Ausgabe 33 · Dezember 2021

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Speichenbrüche durch Korrosion/Streusalz

von Juliane Neuß

Wenn Speichen annähernd in der Mitte zwischen Kopf und Gewinde oder kurz hinter der Verjüngung brechen, also in einem deutlichen Abstand zu den möglicherweise auf Biegung beanspruchten Bereichen, ist häufig Korrosion mit im Spiel. Manchmal sind nur ein bis zwei Speichen betroffen, es können aber auch alle Speichen eines Laufrades versagen. Das Phänomen heißt Spannungsrisskorrosion.

Bild 1: Speiche mit Bruchkante, Nebenriss und Korrosionsprodukt (Maßstab: Speiche 2 mm dick)

Das Schadensbild Spannungsrisskorrosion ist an Edelstahlspeichen erst in den letzten Jahren aufgetreten und es sind sowohl Vorderräder als auch Hinterräder betroffen. Es muss also einen Faktor geben, der dieses Schadensbild neuerdings entstehen lässt. Die ersten mir bekannten Fälle traten zwischen 2005 und 2010 auf.

Wenn wir von Edelstahlspeichen sprechen, dann denken die meisten Menschen einfach an rostfreies Material und eine Edelstahlspeiche wird in der Regel auch keine rostbraune Oberfläche aufweisen. So weit ist alles richtig. Es gibt aber unterschiedliche Korrosionsarten und besonders aggressiv ist Korrosion, wenn Salze, also zum Beispiel Natriumchlorid (NaCl) oder Magnesiumchlorid (MgCl2), mit im Spiel sind.

Die Bandbreite der »Edelstähle« ist sehr groß und je mehr (teure) Legierungselemente man dem Stahl beimengt, desto weniger lässt er sich von aggressiven Medien beeindrucken. Die wichtigsten Elemente sind dabei Chrom und Nickel. Es gibt (preiswerte/billige) Edelstähle, die sich hauptsächlich gegen normales Wasser rostfrei verhalten, und höherwertige Edelstähle, die auch dann noch korrosionsbeständig sind, wenn sie mit Chloriden, Salzen oder Säuren in Berührung kommen.

Die Legierungselemente haben noch eine andere Eigenschaft, sie verändern die Gefügestruktur des Stahls. Ein niedrig legierter Stahl ist ohne Wärmebehandlung bei Raumtemperatur in der Regel »ferritisch« und kann durch Wärmebehandlung in eine festere »martensitische« Struktur umgewandelt werden. Dabei muss der Stahl bei höheren Temperaturen kurzzeitig eine andere Gitterstruktur einnehmen und austenitisch werden. Erst wenn die austenitische Struktur durch schnelles Abkühlen verlassen wird, gewinnt der Stahl durch »Martensitbildung« an Festigkeit. Legierungselemente wie Chrom und Nickel verändern dieses Verhalten und der Stahl ist auch bei Raumtemperatur noch austenitisch und seine Festigkeit lässt sich nicht so ohne Weiteres steigern. Das ist der Grund, warum man im Fahrradbereich sehr zurückhaltend mit dem Zulegieren von Chrom und Nickel ist. Man möchte die Festigkeit des Stahls nicht unnötig verringern.

Woher kommen Salze am Fahrrad?

Natriumchlorid ist im Schweiß enthalten, daher findet man bei Rennradfahrern öfters Korrosion unter dem Lenkerband. Eine andere Salzquelle ist im Winter das Straßenstreusalz. Solange im Straßenverkehr nur NaCl verwendet wurde, gab es keine nachweisbare Erhöhung von Speichenbrüchen an Laufrädern. Seit einigen Jahren wird aber auch hier in Deutschland vermehrt mit MgCl2-Lösung als Auftauhilfe gearbeitet. MgCl2 hat den Vorteil, dass es sehr viel hygroskopischer als NaCl ist. Das heißt, es trocknet nicht aus, sondern bleibt immer feucht. Dadurch sinkt im Winter die Feinstaubbelastung in den Städten, die sonst durch das leicht staubige NaCl immer deutlich zunimmt, und der Streusalzeinsatz kann gleichzeitig verringert werden. MgCl2 haftet aber auch sehr gut an Bauteilen und bildet auf der Oberfläche einen feuchten, chloridhaltigen Belag, unter dem Korrosion verstärkt fortschreiten kann.

Für Radfahrer, die auch im Winter unterwegs sind, hat MgCl2 erhebliche Nachteile. Abhängig von den verwendeten Stahllegierungen, kann sich an den Speichen durch MgCl2 Spannungsrisskorrosion bilden. Dies ist eine aggressive Korrosionsform, die in kurzer Zeit relativ große Querschnitte zerstört. Im Unterschied zum »Rosten« wird das Material nicht großflächig und langsam unter Bildung rötlicher Korrosionsprodukte abgetragen, sondern es bilden sich relativ schnell lokal Risse, die, für das bloße Auge fast unsichtbar, durchs Material wandern. Und zwar immer dort, wo die maximale Zugspannung am Bauteil anliegt.

