Mobilität

DENK(T)RÄUME

Mobilität

Band 5: Chemie und Sport

Der Weltrekord mit einem Bambusstab liegt bei 4,77

m (1942). 1957 verbesserte Bob Gutowski den alten

„Bambus-Weltrekord“ um einen Zentimeter auf 4,78 m

mit einem Aluminiumstab. 1960 wurden die Alumini-

umstäbe durch Stahl ersetzt und Don Bragg steigerte

den Rekord um einen weiteren Zentimeter auf 4,80

m. Eine schlagartige Veränderung der Bestmarken im

Stabhochsprung wurde 1956 in den USA eingeleitet.

Der Glasfiberstab bewirkte durch seine Handlichkeit

und Bruchsicherheit eine Verbesserung des Bestwerts

beim ersten internationalen Einsatz um drei Zentime-

ter auf 4,83 m. Heute liegt der Weltrekord bei 6,14 m,

gesprungen von Serhij Bubka 1994! Auch wenn Serhij

Bubka ein herausragender Stabhochspringer war, des-

sen Rekord bis heute nicht übertroffen werden konn-

te, steht außer Frage, dass auch er mit einem anderen

Material nicht in diese Höhe hätte springen können

(siehe Versuch 1, Variante: Glasfiber).

Fahrräder werden leichter

Heute haben Aramidfasern in vielen Bereichen den

Glasfasern den Rang abgelaufen. Besonders beim Bau

von Fahrradrahmen ist Aramid wegen seines geringen

Gewichts sehr beliebt.

Aramid ist ein aromatisches Polyamid. Die Fa-

sern sind unter dem Handelsnamen Kevlar bekannt.

Sie besitzen gute Schlagbeanspruchung und hohes

Energieaufnahmevermögen. Im Sport werden sie be-

vorzugt in Sportgeräten eingesetzt, die oft stoßartigen

Belastungen ausgesetzt werden wie z. B. Tennisschlä-

ger, Surfbretter und Skier.

Karbonfasern wurden schon 1880 durch Pyrolyse

von Baumwolle hergestellt. 1961 erzeugte der Japa-

ner Shindo durch Pyrolyse von Polyacrylnitrilfasern

4 Siehe auch:

www.wdrmaus.de/sachgeschichten/stabhochsprung/

5 Michaeli, W., Wegener, M.: Einführung in die Technologie der Faserverbund-

werkstoffe. München 1990, S. 58

Kohlenstofffasern mit hervorragenden Festigkeitsei-

genschaften (siehe auch Versuch 4)

Seitdem haben Kohlenstofffasern wegen ihrer ho-

hen Festigkeit und ihrer relativ geringen Dichte zuneh-

mend Bedeutung beim Bau von Sportgeräten gefunden.

Verursacht durch ihre günstigen gewichtsbezogenen

Eigenschaften werden sie u. a. in Skiern, Fahrradrah-

men und Tennisschlägern verwendet.

In den letzten Jahren sind viele neue Werkstoffe

für Fahrradrahmen entwickelt worden. Die Rahmen

wurden immer leichter. Neben dem „alten“ Stahlrah-

men haben sich längst Materialien wie Carbonfaser-,

Kevlarfaser- und Glasfaserverstärkte Kunststoffe eta-

bliert. Auch andere Metalle wie z. B. Aluminium und

Titan sowie verschiedene Legierungen werden für den

Bau von Fahrradrahmen verwendet.

Noch vor wenigen Jahren fuhren ausschließlich

Profiradrennfahrer Fahrräder mit solchen Rahmen.

Für den Durchschnittsradler waren diese ultraleichten

Rahmen viel zu teuer. Heutzutage sind viele Fahrrad-

rahmen aus anderen Materialien als Stahl erschwing-

lich geworden. Viele Jugendliche finden den konven-

tionellen Stahlrahmen „langweilig“ und altmodisch.

Werkstoffe und ihre Eigenschaften

Neben der Dichte sind die mechanischen Eigen-

schaften der Werkstoffe von besonderer Bedeutung.

Dazu zählen die Zugfestigkeit, Elastizität, Abriebfe-

stigkeit und Steifigkeit der Werkstoffe. Ein Maß für

die Steifigkeit ist das Elastizitätsmodul (E-Modul),

welches das Verhältnis der auf einen Werkstoff ein-

wirkenden Spannung zur Längsdehnung beschreibt.

Diese Werkstoffeigenschaft steht im direkten Zusam-

menhang mit den Bindungskräften der Atome unter-

einander. Je fester die Bindung ist, desto höher ist der

Wert des E-Moduls.

Eigenschaften von Werkstoffen im Vergleich

Werkstoff

E-Modul (kN/mm

)

Dichte (g/cm

)

Stahl

210

7,8

Aluminium

2,8

Glas

2,4

Kohlenstofffaser-

Verbundwerkstoff

200

2,0

Holz

0,5

Aluminiumoxid

380

4,0

Doch die meisten Schäden treten nicht auf, weil das

Material einer zu starken Kraft ausgesetzt wird, son-

dern durch Materialermüdung. Materialien altern bei

ständiger gleichbleibender Belastung.

6 Bukatsch, F., Glöckner W.: Experimentelle Schulchemie, Band 9: Organische

Chemie 3. Aulis Deubner & Co Kg, Köln 1997, SS 65-67

7 Easterling Zschech, 1997, S. 37

Abb. 7:

Moderne Fahrrad-

rahmen werden aus

Carbonfasern oder

Aluminium gebaut.