Carbonrahmenbau die Dritte, oder so...

[Mr.Hyde(TF)]

Hallo liebes Forum

Also, da ich es ja nie so ganz aufgegeben habe, einen Rahmen selbst zu bauen, geht es mal wieder von vorne los. Der letzte Versuch war ja schon besser als der zweite, aber immer noch nicht so wirklich brauchbar. Diesmal soll es werden.


Zum Zeitplan:

• Rechenmodell zur (näherungsweisen) Ermittlung der Schnittgrößen auch bei dynamischen Lasten bis irgendwann im Oktober 2009
• Entwurf des Layups und Optimierung bis Januar 2010
• Formen- und Vorrichtungsbau bis März 2010
• Rahmenbau bis Mai 2010

Zu den einzelnen Punkten:

Rechenmodell



Das Rechenmodell ist natürlich nur, um die Lasten mal abzuschätzen. Wie genau das ganze wird, weiß ich noch nicht, hängt natürlich davon ab, ob ich alles richtig mache, und wie gut die Annahmen waren. An den Rohrknoten wirds sowieso nicht viel aussagen, aber so in den Rohrmitten jeweils hoffe ich, dass man seine Schlüsse ziehen kann. Im Bild ist schon mal der größte Teil der Simulation des Steuerrohres, da müssen halt noch nach und nach alle anderen Rohre dran. Wird insgesamt ein ziemlich umfangreiches Blockschaltbild, wie man vielleicht erahnen kann...
Nur, analytisch ist da halt nix zu holen, mehrfach geschlossenes Rahmenwerk, da ist eben nicht viel mit Analytik, und die Kohle für das passende Ansys habe ich auch gerade nicht :ä


Formen



Die Formen sind teilweise schon konstruiert, aber manche Rohre werden ggf. auch per Filament-Winding gewickelt. Hätte z.B. beim Oberrohr den Vorteil, dass ich Fasern mit höherer Festigkeit (und "nur" gewöhnlicher Steifigkeit, aber die brauche ich ja nicht so mit meinen 67,5kg) einsetzen kann, an die man im Grunde nur in Rovingform kommt. Und dann bleibt dann nur noch das Wickeln. Oben das ist ein Formteil für die Steuerrohrform, wobei ich da noch unentschlossen bin zwischen Schlauchblasen und dem Laminieren auf einen auswaschbaren Positivkern.
Achso, und die Negativformen werden wohl aus Alu und dann schön poliert, da bekommt man nachher Hochglanz schon aus der Form raus.


Rahmenlehre



Die Rahmenlehre ist auch soweit konstruiert, wird vielleicht noch mal ein bisschen überarbeitet, aber ist soweit ein ganz simpler Aufbau aus Alu-Maschinenbauprofilen, Normteilen, günstig zu fertigenden Blechteilen und ein paar einfachen Dreh- und Frästeilen. Die Maschinenbauprofile gibts relativ günstig schon zugeschnitten, schrauben kann ich selbst, ebenso fräsen und drehen. Müssen also nur noch die Blechteile außerhalb gemacht werden.


Machart, Geometrie

Der Rahmen soll wie gesagt teils aus schlauchgeblasenen Rohren und teils aus gewickelten Rohren gemacht werden, die dann im Tube-to-Tube-Verfahren zusammengeklebt werden. Zur Geometrie habe ich auch schon grob was zusammengepuzzlet, das stelle ich dann den geneigten Lesern demnächst mal rein, wenn ich eine Zeichnung dazu habe.



So, also stay tuned, auch wenns wohl noch eine ganze Weile dauern wird, bis es neues gibt, und Kritik ist auch immer gerne gelesen, man kann ja nicht an alles denken... :ü

 

[Geisterfahrer]

Sehr schön!
Solch ein Thread ist doch immer gerne gesehen.
Dann wünsche ich Dir einen langen Atem!

 

[RealNBK]

Jetzt musst du uns nurnoch verraten obs ein RR oder MTB wird... Hoffe du denkst auch an eine wirtschaftliche umsetzung, damit das ganze nicht in die 10000e geht. Aber bitte berichte schön ausführlich und gewohn fachlich kompetent, auch wenn wir nicht alles nachvollziehen können!

 

[damonsta]

Auch ich bin sehr gespannt.

 

[Mr.Hyde(TF)]

Jetzt musst du uns nurnoch verraten obs ein RR oder MTB wird... Hoffe du denkst auch an eine wirtschaftliche umsetzung, damit das ganze nicht in die 10000e geht. Aber bitte berichte schön ausführlich und gewohn fachlich kompetent, auch wenn wir nicht alles nachvollziehen können!

RR wirds erstmal. Wobei dann der Sprung zum MTB auch nicht mehr so extrem wäre, und auch da bräuchte ich mal einen neuen Rahmen .
Wirtschaftlich soll das pi mal daumen schon werden, glücklicherweise kann ich eben den größten Teil selbst auf der Fräse fertigen was Vorrichtungen und Formen angeht, da fällt also quasi nur das Material und ein bisschen Abnutzung an. Arbeitszeit wäre halt der exterme Batzen, ich glaube, selbst wenn ich mit 1€/Stunde rechne, wirds teuer genug

 

[raceratbikes]

Hi,
wenn ich dir einen Tipp geben kann, dann versuchs doch erstmals mit einem fertigem Rohrsatz. Dann brauchst du dich mal vorerst nich um deren Berechnung, Material, Fertigung usw. zu kuemmern. Du solltest es schrittweise angehen; auch mit fertigen rohren gibts noch reichlich Arbeit und Kopfzerbrechen:
- Rohre gehren (gar nicht so einfach)
- Maske (hast du schon eine? Wenn nicht dann......)
- Verklebung der Rohre (wie und mit was.....)
- Ausfallenden (fertiger kaufen oder selber machen??)
- Layup der Verbindungen

