Neues Rad für Omi - oder: biegen bis zum Brechen?

[Cawi]

Hallo,

nachdem ich hoffentlich mit dem reißerischen Titel viele erfahrene Bauer und Bieger angelockt habe, hier worum es wirklich geht. Meine Omi (naja, eigentlich die von meiner Freundin ) hat ein altes Rad von Hercules. Stahl, gelötet, hübsch und relativ schlicht.
Nachdem sie allerdings langsam in die zweiten besten Jahre kommt, hätte sie gerne einen Rahmen mit tieferen Einstieg. Nunja, wenn ihr euch das Foto von ihrem Fahrrad anseht, kann man das durchaus nachvollziehen.

Nach langem hin und her und einigen wackeligen Momenten beim Aufsteigen mit vollem Korb ist dann schweren Herzens der Entschluss gefallen, ein neues Fahrrad zu kaufen. Daraufhin haben wir uns ins Auto gesetzt und sind alle Radgeschäfte im Raum München abgefahren. Das Resultat war eher ernüchternd. Sie hat sich auf keinem Rad wirklich wohl gefühlt und hat mehrfach bemängelt, dass die Räder (die Lenkung) sich wackelig anfühlen. Die Auswahl an Rädern mit 28" und tiefem Einstieg ist auch nicht gerade berauschend. Die dicken Rohre gefallen ihr ohnehin nicht so gut. Ein weiterer Punkt, den sie oft anspricht ist, dass ihr Rad unglaublich gut läuft. Sie kann auf dem Radweg hinter anderen Fahrern her rollen, ohne selbst treten zu müssen, während diese eifrig strampeln. Also doch kein neues Fahrrad.

Oder vielleicht doch..?
Ich hab mir gedacht, warum nicht selbst einen Rahmen für sie bauen. Daraufhin mal ihren Rahmen vermessen, ein möglichst gutes Foto gemacht, alles ins CAD geworfen und wild drauf los gezeichnet.
Am Ende (eigentlich am Anfang, es ist der erste Versuch der irgendwann heute (inzwischen gestern) in den frühen Morgenstunden abgeschlossen war) ist dann das hier raus gekommen. Mit dem Original hat es nicht mehr viel Gemein.

Und hier ein paar Geo-Daten dazu, immer im Vergleich zum Original:

- der Lenkwinkel ist etwas flacher, die Front etwas länger, richtig new school das Ganze
- die Tretlagerhöhe ist nochmal ein ordentliches Stück tiefer, damit das Rad möglichst stabil fährt und der Weg vom Pedal zum Boden möglichst kurz ist
- der Sitzwinkel ist steiler, um mehr Druck aufs Pedal zu bekommen
- das Sattelrohr ist ein Stück kürzer, um die Sattelstütze eventuell noch weiter absenken zu können.
- trotz allen Änderungen sind die wichtigsten Kontaktpunkte noch ungefähr dort, wo sie am alten Rahmen waren

Meine größte Sorge (abgesehen davon, dass sie mit dem Rahmen vielleicht doch nicht zurecht kommt), ist, dass die Konstruktion mit dem stark gebogenen Rohr nicht stabil genug ist. Ich habe Reset-Racing angeschrieben und sie meinten, dass sie nur Rohre mit 35mm Durchmesser und .8mm Wandstärke haben, die in Frage kämen. Ich muss gestehen, dass ich überhaupt keine Erfahrung mit Festigkeitsrechnung mit gebogenen Rohren habe.
Der engste Biegeradius beträgt ~140mm und sollte damit in Ordnung gehen.
Die Zusätzliche Verstärkung zwischen Unterrohr und Steuerrohr soll in erster Linie die im Steuerrohr auftretenden Kräfte besser in das Unterrohr einleiten und die Schweißnaht entlasten.
Da das Rad am Ende ein Stadtrad werden soll, bleiben die Belastungen natürlich deutlich hinter denen zurück, die ein MTB erleben würde. Trotzdem würde ich mich wohler fühlen, wenn mir hier jemand aushelfen könnte.

Über konstruktive Meinungen würde ich mich sehr freuen!

 

[Enrico_Palazzo]

Auf den ersten Blick würde ich die Anbindung Innenlager/Unterrohr als kritisch bzw. zuwenig steif betrachten. Da würde ich noch eine Steife einbauen wie am Steuerrohr, maximal bis auf Höhe des Kettenblattes. Das Beinchen muss ja eh bis dahin angehoben werden.
Ansonsten ein schönes Projekt.
Ich persönlich würde aber die Geometrie so weit unverändert lassen wenn die Omi damit klarkommt.

