Ein umfassender Leitfaden zu MTB-Lagern mit Matt Harvey von Enduro Bearings

May 12, 2023

Zwischen den Naben, Steuersätzen und Drehzapfen befinden sich zahlreiche Kugellager, die dafür sorgen, dass sich alles reibungslos dreht. Unsere Redaktion unterhielt sich kürzlich über die Lager unserer Mountainbikes und uns wurde klar, dass es eine Menge Fragen gibt, auf die wir keine Antworten hatten. Da wir dachten, dass die Leser ähnlich neugierig sein könnten, haben wir Matt Harvey von Enduro Bearings kontaktiert, um mehr über die kugelförmigen Teile zu erfahren, die sich im Inneren drehen.

Wir wollten den Aufbau eines Lagers untersuchen, wann Fahrer es warten sollten und welche Vor- und Nachteile beim Lageraustausch gelten.

Warum verwenden wir bei Fahrrädern Lager anstelle von Buchsen? Gibt es andere Möglichkeiten, die Drehung zu glätten?

Als ich Anfang der 90er Jahre bei Fisher Mountain Bikes anfing, arbeiteten wir am RS-1, einem der ersten modernen vollgefederten Fahrräder, und verwendeten Teflonbuchsen mit Stahlrücken, sogenannte Gleitlager. Mit einem Elastomer-Rückprallstoßdämpfer würde die Bewegung am Anfang unebener Abschnitte wirken, dann aber nicht mehr synchron zum Gelände abprallen und zurückprallen und anfangen, gegen Sie zu arbeiten. Oder einfach komprimieren und nicht loslassen und so zu einem starren Fahrrad werden. Ein Jahr später, als ich bei Bianchi ein Vollfederungsdesign entwickelte, hatten wir endlich bessere Federn und Luftstoßdämpfer, die den Rückprall dämpfen konnten. Allerdings konnten die Stahlbuchsen nur langsam mit der Bewegung des Hinterbaus mithalten. Als wir den Rahmen mit „Rollelementen“ oder Kugellagern umgestalteten, konnte das Hinterrad endlich dem Gelände folgen und nicht herumspringen.

Die zum Bewegen von Buchsen oder Gleitlagern erforderlichen statischen Kräfte sind wesentlich größer als bei Lagern mit Wälzkörpern, wie z. B. Kugellagern. Wenn Sie viele davon haben, 8 oder 12 bei modernen Fahrrädern mit Gestängefederung, verlangsamt diese Haftreibung die Bewegung des Hinterbaus merklich, was es schwieriger macht, in welligem Gelände mitzuhalten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass sie ständig geschmiert werden müssen, um leise zu bleiben.

Es gibt andere Lager mit Wälzkörpern wie Kegelrollenlager, Nadellager, Pendelrollenlager, aufgrund der Größe und des Gewichts von Fahrrädern sind Kugellager jedoch meist am sinnvollsten.

Gibt es Stellen, an denen Buchsen besser funktionieren als Lager?

Einige Rahmen sind mit Buchsen ausgestattet, in denen einfach kein Platz für ein Lager mit Wälzkörpern ist. Aus dem gleichen Grund sind sie auch bei Pedalkonstruktionen häufig anzutreffen – sehr wenig Platz zwischen der Spindel und dem Pedalkörper. Meine Erfahrung hat gezeigt, dass es wirklich keinen Ort gibt, an dem man lieber eine Buchse als ein Kugel- oder Nadellager an einem Fahrrad hätte, wenn das möglich wäre. Bei Gleitlagern ist die Reibung einfach größer.

Was macht ein abgedichtetes Patronenlager besser als ein anderes?

Hier gibt es viele Bereiche, aber der wichtigste Punkt ist die Qualität des verwendeten Stahls. Die meisten Lager werden aus Chromstahl 52100 hergestellt, es gibt jedoch viele Gießereien, die unterschiedliche Qualitätsstufen herstellen. Sie müssen mit sehr sauberem, homogenem Stahl für Laufringe und Kugeln beginnen. Es gibt auch 440C-Edelstahl, der ebenfalls von guter Qualität sein muss. Es gibt auch andere minderwertige Edelstähle, die von Lagerherstellern verwendet werden. Enduro-Lager verwenden außerdem XD-15-Stahl, der mit Abstand das beste Material für Kugellager ist, da er nahezu nicht verschleißt.

