Ein besseres Material bedeutet immer mehr Haltbarkeit,
aber auch mehr Steifigkeit und bessere Leistungen
.


Die Entwicklung eines Einrads kann auf viele Arten erfolgen,
aber nur wenige davon sind die richtigen
.

Die FORM


Zunächst einmal die FORM, die die Verwendung festsetzt. In der Einrad-Welt können wir die Gabeln in zwei Makrofamilien teilen:

  • Gabeln mit FLACHER Gabelbrücke, die entwickelt wurden, um Tricks auszuführen, die eine Standfläche für die Füße benötigen (Freestyle, Flatland, One Foot Race),
  • Gabeln mit RUNDER Gabelbrücke für Einradfahrer, die auf die störenden Gabelbrücke-Ecken verzichten können, da ihre Tricks eine Fußauflage nicht erfordern (Muni, Trial, Road).

Es gibt natürlich auch die "KOMBINIERTE" Verwendung, insbesondere in der Größe 19-20-Zoll, bei der eine Gabel mit flacher Brücke auch in Disziplinen gerechtfertigt ist, wo man darauf verzichten könnte.

Die FESTIGKEIT

Die erste zu berücksichtigende Eigenschaft ist die FESTIGKEIT, die die Verwendung des Bestandteils ohne Zusammenbruch der Struktur ermöglichen muss.
Die erforderliche Festigkeit variiert je nach der Verwendung des Werkzeuges und dem Gewicht sowie der Stärke des Einradfahrers.
Leider haben wir oft Einräder gesehen, die für ein Mädchen von ca. 50 kg ausreichend robust waren, jedoch innerhalb weniger Minuten brechen, wenn sie an einen Freund mit einer stärkeren und schwereren physischen Struktur ausgeliehen werden.

Was bedeutet die FESTIGKEIT?

Die Festigkeit eines Körpers beschreibt seine Beanspruchbarkeit durch mechanische Belastungen, bevor es zu einem Versagen kommt. D.h. es ist die Fähigkeit eines Körpers, der durch eine ausgeübte Kraft verursachten elastischen Verformung entgegenzuwirken und daher unter Belastung gut zu widerstehen, ohne sich zu biegen, zu verformen oder zu brechen.

Die STEIFIGKEIT

Die nächste wichtige Eigenschaft ist STEIFIGKEIT. Die Steifigkeit wird bestimmt durch:

  • das MATERIAL, d.h. Typ und Menge desselben.
  • in einem Rohr werden die endgültige Steifheit und Festigkeit des Elements von der FORM bestimmt. Wenn der Rohrdurchmesser mit dem gleichen Gewicht zunimmt, verringert sich die Dicke und steigert die Steifheit und Festigkeit des Teils (Die Dicke kann nicht zu viel reduziert werden, da das Einrad häufig Stößen ausgesetzt ist.
  • BESTESTIGUNG/VERANKERUNG, zu gleicher Form und gleichem Material ist die Steifigkeit einer Stange größer wenn sie an die beiden Enden und nicht nur an ein Ende gebunden ist.

Je steifer die Gabel, desto schneller und präziser reagiert sie auf unsere Impulse/Befehle.
Eine Gabel muss, wie das Skalpell, zunächst präzise sein. Eine Klinge, die sich verbiegt oder vibriert macht die Arbeit des Chirurgen schwierig oder unmöglich. Das Gleiche gilt für den Einradfahrer, der immer besser wird und bestimmte Tricks immer mehr mit der Präzision eines Chirurgen ausführen muss. Im Freestyle und Trial-Bereichen, aber auch im Muni-Bereich, wird eine "weiche" oder "flexible" Gabel zunehmend unwirksam oder sogar gefährlich:

Was bedeutet STEIFIGKEIT?

Im Allgemeinen sollte der Begriff Steifheit (Härte) verwendet werden, wenn von einem Material gesprochen wird, von Steifigkeit, wenn von einer Struktur gesprochen wird. Eine hohe Steifigkeit wird angestrebt, wenn geringe Verformungen gewünscht werden, eine niedrige Steifigkeit, wenn Flexibilität erforderlich ist.

Die HALTBARKEIT

Die letzten zwei Eigenschaften, die berücksichtigt werden sollen, sind das GEWICHT und die HALTBARKEIT des Einrads, die das Ergebnis aller Entscheidungen des Designers sind.
Nachdem der Designer die FORM, den Grad der FESTIGKEIT und das Niveau der STEIFIGKEIT bestimmt hat, entscheidet er über die MATERIALIEN, ABMESSUNGEN und BEFESTIGUNGEN von allen Teilen, aus denen die Gabel besteht.

