Fachkunde Fahrradtechnik - Europa-Lehrmittel

Fachkunde
Fahrradtechnik
4. Auflage
Bearbeitet von Gewerbelehrern, Ingenieuren, Sachverständigen und
Zweiradmechanikermeistern
Lektorat: Dipl. Ing. Michael Gressmann, Borken (He)
VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG
Düsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten
Europa-Nr.: 22917
EUROPA-FACHBUCHREIHE
für Kraftfahrzeugtechnik

2 Impressum
Autoren der Fachkunde Fahrradtechnik
Artmann, Ulrich Köln
Beck, Franz Telgte
Bellersheim, Rüdiger Ibbenbüren
Brust, Ernst Schweinfurt
Gressmann, Michael Borken (He)
Hertel, Dietmar Erftstadt
Koslar, Franz Bonn
Smolik, Hans Christian (†) Freinberg
Leitung des Arbeitskreises und Lektorat
Michael Gressmann
Bildbearbeitung
Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, 73760 Ostfildern
Grafische Produktionen Jürgen Neumann, 97222 Rimpar
Der Verlag und die Autoren bedanken sich beim Bundesinnungsverband für das Deutsche Zweiradmechaniker-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 wurde auf der Grundlage der neuen amtlichen Rechtschreibung erstellt. Es richtet
sich selbstverständlich an Mechanikerinnen und Mechaniker – allerdings haben die Autoren aus
Gründen der besseren Lesbarkeit die männliche Form gewählt.
4. Auflage 2011
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 978-3-8085-2294-3
Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich
geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.
© 2011 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruiten
© 2006 by http://www.europa-lehrmittel.de
Umschlaggestaltung: braunwerbeagentur, 42477 Radevormwald
Satz und Layout: Grafische Produktionen Jürgen Neumann, 97222 Rimpar
Druck: M. P. Media-Print Informationstechnologie GmbH, 33100 Paderborn

Vorwort
Das Fachkundebuch „Fahrradtechnik“ vermittelt die notwendigen 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 und Fakten rund um alle Fahrrad-Sachgebiete.
Der Ausbildungsberuf „Zweiradmechaniker(in) – Fachrichtung 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 eigenständige
Berufsfachrichtung.
Neue Fahrradbauarten, die Verwendung neuer Werkstoffe, neue Leichtbaukontruktionen, 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.
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 auch Grundkenntnisse in der Elektrotechnik und Motorentechnik erhalten. Dem
entspricht im vorliegenden Fachkundebuch das Grundstufen-Kapitel „Elektrotechnik/Elektronik“, das
umfassende Kapitel „Elektrofahrräder“ und „Antriebssysteme mit Verbrennungsmotoren“.
Dem Wunsch vieler Auszubildender, Lehrkräfte und Mitglieder der Prüfungskommissionen nach Aufnahme
der fahrradspezifischen Grundstufeninhalte in das Fachkundebuch wurde entsprochen. Neu
hinzugekommen sind die Kapitel Prüfen und Messen, Maschinenelemente, Fertigungsverfahren, Werkstofftechnik,
Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik und Steuer- und Regelungstechnik. Die Fügetechniken
„Schweißen, Löten und Kleben“ sind in dem Kapitel „Rahmen“ enthalten.
Eine vertiefte Behandlung erfahren in der vorliegenden 4. Auflage die Themen Tribologie, Reibung,
Verschleiß, Schmierung und Schmierstoffe und die Herstellung und Prüfung von Carbon-Bauteilen.
Ein weiterer Schwerpunkt sind Inhalte mit rechtlichen und betriebswirtschaftlichen Anteilen:
Präsentation und Kundenberatung,
Verkauf und Kalkulation,
Produktsicherheit,
Haftung und Gewährleistung.
Das vorliegende Fachbuch begleitet den Auszubildenden im Betrieb, in der überbetrieblichen Ausbildung
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 Unterrichtsinhalten
ist und als Projekt in vielfältiger Form auftaucht, können von diesem Buch profitieren.
Das Autorenteam wünscht Ihnen Freude am Lesen, Lernen und Arbeiten mit der neuen „Fahrradtechnik“.
Hinweise und Verbesserungsvorschläge können dem Verlag und damit den Autoren unter der
E-Mail-Adresse lektorat@europa-lehrmittel.de gerne mitgeteilt werden.
Winter 2011 Autoren und Verlag
3

4
Firmenverzeichnis und Bildnachweis
Die nachfolgend aufgeführten Firmen haben die Autoren durch fachliche Beratung, durch Informations-
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
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
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 Fachkundebuchs
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 Zweiradmechaniker-Handwerk,
Bonn
Verlag Delius Klasing, Bielefeld
VSF-Akademie, Aurich

