19.02.14 10:4219.02.14 10:42

1 Grundstufe10

1Maßeinheiten können nach DIN 1301 vervielfacht oder geteilt werden und man erhält Zahlenwerte mit übersichtlichen Stellen. So kann man für eine Entfernung besser 40 km angeben als 40 000 m.

Vorsatz-

zeichen

Bedeu-

tungVielfaches der Einheit

da Deka zehnfach 101 = 10

h Hekto hundertfach 102 = 100

k Kilo tausendfach 103 = 1000

M Mega millionenfach 106 = 1000000

d Dezi zehntel 10–1 = 0,1

c Zenti hundertstel 10–2 = 0,01

m Milli tausendstel 10–3 = 0,001

µ Mikro millionstel 10–6 = 0,000001

1.1.2 Messen

Seit ca. 6000 Jahren spielen Maße und Messge-räte in vielen Lebensbereichen des Menschen eine große Rolle. Die Einteilung der Zeit war einer der ersten Messvorgänge.

Jeder technische Vorgang ist mit Messvorgängen verknüpft. Dabei ist das Messen ein Vergleichen mit bekannten Größen. Früher hat der Mensch seine Körpermaße als Vergleichsgröße genom-men, z. B. die Fußlänge zur Längenmessung.

Heute gibt es internationale Basisgrößen − das sind Größen, die sich nicht durch andere Basis-größen ausdrücken lassen. Alle anderen Größen sind von den Basisgrößen abgeleitet. Beispiel: Die Geschwindigkeit ist von den Basisgrößen Länge und Zeit abgeleitet.

Jede Basisgröße hat eine Basiseinheit (Tabelle 1).Die Bezeichnung des genormten Einheitensy-stems ist „Système International d‘Unites“, abge-kürzt SI-Einheitensystem.

Tabelle 1: Basisgröße und Einheit

Internationales Einheitensystem

Grundgröße/

BasisgrößeEinheit

Einheiten-

kurzzeichen

Länge

Meter m

Masse

Kilogramm kg

12

39

6

Zeit

Sekunde s

Stromstärke

A Ampere A

Tempe-ratur

Kelvin K

Lichtstärke

Candela cd

1.1.3 Messabweichungen

Messergebnisse sind nur dann miteinander ver-gleichbar, wenn sie wiederholbar sind. Darum ist die Bezugstemperatur von 20 °C beim Messgerät und dem Werkstück vereinbart worden.

Abweichungen vom Messwert können verursacht sein durch:

• das Messgerät

• das Werkstück

• den Menschen

• Umwelteinflüsse

Man unterscheidet zufällige und systematische Messabweichungen.

Zufällige Abweichungen sind nicht wiederhol-bar. Ursachen können Temperaturschwankungen, Schmutz oder Ablesefehler sein. Beispiel:

Messabweichung durch Parallaxe entstehen, wenn unter schrägem Blickwinkel abgelesen wird (Bild 1).

Blickrichtungen: richtig falsch

f

Bild 1: Messabweichung durch Parallaxe

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1 Grundstufe 11

1

Messgeräte LehrenHilfs-

mittel

Maßver-körper-ungen

Anzeigen-de Mess-geräte

Längen und Win-kel kön-nen direkt abgelesen werden

Längen und Win-kel wer-den über beweg-liche Teile auf einer Skala oder digital angezeigt

Lehren verkör-pern ein Maß oder eine Form

Hilfsmittel haben stützende oder über-tragende Funkti-onen

Massstab

5 64321

Mess-schieber

Kettenver-schleißlehre Taster

Glieder-maßstab

9 1

6 45

0

8 2

7 3

Mess-uhr Fühlerlehre Messständer

Parallelend-maß

Bügelmess-schraube

Winkel(Formlehre)

Systematische Messfehler sind konstante Abwei-chungen, die man bei der Messung berücksich-tigen muss. Sie basieren meist auf Fehler des Messgerätes (Gerätefehler). Diese Messfehler sind regelmäßig und kommen in gleicher Größe bei jeder Messung vor. Ursachen können sein:

• Betriebsstörung des Messgerätes

• Abnutzung wichtiger Teile am Messgerät

• Spiel, Verzug oder Schmutz am Messgerät

Auch die richtige Auswahl des Messgerätes stellt eine mögliche Fehlerquelle dar. Beispiel: Durch-messerermittlung einer Sattelstütze. Hier ist der Gliedermaßstab als Messgerät ungeeignet, da aufgrund zu großer Messabweichungen die Messgenauigkeit nicht ausreicht.