Was bedeutet HALTBARKEIT eines Materials?

Haltbarkeit, Dauerhaftigkeit oder Lebensdauer ist die Fähigkeit eines Produkts, unter normalen Bedingungen seines Lebenszyklusses ohne übermäßige Wartung oder Reparatur funktionsfähig zu bleiben. Dies kann je nach Anwendungsbereich unterschiedlich gemessen werden. Zum Beispiel in Lebensjahren, Betriebsstunden oder Betriebszyklen.

... und nun ein paar Worte über ALUMINIUM

Bei gleichem Gewicht ist Aluminium steifer und teurer, Stahl ist günstiger und flexibler. Aluminium ist bei Weitem das jüngste unter den Industriemetallen und wurde vor etwas mehr als 100 Jahren zum ersten Mal in großem industriellen Maßstab hergestellt. Sein Symbol ist Al. Seine Eigenschaften:

  • leicht (hat ein spezifisches Gewicht von etwa einem Drittel des Stahls),
  • schlagfest,
  • langlebig,
  • ausgezeichnet korrosionsbeständig,
  • 100% recycelbar.

Um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, werden Aluminium bestimmte Mengen an Legierungselementen zugesetzt (wir werden dann Aluminiumlegierungen haben).
In Kombination mit anderen Elementen ändern sich die Eigenschaften dieses Metalls, das in seinem reinen Zustand zart und duktil ist, radikal.

... und jetzt über STAHL

Das Wort Stahl bezeichnet im Allgemeinen eine Legierung zwischen zwei Hauptelementen: Eisen und Kohlenstoff. Der Eisen- und Kohlenstofflegierung können weitere Elemente zugesetzt werden, die sich durch ihre bemerkenswerten mechanischen Eigenschaften der Spannungsbeständigkeit auszeichnen. Beispielsweise verleiht: 

  • Silizium Stahl eine hohe Festigkeit, verringert jedoch die Schweißbarkeit;
  • Kupfer behindert Korrosion;
  • Mangan, erhöht die Härte, verringert aber die Elastizität;
  • Chrom*, erhöht die Härte und verringert die Elastizität nicht.

Die Zusammensetzung der Legierung definiert auch die Klassifizierung von Stahl, d. h. üblichen Kohlenstoffstählen (die in Anwendungen verwendet werden, die keine besonderen Anforderungen haben) und speziellen Stählen (die der Legierung besondere Eigenschaften verleihen).

* die Gabel von Mad4One aus Stahl, die URC-Familie, sind aus Cr-Mo 4130 (Chrom-Molybdän-Stahl) hergestellt, eine Stahllegierung, die im Vergleich zu einem unlegierten Stahl eine höhere Belastungsfestigkeit, ein geringeres spezifisches Gewicht und eine bessere Zugfestigkeit aufweist.

Die MATERIALERMÜDUNG

Eine weitere häufig übersehene Eigenschaft ist das Konzept der MATERIALERMÜDUNG.

Materialermüdung bedeutet, dass auch eine statisch unkritische Belastung (noch im elastischen Bereich, also noch unterhalb der Streckgrenze des Werkstoffs) zu einer Funktionsuntüchtigkeit (Ermüdungsrissbildung) oder auch zum Totalausfall (Ermüdungsbruch) eines Bauteils führen kann, wenn sie oft genug auf das Bauteil einwirkt.

Jedes Material hat zwei Werte, die es charakterisieren:

  • Die STRECKGRENZE, d.h. wenn ich eine Kraft aufbringe, die größer als die angegebene Last ist, verformt sich das Material und kehrt nicht mehr in seine ursprüngliche Form zurück (Biegung);

  • Die BRUCHLAST, d. h. wenn ich eine Kraft aufbringe, die größer als die angegebene Last ist, bricht das Material. Die Bruchlast ist immer größer als die Streckgrenze.

Wenn ich jedoch eine Kraft ausübe, die knapp unter der Streckgrenze ist, behält das Material seine Form, aber im Inneren entstehen Mikrorisse.

Bei anhaltender Verwendung der Struktur führen diese Mikrobrüche zum Brechen des Materials, ohne dass die Streckgrenze oder die Bruchlast jemals überschritten wurde.

Dies ist in einfachen Worten das Konzept von ERMÜDUNG, das wir oft sowohl bei Stahlspeichen als auch bei anderen Aluminiumteilen sehen.

Insbesondere tritt ein Ermüdungsschaden in den folgenden Phasen auf:

1. Auslösen des Bruchs: Diese erste Stufe, die auch als mikrostrukturelle Anpassung der Kunststoffkomponente des Materials bezeichne wird, stabilisiert einige mechanische und physikalische Eigenschaften des Materials.