Inhalt 5
1 Grundstufe Fahrradtechnik 9
1.1 Prüfen und Messen ________________ 9
1.1.1 Grundbegriffe und Definitionen _____ 9
1.1.2 Messen ___________________________ 10
1.1.3 Messabweichungen ________________ 10
1.1.4 Prüfmittel _________________________ 11
1.2 Maschinenelemente ________________ 14
1.2.1 Schraubverbindungen und Gewinde 14
1.2.2 Nietverbindungen __________________ 22
1.2.3 Bolzen und Stifte ___________________ 23
1.2.4 Lager _____________________________ 24
1.2.5 Dichtungen ________________________ 26
1.3 Fertigungsverfahren _______________ 28
1.3.1 Grundlagen des Spanens ___________ 28
1.3.2 Sägen _____________________________ 29
1.3.3 Feilen _____________________________ 30
1.3.4 Bohren, Senken und Reiben ________ 31
1.3.5 Gewinde und Gewindeschneiden ___ 38
1.3.6 Spanende Fertigung mit
Werkzeugmaschinen _______________ 41
1.3.7 Scherschneiden ____________________ 43
1.3.8 Biegen von Blechen ________________ 43
1.3.9 Biegen von Rohren _________________ 44
1.4 Werkstofftechnik ___________________ 45
1.4.1 Eigenschaften von Werkstoffen _____ 45
1.4.2 Stahl ______________________________ 48
1.4.3 Aluminium ________________________ 51
1.4.4 Titan ______________________________ 54
1.4.5 Magnesium _______________________ 55
1.4.6 Faserverstärkte Werkstoffe _________ 56
1.5 Tribologie und Verschleiß __________ 61
1.5.1 Tribologisches System _____________ 61
1.5.2 Reibung ___________________________ 63
1.5.3 Oberflächen metallischer Bauteile ___ 66
1.5.4 Verschleiß _________________________ 66
1.5.5 Tribochemische Reaktionen ________ 69
1.6 Grundlagen der Elektrotechnik und
Elektronik _________________________ 74
1.6.1 Elektrische Größen _________________ 74
1.6.2 Berechnung elektrischer Größen ____ 76
1.6.3 Messen elektrischer Größen ________ 77
1.6.4 Schaltungen _______________________ 78
1.6.5 Bauelemente ______________________ 78
1.7 Steuerungs- und Regelungstechnik __ 89
1.7.1 Steuern ___________________________ 89
1.7.2 Regeln ____________________________ 89
1.7.3 EVA-Prinzip ________________________ 91
1.7.4 Signalarten ________________________ 91
1.7.5 Signalweg _________________________ 92
1.7.6 Steuerungsarten ___________________ 93
1.7.7 Verknüpfungen ____________________ 95
2 Geschichte des Fahrrades 98
3 Fahrradtypen 101
3.1 Standardtypen _____________________ 101
3.2 Sporträder ________________________ 104
3.3 Kinderfahrräder ____________________ 106
3.4 Sonderkonstruktionen ______________ 107
3.5 Fahrräder mit Verbrennungsmotor __ 109
3.6 Anhänger _________________________ 110
3.7 Elektrofahrräder ___________________ 111
3.7.1 Fahrzeugtypen _____________________ 111
3.7.2 Rahmen und Sicherheit ____________ 112
3.7.3 Funktion von Elektromotoren _______ 113
3.7.4 Gleichstrommotoren _______________ 113
3.7.5 Motorsteuerung ___________________ 116
3.7.6 Motorposition _____________________ 117
3.7.7 Akkus _____________________________ 118
3.7.8 Ladegeräte ________________________ 121
3.7.9 Montageorte des Akkus ____________ 122
3.7.10 Bedienung und Display _____________ 123
3.7.11 Akku-Angaben _____________________ 124
3.7.12 Serien-Elektrobikes ________________ 124
3.7.13 Nachrüstsätze _____________________ 125
4 Rahmen, Lenkung, Federung 126
4.1 Kräfte und Momente am
Fahrradrahmen ____________________ 126
4.1.1 Vertikalkräfte ______________________ 126
4.1.2 Horizontalkräfte ____________________ 127
4.1.3 Seitenkräfte _______________________ 128
4.1.4 Antriebs- und Bremskräfte __________ 129
4.1.5 Biegemomente ____________________ 129
4.2 Rahmentest _______________________ 130
4.3 Rahmenbauarten __________________ 132
4.4 Rohrherstellung ___________________ 136
4.4.1 Stahlrohre _________________________ 136
4.4.2 Aluminiumrohre ___________________ 137
4.4.3 Carbonrohre _______________________ 138
4.4.4 Rohrverfeinerungen ________________ 138
4.4.5 Zuschneiden der Rohre _____________ 139
4.5 Rahmenfügen _____________________ 140
4.5.1 Löten _____________________________ 140
4.5.2 Schweißen ________________________ 145
4.5.3 Kleben ____________________________ 148
4.5.4 Herstellen von Carbonrahmen ______ 149
4.5.5 CFK-Schäden und Prüfverfahren ____ 153
4.6 Rahmengeometrie _________________ 164
4.6.1 Rahmenhöhe und -länge ___________ 164
4.6.2 Radstand und Fußfreiheit ___________ 165
4.6.3 Tretlagerhöhe und Bodenfreiheit ____ 166
4.6.4 Nachlauf, Rücksprung und Absenkung 167
4.6.5 Einfluss auf das Fahrverhalten ______ 169

6
4.7 Kontrolle von Rahmen und Gabeln __ 170
4.8 Rahmen- und Gabel-Anbauteile _____ 173
4.9 Lenkung ___________________________ 176
4.9.1 Gabel _____________________________ 176
4.9.2 Steuersatz _________________________ 179
4.9.3 Vorbau ____________________________ 183
4.9.4 Lenker ____________________________ 186
4.10 Sattel und Sattelstütze _____________ 192
4.10.1 Sattel _____________________________ 192
4.10.2 Sattelstütze ________________________ 194
4.11 Fahrradfederung ___________________ 196
4.11.1 Aufgaben der Fahrradfederung _____ 196
4.11.2 Das ungefederte Fahrrad ___________ 196
4.11.3 Elemente der Federung _____________ 199
4.11.4 Fachbegriffe der Federtechnologie __ 206
4.11.5 Ausführungen von Federungen _____ 211
4.11.6 Physik der Fahrradfederung ________ 218
4.11.7 Übungsaufgabe Federung __________ 224
5 Antrieb 232
5.1 Pedalbewegung ___________________ 232
5.2 Tretlagersatz ______________________ 232
5.2.1 Verbindung Kurbelarm-Lagerwelle __ 232
5.2.2 Tretlager __________________________ 234
5.2.3 Kurbelarme und Kettenblätter _______ 236
5.2.4 Kurbellänge _______________________ 238
5.2.5 Pedalabstand ______________________ 238
5.2.6 Kettenlinie _________________________ 239
5.3 Pedale ____________________________ 240
5.3.1 Pedalgewinde _____________________ 240
5.3.2 Pedalprüfung ______________________ 241
5.3.3 Pedallagerung _____________________ 242
5.3.4 Pedalausführungen ________________ 242
5.4 Fahrradkette _______________________ 245
5.4.1 Aufbau einer Fahrradkette __________ 245
5.4.2 Kettenreibung und Kettenverschleiß _ 246
5.4.3 Kettenfügen _______________________ 247
5.4.4 Kettenlänge bei Kettenschaltungen __ 248
5.5 Zahnriemen _______________________ 250
5.6 Fahrradschaltungen ________________ 252
5.6.1 Nabenschaltungen _________________ 252
5.6.2 Kettenschaltungen _________________ 270
5.6.3 Schalthebel ________________________ 275
5.6.4 Weitere Schaltsysteme _____________ 278
6 Bremsen 283
6.1 Vorschriften _______________________ 283
6.1.1 Gesetzliche Vorschriften ____________ 283
6.1.2 Sicherheitstechnische
Anforderungen und Prüfungen ______ 283
6.1.3 Kraftübertragung und
Übersetzungsverhältnis ____________ 285
Inhalt
6.2 Bauarten von Bremsen _____________ 287
6.2.1 Felgenbremsen ____________________ 287
6.2.2 Nabenbremsen ____________________ 298
7 Laufräder 311
7.1 Druckspeichenrad __________________ 311
7.2 Drahtspeichenrad __________________ 311
7.2.1 Vertikale Belastung ________________ 312
7.2.2 Antriebsbelastung _________________ 312
7.2.3 Seitenbelastung ___________________ 313
7.3 Systemlaufräder ___________________ 315
7.4 Vorschriften und Prüfverfahren _____ 317
7.5 Naben ____________________________ 318
7.5.1 Ausführungen von Naben __________ 318
7.5.2 Vorderradnaben ___________________ 319
7.5.3 Hinterradnaben ____________________ 320
7.5.4 Nabenklemmung __________________ 321
7.5.5 Nabenlagerung ____________________ 323
7.5.6 Nabendichtungen __________________ 324
7.5.7 Freilauf ____________________________ 325
7.6 Felgen ____________________________ 328
7.6.1 Werkstoffe und Herstellung _________ 328
7.6.2 Felgentypen _______________________ 329
7.6.3 Felgenprofile ______________________ 330
7.6.4 Felgengeometrie ___________________ 331
7.6.5 Bremswirkung von Felgen __________ 331
7.6.6 Speichenlöcher und Felgenbänder __ 333
7.7 Speichen __________________________ 334
7.7.1 Eigenschaften und Herstellung von
Speichen __________________________ 334
7.7.2 Speichenausführungen _____________ 336
7.7.3 Einspeicharten _____________________ 337
7.7.4 Ermittlung der Speichenlänge ______ 339
7.7.5 Standard-Einspeichanleitung _______ 340
7.8 Fahrradbereifung __________________ 343
7.8.1 Vorschriften _______________________ 343
7.8.2 Reifenaufbau ______________________ 343
7.8.3 Bauarten von Reifen _______________ 344
7.8.4 Reifenprofile _______________________ 346
7.8.5 Fahrradschlauch ___________________ 348
7.8.6 Größenbezeichnungen von Reifen __ 348
7.8.7 Rolleigenschaften von Reifen _______ 349
7.8.8 Reifendruck _______________________ 350
7.8.9 Montageempfehlungen ____________ 351
7.8.10 Fahrradventile _____________________ 351
8 Elektrische Ausrüstung 353
8.1 Gesetzliche Grundlagen ____________ 353
8.2 Lichtmaschine _____________________ 354
8.2.1 Spannungserzeugung durch
Induktion __________________________ 354
8.2.2 Dynamobauarten __________________ 355