Da haettest du auch mit bereits fertigen (und sicher brauchbaren) Rohren immer noch genug Arbeit; hasst du dies einmal im Griff, dann kannst du ja immer noch an die Rohre dran gehen. Aber glaube mir, willst du gleich einen brauchbaren Rahmen, dann nimm fertige Rohre (und ist wahrscheinlich nicht teuer). Solltest du welche brauchen kannst du dich auch an mich wenden.
Gruss, RaceRat


Edit:
Ach ja, glaube nicht, dass du mit Fem eine brauchbare Loesung in der Dimensionierung erhaltest. Fem ist nicht im Stande die speziellen Situationen zu simulieren auf die es wirklich ankommt; es genuegt nicht die Standartsituation mit der Koerpermasse die auf den Rahmen drueckt.... und alles andere ist nicht (mit vertretbarem Aufwand) realistisch. Du solltest bereits im Vorfeld die in den einzehlnen Rohren Kennen. Die sind in keinem Rohr gleich

 

[Mr.Hyde(TF)]

Moin Racerat!
Also die Fertigung der Rohre als solche stellt nicht so das Problem dar, das bekomme ich schon hin. Ebenso die Gehrungen, dazu kommt das Rohr auf die CNC.
Als verklebung wird halt "einfach" eine Muffe drauflaminiert, wahrscheinlich quasiisotrop aufgebaut, dann braucht man sich um die multiaxialen Spannungszustände, die dort vermutlich herrschen nicht allzu viele Sorgen machen. Die Schnittkräfte in der Nähe der Verbindungen sollte man zumindest näherungsweise simulieren können.
Mit FEM arbeite ich übrigens gar nicht, ich stelle für mein Modell für jedes Rohr in alle Richtungen die DGLn der Biegung bzw. Torsion auf und werte die aus. Daraus und mit der Geometrie lassen sich ja dann die Spannungen zurückrechnen. Dass dazu erstmal ein Layup fertig sein muss, mit dessen Kennwerten man in die Simulation geht, ist ja klar.
Wenn dann die Simulationsergebnisse vorliegen, kann ich damit zurück in die CLT und eben das Layup anpassen, wieder in die Simulation usw.. Ist halt die Frage, ob man damit in die Nähe eines Optimums kommt, oder ob man drumherumspringt. Manuell wird man halt keine zigtausend Iterationsschritte machen können.
Fertige Rohre jedenfalls kommen nicht in Frage (also auswärts gefertigt geht schon klar, wenn ich hier an der Uni 'nen Dorn auf die Filament-Winding-Maschine bekomme z.B., aber das Layup sollte von mir kommen, das verlangt die Ehre ).
Natürlich ist das ganze recht ambitioniert, aber da ich inzwischen halt auch schon seit 4,5 Jahren mit Kohle bastele und inzwischen auch das nötige Equipement habe (naja, Autoklav wäre noch ganz nett, Reinraum und NC-Cutter ), sowie schon zwei gescheiterte Versuche, bei denen ich jeweils eine ganze Menge gelernt habe (speziell beim zweiten, der erste Versuch war ja auch das erste mal, dass ich überhaupt einen Laminierpinsel in der Hand hatte), denke ich, dass das ganze für mich machbar ist.

 

[raceratbikes]

.... ich will dir nicht zu nahe treten, aber wenn ich filament winding hoere...... du meine Guete. (z.B. ein gutes und stabiles Oberrohr fuer einen Rennradrahmen wiegt bei mir ziemlich genau 80 gramm; mit filament gehst du sicher in Richtung 300....)
Aber wie ich sehe du bist fest ueberzeugt und das ist gut so! Berichte uns hier ab und zu ueber den Stand der Dinge.
Gruss

 

[Mr.Hyde(TF)]

Spin und Crumpton sind doch auch in Filament Winding gemacht, deren Oberrohre wiegen sicher keine 300g. Auch unser Leichtbauprof hier sieht da keinen Grund dagegen. Ist alles eine Frage des Knowhows dessen der Wickelt. Ob nun Rohre in Filament-Winding gemacht werden oder nicht, hängt aber letztlich auch davon ab, was damit erreichbar ist, und was das kosten soll.
Mir geht's da halt auch um die Fasern, T800 und T1000 z.B. habe ich halt noch nicht als Gelege in die Finger bekommen, an T800 in Rovingform kommt man aber sehr gut ran.

 

[Mr.Hyde(TF)]

So, habe mal am Rechenmodell weitergebaut, das Oberrohr ist jetzt soweit fertig, muss noch die dynamische Berechnung der Integrationskonstanten für die diversen DGLn implementieren. Das ist leider nötig, sonst würde der "Rahmen" auseinanderfallen. So ist dann sichergestellt, dass das Oberrohr z.B. genauso weit verdreht ist, wie der Winkel, in dem sich das Steuerrohr zur Seite wegbiegt.
Ist jedenfalls noch einige Arbeit, muss morgen noch mal die Vorzeichen an diversen Summationspunkten überprüfen ob das alles korrekt ist (jedes Rohr hat ja sein eigenes Koordinatensystem, in das alle Kräfte und Momente bei der Übergabe transformiert werden müssen, und je nach Koordinatenrichtungen müssen halt die Vorzeichen gewählt werden).
Aber zumindest der Zeitplan sollte in etwa zu halten sein (wenn das Modell denn überhaupt tauglich ist, das bleibt natürlich noch abzuwarten).