Als nächstes stehen Dichtungsdesign und -material auf der Liste. „2RS“ bedeutet wörtlich „Zwei Gummidichtungen“, sagt aber nichts über die Art der Dichtungen aus. Wir verwenden Dichtungen vom Typ LLU oder LLB, bei denen es sich um Doppellippendichtungen handelt, die dynamisch in einer passenden Nut abdichten. Die meisten Dichtungen bestehen aus Nitril-Buna-Gummi, aber wir verwenden bei höherpreisigen Radlagern auch Silikonmaterial, da es rutschiger und reibungsärmer ist.

Bei jeder Lagergröße, beispielsweise einem „6806 2RS“, hat das Lager die Abmessung 30 x 42 x 7 mm, es können jedoch bis zu vier verschiedene Kugellagergrößen und -mengen darin enthalten sein. Noch wichtiger ist vielleicht, dass die Rillentiefe stark variieren kann. Diese beiden Spezifikationen können die Leistung des Lagers, insbesondere die Tragfähigkeit, stark beeinflussen. Kleine Kugeln und flache Rillen führen im Vergleich zu einem Tretlager mit größeren Kugeln und tiefen Rillen zu einem schnellen Ausfall eines Tretlagers. Die „axialen“ oder multidirektionalen Belastungen eines Tretlagers benötigen diese größere Unterstützung.

Was ist der Unterschied zwischen standardmäßigen abgedichteten Patronenlagern, Nadellagern und anderen?

Abgedichtete Patronenlager sind Radial- oder Schrägkugellager, die aus zwei bearbeiteten und geschliffenen Lagerringen, präzisionsgeschmiedeten Kugellagern, einem Kugeltrenner oder -halter und zwei Gummidichtungen bestehen. Nadellager bestehen entweder aus einem bearbeiteten/geschliffenen Außenring oder häufiger aus einem gestanzten oder geformten Außenring und dann aus Nadeln mit einem Kugeltrenner. Der Innenring ist normalerweise eine bearbeitete Oberfläche oder ein gehärteter und geschliffener Bolzen. Nadellager können auf Wunsch auch mit Dichtungen ausgestattet sein.

Wie bestimmen Sie alle, welche Kugellagergröße Sie in einem Tretlager, einem Steuersatz oder einem Rahmendrehpunkt verwenden sollten?

Beim Enduro kommt es darauf an, in jedem Fall möglichst die größte Kugel im kompletten Lager unterzubringen. Da es sich bei Fahrradlagern in jedem Fall um langsam laufende, hochbelastbare Lager handelt, ist die größte Kugel mit möglichst tiefer Rille die beste Lösung. Viele dieser gleichgroßen Lager, die in Fahrrädern verwendet werden, werden in Elektromotoren verwendet, die bei geringer Last über 10.000 U/min drehen. In diesem Fall können flache Rillen mit kleineren Kugeln für geringe Geräuschentwicklung und Beschleunigung gut geeignet sein. Selten erreicht ein Lager eines Fahrrads auch nur 200 U/min, was als niedrige Drehzahl gilt. Die Kräfte des Tretlagers oder einer Hinterradnabe sind radial und schubmäßig, eigentlich axial oder multidirektional. Sie benötigen maximalen Ballkontakt und Unterstützung beim Treten, um nicht einzuklemmen oder zu rutschen, was zu vorzeitigem Verschleiß oder Leistungsverlust beim Treten führt. Bei unseren individuellen Tests von Fahrradlagern wurde dies jedes Mal bestätigt.

Wie bestimmt man die Dicke der Lagerlaufbahnen?