Inhalt
8.3 Lichtquellen _______________________ 359
8.3.1 Temperaturstrahler ________________ 359
8.3.2 Leuchtdioden ______________________ 360
8.4 Beleuchtung _______________________ 362
8.4.1 Scheinwerfer ______________________ 362
8.4.2 Rücklicht (Schlussleuchte) __________ 364
8.4.3 Rückstrahler (Reflektoren) __________ 364
8.4.4 Standlicht _________________________ 365
8.4.5 Verkabelung _______________________ 365
8.5 Sicherheits- und
Komforteinrichtungen ______________ 366
8.6 Fehlersuche in der
Beleuchtungsanlage _______________ 367
8.7 Fahrradcomputer __________________ 368
8.8 GPS-Navigation ____________________ 370
9 Zubehör 372
9.1 Schutzblech und Kettenschutz ______ 372
9.2 Gepäckträger ______________________ 373
9.3 Kindersitze ________________________ 375
9.4 Fahrradständer ____________________ 376
9.5 Glocke ____________________________ 377
9.6 Luftpumpe ________________________ 378
9.7 Fahrradschlösser __________________ 379
9.8 Helm ______________________________ 380
9.9 Sicherheitszelle ____________________ 381
10 Anpassung und Ergonomie 382
10.1 Körpermaße _______________________ 382
10.2 Fahrrad- und Positionsmaße ________ 383
10.3 Ergonomie ________________________ 391
10.3.1 Muskeln als Motor _________________ 391
10.3.2 Sitzposition und Pedalkraft _________ 392
10.3.3 Individuelle Sitzpositionen __________ 393
10.4 Energie- und Leistungsbilanz _______ 397
11 Fahrmechanik 400
11.1 Masse, Trägheit und Gewicht _______ 400
11.2 Kraft und Gegenkraft _______________ 402
11.3 Reibungskräfte ____________________ 402
11.3.1 Haftreibung _______________________ 403
11.3.2 Gleitreibung _______________________ 403
11.3.3 Rollreibung ________________________ 404
11.4 Schlupf ___________________________ 404
11.5 Gleichgewicht _____________________ 405
11.6 Kurvenfahrt _______________________ 405
11.7 Kreiselkräfte _______________________ 407
11.8 Lenksystem _______________________ 409
11.9 Bremsen __________________________ 412
11.9.1 Grundlagen Bremsen ______________ 412
11.9.2 Überschlagsgefahr _________________ 413
11.9.3 Bremsen in der Kurve ______________ 414
12 Fachrechnen und physikalischtechnologische
Grundlagen 415
12.1 Längen ____________________________ 415
12.2 Drehzahl __________________________ 415
12.3 Geschwindigkeit ___________________ 415
12.4 Beschleunigung und Verzögerung ___ 417
12.5 Anhalteweg und Bremsweg ________ 417
12.6 Masse und Dichte __________________ 417
12.7 Trägheit und Trägheitsmoment _____ 418
12.8 Flächenmoment und
Widerstandsmoment _______________ 418
12.9 Kraft ______________________________ 418
12.10 Antriebsschlupf und Bremsschlupf __ 423
12.11 Mechanische Arbeit ________________ 423
12.12 Energie ___________________________ 424
12.13 Leistung ___________________________ 424
12.14 Wirkungsgrad _____________________ 426
12.15 Drehmoment ______________________ 427
12.16 Hebel und Bremsen ________________ 427
12.17 Kreiselmoment und Kreiselkraft _____ 436
12.18 Getriebe ___________________________ 436
12.19 Kurvenfahrt _______________________ 442
12.20 Federung __________________________ 443
12.21 Festigkeit __________________________ 444
12.22 Elektrotechnik _____________________ 445
13 Oberflächenschutz 448
13.1 Lacke _____________________________ 448
13.2 Beschichtungsverfahren ____________ 448
13.2.1 Nasslackierung ____________________ 448
13.2.2 Pulverlackierung ___________________ 449
13.2.3 Kombinationen von Lackierungen ___ 450
13.2.4 Elektrotauchlackierung _____________ 450
13.3 Eloxieren __________________________ 451
14 Schmierung, Reinigung und Pflege 452
14.1 Schmierung _______________________ 452
14.1.1 Aufgaben und Arten von
Schmierstoffen ____________________ 452
14.1.2 Schmierstoffe in der
Fahrradinstandhaltung _____________ 454
14.1.3 Prüfverfahren für Schmierstoffe _____ 457
14.1.4 Alterung, Neuschmierung und
Entfettung _________________________ 457
14.1.5 Tribologische Sonderfälle in der
Fahrradtechnik _____________________ 458
14.2 Pflege und Reinigung von
Fahrradbauteilen ___________________ 462
14.3 Abfallentsorgung __________________ 469
14.3.1 Gesetzliche Grundlagen ____________ 469
14.3.2 Beseitigung von Abfällen in
Fahrradgeschäften _________________ 469
7