 

[Cawi]

guter Punkt, danke! Vielleicht nicht auf voller Höhe, sondern nur in einem 45° Winkel von Unterrohr zu Sattelrohr? Damit könnte sie den Fuß noch an der Kurbel "vorbeischieben", ohne ihn komplett auf die Höhe des Kettenblattes heben zu müssen.

 

[Basti138]

Du hast was vergessen:
Klick
Klick
Klick
Klick
Klick
Klick

 

[Cawi]

blödsinn.. sie fährt natürlich mit einem hoverboard im Bikepark!

 

[Anti1]

Hallo!
cooles Projekt...
so wie Enrico sehe ich die Problematik im Tretlagerbereich... das solltest du dort noch aus-steifen!
und auch...

Ich persönlich würde aber die Geometrie so weit unverändert lassen wenn die Omi damit klarkommt.

Als Unterrohr würde ich halt wenigstens ein 38.1er Rohr nehmen.
Du hast aber geschrieben

... Der engste Biegeradius beträgt ~140mm und sollte damit in Ordnung gehen...

hast Du das jetzt auf deine Zeichnung oder Deine technischen Möglichkeiten bezogen?

... weitermachen!

 

[Cawi]

Den Tretlagerbereich werde ich gleich nochmal überarbeiten.

Das mit der Geometrie ist so eine Sache.. ich möchte sie sehr ähnlich lassen, um ihr den Übergang möglichst einfach zu machen und hab mir trotzdem gedacht, dass einige kleine Anpassungen ihr nach der Umgewöhnungsphase das Leben leichter machen könnten...
Findet ihr, ich sollte die Geometrie so lassen, weil sie damit gut zurecht kommt, oder weil meine Änderungen an sich schlecht sind? Ich würde es euch nicht übel nehmen, ich bin sicher nicht das Maß aller Dinge wenn es um Geometrie geht, erst recht nicht bei so einem Rad.

38.1=38mm Durchmesser, 1mm Wandstärke? Hast du eine Bezugsquelle?

140mm ist der engste Biegeradius, der in meiner Zeichnung vorhanden ist. Wie ich den dann hinbekomme ist eine ganz andere Geschichte

 

[Enrico_Palazzo]

Findet ihr, ich sollte die Geometrie so lassen, weil sie damit gut zurecht kommt, oder weil meine Änderungen an sich schlecht sind?

Ich kann nicht beurteilen ob die Veränderungen besser oder schlechter sind. Never change a running system, gerade bei älteren Menschen ist das wichtig. Es wäre sehr schade, wenn die ganze Mühe dann umsonst gewesen wäre. Andererseits kann es auch hilfreich sein.
Hat jedenfalls nicht mit deinen Veränderungen im Detail zu tun, war nur mein Gefühl.

 

[Anti1]

das Tretlager würde ich ggf. auch etwas absenken; genau wie das Sitzrohr etwas kürzer machen, da auf dem Foto ja das Sattelrohr ganz versenkt ist.... viel mehr würde ich aber nicht abändern...

Rohre in Crmo kannst du bei aircraftspruce.eu bestellen (siehe auch den Fred mit "Lieferanten für Rahmenbauteile") die schicken das in allen Längen je Fuß.
Biegen im Radius 140mm bei 35mm in .8 und 4130 ist schon kein Spaß mehr... das braucht schon ordentliche Werkzeuge bzw. Vorrichtungen die fast kein Schlosser liegen hat... die Erfahrungen haben halt schon viele Rahmenbauer (hier) gemacht.
Notfalls könnte ich dir ein 38.1er im Radius 165 biegen, wobei das aber von der gesamten Rohrlänge abhängig ist. Da gibts aber auch schon eine leichte Aufwulstung am Bogenbeginn und der Durchmesser ändert sich bis zu 1.5mm.
Für den oberen Bogen weiß ich nicht genau... könnte sein, dass ich eine r 400er Schablone habe; müsste ich gucken.

 

[Deleted138492]

Wenn du Bedenken bezüglich der Berechnung hast, kann ich dir den Rahmen auch mal durch Abaqus jagen. Zumindest falls es nicht eilt

 

[Chaotixx]

Leider etwas OT..
Aber ich finde das Projekt große Klasse. Meinen vollsten Respekt! Genauso an die große Hilfsbereitschaft.

Hut ab!