1.1.4 Prüfmittel

Prüfmittel (Tabelle 1) sind Messgeräte (Mess-zeuge), Lehren und Hilfsmittel.

Tabelle 1: Auswahl Prüfmittel

Anzeigende Messgeräte

Der Messschieber ist das am häufigsten einge-setzte Messwerkzeug. Der Begriff „Schieblehre“ sollte nicht verwendet werden, da mit dem Mess-schieber gemessen und nicht gelehrt wird.

Der Messschieber nach DIN 862 wird umgangs-sprachlich auch als Taschenmessschieber be-zeichnet. Damit können Innen-, Außen- und Tie-fenmaße gemessen werden. Der Messbereich beträgt meist 160 mm.

Der Messschieber (Bild 1) besteht aus einer Schie-ne mit Millimeterskala und zusätzlich meist einer Zollskala. An der Schiene befindet sich der feste Messschenkel. Am Schieber befinden sich die No-niusskala und der bewegliche Messschenkel.

Die am Schieber befestigte Messstange wird zur Tiefenmessung genutzt. Eine Klemmvorrichtung ermöglicht das Feststellen des Schiebers, damit sich der Messschieber nicht beim Ablesen ver-stellt.

Neben der klassischen Anzeige mit Nonius und Millimeterskala gibt es auch Ausführungen mit Rundskala (Bild 2) oder elektronischer Ziffernan-zeige (Bild 1, Seite 12).

Schiene

WerkstückNonius

Tiefen-messgerät

Strichskala(Skw = 1 mm)

beweglicher Messschenkel

fester Messschenkel

Schieber

schneidenförmigeMessflächen fürInnenmessung

Bild 1: Messschieber

Bild 2: Messschieber mit Rundskala

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1 Grundstufe12

1

Funktionsweise des Messschiebers

Die Ablesegenauigkeit beträgt meist 1/10 mm (0,1 mm) oder 1/20 mm (0,05 mm). Beim Zehner-Nonius (Bild 2) mit seiner 0,1 mm-Ablesegenauig-keit sind 9 mm in 10 Teile unterteilt, sodass der Strichabstand auf dem Nonius 0,9 mm beträgt.

Ableseregeln:

• Ganze Millimeter werden auf dem Strichmaß-stab links vom Nullstrich des Nonius abgelesen.

• Die zehntel Millimeter werden rechts vom Nullstrich des Nonius an dem Teilstrich des Nonius abgelesen, der mit einem Strich des Strichmaßstabs übereinstimmt. Die Anzahl der Teilstrichabstände auf dem Nonius gibt die An-zahl der zehntel Millimeter an (Bild 3).

Bedienen und Ablesen

• Bügel der Messschraube mit einer Hand fest-halten. Mit der anderen Hand die Messspindel durch Drehen der Skalentrommel bis kurz vor das Werkstück bewegen.

• Das endgültige Maß mit der Ratsche „gefühl-voll“ einstellen. Bei einer bestimmten Anpress-kraft dreht die Gefühlsratsche durch und ver-hindert eine Beschädigung der Messspindel.

Die Bügelmessschraube ist ein Längenmessge-rät mit einer Ablesegenauigkeit von 1/100 mm =0,01 mm (Bild 4). Die bewegliche Messspindel hat ein Feingewinde mit einer Steigung von 0,5 mm.

Wird die Skalentrommel um einen der 50 Teilstri-che gedreht, verschiebt sich die Messspindel um 0,5 mm : 50 = 0,01 mm in Längsrichtung (der Ska-lenteilungswert beträgt 0,01 mm).

Die vollen Millimeter werden auf der Skalentrom-mel oben, die hunderstel Millimeter unten abge-lesen (Bild 5).

Elektronische Bügelmessschrauben haben neben der normalen Rundskala mit dem Skalenteilungs-wert 0,01 mm noch eine Ziffernanzeige, die eine Ablesegenauigkeit von 1/1000 mm = 0,001 mm ermöglicht.