Wenn man die größte Kugel betrachtet, gibt es Einschränkungen hinsichtlich der Laufringdicke, wenn Wärmebehandlung und kryogene Behandlung beteiligt sind. Wird der Abschnitt zu dünn, kann es bei der Wärmebehandlung zu Verformungen kommen. Dafür haben wir ein paar Geheimnisse, aber etwa 1 mm ist ungefähr so ​​dünn, wie Sie sich für die Wandstärke wünschen.

Woraus bestehen die Laufringe und Lager?

Die meisten Lager werden aus Chromstahl 52100 hergestellt, es gibt jedoch viele Gießereien, die unterschiedliche Qualitätsstufen herstellen. Sie müssen mit sehr sauberem, homogenem Stahl für Laufringe und Kugeln beginnen. In einigen Fällen wird bei günstigeren Lagern Chrom-Molybdän-Material verwendet, was jedoch nicht empfohlen wird. 440C-Edelstahl ist ein gängiges hochwertiges Lagermaterial. Es gibt auch andere minderwertige Edelstähle, die von Lagerherstellern verwendet werden. Es gibt 440A- und 440B-Edelstahl, die für den Lagergebrauch minderwertig, aber auch üblich sind. Enduro-Lager verwenden außerdem XD-15-Stahl, der mit Abstand das beste Material für Kugellager ist, da er nahezu nicht verschleißt. XD-15 ist ein „Super Stainless“ Stickstoffstahl. Kurz gesagt, es wird unter Druck unter Einleitung von Stickstoff wieder geschmolzen, wodurch eine chemische Reaktion entsteht, bei der die Kohlenstoffe im Stahl homogen und dauerhaft getrennt werden. Dadurch entsteht extrem robuster Stahl, der dem konstanten Druck von Keramikkugeln standhält, ohne sich zu verschlechtern, wodurch er tatsächlich brüniert und die Glätte bei der Verwendung verbessert wird.

Welche verschiedenen Fette werden in Enduro-Lagern verwendet und wie wählt man diese Schmiermittel aus?

Wir verwenden im Wesentlichen drei Arten von Fett: Mobil XHP 222 für ABEC 3- und 5-Lager, Almagard 3752 für MAX- und Headset-Lager und dann Kluber Isoflex für Keramik- und Edelstahllager. Mobil Es ist unter sehr heißen oder sehr kalten Bedingungen äußerst stabil und trennbeständig. Almagard ist ein Super-Extra-Hochdruckfett, das heißt, es kann selbst unter dem extremen Druck einer Kugel, die mit maximaler Kraft nach unten drückt, nicht aus dem Weg geschoben werden. Almagard fungiert als Kissen zwischen den Kugeln und dem Laufring, wo sich die Lager nicht ständig drehen, sondern reiben, so dass es nicht zu dem damit verbundenen Verschleiß kommt. Kluber Isoflex ist ein hochentwickeltes und sehr „schnelles“ Fett, das auch nassen Bedingungen standhält und schützt. Kluber verfügt über hervorragende Schereigenschaften, sodass man fast nicht merkt, dass es sich um Fett handelt, sondern sich wie ein leichtes Öl anfühlt.

Wie funktionieren die Dichtungen bei Patronenlagern?

Die Dichtungen werden in eine passende Nut eingepresst, die in den Außenring eingearbeitet ist, um sie auf beiden Seiten der Lager zu halten. Die meisten Dichtungen haben eine einzelne Lippe, die (hoffentlich) auf dem Innenring „reitet“. Manche stellen beim genauen Hinsehen keinen Kontakt her, was zum Spinnen gut, aber zum Schutz schlecht ist. Im Fall von Enduro haben wir eine weitere Nut in den Innenring eingearbeitet, so dass die dynamische Doppeldichtung an zwei Kanten der Innennut anliegt, um maximalen Schutz vor Schmutz zu bieten und gleichzeitig das Fett zurückzuhalten.

Wie lässt sich ein Lager am besten wasserdicht machen?