Gesendet von iPad mit Tapatalk

 

[Cawi]

@Anti1, vielen Dank für das Angebot! Ich würde im Falle sehr gerne darauf zurück kommen.
@Müs Lee, wow, das wäre Super! sobald ich einen etwas ausgereifteren Entwurf habe wäre das wirklich toll!

Was die Geometrie angeht, die habe ich jetzt nochmal angepasst. Das Tretlager bleibt die 20mm tiefer als im Original, das Sattelrohr habe ich auch bei 480mm statt 520mm belassen. Den Rest habe ich wieder näher an das Original zurück gebracht.
Ich habe auch wie von Enrico vorgeschlagen die Verstärkung zwischen Sitzrohr und Unterrohr eingearbeitet. Sie ist erst mal recht klein ausgefallen. Ich möchte nochmal ihre Übersetzung überprüfen (sie hat eine 3-Gang Nabenschaltung), vielleicht kann man mit einem kleineren Ritzel und kleinerem Kettenblatt nochmal etwas mehr Beinfreiheit heraus holen.
Das Design des Unterrohrs hab ich auch nochmal überarbeitet. Der Rohrdurchmesser in der Zeichnung ist 38mm (war er allerdings im ersten Modell auch schon, da hab ich mich wohl vertippt..) und der Biegeradius am Tretlager ist etwas größer geworden. Der Biegeradius am Steuerrohr ist dafür enger geworden. Das Rohr geht damit in einem steileren Winkel in das Steuerrohr über. Ich weiß noch nicht, ob mir das so gefällt, sieht doch ziemlich voluminös aus, eigentlich wie bei einem Alu-Rahmen.. Vielleicht könnte ich das untere Rohr mal dünner zeichnen..

Was ist eure Meinung zu Gabel, Nachlauf und Offset? Ich möchte eigentlich eine fertige Starrgabel (vielleicht carbon?) mit PM-Aufnahme verwenden und ihr eine 140 oder 160mm Scheibenbremse verpassen. Eine gute V-Brake/Cantilever hätte zwar auch schon deutlichst mehr Bremsleistung als das Ding, das gerade verbaut ist, allerdings finde ich eine Scheibenbremse einfach ordentlicher.

 

[Enrico_Palazzo]

Besser

 

[Cawi]

oh, das hab ich ganz vergessen: Ich hab mir mal den Lieferanten-Thread angesehen, bin bei aircraftspruce.eu aber nicht wirklich fündig geworden. Ich muss mir die Seite heute nochmal genauer ansehen, aber die einzigen tubes die ich gefunden habe waren aus Gummi
Im aktuellen Modell wäre das Unterrohr (auf eingebaute Länge gekürzt und gebogen) 750.5mm lang - da scheint es bei den anderen Quellen nicht viel zu geben. Abgesehen davon, dass ich noch ein deutliches Stück an beiden Enden dran lassen muss, um das Rohr überhaupt biegen zu können.
Rein rechnerisch sollte ein 38,1mm Rohr mit durchgehend 1.2mm Wandstärke gute 70% mehr Stabilität (gegen Biegung) auf das 35.0mm mit 0.8mm Wandstärke drauflegen. Klingt schon mal ganz ordentlich.

 

[Deleted138492]

Könntest du das Verstärkungsrohr im Tretlagerbereich länger ausführen oder muss zwingend so tief für den Einstieg sein? Mir wärs vom Gefühl her wohler, wenn das Teil etwa in der Mitte des gegenüberlegenden Radius anschließen würde oder noch höher.

 

[Cawi]

Dein Gefühl ist ziemlich zuverlässig. Ich hab in Fusion360 mal mit dem Simulationstool herumgespielt (für mehr reicht es leider nicht, da fehlt mir noch jede Menge Erfahrung) und tatsächlich sind demzufolge gerade die Anbindung zwischen Unterrohr und Steuerrohr und zwischen Unterrohr und der Verlängerung die kritischsten Punkte.
Ich muss allerdings gestehen, dass ich keine Ahnung habe, wie zuverlässig Fusion da ist - ich hab einfach nur ausgewählt, dass die Rohre untereinander fix verbunden sind, mehr kann man (ich?) nicht angeben. Da könnte eine Schweißnaht tatsächlich noch etwas verbessern und die Kerbwirkung an dem Übergang der scharfen Rohrkante auf das nächste Rohr abmildern.
Mit was für Kräften hättest du denn in Abaqus so gerechnet?
Edit: Ich hab als Material 4130 Stahl (Zugfestigkeit 895MPa) genommen. Kommt das ungefähr hin?