FunktionsartMaßvorein-stellung

Feststellschraube

Ein- AusNullstellung

Bild 1: Elektronischer Messschieber

0

0 5 10

1 2

Bild 2: Zehner-Nonius

0 5

4/10 mm 3,4 mm3 mm

10

0 1 2

Bild 3: Ablesebeispiel Zehner-Nonius

Merke: Der Nullstrich des Nonius entspricht dem Komma im Messwert.

info

0 5 1035

30

Mess-flächen

Isolierplatte Bügel

Skalen

Skalenhülse Kupplung

Skalen-trommel

Spindel-feststellung

Messspindel mit0,5 mm-Steigung

Einstell-mutter

Feder

Amboss

Bild 4: Bügelmessschraube

12 mm

22/100 mm= 0,22 mm

25

20

15

0 5 10

0,5 mm

12 mm + 0,5 mm + 0,22 mm = 12,72 mm

Bild 5: Ablesen der Bügelmessschraube

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1 Grundstufe 13

1Mechanische Messuhren (Bild 1) dienen zum Prüfen von Bauteilen auf Rundlauf (Bild 2), Pa-rallelität oder von Flächen auf Ebenheit. Man misst nicht das Istmaß, sondern die Abweichung von einem eingestellten Istwert.

Bei Messuhren mit analoger Anzeige (Rundskala) wird die Längsbewegung des Messtasters durch eine Zahnstange und ein Zahnrad auf den Zei-ger übertragen. Da sich dadurch der Zeiger der Messuhr mehrmals drehen kann, wird ein zweiter Zeiger benötigt, der die Zahl der Umdrehungen anzeigt.

Die beliebige Nullstellung der Skala kann durch Drehen der Skalenanzeige an der gewünschten Stelle positioniert werden.

Die Genauigkeit von mechanischen Messuhren be-trägt 1/100 mm. Elektronische Messuhren (Bild 3)

mit einer Genauigkeit von 1/1000 mm haben eine Digitalanzeige, die das Ablesen erleichtert.

Der Winkelmesser erlaubt eine Messung von Winkeln nach Graden (Bild 3). Er besteht meist aus einer halbkreisförmigen Skala mit Gradein-teilung von 0° bis 180° (fester Messschenkel) und einer drehbaren Messschiene mit Zeiger (beweg-licher Messschenkel).

Ein Anwendungsbereich im Fahrradbau ist die Er-mittlung der Rahmenwinkel (Bild 4).

Toleranz-marke

drehbareSkalenan-zeige

Messbolzen

Messeinsatz

Umlaufzähler(mm-Skala)

Vorspann-feder

Abhebekopf

Einspann-schaft Zahnstange

Bild 1: Mechanische Messuhr

Toleranz-marken

Toleranzlage

Eingabevon Zahlen

FunktionenMODE

Nullstellen ABS

Bild 3: Elektronische Messuhr

010

2030

40

5060

70 80 90 100 110 120 130 140150

160170

180

Messwert =180°- Anzeige

Messwert= Anzeige

b

135° 45°

Bild 4: Winkelmesser

Richtwaage

Winkelmesser

Bild 5: Ermittlung des Sitzrohrwinkels mitWinkelmesser und Richtwaage

Bild 2: Zentrieren mit Messuhr. Prüfen des Rundlaufs eines Laufrades

Kap 1 (009-097).indd 13Kap 1 (009-097).indd 13 19.02.14 10:4219.02.14 10:42

1 Grundstufe14

11.2 Maschinenelemente

1.2.1 Schraubverbindungen und Gewinde

Bei der Fertigung, der Montage und Demontage von Baugruppen und Bauteilen kommt dem Fü-geverfahren „Schraubverbindungen“ eine große Bedeutung zu.

Schraubverbindungen gehören zur Fertigungs-gruppe Fügen und hier zu den lösbaren Verbin-dungen. Lösbar bedeutet, dass die Verbindungs-elemente bei der Demontage nicht zerstört werden.

Löten, Schweißen und Kleben sind Fügeverfah-ren, die nicht lösbar sind. Sie sind stoffschlüssig.

Schraubverbindungen gehören außerdem zu den kraftschlüssigen Verbindungen: Beim Anziehen der Schraube oder der Mutter werden die Verbin-dungselemente mit einer Spannkraft FS gegenei-nander gepresst (Bild 1). Ein Verschieben der Ver-bindungselemente gegeneinander durch die Kraft F wird durch die Reibungskraft FR verhindert.

Neben den kraftschlüssigen und den stoffschlüs-sigen Verbindungen unterscheidet man noch formschlüssige Verbindungen. Zu ihnen gehören die Stiftverbindungen und die Keilverbindungen.

Einteilung der Schrauben

Nach dem Verwendungszweck unterscheidet man Befestigungsschrauben, Einstellschrauben (Bild 2) und Bewegungsschrauben.

Bewegungsschrauben wandeln leichtgängig eine Drehbewegung in eine Längsbewegung um. Beispiele: das Bewegungsgewinde an einem Schraubstock oder das Steilgewinde am Plane-tenradträger, der den Bremskonus in den Brems-mantel drückt (Bild 3).