8
14.3.3 Altmetalle _________________________ 471
14.3.4 Hautschutz ________________________ 471
15 Werkzeuge 472
16 Produktsicherheit 479
16.1 Benutzerinformation für
Gebrauchsgüter ___________________ 479
16.1.1 Informationspflicht _________________ 479
16.1.2 Informationsinhalte ________________ 479
16.1.3 Informationsfehler _________________ 479
16.2 Gewährleistung ____________________ 480
16.2.1 Sachmangel _______________________ 480
16.2.2 Beweislastumkehr _________________ 480
16.3 Haftung ___________________________ 480
16.3.1 Haftungsansprüche ________________ 480
16.3.2 Zivilrechtliche Produzentenhaftung __ 481
16.4 Garantie und Kulanz _______________ 481
16.5 Normen ___________________________ 482
16.5.1 Das DIN ___________________________ 482
16.5.2 Normungsarbeit ___________________ 482
16.5.3 Sicherheitsnormen Fahrrad _________ 482
16.6 Gesetzliche Vorschriften Fahrrad ____ 483
16.6.1 Die StVZO _________________________ 483
16.6.2 Bauvorschriften Fahrrad ____________ 484
16.6.3 Typprüfung Fahrrad ________________ 484
16.7 Sicherheitstechnische
Untersuchungen ___________________ 484
16.7.1 Betriebslasten _____________________ 484
16.7.2 Betriebslastenermittlungen _________ 485
16.7.3 Messfahrten und Labormessungen __ 486
16.7.4 Prüfgrundlagen ____________________ 486
16.7.5 Testverfahren, Testeinrichtungen ___ 486
16.8 Schadensbegutachtung ____________ 490
16.8.1 Sach- und Körperschäden __________ 490
16.8.2 Produkt- und Instruktionsfehler _____ 490
16.8.3 Gerichts- und Privatgutachten ______ 490
16.9 Risiken ____________________________ 490
16.10 Produktsicherheit Elektrofahrrad ____ 491
17 Antriebssysteme mit
Verbrennungsmotoren 492
17.1 Otto-Viertaktmotor _________________ 492
17.1.1 Arbeitsschritte des Otto-Viertaktmotors
____________________________ 492
17.1.2 Aufbau des Otto-Viertaktmotors _____ 493
17.2 Otto-Zweitaktmotor ________________ 495
17.2.1 Aufbau des Otto-Zweitaktmotors ____ 495
Inhalt
17.2.2 Arbeitsschritte des Otto-Zweitaktmotors
____________________________ 495
17.3 Motorsteuerung ___________________ 496
17.4 Motorschmierung __________________ 497
17.4.1 Mischungsschmierung _____________ 497
17.4.2 Frischölschmierung ________________ 498
17.4.3 Druckumlaufschmierung ___________ 498
17.4.4 Trockensumpfschmierung __________ 498
17.5 Motorkühlung _____________________ 498
17.5.1 Luftkühlung _______________________ 498
17.5.2 Flüssigkeitskühlung ________________ 499
17.6 Betriebsstoffe ______________________ 499
17.6.1 Kraftstoffe _________________________ 499
17.6.2 Schmierstoffe _____________________ 500
17.7 Zündung __________________________ 500
17.7.1 Zündkerze _________________________ 501
17.7.2 Erzeugung des Zündfunkens ________ 501
17.8 Gemischaufbereitung ______________ 502
17.8.1 Vergaser __________________________ 502
17.8.2 Einspritzanlage ____________________ 504
17.9 Abgasanlage ______________________ 504
18 Wirtschaftskunde 505
18.1 Grundlagen der Wirtschaftskunde ___ 505
18.1.1 Bedürfnisse _______________________ 505
18.1.2 Wirtschaften _______________________ 505
18.2 Der Betrieb ________________________ 506
18.2.1 Merkmale der Unternehmung _______ 506
18.2.2 Rechtsformen _____________________ 506
18.2.3 Organisation eines Betriebes _______ 507
18.2.4 Lagerhaltung ______________________ 507
18.2.5 Kalkulation ________________________ 508
18.3 Der Markt _________________________ 509
18.3.1 Markt und Wettbewerb _____________ 509
18.3.2 Marketinginstrumente ______________ 510
18.4 Der Verkauf ________________________ 510
18.4.1 Der Kunde _________________________ 510
18.4.2 Verkaufsgespräche _________________ 511
18.4.3 Werkstattorganisation ______________ 512
18.4.4 Die Ware __________________________ 513
18.4.5 Der Kaufvertrag ____________________ 514
18.4.6 Zahlungsverkehr ___________________ 515
18.4.7 Warenpräsentation _________________ 516
19 Sponsoren 517
20 Sachwortverzeichnis 530

1 Grundstufe 9
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 Qualitätssicherung
nimmt die Prüfung von Bauteilen und
Baugruppen im Rahmen der Qualitätskontrolle
eine besondere Bedeutung an.
Unter Prüfen versteht man einen Vergleich zwischen
einem Istzustand und einem Sollzustand.
Der Istzustand ist der tatsächliche (momentane)
Zustand wie z. B. ein Längenmaß oder eine Oberflächenqualität.
Der Sollzustand kann vom Hersteller
vorgeschrieben werden, wie z. B. der maximale
Reifenluftdruck.
info
In Anlehnung an DIN 1319 Teil 1:
Prüfen heißt feststellen, ob der Prüfgegenstand
erwartete Eigenschaften oder geforderte
Maße einhält.
Einteilung des Prüfens
Das Prüfen wird in das subjektive und das objektive
Prüfen eingeteilt.
Unter subjektivem Prüfen versteht man das Prüfen
ohne Hilfsmittel nur mit den menschlichen
Sinnen Sehen, Hören und Fühlen.
Unter objektivem Prüfen versteht man das Prüfen
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
Prüfen
Subjektives Prüfen Objektives Prüfen
Prüfen ohne Hilfsmittel,
nur durch menschliche
Sinne, z. B. Sichtprüfung
des Reifenprofils
Prüfen mit Prüfmittel,
z. B. Messen der Sattelrohrstütze
mit einem
Messschieber
Als Prüfergebnis erhält man bei der subjektiven
Prüfung nur eine Gut/Schlecht-Aussage.
Das objektive Prüfen wird in Messen und Lehren
unterteilt.
Beim Lehren wird mit Hilfe einer Lehre ermittelt,
ob das zu prüfende Bauteil innerhalb vorgegebener
Grenzen liegt. Man erhält als Prüfergebnis keinen
Zahlenwert mit Einheit, sondern nur eine Gut/
Schlecht- bzw. Passt/Passtnicht- Aussage. Der Betrag
einer Abweichung vom Sollwert wird nicht
festgestellt.
Beispiel einer objektiven Prüfung:
Verschleißprüfung der Fahrradkette mit einer
Kettenverschleißlehre (Bild 1). Man kann mit
dieser Prüfung nur ermitteln, ob die Kette verschlissen
ist oder nicht.
Bild 1: Kettenverschleißlehre Rohloff
Objektives Prüfen
Messen Lehren
Das Prüfergebnis ist ein
Messwert, d. h. Zahl und
Einheit
Das Prüfergebnis
ist kein Zahlenwert,
sondern nur eine
Gut/Schlecht-Aussage
Beim Messen wird mit Hilfe eines Messgerätes
ein Messwert ermittelt.
Der Messwert ist eine physikalische Größe. Beispiele
sind Länge, Druck, Temperatur. Ein Messwert
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.
1