 

[Deleted138492]

Wenn die Präprozessor und Solver von Fusion360 wie die von Inventor sind, fehlt es fehlt an gescheiten Vernetzungsmöglichkeiten/-kontrolle, Elementtypen und Tools. Für mehr als abgewandelte statische Biegebalken und grobe Abschätzungen würde ich die nicht nutzen.

Um die Kerbwirkung abzumildern kannst du hohle Kehlnähte anbringen und die Kanten zusätzlich etwas verschleifen.

4130 ist 25CrMo4, die Zugfestigkeit (800-950) kommt hin. Die Streckgrenze liegt bei 600. Bzgl. der Kräfte muss ich mal kucken, Oma wird schließlich kaum durch Winterberg damit bolzen. Hast du für die Schweißnahtberechnung schon überschlägig Kräfte angenommen?

Noch was, ich sehe dass der Abstand Schutzblech/Unterrohr recht knapp ist. Wenn das nachher genau so aussehen soll, könnte es mit Fertigungs- und Schweisstoleranzen richtig eng werden. Das Ding verwindet sich später bei Belastung schließlich auch noch.

 

[Cawi]

Soweit ich weiß basiert es bei beiden auf Nastran, also denke ich mal ja.
Im Modell habe ich überhaupt keine Schweißnähte drinnen, könnte ich aber noch machen, wäre sicher nicht schlecht.

Nein, ich hab noch keine Nähte berechnet, das wollte ich erst machen, wenn das Design soweit steht und ich mehr über die zu erwartenden Kräfte weiß. Bisher war die Suche aber recht erfolgslos.. Wobei mir gerade eingefallen ist, dass die Kräfte bei einem Rennrad eher realistisch sein könnten als bei einem MTB - danach hab ich bis jetzt noch nicht gesucht. Der (hintere) Tretlager- und Kettenstrebenbereich wird dabei zwar auch überdimensioniert sein, aber da mache ich mir sowieso keine großen Gedanken, da der Hinterbau ja analog zu einem normalen Hardtail aufgebaut ist, bei dem er deutlich stärker belastet wird, als bei einem Stadtrad.

Die Reifenfreiheit muss noch angepasst werden, das stimmt. Ich bin noch auf der Suche nach guten Erklärungen zum Thema Offset, Vorlauf und Lenkwinkel, die nicht nur für MTB's taugen und wollte den Bereich danach nochmal in Angriff nehmen bzw. eine Gabel suchen, die in Frage käme und die Reifenfreiheit daran anpassen.

 

[µ_d]

Da das Kettenblatt sowieso im Weg ist, warum die Verstärkung nicht größer machen?

 

[Cawi]

hier ist die aktuelle Version mit der etwas größeren Verstärkung:

am Unterrohr könnte sie noch ein paar Zentimeter weiter oben ansetzen. Nachdem aber wenn möglich ein kleineres Kettenblatt verwendet werden soll, wäre da genug Platz um "vor" der Kurbel vorbei zu kommen.
Ich habe die Verstärkung auch am Sitzrohr höher angreifen lassen, habe dann allerdings höhere Belastungen in der Simulation gesehen. Das muss ich mir heute nochmal in Ruhe ansehen. Auf den ersten Blick erscheint es nicht logisch, auf den zweiten Blick könnte es auch wirklich so sein, weil die Verstärkung einen nicht zu vernachlässigenden Teil der Biegemomente vom Unterrohr in das Sitzrohr einleitet. Bei einer normalen Konstruktion mit Oberrohr wären dann an dieser Stelle die Sitzstreben vorhanden, die die Kraft weiterleiten können, bei meinem Entwurf kann die x-Komponente dieser Kräfte nicht mehr weitergeleitet werden. Das würde bedeuten, je höher die Verstärkung ansetzt, umso größer ist der Hebel und je weiter "vorne" am Unterrohr die Verstärkung ansetzt, umso größer ist der Anteil an Kräften, die in das Sattelrohr eingeleitet werden.
Ich muss auch nochmal überprüfen, was ich für Wandstärke beim Sitzrohr angenommen habe.

Es ist wirklich sehr hilfreich das ganze hier mit euch durchzugehen, auch weil mir selbst wieder viele neue Ideen kommen, wenn ich versuche die Gründe, warum ich etwas auf eine bestimmte Art und Weise gemacht habe, zu erklären.