Schraubverbindungen sind lösbare, kraft-schlüssige Verbindungen. Die Bauteile wer-den entweder mit einer Schraube und einer passenden Mutter verbunden oder ein Gewin-de wird in oder auf das Bauteil geschnitten.

FS

FS

FR

F

F

FR

Bild 1: Kräfte an einer Schraubverbindung

Fügeverbindungen

Die Verbindung kannohne Zerstörung derVerbindungselementegelöst werden, wie z. B.Schrauben-, Bolzen-oder Keilverbindungen

Die Verbindung kannnur durch Zerstörungder Verbindungsele-mente gelöst werden,wie z. B. Schweiß- oderLötverbindungen

LösbareVerbindungen

UnlösbareVerbindungen

Schwenk-begrenzungs-schrauben

Einstell-schraubeAbstützkopf

EinstellschraubeZug

Bild 2: Einstellschrauben am Schaltwerk

Bild 3: Steilgewinde am Planetenradträger

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1 Grundstufe 15

1Weiterhin kann man Schrauben nach der Kopf-

form (Bild 1) oder der Gewindeart (Normal-, Fein- oder Grobgewinde, Bild 2) einteilen.

Da es Schrauben in unterschiedlichen Längen und Durchmessern gibt, ergeben sich einige hun-dert verschiedene Schraubenarten.

Eine Übersicht der wichtigsten Schrauben und Muttern befindet sich im Tabellenbuch Fahrrad-technik.

Nach dem Drehsinn unterscheidet man Links- und Rechtsgewinde.

Wenn sich Schrauben mit Rechtsgewinde durch äußere Kräfte lösen können, verwendet man Linksgewinde, die entgegen dem Uhrzeigersinn eingeschraubt werden, z. B. die Lagerschalen eines Innenlagers (Bild 3).

Warum das linke Pedal ein Linksgewinde und das rechte Pedal ein Rechtsgewinde hat, ist in Kapitel 5.1.5 beschrieben (Bild 4).

In der Geschichte des Fahrradbaus sind viele un-terschiedliche Gewindeabmessungen entstanden. Beispiele: • Englische Gewinde (Zoll-Gewinde) • Französische Gewinde • Italienische Gewinde • Deutsche Gewinde

Darüber hinaus sind in Deutschland Fahrradge-winde (FG) eingeführt, die im übrigen Maschinen-bau keine Anwendung finden.

Sechskant-schraube

Zylinder-schraubemit Innen-sechskant

Zylinder-schraube mit Innensechskant, niedriger Kopf

Senk-schraubemit Innen-sechskant

Zylinder-schraube

Senk-schraube

Linsensenkschrauben

mit Kreuz-schlitzmit Schlitz

Bild 1: Kopfformen von Schrauben

TretlagerwelleHülse

Linke Lagerschale1,37” × 24 tpi RH

Rechte Lagerschale1,37” × 24 tpi LH

Bild 3: Gewinde der Innenlagerschalen

L R

Bild 4: Pedalgewinde. Beim Linksgewinde (L) steigen die Gewindeflanken nach links an, beim Rechts-gewinde (R) nach rechts

Blechschraubeselbstschneidend

Bohrschraube

SechskantschraubeFeingewinde

SechskantschraubeNormalgewinde

Bild 2: Gewindearten

Aufgrund der Vielzahl von Gewindearten muss bei der Schraubenauswahl mit größter Sorg-falt vorgegangen werden. Die gilt besonders für Achsmuttern – Unfallgefahr!

Kap 1 (009-097).indd 15Kap 1 (009-097).indd 15 19.02.14 10:4219.02.14 10:42

1 Grundstufe16

1Gewinde

Ein Gewinde ist eine Einkerbung, die längs einer Schraubenlinie (Bild 1) um einen Zylinder läuft. Diese „Kerbe“ wird auch als Gewindegang be-zeichnet.

Eine Schraubenlinie entsteht, wenn ein Punkt auf einem sich gleichmäßig drehenden Zylinder in Richtung der Drehachse mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt wird. Die Abwicklung der Schraubenlinie ergibt eine schiefe Ebene. Die Gewindesteigung ist die Höhe der abgewickelten Schraubenlinie (Bild 2).

Befestigungsschrauben (und hier besonders Schrauben mit Feingewinden, Beispiel: Tretla-gergewinde) haben kleine Steigungswinkel, die durch Selbsthemmung das unbeabsichtigte Los-drehen verhindern sollen.

