Keramik- vs. Stahllager
Eines der umstrittensten Themen im Radsport ist, ob Stahl- oder Keramiklager überlegen sind. Das Marketing behauptet oft, dass Keramiklager den Widerstand verringern und länger halten. Die Frage ist, ob das wirklich stimmt? Dieser Artikel gibt eine detaillierte Erklärung zu Keramik- vs. Stahllagern sowie einen Vergleich.
Als Randnotiz sprechen wir hier über Patrone-Lager, da sie in Naben üblich sind, weil sie weniger Wartung erfordern, leichter zu wechseln sind, leichter und kompakter sind und in der Regel eine bessere Abdichtung haben. Einige Patrone-Lager können jedoch schneller verschleißen, was in diesem Artikel behandelt wird.
Bei Particle verwenden wir je nach Nabe S&S Stahl- und Keramiklager sowie TPI-Keramiklager.
Interne Konstruktion
Obwohl wir die in Fahrrad-Anwendungen verwendeten Lager als keramisch bezeichnen, sind sie tatsächlich Hybrid-Keramik, was bedeutet, dass nur die Kugeln keramisch sind. Im Gegensatz zu Keramiklagern enthalten Stahllager gehärtete Stahlkugeln sowie einen Stahlinnen- und Außenring.
Die Kugellager sind keramisch, während die Innen- und Außenringe aus Stahl gefertigt sind. Keramiklager haben üblicherweise eine C3-Spiel. Das Spiel bei Stahllagern ist typischerweise CN. Das Lagerspiel ist ein Maß für den Abstand zwischen Innenring, Außenring und Kugeln. Dieses Spiel ist wichtig, da ein korrektes Spiel verhindert, dass ein Lager beim unvermeidlichen Erwärmen und Ausdehnen blockiert.
Die Käfige, die bei beiden Lagertypen verwendet werden, sind ebenfalls unterschiedlich. Käfige halten die Kugeln im Lager richtig verteilt. Bei hochwertigen Stahllagern besteht der Käfig aus einem Stück gepresstem Metall, das zwischen den Kugeln vernietet ist. Dies ist eine kostspielige Methode zur Herstellung von Lagern, reduziert jedoch die Reibung und verbessert die Steifigkeit. Bei nahezu allen Hybrid-Keramiklagern bestehen die Käfige typischerweise aus Verbundmaterial oder Gummi. Sie klicken ein und halten den Kugelabstand. Unter hohen Lasten neigt dieser Käfigtyp eher dazu, sich zu verformen oder sogar abzuspringen, was spürbare Reibung verursacht.
Unsere S&S Stahllager verwenden hochwertige Stahlringe.
Externe Konstruktion
Lager haben entweder berührungslose Dichtungen, Kontaktdichtungen oder eine auf jeder Seite. Kontaktdichtungen berühren sowohl den Innen- als auch den Außenring, um die Dichtung aufrechtzuerhalten. Dies führt zu Reibungsverlusten. Beim Fahren ist das nicht so auffällig, aber es gibt einen Unterschied. Berührungslose Dichtungen bieten weniger Widerstand, sind jedoch leichter mit Wasser oder Schmutz kontaminierbar.
Unsere Lager verwenden eine Mischung aus einer nach außen gerichteten Kontakt- und einer nach innen gerichteten berührungslosen Dichtung. Dies verleiht unseren Lagern sowohl die Vorteile von berührenden als auch von berührungslosen Lagern, wodurch sie sowohl leistungsstark als auch langlebig sind.
Lagerreibung
Eines der wichtigsten Dinge, die man über den Rollwiderstand von Lagern verstehen muss, ist, dass die Kugeln selbst nur eine sehr kleine Rolle spielen. Die Wahrheit ist, dass Dichtungen den größten Reibungsverlust verursachen, etwa 60 %. Schmierfett verursacht etwa 30 %. Schließlich verursachen Käfigreibung, Kugelverformung und Laufbahnverformung die restlichen 10 %. Diese Zahlen sind eine ungefähre Annäherung, und es gibt leichte Abweichungen je nach Lager. Die Kugelverformung trägt etwa 3 % zum Gesamtreibungsverlust bei, wobei der Unterschied zwischen Keramik- und Stahllagern in Wirklichkeit etwa 10 % von 3 % beträgt, also eine Einsparung von ungefähr 0,3 % unter sonst gleichen Bedingungen.
Es gibt jedoch einen Vorbehalt: Keramiklager haben in nahezu allen Fällen Schnappkäfige, die im Allgemeinen mehr Reibung erzeugen als gepresste Metallkäfige und somit die Effizienz verringern.