2. In der nachfolgenden Phase bestimmen Mikroeinbrüche und Mikroextrusionen die Auslösung von Schäden durch Ermüdung. Am Boden dieser Mikroeinbrüche verstärken nämlich die Spannungen durch den Kerbeffekt, so dass das Material an diesem Punkt leicht nachgibt und sich Mikrorisse bilden.

3. Ausbreitung des Risses: Der Riss breitet sich über eine kleine Strecke entlang der 45 ° -Richtung des Extrusionsfehlers aus, dann setzt sich sein Weg in orthogonaler Richtung zur Außenrichtung fort.

4. endgültiger Bruch: Das Fortschreiten des Risses führt zu einer progressiven Abnahme des Widerstandsabschnitts; wenn der widerstandsfähige Abschnitt sich verringert und die Rissgröße den Wert des kritischen Abschnitts des Materials erreicht, tritt der endgültige Bruch eines Überlastungscrashs auf.

Viele Einradfahrer haben diese Erfahrung gemacht: „… ich habe die gleichen Dinge wie immer gemacht und heute ist es kaputt gegangen, aber ich habe nichts übertriebenes gemacht, warum ist es kaputt gegangen? ... ".

Dies zeigt uns, dass alle Materialien aufgrund von ERMÜDUNG eine begrenzte Zeitdauer haben, die von der Qualität des Materials und von allen Elementen des Designs abhängt.

Aus diesem Grund ist die Wahl des Materials und der Legierung eine grundlegende Wahl für das Endergebnis unseres Projekts.

Aluminium ist steifer, aber weniger stark als Stahl und ist anfälliger gegenüber der ERMÜDUNG.

Gehen wir zurück zu unserer Gabel:

Das Design einer Einrad-Gabel ist im Grunde ein umgekehrtes "Y".

Der am stärksten beanspruchte Punkt der Gabel ist der Mittelpunkt der 3 Beine (linkes und rechtes Bein und Zentralrohr).

Hier kommen die BEFESTIGUNGEN/VERANKERUNGEN (die eines der drei Elemente sind, die die STEIFIGKEIT bestimmen) in Frage.

Im Einrad sind die 2 Beine unten durch die Nabe und oben, sowohl bei der flachen als auch bei der runden Brücke, mit dem vertikalen Rohr verbunden. Das allein zeigt schon, die Bedeutung der Verbindung mit dem vertikalen Rohr.

Stellen wir uns vor, wir müssen unseren Sonnenschirm aufstellen:

Die Stabilität und Standfestigkeit unseres Sonnenschirms hängt sehr stark von der Tiefe des Lochs ab, in das wir ihn einsetzen werde (was ich "Einschnitttiefe" nennen werde).

Aber selbst, wenn ich eine feste Basis verwende, ist die Tiefe des Lochs immer noch ein wichtiges Element. Mit einer nicht ausreichend tiefen Basis wird sich die Einschnitttiefe als instabil oder zerbrechlich erweisen.

Kehren wir zum Verbindungspunkt zwischen dem vertikalen Rohr und den Beinen der Gabel zurück:
Wie bei unserem Sonnenschirm ist auch bei der Gabel die Einschnitttiefe zwischen dem vertikalen Rohr und der Basis sehr wichtig.

Die Gabeln MAD4ONE aus Aluminium mit FLACHER BRÜCKE

DIE DICKEN

Brücken weisen eine Schnitttiefe von 22mm auf. Dieser Wert wurde in der Entwicklungsphase auch unter Berücksichtigung des Endziels und der Art der Verwendung der Gabel bestimmt.

Je geringer die Einschnitttiefe ist, desto kleiner ist der Abstand zwichen Fuß und Reifen.

 Je größer die Einschnitttiefe ist, desto steifer ist das gesamte Werkzeug.

Diese Abmessung ist also das Ergebnis eines Kompromisses zwischen Funktionalität und Steifigkeit.

Das vertikale Rohr der MAD4ONE Gabel ist aus einem Stück erstellt, hat variable Dicken an dieser Stelle und bei den ersten 8 cm weist sie eine Dicke von 6 mm auf jeder Seite auf.

Unsere Erfahrung hat uns gelehrt, dass durch die Verringerung der Einschnitttiefe die Belastungen an diesem Punkt so groß werden, dass die Haltbarkeit und oft auch die Steifigkeit des Werkzeuges beeinträchtigt werden. D.h., bei niedrigeren Dicken wird die Lebensdauer der Gabel erheblich verkürzt, wodurch plötzliche Brüche entstehen können.