1
10
1.1.2 Messen
Seit ca. 6000 Jahren spielen Maße und Messgeräte
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 genommen,
z. B. die Fußlänge zur Längenmessung.
Heute gibt es internationale Basisgrößen − das
sind Größen, die sich nicht durch andere Basisgrößen
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 Einheitensystems
ist „Système International d‘Unites“, abgekürzt
SI-Einheitensystem.
Tabelle 1: Basisgröße und Einheit
Internationales Einheitensystem
Grundgröße/
Basisgröße
Länge
Masse
Zeit
12
Stromstärke
Temperatur
9
6
Lichtstärke
3
Einheit
Einheitenkurzzeichen
Meter m
Kilogramm kg
Sekunde s
A Ampere A
Kelvin K
Candela cd
1 Grundstufe
Maßeinheiten 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.
Vorsatzzeichen
Bedeutung
Vielfaches der Einheit
da Deka zehnfach 10 1 = 10
h Hekto hundertfach 10 2 = 100
k Kilo tausendfach 10 3 = 1000
M Mega millionenfach 10 6 = 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
1.1.3 Messabweichungen
Messergebnisse sind nur dann miteinander vergleichbar,
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 wiederholbar.
Ursachen können Temperaturschwankungen,
Schmutz oder Ablesefehler sein. Beispiel:
Messabweichung durch Parallaxe entstehen,
wenn unter schrägem Blickwinkel abgelesen wird
(Bild 1).
Blickrichtungen: richtig falsch
Bild 1: Messabweichung durch Parallaxe
f

1 Grundstufe 11
Systematische Messfehler sind konstante Abweichungen,
die man bei der Messung berücksichtigen
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: Durchmesserermittlung
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 (Messzeuge),
Lehren und Hilfsmittel.
Tabelle 1: Auswahl Prüfmittel
Maßverkörperungen
Längen
und Winkelkönnen
direkt
abgelesen
werden
1 2 3 4 5 6
Massstab
Gliedermaßstab
Parallelendmaß
Messgeräte Lehren
AnzeigendeMessgeräte
Längen
und Winkelwerden
über
bewegliche
Teile
auf einer
Skala oder
digital
angezeigt
Messschieber
0
9 1
8 2
7 3
6 4
5
Lehren
verkörpern
ein
Maß oder
eine Form
Hilfsmittel
Hilfsmittel
haben
stützende
oder übertragendeFunktionen
Kettenverschleißlehre
Taster
Messuhr
Fühlerlehre Messständer
Bügelmessschraube
Winkel
(Formlehre)
Anzeigende Messgeräte
Der Messschieber ist das am häufigsten eingesetzte
Messwerkzeug. Der Begriff „Schieblehre“
sollte nicht verwendet werden, da mit dem Messschieber
gemessen und nicht gelehrt wird.
Der Messschieber nach DIN 862 wird umgangssprachlich
auch als Taschenmessschieber bezeichnet.
Damit können Innen-, Außen- und Tiefenmaße
gemessen werden. Der Messbereich
beträgt meist 160 mm.
Der Messschieber (Bild 1) besteht aus einer Schiene
mit Millimeterskala und zusätzlich meist einer
Zollskala. An der Schiene befindet sich der feste
Messschenkel. Am Schieber befinden sich die Noniusskala
und der bewegliche Messschenkel.
Nonius
fester Messschenkel
Bild 1: Messschieber
schneidenförmige
Messflächen für
Innenmessung
Schieber
Schiene
beweglicher Messschenkel
Tiefenmessgerät
Werkstück
Strichskala
(Skw = 1 mm)
Die am Schieber befestigte Messstange wird zur
Tiefenmessung genutzt. Eine Klemmvorrichtung
ermöglicht das Feststellen des Schiebers, damit
sich der Messschieber nicht beim Ablesen verstellt.
Neben der klassischen Anzeige mit Nonius und
Millimeterskala gibt es auch Ausführungen mit
Rundskala (Bild 2) oder elektronischer Ziffernanzeige
(Bild 1, Seite 12).
Bild 2: Messschieber mit Rundskala
1

1
12
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-Ablesegenauigkeit
sind 9 mm in 10 Teile unterteilt, sodass der
Strichabstand auf dem Nonius 0,9 mm beträgt.
Ableseregeln:
Funktionsart
Maßvoreinstellung
Bild 1: Elektronischer Messschieber
0
0 5 10
Bild 2: Zehner-Nonius
Ganze Millimeter werden auf dem Strichmaßstab
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 Anzahl
der zehntel Millimeter an (Bild 3).
3 mm
Feststellschraube
1 2
4/10 mm 3,4 mm
0 1 2
0 5
10
Bild 3: Ablesebeispiel Zehner-Nonius
Ein- Aus
Nullstellung
info
Merke: Der Nullstrich des Nonius entspricht
dem Komma im Messwert.
Bedienen und Ablesen
1 Grundstufe
Die Bügelmessschraube ist ein Längenmessgerät
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 Teilstriche
gedreht, verschiebt sich die Messspindel um
0,5 mm : 50 = 0,01 mm in Längsrichtung (der Skalenteilungswert
beträgt 0,01 mm).
Die vollen Millimeter werden auf der Skalentrommel
oben, die hunderstel Millimeter unten abgelesen
(Bild 5).
Messflächen
Spindelfeststellung
Amboss
0 5 10
Isolierplatte Bügel
Bild 4: Bügelmessschraube
Bügel der Messschraube mit einer Hand festhalten.
Mit der anderen Hand die Messspindel
durch Drehen der Skalentrommel bis kurz vor
das Werkstück bewegen.
Das endgültige Maß mit der Ratsche „gefühlvoll“
einstellen. Bei einer bestimmten Anpresskraft
dreht die Gefühlsratsche durch und verhindert
eine Beschädigung der Messspindel.
0 5 10
Messspindel mit
0,5 mm-Steigung
12 mm
0,5 mm
Elektronische Bügelmessschrauben haben neben
der normalen Rundskala mit dem Skalenteilungswert
0,01 mm noch eine Ziffernanzeige, die eine
Ablesegenauigkeit von 1/1000 mm = 0,001 mm
ermöglicht.
35
30
Skalen
Einstellmutter
Skalentrommel
Feder
Skalenhülse Kupplung
25
20
15
22/100 mm
= 0,22 mm
12 mm + 0,5 mm + 0,22 mm = 12,72 mm
Bild 5: Ablesen der Bügelmessschraube