Bild 2: Riss auf Speichenoberfläche (Maßstab: die Speiche ist 2 mm dick)

Bei der Fahrradspeiche ist das der Bereich der Speichenmitte. Besonders bei ED- oder DD-Speichen liegt im mittleren Speichensegment eine relativ hohe Zugspannung an. Genau dort treten Speichenbrüche durch Spannungsrisskorrosion auf. Interessanterweise ist konzentrierte MgCl2-Lösung in der Werkstoffkunde ein bekanntes Mittel, um hochlegierte Stähle (Edelstähle) auf die Anfälligkeit von Spannungsrisskorrosion zu prüfen. Zu diesem Zweck wird ein Streifen des zu prüfenden Materials über einen Dorn um 180° gebogen und mit einer Schraube zusammengespannt. Der so entstandene U-Bügel wird mit dem Bogen nach unten in eine kochende MgCl2-Lösung gehängt. Innerhalb weniger Stunden, oder je nach Material weniger Tage, bricht der Bügel komplett durch, indem sich Risse durch den ganzen Querschnitt bilden. Genau das gleiche Schadensbild kann man bei Fahrradspeichen beobachten. Man muss dabei die Speiche nicht biegen, sondern die Zugspannung der Speiche im (gut) gespannten Laufrad reicht aus, diese Korrosionsart voranzutreiben.

Bild 3: Fortgeschrittener Riss im Längsschnitt durch Speiche, Vergrößerung ca. 100:1

Die Speichenbrüche entstehen dann während der Fahrt fast zufällig ohne besondere Belastung und fast immer in der Mitte der Speiche, nicht am Kopf und nicht am Nippel, und es reißen sofort mehrere oder sehr viele Speichen. Die Antriebsseite ist nur geringfügig stärker betroffen. Es genügt, wenn über einen längeren Zeitraum eine geringe Menge MgCl2 auf der Oberfläche der Speiche verbleibt und das Rad einige Zeit nicht (im reinigenden Regen) gefahren wird. Dann nimmt man sein Winterfahrrad im Herbst vom Haken und darf erst mal wieder neu einspeichen.

Man darf sich fragen, warum sich um diesen Schaden kaum jemand kümmert, wenn er doch eigentlich alle Fahrradfahrer betreffen könnte.

  1. Die Streumittelhersteller achten nur auf die Belange der Automobilindustrie und im Automobilbereich, z. B. an der Karosse, gibt es keinen hochlegierten Stahl, der unter hoher Zugspannung steht. »Normaler« Stahl ist dafür nicht anfällig.
  2. Die Fahrradwerkstätten kennen die Problematik nicht, sondern sehen nur eine in der Mitte gebrochene Speiche (oder 15 bis 20 gebrochene Speichen), tauschen diese aus und denken nicht weiter darüber nach. Wenn man Fahrradwerkstätten fragt, kennen viele das Phänomen der in der Mitte gebrochenen Speiche, aber keiner wundert sich darüber. Als wir um 2008 herum im ADFC diese Schadensform vorstellten und sogar eine Hotline dafür eingerichtet haben, kam keine nennenswerte Reaktion.
  3. Speichen, die nicht ordentlich gespannt sind (und das sind sehr viele und sicherlich die Mehrzahl) erleben diesen Schaden nicht.
  4. MgCl2 wird nicht in allen Städten oder Gemeinden als Ergänzung zu Auftaumitteln eingesetzt, sodass dieses Phänomen in einigen Städten oder Bundesländern kaum oder gar nicht auftritt.

Mittlerweile haben einige Speichenhersteller auf dieses Phänomen reagiert. Speichen werden nicht (mehr) aus dem billigsten Massenstahl 1.4301 hergestellt, sondern man verwendet Stähle mit geringfügig mehr Legierungselementen. Nicht zu viel, weil man sonst die notwendigen Festigkeiten möglicherweise nicht erreicht.

Trotzdem gibt es noch genügend Laufräder, die mit »billigen« Edelstahlspeichen eingespeicht sind und auch in Zukunft unter der modernen, autogerechten Straßenpflege leiden werden.

Abhilfe kann man selbst schaffen, indem man das Fahrrad, was man im Winter fährt, immer wieder mal vom Salz reinigt und/oder es im Frühjahr oft genug im Regen fährt. Reine Winterfahrräder, die im Sommer nicht gefahren werden (weil vielleicht Spikereifen aufgezogen sind), müssen sehr sorgfältig abgespült werden, sonst hat die Korrosion leichtes Spiel.

Zur Autorin

Juliane Neuß, von Beruf Technische Assistentin für Metallographie und Werkstoffkunde. Ihre Berufung: Fahrradergonomie und Fahrräder für kleinwüchsige Menschen. Betreibt seit 1998 die Firma Junik-Spezialfahrräder, hat sechs Jahre lang die Filiale eines Fahrradladens in Hamburg geleitet und viele Jahre den Techtalk in der ADFC-Radwelt geschrieben. Sie ist seit 2016 Inhaberin der »Fahrradschmiede 2.0« in Clausthal-Zellerfeld, ihrem Heimatort, und hat dort auch eine Brompton-Spezialwerkstatt.