Bei Bewegungsgewinden werden teilweise große Steigungen gewünscht, um einen großen axialen Vorschub bei geringer Reibung zu erhalten.

Gewindeherstellung

Gewinde lassen sich spanend oder spanlos her-stellen (siehe auch Kapitel 1.3.5).

Spanabhebende Gewindeherstellung. Das Gewin-deprofil wird mit Hilfe von Werkzeugschneiden aus dem Werkstoff herausgearbeitet, entweder von Hand mit Schneideisen und Schneidklup-pen oder mit Gewindeschneidmaschinen, die mit Schneidköpfen arbeiten.

Spanlose Gewindeherstellung. Gegenüber dem spanabhebenden Verfahren fallen bei der Gewin-deherstellung mit Gewindeformern keine Späne an. Gewindeformung erfolgt ausschließlich auf Werkzeugmaschinen.

Beim Außengewindewalzen (Gewinderollen) wird durch Kaltumformung das Profil des Werk-zeugs in die Oberfläche des Rohteils gewalzt.

Nach DIN 8580 gehört das Gewindewalzen zum Druckumformen. Dieses Verfahren ist wesentlich schneller und bei großen Stückzahlen kostengün-stiger als andere Methoden zur Herstellung von Gewinden. Möglich sind auch Rändelungen und Kerbverzahnungen an Schrauben und Bolzen.

Vorteile der spanlosen Gewindeherstellung sind:

• Die Werkstofffaser wird nicht unterbrochen

• Durch Kaltverformung wird die Oberfläche ver-festigt

• Die Kerbempfindlichkeit wird reduziert

• Keine Späne

• Geringerer Materialbedarf

Gewindearten

Im Fahrradbereich kommen verschiedene Gewin-dearten zum Einsatz.

Fahrradgewinde (FG). Es sind Gewinde für Fahr-räder und motorisierte Zweiräder nach DIN 79012 mit einem Flankenwinkel von 60°.

Beispiel:Gewinderollen oder Gewindewalzen von Fahr-radspeichengewinden (Bild 3).

Beispiel:Speichengewinde FG 2,3 mit einem Nenn-durchmesser von 2,3 mm.

d2

Umfang = p · d2S

teig

un

g P

Abwicklung derSchraubenlinie

SchiefeEbene

Steigungs-winkel a

a

Bild 1: Schraubenlinie

Gewinde-profil

Ste

igu

ng

P

Kern - ø d3

Flan

ken

-w

inke

l

Flanken - ø d2

(Außen - ø)Nenn - ø d

Bild 2: Bezeichnungen am Gewinde

Bild 3: Speichengewinde-Walzmaschine (Cyclus)

Kap 1 (009-097).indd 16Kap 1 (009-097).indd 16 19.02.14 10:4219.02.14 10:42

1 Grundstufe 17

1Metrische ISO-Gewinde. Es ist nach DIN 13 inRegel- und Feingewinde unterteilt. Der Flanken-winkel beträgt 60°. Beispiele:

• M 10 kennzeichnet ein Regelgewinde, welches z. B. bei der Befestigungsschraube für den Seitenständer verwendet wird. In der Kurzbe-zeichnung steht M für metrisch und 10 für ei-nen Nenndurchmesser von 10 mm. Die Gewin-desteigung beträgt 1,5 mm.

• M 10 x 1 kennzeichnet ein metrisches Feinge-winde mit 10 mm Nenndurchmesser und einer Gewindesteigung von 1 mm, welches z. B. bei der Hinterradachse Anwendung findet.

In der Kurzbezeichnung von Feingewinden wird zusätzlich die Gewindesteigung angegeben. Feingewinde haben bei gleichem Nenndurch-messer kleinere Steigungen als Regelgewinde.

Englisches Zoll-Gewinde.

• BSC (British Standard Cycle) mit einem Flan-kenwinkel von 60°, die bei gleichem Durch-messer kompatibel mit ISO-Gewinden sind.

• Britische Gewinde mit einem Flankenwinkel von 55°, die in der heutigen Fahrradtechnik nicht mehr verwendet werden.

Die Steigung bei Zoll-Gewinden wird als Anzahl der Windungen je Zoll Gewindelänge angegeben − im Gegensatz zur Steigung je Umdrehung beim metrischen Gewinde.