1 Grundstufe 13
Mechanische Messuhren (Bild 1) dienen zum
Prüfen von Bauteilen auf Rundlauf (Bild 2), Parallelität
oder von Flächen auf Ebenheit. Man
misst nicht das Istmaß, sondern die Abweichung
von einem eingestellten Istwert.
Toleranzmarke
drehbare
Skalenanzeige
Einspannschaft
Umlaufzähler
(mm-Skala)
Messbolzen
Messeinsatz
Bild 1: Mechanische Messuhr
Vorspannfeder
Abhebekopf
Zahnstange
Bild 2: Zentrieren mit Messuhr. Prüfen des Rundlaufs
eines Laufrades
Bei Messuhren mit analoger Anzeige (Rundskala)
wird die Längsbewegung des Messtasters durch
eine Zahnstange und ein Zahnrad auf den Zeiger
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 beträgt
1/100 mm. Elektronische Messuhren (Bild 3)
mit einer Genauigkeit von 1/1000 mm haben eine
Digitalanzeige, die das Ablesen erleichtert.
Toleranzmarken
Eingabe
von Zahlen
Funktionen
MODE
Bild 3: Elektronische Messuhr
Toleranzlage
Nullstellen ABS
Der Winkelmesser erlaubt eine Messung von
Winkeln nach Graden (Bild 3). Er besteht meist
aus einer halbkreisförmigen Skala mit Gradeinteilung
von 0° bis 180° (fester Messschenkel) und
einer drehbaren Messschiene mit Zeiger (beweglicher
Messschenkel).
Ein Anwendungsbereich im Fahrradbau ist die Ermittlung
der Rahmenwinkel (Bild 4).
b
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Messwert =
180°- Anzeige
Bild 4: Winkelmesser
135° 45°
Richtwaage
Messwert
= Anzeige
Winkelmesser
Bild 5: Ermittlung des Sitzrohrwinkels mit
Winkelmesser und Richtwaage
1

1
14
1.2 Maschinenelemente
1.2.1 Schraubverbindungen und
Gewinde
Bei der Fertigung, der Montage und Demontage
von Baugruppen und Bauteilen kommt dem Fügeverfahren
„Schraubverbindungen“ eine große
Bedeutung zu.
Schraubverbindungen gehören zur Fertigungsgruppe
Fügen und hier zu den lösbaren Verbindungen.
Lösbar bedeutet, dass die Verbindungselemente
bei der Demontage nicht zerstört
werden.
Löten, Schweißen und Kleben sind Fügeverfahren,
die nicht lösbar sind. Sie sind stoffschlüssig.
Schraubverbindungen gehören außerdem zu den
kraftschlüssigen Verbindungen: Beim Anziehen
der Schraube oder der Mutter werden die Verbindungselemente
mit einer Spannkraft F S gegeneinander
gepresst (Bild 1). Ein Verschieben der Verbindungselemente
gegeneinander durch die Kraft
F wird durch die Reibungskraft F R verhindert.
F
F R
F S
F S
Bild 1: Kräfte an einer Schraubverbindung
Lösbare
Verbindungen
Die Verbindung kann
ohne Zerstörung der
Verbindungselemente
gelöst werden, wie z. B.
Schrauben-, Bolzenoder
Keilverbindungen
Fügeverbindungen
F R
Unlösbare
Verbindungen
Die Verbindung kann
nur durch Zerstörung
der Verbindungselemente
gelöst werden,
wie z. B. Schweiß- oder
Lötverbindungen
F
1 Grundstufe
Neben den kraftschlüssigen und den stoffschlüssigen
Verbindungen unterscheidet man noch
formschlüssige Verbindungen. Zu ihnen gehören
die Stiftverbindungen und die Keilverbindungen.
Schraubverbindungen sind lösbare, kraftschlüssige
Verbindungen. Die Bauteile werden
entweder mit einer Schraube und einer
passenden Mutter verbunden oder ein Gewinde
wird in oder auf das Bauteil geschnitten.
Einteilung der Schrauben
Nach dem Verwendungszweck unterscheidet
man Befestigungsschrauben, Einstellschrauben
(Bild 2) und Bewegungsschrauben.
Einstellschraube
Abstützkopf
Einstellschraube
Zug
Bild 2: Einstellschrauben am Schaltwerk
Schwenkbegrenzungsschrauben
Bewegungsschrauben wandeln leichtgängig
eine Drehbewegung in eine Längsbewegung
um. Beispiele: das Bewegungsgewinde an einem
Schraubstock oder das Steilgewinde am Planetenradträger,
der den Bremskonus in den Bremsmantel
drückt (Bild 3).
Bild 3: Steilgewinde am Planetenradträger

1 Grundstufe 15
Weiterhin kann man Schrauben nach der Kopfform
(Bild 1) oder der Gewindeart (Normal-, Fein-
oder Grobgewinde, Bild 2) einteilen.
Sechskantschraube
Zylinderschraube
Zylinderschraube
mit Innensechskant
Senkschraube
mit Schlitz
Bild 1: Kopfformen von Schrauben
Blechschraube
selbstschneidend
Sechskantschraube
Feingewinde
Bild 2: Gewindearten
ZylinderSenkschraube mit schraube
Innensechskant, mit Innen-
niedriger Kopf sechskant
Linsensenkschrauben
Bohrschraube
Sechskantschraube
Normalgewinde
mit Kreuzschlitz
Da es Schrauben in unterschiedlichen Längen
und Durchmessern gibt, ergeben sich einige hundert
verschiedene Schraubenarten.
Eine Übersicht der wichtigsten Schrauben und
Muttern befindet sich im Tabellenbuch Fahrradtechnik.
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).
Linke Lagerschale
1,37” × 24 tpi RH
Hülse
Bild 3: Gewinde der Innenlagerschalen
Rechte Lagerschale
1,37” × 24 tpi LH
Tretlagerwelle
Warum das linke Pedal ein Linksgewinde und das
rechte Pedal ein Rechtsgewinde hat, ist in Kapitel
5.1.5 beschrieben (Bild 4).
L R
Bild 4: Pedalgewinde. Beim Linksgewinde (L) steigen
die Gewindeflanken nach links an, beim Rechtsgewinde
(R) nach rechts
In der Geschichte des Fahrradbaus sind viele unterschiedliche
Gewindeabmessungen entstanden.
Beispiele:
Englische Gewinde (Zoll-Gewinde)
Französische Gewinde
Italienische Gewinde
Deutsche Gewinde
Darüber hinaus sind in Deutschland Fahrradgewinde
(FG) eingeführt, die im übrigen Maschinenbau
keine Anwendung finden.
Aufgrund der Vielzahl von Gewindearten muss
bei der Schraubenauswahl mit größter Sorgfalt
vorgegangen werden. Die gilt besonders
für Achsmuttern – Unfallgefahr!
1