Die oben erwähnten Doppellippen-Rillendichtungen bieten einen besseren Schutz, aber was als nächstes passiert, wenn Sie mit dem Drehen des Lagers beginnen, trägt wirklich dazu bei, ein Lager wasserdicht zu machen. Enduro füllt beide Seiten jedes Lagers mit einer Fettfüllung von 90 % (die meisten Fabriken füllen nur eine Seite mit 35 %). Wenn das Lager in Betrieb genommen wird und sich zu drehen beginnt, beginnt etwas Fett durch die dynamischen Dichtlippen zu strömen, wodurch eine eingeschlossene Fettbarriere zwischen den Dichtungen in der Nut entsteht. Diese verschlossene Fettbarriere schützt weiterhin vor dem Eindringen von Wasser.

Gibt es eine Möglichkeit, Lager so zu konstruieren, dass sie Kräfte aus mehr als einer Richtung aufnehmen können? Beispielsweise bewältigen die Lager einer Trunnion-Stoßdämpferhalterung hauptsächlich die Kraft in Fahrtrichtung, es kann jedoch auch eine große seitliche Belastung auftreten. Tretlager wären möglicherweise ein besseres Beispiel, da die Kraft, die wir auf sie ausüben, selten 100 % linear ist.

Ja, wir konstruieren unsere BB-Lager mit einem 15°-Schrägkontaktdesign mit 4-mm-Kugeln und sehr tiefen Rillen. Da ein Schrägkugellager gegen ein anderes vorgespannt werden muss, wird das gesamte Spiel beseitigt und es ist gewährleistet, dass alle Kugeln ständig im Eingriff sind und die Last teilen. Dies gilt nicht immer für ein Radiallager, bei dem einige Kugeln unter Last stehen, während andere schwimmen. Wenn auf unsere BB-Lager axiale oder Mehrfachkraftbelastungen ausgeübt werden, werden alle Kräfte über den Kontaktwinkel auf alle Kugeln verteilt. Dies sorgt für ein sanfteres Rollen, ohne dass die Kugeln ins Schleudern geraten oder eingeklemmt werden, wodurch Energie verloren geht oder das Lager verschleißt.

Was ist das Besondere an Keramik- und Keramik-Hybrid-Lagern? Halten sie wirklich länger und/oder rollen sie geschmeidiger?

Bei richtiger Konstruktion und Herstellung mit den richtigen Materialien können Keramik-Hybridlager länger halten und sanfter rollen. Vollkeramiklager können den Stößen oder großen Kräften für die meisten Komponentenfunktionen nicht standhalten, daher bieten wir sie nicht an. Andererseits überdauern XD-15-Keramiklager alle auf dem Markt erhältlichen Stahl- oder anderen Keramiklager. Aus den oben genannten Gründen gibt es für das XD-15-Material eine lebenslange Garantie, auch gegen Korrosion. Bei unseren anderen Keramiklagern, ABEC 5 und Zero, behandeln wir die Chromstahllaufbahnen zusätzlich mit Schwarzoxid- und kryogenen Stufen, die den Stahl weiter normalisieren und nicht nur länger halten, sondern auch länger reibungslos rollen. Keramikkugeln sind siebenmal härter als Stahlkugeln, daher muss dies bei der Konstruktion eines Keramik-Hybridlagers berücksichtigt werden. Im Vergleich dazu ist eine Stahlkugel „weich“ und verbiegt oder quetscht sich unter Druck, während eine Keramikkugel mit einem Stück Granit verglichen werden kann, das nicht nachgibt. Es ist sehr schwierig, den Unterschied im Rollwiderstand eines Ganzstahl-Kugellagers im Vergleich zu einem Keramik-Hybridlager zu messen. Es gibt jedoch einige aktuelle Tests, die wir in unserem Labor durchführen und die positive Ergebnisse mit XD-15-Keramiklagern zeigen.

Sie alle stellen Werkzeuge für viele Fahrradstandards her. Wie beurteilen Sie die mangelnde Konsistenz bei Dingen wie Tretlagern und Drehlagern?