Amerikanisches Zoll-Gewinde. In Amerika findet man im Fahrradbereich gelegentlich das Zoll-maß. Die Bestimmung der Gangzahl ist mit dem britischen System identisch. Der Flankenwinkel beträgt bei amerikanischen Zoll-Gewinden immer 60°, während bei englischen Gewinden der Flan-kenwinkel auch 55° betragen kann.

Englische und amerikanische Zoll-Gewinde sind untereinander nicht austauschbar (nicht kompa-tibel).

Französische Gewinde. Die Abmessungen der französischen Gewinde sind an die metrischen Ab-messungen angelehnt und in mm angegeben.

Beispiel:Das Tretlagergewinde BC 1,37“ x 24 tpi1 kennzeichnet ein englisches Fahrradgewinde mit einem Flankenwinkel von 60°, mit 1,37“(34,9 mm) Gewindedurchmesser und 24 Ge-windegängen pro Zoll (Bild 3, Seite 15).

Beispiele:Steuersatz 25 x 1, Tretlager 35 x 1, Pedale 14 x 1

1 tpi = engl. threads per inch = Gewindegänge pro Zoll2 Weitere Informationen können dem Tabellenbuch Fahrradtechnik

entnommen werden.

Neuere Fahrräder werden mit ISO-Gewinden ge-fertigt.

Italienische Gewinde. Sie sind eine Sonderform von Fahrradgewinden. Der Gewindedurchmesser ist in Millimeter angegeben, die Gewindestei-gung in Zoll. So hat das italienische Tretlagerge-winde 36 x 24 einen Gewindedurchmesser von 36 mm und eine Gewindesteigung von 24 Gängen auf ein Zoll.

Schraubensicherungen

Schraubensicherungen sind Maschinenelemente, die das ungewollte, selbstständige Lockern oder Lösen einer Schraubverbindung durch äußere Einflüsse wie Schwingungen (Vibrationen), Set-zen der Verbindung usw. verhindern sollen.

Man unterscheidet stoffschlüssige, formschlüs-sige und kraftschlüssige Schraubensicherungen.

Die beste Schraubensicherung ist eine ausrei-chend hohe Vorspannkraft (Klemmkraft) und eine ausreichende Klemmlänge (> 5d).

Stoffschlüssige Sicherungen

Bei einer flüssigen Klebstoffsicherung (Bild 1)

wird zwischen dem Innen- und Außengewinde Klebstoff eingebracht.

Nach der Aushärtung verhindert der Klebstoff durch Adhäsionskräfte auf den Oberflächen der Fügeteile und durch Kohäsionskräfte innerhalb des Klebstoffs Relativbewegungen zwischen den Verbindungselementen.

Beispiel:Eine Zoll-Schraube mit der Gangzahl 20 (tpi 20) benötigt 20 Umdrehungen, um sich ein Zoll in Achsrichtung zu verschieben.

Bei älteren Fahrrädern aus französischer Produk-tion können spezielle Gewindeabmessungen vor-kommen.

Bild 1: Flüssige Klebstoffsicherung

Kap 1 (009-097).indd 17Kap 1 (009-097).indd 17 19.02.14 10:4219.02.14 10:42

1 Grundstufe18

1Eine weitere Sicherung ist die Beschichtung einer Schraube (Bild 1) mit mikroverkapseltem Kleb-

stoff. Bei der Montage werden die dünnwandigen Mikrokugeln zerstört. Dabei wird der in den Kap-seln enthaltene Klebstoff und Härter freigesetzt und gemischt, so dass es zu einer chemischen Reaktion kommt.

Klebstoff- und mikroverkapselte Gewindesiche-rungen sind nur einmal anwendbar; die Siche-rungsfunktion geht beim Nachziehen einer Ver-schraubung verloren.

Formschlüssige Sicherungen

Bei einer Sperrzahnschraube ist der Schrauben-kopf an der Unterseite mit einer Verzahnung ver-sehen, die sich bei der Montage in das Material eindrückt (Bild 2). Es wird ein Formschluss er-zeugt, der ein selbsttätiges Losdrehen erschwert.

Diese Sicherungsart ist nicht für gehärtete Werk-stoffe geeignet.

Neben den sogenannten Losdrehsicherungen

werden einige Schraubensicherungen als Setz-

sicherungen verwendet. Der Grund liegt darin, dass die Vorspannkraft durch ein Nachgeben des Werkstoffs (Kriechen) abnehmen kann.

Sicherungselemente als Setzsicherungen (Bild 3)

kompensieren die Kriech- und Setzbeträge, sowie die Elastizität der Bauteile.