Natürlich reicht die Einschnitttiefe allein nicht aus, um Steifigkeit und Haltbarkeit zu gewährleisten. Dicke und Qualität des Materials an dieser Stelle garantieren das Endergebnis.

Das MATERIAL

Die Gabeln MAD4ONE aus Aluminium mit flacher Brücke bestehen aus der Aluminiumlegierung AL6069-T6, die sich in folgenden Aspekten von der üblichen AL6061-T6 unterscheidet:

  • Höhere Verformungsbeständigkeit bis zu +30%

  • Höherer Lastwiderstand

  • Höherer Lastwiderstand bei Korrosion

DIE DICKEN

Wer das Thema vertiefen möchte, geben wir hier den Link zur akademischen Studie “ Strengthening in the new aluminum alloy AA 6069” " von S.C. Bergsma a, M.E. Kassner b, *, X. Li, M.A. Wand, in der die mechanischen Eigenschaften der neuen Aluminium-Magnesium-Silikon-Legierung 6069 analysiert werden.
Link: https://www.osti.gov/etdeweb/biblio/669293

Die Gabeln MAD4ONE aus Aluminium mit RUNDER BRÜCKE

DIE DICKEN

Brücken unterliegen nicht den Verwendungseinschränkungen der flachen Version. Aus diesem Grund konnten wir bei den MAD4ONE Gabeln eine bedeutender Einschnitttiefe von 36mm vorsehen. Diese Größe reduziert die an dieser Stelle aufgebrachte Last erheblich und gewährleistet eine außergewöhnliche Steifigkeit und Haltbarkeit.

Das MATERIAL

Die runden MAD4ONE-Aluminiumgabeln haben wir mit der Aluminiumlegierung AL7005-T6 hergestellt die im Vergleich zum gängigen AL6061-T6 eine Belastbarkeit von mehr als 12% und eine Ermüdungsbeständigkeit von mehr als 56% aufweist.

Natürlich haben wir auch dem Durchmesser-Dicken-Verhältnis der Rohre große Aufmerksamkeit geschenkt.

Auch in diesem Fall ist das vertikale Rohr von variabler Dicke und hat an der Stelle der Rohrverbindung einen Durchmesser von 40 mm und eine Dicke von 3,6 mm auf jeder Seite, was der gesamten Struktur eine große Steifigkeit und Festigkeit verleiht.

Die Aluminiumlegierung AL7005

AL7005 hat eine Zugfestigkeit von 350 MPa,
eine Dauerfestigkeit von 150 MPa
und eine Dichte von 2,78 g / cm³
im Vergleich zu der Zugfestigkeit von 310 MPa und Dauerfestigkeit von 96,5 MPa und eine Dichte von 2,70 g / cm³ für 6061 Aluminiumlegierungen.

Wer das Thema vertiefen möchte geben wir hier den Link: 
https://en.wikipedia.org/wiki/7005_aluminium_alloy

Die Dimensionierung der Beine und der verschweißten Scheibenbremsenaufnahme sowie die Qualität des Materials und der Schweißnähte sind die Elemente, die die MAD4ONE-Gabeln charakterisieren.

In der Welt des Muni gibt es, neben der Einschnitttiefe des vertikalen Rohrs und der Beine einen weiteren Spannungspunkt: die Stelle, an der die Scheibenbremse an der Gabel verankert wird.
In den letzten Jahren hat sich die Verwendung des Einrads für Muni dank der Verwendung von Scheibenbremsen stark verändert.


Tatsächlich ist das Gleichgewichtsmanagement (vorwärts und rückwärts) von den Pedalen auf die Bremse übergegangen, dies setzt jedoch eine viel kontinuierlichere Verwendung der Bremse voraus und erfordert eine präzise und pünktliche Reaktivität des Bremssystems.

Die Scheibenbremse entwickelt sehr hohe Belastungen und oft auch hohe Temperaturen an der Stelle, wo sie mit der Gabel verankert ist. Die Kombination dieser beiden Effekte führt zu einer sehr schnellen Materialermüdung, die zunächst Vibrationen verursacht, welche die Genauigkeit oder Dosierbarkeit der Bremsung beeinträchtigen.

Dies kann in einigen Passagen, in denen man sich völlig auf die Bremse verlässt, potentiell gefährlich sein. Diese hohen Beanspruchungen können das Brechen der Gabel oder der Bremsenaufnahme hervorrufen.

Wir schließen mit ein paar Worten über zwei andere High-End-Materialien, die unserer Meinung nach aufgrund der hohen Kosten und einiger Eigenschaften, die sie aufweisen, für die Einrad-Welt nicht so interessant sind ...