In der Fahrradbranche wimmelt es von Erfindern und Außenseitern, das ist also nichts Neues für unsere Branche. Mit über 40 oder 50 „Standard“-Tretlagerkonstruktionen, die wir berücksichtigen müssen, und über 300 verschiedenen Drehlagergrößen und -spezifikationen ist es eine Menge, mit der wir Schritt halten müssen. Wir haben schon vor vielen Jahren mit der Herstellung von Werkzeugen begonnen, die uns beim Ein- und Ausbau unserer Lager helfen, so wie früher Hämmer und Schraubenzieher zur Bearbeitung von Lagern verwendet wurden. Wir stellen die Werkzeuge hier in den USA in höchster Qualität in unserem eigenen Werk her. Wir hätten nie gedacht, dass wir so viele verkaufen würden, da sie auch teuer sind. Dennoch stehen wir immer vor der Herausforderung, Schritt zu halten. Es ist genau das, was wir tun; alle diese Probleme lösen.

Ist es eine gute Idee, ein vollgefedertes Fahrrad mit Hochdruck zu waschen? Wie wird es sich auf die Lager auswirken?

Es ist keine gute Idee, aber ich bin faul und mache es mir ständig an. Natürlich bin ich immer am Worst-Case-Szenario interessiert und es hilft mir, über einen neuen Weg zur Problemlösung nachzudenken. Wir haben jetzt „MAX Shields“-Gleitringdichtungen aus Edelstahl und Metall, die dem Hochdruckwaschen von MAX-Lagern standhalten. Wir haben auch Solid Lubricant MAX-Lager, ein festes „Fett“ im Inneren des Lagers, das dieser Behandlung ebenfalls standhält. Ich denke, man muss sich darauf verlassen können, dass die Leute Druckwäsche betreiben, also liegt es an uns, die besten Antworten zu finden.

Wie sind die Toleranzen bei den Lagersitzen von Mountainbike-Rahmen? Muss Enduro irgendetwas tun, um Rahmentoleranzen auszugleichen?

Es kann von Hersteller zu Hersteller teilweise stark variieren. Wir haben C3- und CN-Lager allgemein verfügbar. Damit ist das Spiel bzw. die innere Toleranz des Lagers gemeint. CN ist enger als C3. Wenn die Presspassung fest ist, hilft ein C3-Lager. Sie möchten nicht, dass das Lager dort zu fest sitzt, wo es sich anfühlt, als würde es rasten oder rau sein, da es in diesem Fall sehr schnell verschleißt. Wenn zusätzliches Spiel vorhanden ist, stellt dies normalerweise kein Problem dar, es sei denn, es handelt sich um ein Vorderrad, das sofort auffällt. Dann benötigen Sie wahrscheinlich einige CN-passende Lager.

Bei einigen Fahrrädern kommt es zu Problemen mit dem Lösen der Drehzapfeneinsätze, was zu Knarrgeräuschen und einem schlaffen Gestänge führen kann. Haben Rahmenhersteller mit Ihnen zusammengearbeitet, um dieses Problem zu lösen? Wie oft kontaktieren Sie Fahrradmarken, um Probleme zu lösen oder neue Produkte zu entwickeln?

Für dieses Problem wurde ich noch nie wegen der Lösung kontaktiert, obwohl wir häufig kontaktiert werden, um ähnliche Probleme zu lösen. Manchmal bekommen wir Zeichnungen, manchmal Muster. Wenn sich bei einem Gestänge der Lagersitz herausgewölbt hat und das Lager keinen Presssitz mehr hat, würde ich die Sicherungsmasse Loctite 638 empfehlen, damit lassen sich auch große Lücken abdecken.Welches vollgefederte Fahrrad würden Sie allein aufgrund der Lagerlebensdauer jemandem empfehlen, der regelmäßig in nassem Klima unterwegs ist?

Es gibt mittlerweile so viele gute, das ist schwer zu sagen. Natürlich habe ich meine Vorurteile, aber wir beliefern mehr als 70 Marken, daher bleibe ich neutral! Tatsächlich sind mittlerweile fast alle vollgefederten Fahrräder so gut.