Stoffschlüssige Klebstoffsicherungen gehören zu den Losdrehsicherungen, d. h. sie verhin-dern das selbsttätige Lösen der Verbindung. Mindestens 80 % der Vorspannkraft muss er-halten bleiben.

Viele weitere Sicherungselemente sind als Setz-sicherung unwirksam; z. B. Federringe.

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Tellerfedern (bzw. Spannscheiben) sind kraft-schlüssige mitverspannte Federelemente. Sie wirken durch Ihre Federkraft dem Absinken der Vorspannung durch Setzen entgegen und sind deshalb besonders für axial belastete kurze Schrauben geeignet. Gegen Losdrehvorgänge unter wechselnder Querbelastung bieten sie kei-ne wirksame Sicherung.

Kombischrauben sind Schrauben, bei der eine oder mehrere Unterlegteile vor der Gewindeher-stellung unverlierbar, lose aufmontiert werden.

Die dritte Gruppe der Schraubensicherungen sind Verliersicherungen. Diese Sicherungselemente verhindern das vollständige Auseinanderfallen der Verbindung. Das Prinzip beruht meist auf ei-ner Erhöhung der Reibung bzw. Klemmung im Gewinde. Weniger als 80 % der Vorspannkraft bleibt erhalten.

Weitere Verliersicherungen sind Kronenmuttern mit Splint und Drahtsicherungen.

In einer selbstsichernden Mutter befindet sichein Kunststoffring, der sich bei der Montage im Gewinde kraftschlüssig verformt (Bild 4).

Kontermutter. Das Kontern mit einer weiteren Mutter ist nur dann sinnvoll, wenn die Kraft zwi-schen den Muttern deutlich größer ist als die Spannkraft der Fügeteile untereinander.

Die früheren Normen von Sicherungselementen

• Federringe DIN 127, DIN 128 und DIN 6905

• Federscheiben DIN 137 und DIN 6904

• Zahnscheiben DIN 6797

• Fächerscheiben DIN 6798 und DIN 6908

Beispiel: Kombiblechschraube DIN 6901

Gewindebolzen Klebstoff

klebstoff-beschichtetesGewinde

Bild 1: Beschichtete Schraube

Tellerfeder

Unverlierbare Scheibe

SpannscheibeKombi-

schraube

Bild 3 Setzsicherungen

Bild 4: Selbstsichernde Mutter

Bild 2: Sperrzahnschraube

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1 Grundstufe 19

1

Mechanikerwerkzeuge und Messgeräte dürfen keinesfalls magnetisiert werden. Überflüssige Magnetschalen sind zu meiden. Anhaftende Stahlspäne und Verschleißpartikel an den ma-gnetisierten Werkzeugen erhöhen den abra-siven Verschleiß, verschmutzen Schmierstoffe, führen zu Messfehlern und schädigen dieMechanik.

Verschlissene Werkzeuge können das Arbeiten erheblich erschweren; ihre Weiternutzung ist in vielen Werkstätten (leider) weit verbreitet.Ein Steckschlüssel-Satz (Bild 3) ist flexibel anzu-

wenden. Das eigentliche Werkzeug (der Steck-schlüsseleinsatz, umgangssprachlich auch als Nuss bezeichnet) kann wechselbar auf die Knarre oder Ratsche gesteckt werden.

Die Kombination mit Drehmomentschlüsseln und auch mit Fahrradspezialwerkzeugen erweitert den Einsatzbereich.

1 Das Deutsche Institut für Normung hat die o. g. Normen zurückge-zogen

• Sicherungsbleche DIN 93, DIN 432 und 463

• Sicherungsnäpfe DIN 526

• Sicherungsmuttern DIN 7967

• Kronenmuttern mit Splint (niedrige Form alte Ausführung) DIN 937

haben ab der Schraubenfestigkeitsklasse 8.8 kei-ne Sicherungswirkung mehr und sind als Schrau-bensicherung (Setzsicherung) nicht geeignet1.

Herstellung einer Schraubverbindung

Werkzeugauswahl. Auf Grund der Vielzahl von Schraubenköpfen und Mutterformen muss die Auswahl des richtigen Werkzeugs sorgfältig erfol-gen. Ungeeignete Werkzeuge sind Kombizange oder Wasserpumpenzange.

Folgende Handwerkzeuge (Bild 1 und 2) kommen zum Einsatz:

Für einfache Schraubverbindungen verwendet man Schlitz-, Kreuzschlitz-, oder Torx- Schrauben, die mit den richtigen Schraubendrehern (Bild 4)

montiert werden müssen.