KOHLENSTOFFFASER

Beim Radfahren, insbesondere auf professioneller Ebene, hat die Vielseitigkeit im Design die großen Fahrradhäuser zu einem neuen Material geführt: dem Kohlefaserverbundwerkstoff.
Seine Stärken sind: Zugfestigkeit, Steifheit, hohe Ermüdungsbeständigkeit, Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit, aber er hat auch Schwächen: wie seine Bruchdynamik. Schon ein kleiner Aufprall an der falschen Stelle reicht aus, um das Harz, das die Kohlenstofffasern enthalten, zum brechen zu bringen und die Festigkeit der Gabel zu beeinträchtigen.
Ein paar Beispiele:

  • Ein Aluminium-Fahrradlenker biegt sich, wenn man gegen einen Baum fährt. Ein Carbon-Lenker kann reißen, behält jedoch eine solide und scheinbare strukturelle Integrität bei. Wenn wir jedoch die Struktur mit bedeutenden Spannungen belasten (z. B. Landung von einem Sprung), wird es plötzlich aufgeben.
  • Das Festziehen einer Carbon-Gabel in einer am Autodach befestigten Fahrradhalterklemme kann dazu führen, dass die Kohlefasern brechen, ohne dass sie einen Defekt aufweisen.

In diesen beiden Fällen sprechen wir von nicht korrektem Gebrauch; d.h. Belastungen oder sogar starken Auswirkungen auf die Kohlenstoffstruktur, für die sie nicht entworfen und gebaut wurde.
Mit Kohlefaserverbundwerkstoff kann man sehr steife oder sehr flexible Dinge herstellen, wie z.B. die Angelruten. Ein Fischer kann dir erzählen, wie empfindlich sie sind….

TITAN

Es gibt verschiedene Arten von Titan (Klasse 1,2,3, 4) und Titanlegierungen (Klasse 5 bis 38). Wie bei anderen Materialien variieren die mechanischen Eigenschaften sowie die Verarbeitbarkeit und Schweißbarkeit von der Art des verwendeten Titans stark. Titan hat jedoch ein spezifisches Gewicht auf halbem Weg zwischen Aluminium und Stahl. Seine mechanischen Eigenschaften variieren stark je nach Typ, sie überschreiten jedoch nie diejenigen der Stahllegierungen.
Angesichts der hohen Material- und Verarbeitungskosten sowie des Gewichts mechanischen Leistungsverhältnisses glauben wir, dass heutzutage die richtige Aluminiumlegierung zusammen mit dem richtigen Design ähnliche Eigenschaften zu viel geringeren Kosten gewährleisten können.

Last but not least ...

FREEDOM matters!

Wenn wir hier von Freiheit reden, meine wir „Kompatibilität“

Das Einrad besteht aus 3 Einheiten von Bauteilen (Sattel – Gabel – Rad).

Unsere große Aufmerksamkeit ist es, die Standards, die sich im Laufe der Jahre in unserer Welt etabliert haben, so weit wie möglich zu berücksichtigen. D.h. die Teile unserer Einräder verfügen über standardisierte Schnittstellen, sodass diese mit anderen auf dem Markt befindlichen Komponenten problemlos montiert werden können.

Die einzige Ausnahme hiervon macht das von Mad4One im Jahr 2011 entwickelte Mad4One RACE EVOLUTION (4 Goldmedaillen mit S. Kobayashi bei der Weltmeisterschaft 2012 in Bressanone – UNICON XVI, und weiter verfeinert im Jahr 2018 (8 Goldmedaillen mit Niklas Wojtek und Alina Czimek bei der Weltmeisterschaft 2018 in Korea – UNICON XIX).

Warum haben wir hier einen Sonderweg gewählt?
Um die Effizienz des Drückens auf die Pedale zu erhöhen, haben wir den Abstand der Pedale von der Mitte (und somit von der Fahrrichtung) verringern wollen. Um dieses Ergebnis herbeizuführen haben wir eine neue Nabe-Kurbeln-Schnittstelle entwickelt, die weniger sperrig ist, als die ISIS.

Zum Schluß findest du hier das

Mad4One Medaillenboard,

worauf wir besonders stolz sind. Wir haben hier die besten Ergebnisse aufgelistet, die die Mad4One Muni-Einradfahrer an den letzten Weltmeisterschaften erziehlt haben. Diese Seite endet mit einem sehr schönen Video, das Florian Rabensteiner, der unbestrittenen Muni-Weltmeister, für uns gemacht hat und ein tolles Video von Ben Soja, der einzige, der bis heute the White Line mit einem Einrad gefahren ist.