Können Sie uns einige häufige Fehler nennen, die Ihnen beim Aus- und Einbau von Lagern auffallen?

Wie Sie oben erwähnt haben, kann es bei fragilen Verbindungen leicht zu Beschädigungen kommen, wenn Sie nicht ein Rollo-Abziehwerkzeug wie unseres oder etwas Ähnliches verwenden. Wenn man mit einem Hebelwerkzeug gegen das Gestänge drückt, kann das Gestänge oft Spuren hinterlassen oder beschädigt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn zum Halten der Lager eine Dichtungsmasse verwendet wird. Ein Jalousieabzieher ist die einzige Möglichkeit, um sicherzustellen, dass Ihr teures Verbindungsteil keine Spuren hinterlässt und nicht beschädigt wird.

Welche Tipps gibt es für den ordnungsgemäßen Aus- und Einbau von Lagern?

An ein paar Dinge erinnern sich die Leute nicht: Entfernen Sie zuerst diese Sicherungsringe! Manchmal sind sie schwer zu erkennen, aber schauen Sie zuerst im Handbuch nach, bevor Sie versuchen, das Lager herauszubekommen. Verwenden Sie Loctite oder eine Lagerverbindung, um den Auslöser am besten mit einem kräftigen „Schlag“ und nicht mit einem allmählichen Zug auszulösen. Auch hier funktioniert der Jalousiezieher mit Gleithammer am besten. Verwenden Sie den Gefrierschrank, wenn Sie Spindeln durch Lager einbauen oder Lager einbauen. Es fasst nicht nur Ihr Bier, es erleichtert auch das Einsetzen der Teile erheblich, wenn Sie daran denken.

Wie können Leser, abgesehen von einem knusprigen und/oder trockenen Gefühl, wissen, ob ihre Lager ausgetauscht werden müssen?

Knuspriges oder trockenes Gefühl bedeutet oft, dass Sie nur das Lager reinigen und etwas Fett einfüllen müssen. Entfernen Sie die Dichtungen, entfetten und reinigen Sie die Lager und trocknen Sie sie. Sobald es sauber und trocken ist, geben Sie neues Fett ein und ersetzen Sie die Dichtungen. Möglicherweise spüren Sie dort noch ein wenig Schmutz, aber sie sind möglicherweise wieder fein und glatt. Ein guter Test, um festzustellen, ob Ihr Lager nur Schmutz oder Abrieb aufweist, besteht darin, das Lager langsam in der Hand zu drehen. Wenn sich die rauen Stellen bewegen, handelt es sich um Schmutz. Wenn es immer wieder die gleiche Stelle ist, handelt es sich um eine Grube im Lager.

Können alle Lager gereinigt und neu verpackt werden, oder gibt es einige, die einfach ausgetauscht werden müssen, wenn sie verbraucht sind?

Oh ja, wir machen das ständig für Leute und schicken sie zurück. Sie müssen Ihre Lager schließlich warten, wenn sich kein Fett mehr darin befindet, sondern nur noch Schmutz. Die einzige Ausnahme bilden XD-15-Lager. Sie müssen keine Wartung durchführen, wenn Sie dies nicht möchten.

Was sind einige wesentliche Unterschiede zwischen Fahrradlagern und solchen, die in Motorrädern und anderen Anwendungen verwendet werden?

Motorradlager und fast jede andere Maschine wie ein Gabelstapler sind überkonstruiert, weil das Gewicht keine Rolle spielt. Ein Gabelstapler verfügt über Lager, die das 10- bis 20-fache der Belastungskraft aushalten, die er je zu Gesicht bekommt. Das Gewicht ist ihnen egal. Auch bei einem Motorrad ist das kein großer Faktor, es hat einen viel größeren Motor als der Mensch. Deshalb verwenden wir bei Fahrrädern immer Lagergrößen, die fast nicht mehr funktionieren, weil wir versuchen, ein 12-Pfund-Fahrrad herzustellen.