Schraubendreher gibt es mit vielen Griffformen und Qualitäten. Kreuzschlitz- und Schlitzschrau-bendreher der Größe 2 und 3, bzw. 4 bis 6 mm Klinge, sowie Innensechskantschlüssel der Grö-ße 3 bis 6 sind die am häufigsten verwendeten Werkzeuge des Fahrradmechanikers. In der Regel sind diese nach vier bis acht Monaten verschlis-sen und müssen ersetzt werden, um Beschädi-gungen der Schraubenköpfe durch Abrutschen oder Runddrehen zu vermeiden.

Bild 1: Maul- und Ringschlüssel TCS (Stahlwille)

Bild 3: Steckschlüsselsatz (Stahlwille)

Bild 4: Schraubendreher (Stahlwille)

Bild 2: Stift- und Steckschlüsselsatz TCS (Stahlwille)

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1 Grundstufe20

1Beim Anziehen von Schraubverbindungen sind die vorgeschriebenen Anziehmomente der Hersteller zu beachten. Besonders bei der Montage von Car-bonteilen ist mit äußerster Vorsicht vorzugehen.

Die Funktionsfähigkeit der Schraubverbindung ist abhängig von der Kraft, mit der die Schraube angezogen bzw. vorgespannt (gedehnt) wird. Die notwendige Vorspannkraft wird durch ein be-stimmtes Drehmoment erreicht.

Das mit dem Schraubenschlüssel erzeugte An-ziehmoment MA ist das Produkt aus der Handkraft F1 und der wirksamen Länge ö des Schrauben-schlüssels (Bild 1):

Das Drehmoment MA erzeugt in der Schraube eine Zugkraft – die Vorspannkraft FV. Die Schrau-be wird dadurch elastisch gedehnt. Als Reaktions-kraft werden die Bauteile durch die Spannkraft FS gestaucht und aufeinander gedrückt (Bild 2 und

Bild 1, Seite 14).

Ist das Drehmoment und damit die Vorspannkraft zu groß, wird die Schraube plastisch verformt und kann brechen oder das Gewinde ausreißen.

Wird der Hebelarm eines Schraubenschlüssels mit einem Rohr verlängert, kann die Schraube beim Festziehen zerstört werden.

info

Knackende oder knarzende Schrauben und Muttern beim Festziehen sind immer ein si-cheres Zeichen für große Reibung und Ad-häsionsverschleiß. Eine sichere Vorspannkraft wird trotz richtig eingestelltem Drehmoment-schlüssel nicht erreicht.

Rostfreie Stahlschrauben, Titan und ver-chromte Schrauben neigen ungeschmiert be-sonders stark zum Fressen.

info

MA = F1 · ö

Beim Anziehen einer Schraube entsteht durch das Aufeinandergleiten der Oberflächen von Ge-windeflanken und Schraubenkopf Reibung. Je nach Werkstoff, Oberflächenbeschaffenheit und Anziehmoment kann diese Reibung sehr groß sein. Sie wirkt dem Anziehen der Schraube ent-gegen, so dass vom Montagedrehmoment nur noch 10 % – 20 % in Vorspannkraft umgesetzt wird (Bild 3).

Dieser Zusammenhang wird vom Konstrukteur eines Bauteils bei der Berechnung des notwen-digen Anziehmoments berücksichtigt.

Den Drehmomentangaben für Normschrauben werden darüber hinaus Reibungszahlen beige-fügt, die sich in der Regel auf ein geöltes Gewinde beziehen. Für sichere Schraubverbindungen sol-len nach der VDI Richtlinie 2230 Reibungszahlenµ = 0,08 bis 0,16 angestrebt werden.

Um diese Reibungszahlen bei unterschiedlichen Oberflächen und Werkstoffen zu erreichen, gibt es metallfreie Montagepasten. Die dünn aufge-tragene Paste ähnelt Schmierfett. Sie sorgt für einheitliche Reibungszahlen, schützt das Gewin-de und die Auflagefläche von Schraubenkopf und Mutter vor Korrosion und verhindert Adhäsions-verschleiß (Fressen).

MA=F1· ö

F1ö

Bild 1: Anziehmoment

nicht vorge-spannteSchraube

vorge-spannteSchraube

Ds : Stauchung der Bauteile

Dö : Dehnung der Schraube

FV

DsDö

FS2

FS2

Bild 2: Auswirkung der Vorspannkraft

Anziehmoment MA

Kopfreibmoment

Gewinde-reibmoment

FV2

FV2

FV

Bild 3: Reibmomente einer Schraubenverbindung

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