Was die Leistung betrifft, haben Stahl- und Keramiklager einen ähnlichen Gesamtrollwiderstand, wobei Keramik unter sonst gleichen Bedingungen einen leichten Vorteil hat.
Lebensdauer von Lagern und Veränderungen der Reibung im Laufe der Zeit
Ein oft übersehener Aspekt bei Lagern ist, wie schnell sie verschleißen können. Obwohl Keramikkugeln deutlich härter sind als Stahllaufringe, können sie leichter in die weicheren Stahllaufringe eindringen. Dies führt im Laufe der Zeit zu einem allmählichen Anstieg des Rollwiderstands. Die in unseren SR1-Naben verwendeten TPI-Keramiklager bieten verbesserte Dichtungen und engere Toleranzen, was die Lebensdauer im Vergleich zu den meisten anderen Keramiklagern verlängert.
Die Wahrheit ist, dass einige Hybrid-Keramiklager einen guten Rollwiderstand haben und andere nicht, da die Unterschiede hauptsächlich auf Dichtungen, Schmierfett und in geringerem Maße auf Käfigreibung beruhen, nicht auf den Kugeln selbst. Hochwertige Stahl- und Keramiklager belegen direkt ab Werk die Spitzenplätze beim Rollwiderstand, doch nach einer gewissen Zeit werden Keramiklager von hochwertigen Stahllagern überholt.
Lebensdauer von Lagern verlängern
Bei Particle legen wir großen Wert nicht nur auf die von uns gewählten Lager, sondern auch darauf, die Lager frei von Verschmutzungen zu halten. Der Schutz der Lager vor Umwelteinflüssen ist äußerst wichtig, da sie dadurch deutlich länger halten.
Wir haben unseren Nabenlieferanten sorgfältig ausgewählt. Unsere AR1- und SR1-Nabengehäuse und Achsen wurden mit Toleranzen von 0,005 mm bzw. 0,003 mm bearbeitet, was sie zu den präzisesten Ratschen-Naben auf dem Markt macht. Dies führt zu reduziertem Rollwiderstand und verbesserter Langlebigkeit, da die Lager weniger belastet werden. Die Naben verwenden Labyrinthdichtungen und doppelte Kontaminationsbarrieren, die das Eindringen von Schmutz erheblich reduzieren und Lager sowie Ratschen vor Umwelteinflüssen schützen.
Warum sind Tests des Radlaufs eine schlechte Methode, um die Laufruhe zu bewerten?
Obwohl es üblich ist, die Laufruhe einer Nabe zu beurteilen, indem man ein Rad in der Hand oder am Fahrrad dreht, spiegelt dies nicht wider, wie gut ein Rad beim Fahren rollt.
Erstens wirken auf Naben radiale und axiale Belastungen durch Ihren Körper sowie Kurvenkräfte, die die Lagerleistung und Reibung beeinflussen.
Zweitens sehen Sie eigentlich den Schwung eines Rades und nicht den Lagerwiderstand. Eine schwere Felge oder ein schwerer Reifen kann länger drehen, auch wenn die Nabe hohen Reibungswiderstand hat. Ein leichtes Rad hingegen kann schnell stoppen, auch wenn die Nabe glatt läuft.
Drittens können Naben mit wenig Fett oder Fett, das nicht viskos genug ist, zwar gut drehen, aber unter realen Belastungen schnell verschleißen.
Für diejenigen ohne geeignete Testausrüstung wie ein Dynamometer kann ein Realwelt-Test durchgeführt werden, indem man mit verschiedenen Rädern auf einem leichten Gefälle ausrollt, obwohl solche Tests mit Skepsis betrachtet werden sollten, da die Umgebung nicht kontrolliert ist.
Welche sollten Sie wählen?
Die Wahrheit ist, dass Sie mit Stahl- oder Keramiklagern nichts falsch machen können. Für diejenigen, die Langlebigkeit und langfristig niedrigen Rollwiderstand wünschen, empfehlen wir Stahllager. Für diejenigen, die einen kleinen Vorteil wollen und es in Ordnung finden, die Lager öfter zu wechseln, sind Keramiklager die richtige Wahl. Die S&S-Lager, die wir verwenden, sind von hoher Qualität, und in Kombination mit unseren AR1-Naben müssen Sie sich keine Sorgen um Leistung, Verschmutzung oder Rollwiderstand machen. Die in unseren SR1-Naben verwendeten TPI-Keramiklager bieten aufgrund verbesserter Dichtungen und engerer Toleranzen eine bessere Langlebigkeit im Vergleich zu den meisten Keramiklagern.