1
16
Gewinde
Ein Gewinde ist eine Einkerbung, die längs einer
Schraubenlinie (Bild 1) um einen Zylinder läuft.
Diese „Kerbe“ wird auch als Gewindegang bezeichnet.
d 2
Bild 1: Schraubenlinie
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).
Steigung P
Befestigungsschrauben (und hier besonders
Schrauben mit Feingewinden, Beispiel: Tretlagergewinde)
haben kleine Steigungswinkel, die
durch Selbsthemmung das unbeabsichtigte Losdrehen
verhindern sollen.
Bei Bewegungsgewinden werden teilweise große
Steigungen gewünscht, um einen großen axialen
Vorschub bei geringer Reibung zu erhalten.
Gewindeherstellung
Abwicklung der
Schraubenlinie
Steigungswinkel
a
Gewinde lassen sich spanend oder spanlos herstellen
(siehe auch Kapitel 1.3.5).
Spanabhebende Gewindeherstellung. Das Gewindeprofil
wird mit Hilfe von Werkzeugschneiden
aus dem Werkstoff herausgearbeitet, entweder
von Hand mit Schneideisen und Schneidkluppen
oder mit Gewindeschneidmaschinen, die mit
Schneidköpfen arbeiten.
a
Umfang = p · d 2
Kern-ød 3
Flanken - ø d2 Nenn-ød
(Außen-ø)
Bild 2: Bezeichnungen am Gewinde
Schiefe
Ebene
Flankenwinkel
Steigung P
Gewindeprofil
1 Grundstufe
Spanlose Gewindeherstellung. Gegenüber dem
spanabhebenden Verfahren fallen bei der Gewindeherstellung
mit Gewindeformern keine Späne
an. Gewindeformung erfolgt ausschließlich auf
Werkzeugmaschinen.
Beim Außengewindewalzen (Gewinderollen)
wird durch Kaltumformung das Profil des Werkzeugs
in die Oberfläche des Rohteils gewalzt.
Nach DIN 8580 gehört das Gewindewalzen zum
Druckumformen. Dieses Verfahren ist wesentlich
schneller und bei großen Stückzahlen kostengünstiger
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 verfestigt
Die Kerbempfindlichkeit wird reduziert
Keine Späne
Geringerer Materialbedarf
Beispiel:
Gewinderollen oder Gewindewalzen von Fahrradspeichengewinden
(Bild 3).
Bild 3: Speichengewinde-Walzmaschine (Cyclus)
Gewindearten
Im Fahrradbereich kommen verschiedene Gewindearten
zum Einsatz.
Fahrradgewinde (FG). Es sind Gewinde für Fahrräder
und motorisierte Zweiräder nach DIN 79012
mit einem Flankenwinkel von 60°.
Beispiel:
Speichengewinde FG 2,3 mit einem Nenndurchmesser
von 2,3 mm.

1 Grundstufe 17
Metrische ISO-Gewinde. Es ist nach DIN 13 in
Regel- und Feingewinde unterteilt. Der Flankenwinkel
beträgt 60°. Beispiele:
M 10 kennzeichnet ein Regelgewinde, welches
z. B. bei der Befestigungsschraube für den
Seitenständer verwendet wird. In der Kurzbezeichnung
steht M für metrisch und 10 für einen
Nenndurchmesser von 10 mm. Die Gewindesteigung
beträgt 1,5 mm.
M 10 x 1 kennzeichnet ein metrisches Feingewinde
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 Nenndurchmesser
kleinere Steigungen als Regelgewinde.
Englisches Zoll-Gewinde.
BSC (British Standard Cycle) mit einem Flankenwinkel
von 60°, die bei gleichem Durchmesser
kompatibel mit ISO-Gewinden sind.
Britische Gewinde mit einem Flankenwinkel
von 55°, die in der heutigen Fahrradtechnik
nicht mehr verwendet werden.
Beispiel:
Das Tretlagergewinde BC 1,37“ x 24 tpi 1
kennzeichnet ein englisches Fahrradgewinde
mit einem Flankenwinkel von 60°, mit 1,37“
(34,9 mm) Gewindedurchmesser und 24 Gewindegängen
pro Zoll (Bild 3, Seite 15).
Die Steigung bei Zoll-Gewinden wird als Anzahl
der Windungen je Zoll Gewindelänge angegeben
− im Gegensatz zur Steigung je Umdrehung beim
metrischen Gewinde.
Beispiel:
Eine Zoll-Schraube mit der Gangzahl 20 (tpi 20)
benötigt 20 Umdrehungen, um sich ein Zoll in
Achsrichtung zu verschieben.
Amerikanisches Zoll-Gewinde. In Amerika findet
man im Fahrradbereich gelegentlich das Zollmaß.
Die Bestimmung der Gangzahl ist mit dem
britischen System identisch. Der Flankenwinkel
beträgt bei amerikanischen Zoll-Gewinden immer
60°, während bei englischen Gewinden der Flankenwinkel
auch 55° betragen kann.
Englische und amerikanische Zoll-Gewinde sind
untereinander nicht austauschbar (nicht kompatibel).
Französische Gewinde. Die Abmessungen der
französischen Gewinde sind an die metrischen Abmessungen
angelehnt und in mm angegeben.
Bei älteren Fahrrädern aus französischer Produktion
können spezielle Gewindeabmessungen vorkommen.
Beispiele:
Steuersatz 25 x 1, Tretlager 35 x 1, Pedale 14 x 1
Neuere Fahrräder werden mit ISO-Gewinden gefertigt.
Italienische Gewinde. Sie sind eine Sonderform
von Fahrradgewinden. Der Gewindedurchmesser
ist in Millimeter angegeben, die Gewindesteigung
in Zoll. So hat das italienische Tretlagergewinde
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), Setzen
der Verbindung usw. verhindern sollen.
Man unterscheidet stoffschlüssige, formschlüssige
und kraftschlüssige Schraubensicherungen.
Die beste Schraubensicherung ist eine ausreichend
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.
Bild 1: Flüssige Klebstoffsicherung
1 tpi = engl. threads per inch = Gewindegänge pro Zoll
2 Weitere Informationen können dem Tabellenbuch Fahrradtechnik
entnommen werden.
1

1
18
Eine weitere Sicherung ist die Beschichtung einer
Schraube (Bild 1) mit mikroverkapseltem Klebstoff.
Bei der Montage werden die dünnwandigen
Mikrokugeln zerstört. Dabei wird der in den Kapseln
enthaltene Klebstoff und Härter freigesetzt
und gemischt, so dass es zu einer chemischen
Reaktion kommt.
klebstoffbeschichtetes
Gewinde
Bild 1: Beschichtete Schraube
Klebstoff- und mikroverkapselte Gewindesicherungen
sind nur einmal anwendbar; die Sicherungsfunktion
geht beim Nachziehen einer Verschraubung
verloren.
Stoffschlüssige Klebstoffsicherungen gehören
zu den Losdrehsicherungen, d. h. sie verhindern
das selbsttätige Lösen der Verbindung.
Mindestens 80 % der Vorspannkraft muss erhalten
bleiben.
Formschlüssige Sicherungen
Bei einer Sperrzahnschraube ist der Schraubenkopf
an der Unterseite mit einer Verzahnung versehen,
die sich bei der Montage in das Material
eindrückt (Bild 2). Es wird ein Formschluss erzeugt,
der ein selbsttätiges Losdrehen erschwert.
Diese Sicherungsart ist nicht für gehärtete Werkstoffe
geeignet.
Bild 2: Sperrzahnschraube
Gewindebolzen Klebstoff
Neben den sogenannten Losdrehsicherungen
werden einige Schraubensicherungen als Setzsicherungen
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.
info
Viele weitere Sicherungselemente sind als Setzsicherung
unwirksam; z. B. Federringe.
Tellerfeder
Bild 3 Setzsicherungen
Unverlierbare Scheibe
Spannscheibe
1 Grundstufe
Kombischraube
Tellerfedern (bzw. Spannscheiben) sind kraftschlüssige
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 keine
wirksame Sicherung.
Kombischrauben sind Schrauben, bei der eine
oder mehrere Unterlegteile vor der Gewindeherstellung
unverlierbar, lose aufmontiert werden.
Beispiel: Kombiblechschraube DIN 6901
Die dritte Gruppe der Schraubensicherungen sind
Verliersicherungen. Diese Sicherungselemente
verhindern das vollständige Auseinanderfallen
der Verbindung. Das Prinzip beruht meist auf einer
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 sich
ein Kunststoffring, der sich bei der Montage im
Gewinde kraftschlüssig verformt (Bild 4).
Bild 4: Selbstsichernde Mutter
Kontermutter. Das Kontern mit einer weiteren
Mutter ist nur dann sinnvoll, wenn die Kraft zwischen
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

1 Grundstufe 19
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 keine
Sicherungswirkung mehr und sind als Schraubensicherung
(Setzsicherung) nicht geeignet 1 .
Herstellung einer Schraubverbindung
Werkzeugauswahl. Auf Grund der Vielzahl von
Schraubenköpfen und Mutterformen muss die
Auswahl des richtigen Werkzeugs sorgfältig erfolgen.
Ungeeignete Werkzeuge sind Kombizange
oder Wasserpumpenzange.
Folgende Handwerkzeuge (Bild 1 und 2) kommen
zum Einsatz:
Bild 1: Maul- und Ringschlüssel TCS (Stahlwille)
Bild 2: Stift- und Steckschlüsselsatz TCS (Stahlwille)
Ein Steckschlüssel-Satz (Bild 3) ist flexibel anzuwenden.
Das eigentliche Werkzeug (der Steckschlüsseleinsatz,
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
Bild 3: Steckschlüsselsatz (Stahlwille)
Für einfache Schraubverbindungen verwendet
man Schlitz-, Kreuzschlitz-, oder Torx- Schrauben,
die mit den richtigen Schraubendrehern (Bild 4)
montiert werden müssen.
Bild 4: Schraubendreher (Stahlwille)
Schraubendreher gibt es mit vielen Griffformen
und Qualitäten. Kreuzschlitz- und Schlitzschraubendreher
der Größe 2 und 3, bzw. 4 bis 6 mm
Klinge, sowie Innensechskantschlüssel der Größe
3 bis 6 sind die am häufigsten verwendeten
Werkzeuge des Fahrradmechanikers. In der Regel
sind diese nach vier bis acht Monaten verschlissen
und müssen ersetzt werden, um Beschädigungen
der Schraubenköpfe durch Abrutschen
oder Runddrehen zu vermeiden.
Verschlissene Werkzeuge können das Arbeiten
erheblich erschweren; ihre Weiternutzung ist
in vielen Werkstätten (leider) weit verbreitet.
Mechanikerwerkzeuge und Messgeräte dürfen
keinesfalls magnetisiert werden. Überflüssige
Magnetschalen sind zu meiden. Anhaftende
Stahlspäne und Verschleißpartikel an den magnetisierten
Werkzeugen erhöhen den abrasiven
Verschleiß, verschmutzen Schmierstoffe,
führen zu Messfehlern und schädigen die
Mechanik.
1

1
20
Beim Anziehen von Schraubverbindungen sind die
vorgeschriebenen Anziehmomente der Hersteller
zu beachten. Besonders bei der Montage von Carbonteilen
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 bestimmtes
Drehmoment erreicht.
Das mit dem Schraubenschlüssel erzeugte Anziehmoment
M A ist das Produkt aus der Handkraft
F 1 und der wirksamen Länge ö des Schraubenschlüssels
(Bild 1):
Bild 1: Anziehmoment
Das Drehmoment M A erzeugt in der Schraube
eine Zugkraft – die Vorspannkraft F V . Die Schraube
wird dadurch elastisch gedehnt. Als Reaktionskraft
werden die Bauteile durch die Spannkraft F S
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.
nicht vorgespannte
Schraube
Ds : Stauchung der Bauteile
Dö : Dehnung der Schraube
vorgespannte
Schraube
M A = F 1 · ö
info
Wird der Hebelarm eines Schraubenschlüssels
mit einem Rohr verlängert, kann die Schraube
beim Festziehen zerstört werden.
ö
Ds
Bild 2: Auswirkung der Vorspannkraft
MA=F1·ö
Dö
FS
2
FS
2
F1
F V
1 Grundstufe
Beim Anziehen einer Schraube entsteht durch
das Aufeinandergleiten der Oberflächen von Gewindeflanken
und Schraubenkopf Reibung. Je
nach Werkstoff, Oberflächenbeschaffenheit und
Anziehmoment kann diese Reibung sehr groß
sein. Sie wirkt dem Anziehen der Schraube entgegen,
so dass vom Montagedrehmoment nur
noch 10 % – 20 % in Vorspannkraft umgesetzt
wird (Bild 3).
Anziehmoment M A
F V
2
Kopfreibmoment
Gewindereibmoment
Bild 3: Reibmomente einer Schraubenverbindung
Dieser Zusammenhang wird vom Konstrukteur
eines Bauteils bei der Berechnung des notwendigen
Anziehmoments berücksichtigt.
Den Drehmomentangaben für Normschrauben
werden darüber hinaus Reibungszahlen beigefügt,
die sich in der Regel auf ein geöltes Gewinde
beziehen. Für sichere Schraubverbindungen sollen
nach der VDI Richtlinie 2230 Reibungszahlen
µ = 0,08 bis 0,16 angestrebt werden.
Um diese Reibungszahlen bei unterschiedlichen
Oberflächen und Werkstoffen zu erreichen, gibt
es metallfreie Montagepasten. Die dünn aufgetragene
Paste ähnelt Schmierfett. Sie sorgt für
einheitliche Reibungszahlen, schützt das Gewinde
und die Auflagefläche von Schraubenkopf und
Mutter vor Korrosion und verhindert Adhäsionsverschleiß
(Fressen).
info
Knackende oder knarzende Schrauben und
Muttern beim Festziehen sind immer ein sicheres
Zeichen für große Reibung und Adhäsionsverschleiß.
Eine sichere Vorspannkraft
wird trotz richtig eingestelltem Drehmomentschlüssel
nicht erreicht.
Rostfreie Stahlschrauben, Titan und verchromte
Schrauben neigen ungeschmiert besonders
stark zum Fressen.
F V
F V
2