 

[GaMbIt_muc]

Sehr sehr coole Idee gleich mal abonniert

 

[x_FreiRider_x]

Warum eigtl. selber bauen ? Hab den selben Rahmen heute drei mal gesehen wirklich exakt gleicher Rahmen die muss doch auch irgendwo zu kaufen geben ? Hast da mal gegooglet ?
Ansonsten cooles Projekt für die Omi

 

[Cawi]

hast du ein paar Links für mich? Die meisten Fahrräder mit tiefem Einstieg die ich gefunden habe waren aus Aluminium, sackschwer, mit 26" und sehr flachem Sitzwinkel. Auch scheint es recht wenige zu geben, die einen niedrigen Einstieg haben, der nicht eckig ist.
Warum selbst bauen.. Weil ich es kann Weil es ein Stahlrahmen sein soll, weil es persönlicher sein soll , weil er gut aussehen soll und weil der Rahmen am Ende möglichst gut passen soll. Deswegen habe ich auch die Geometrie sehr weit vom Original übernommen.

 

[Dr.Hossa]

oh, das hab ich ganz vergessen: Ich hab mir mal den Lieferanten-Thread angesehen, bin bei aircraftspruce.eu aber nicht wirklich fündig geworden. Ich muss mir die Seite heute nochmal genauer ansehen, aber die einzigen tubes die ich gefunden habe waren aus Gummi

http://www.aircraftspruce.eu/metals...d-tubing/4130-alloy-steel-round-seamless.html
Mit 40x1,5mm 25CrMo4er Tuben könnte ich dir sonst aushelfen.
Fragt sich nur, ob der Andi für die genug Schmalz hat

Ach ja, schönes Thema!

 

[Cawi]

Obwohl es scheint, dass die Frühjahrsmüdigkeit bei mir später eingesetzt hat, es geht weiter. Ich hab heute (und gestern) den ganzen Tag gebraucht um mich für ein paar Rohre zu entscheiden. Hier kommt es:
Steuerrohr: 36x1.1x600, Reset Artikelnummer: CYRK18600
Unterrohr: 35x1.5x2000
Sitzrohr: 32.7x0.7-0.5-0.9x635, Reset Artikelnummer ZON113635001
Sitzstreben: 16x.7x560 MTB S-Bend, Reset Artikelnummer ZON615560133
Kettenstreben: 16/30x0.8-0.6x425 MTB S-Bend, Reset Artikelnummer ZON114OV425133
Tretlagergehäuse: Reset Artikelnummer CRMO BBS 68
Und ich überlege schon dauernd ob ich noch eine Rahmenkupplung einbauen soll..

Außerdem habe ich mal die Übersetzung analysiert:
Verbaut ist eine 3-Gang Nabenschaltung von Fichtel & Sachs, Modell H3111S. Sie bietet die Übersetzungsverhältnisse 1:0.745, 1:1 und 1:1,362. Ergibt mit dem verbauten 46er Kettenblatt und 20er Ritzel die Gänge 1.558, 2.091 und 2.848

Und als letztes hab ich mal die Gabel vermessen:
Offset: 51mm
Nachlauf: 63mm
Einbaulänge: 365mm parallel zum Lenkwinkel, ~385mm "direkt" von Mitte Achse bis Gabelkonus
Ich suche also eine Rennradgabel mit Disc-Aufnahme. Oder was mit vergleichbarer Einbaulänge


Das mit den Rohren war am Ende eine ziemlich schwere Geburt. Ausgegangen bin ich vom Unterrohr. Zumindest laut den Simulationen, die ich in Fusion laufen gelassen habe, sollte ein 36.1 x 1.2 ausreichend stabil sein. Die einzige Bezugsquelle dafür ist (in ausreichender Länge) allerdings aircraftspruce.eu (danke @Dr.Hossa ich hatte offensichtlich Tomaten auf den Augen...). Der Preis ist zwar sicher fair, allerdings zahle ich im Allgemeinen nicht gerne ebenso viel Versand, wie das Produkt an sich kostet. Und es war mir auch zu gefährlich, falls beim Biegen etwas schief gehen sollte. Deswegen hab ich mal rum gesucht und es scheint, dass Rohre aus 25CrMo4 gerne für den Bau von Gitterkonstruktionen oder Überrollkonstruktionen im Auto-Bereich verwendet werden. Ein 2m langes Rohr aus 25CrMo4 mit 35mm Durchmesser und 1.5mm Wandstärke kostet dabei nur ca 30€ plus 12€ Versand. Da ist mir wohler, weil auf jeden Fall genug für einen zweiten Versuch bleibt. Außerdem kann ich damit dann ein 36mm Steuerrohr für 1-1/8" Gabelschäfte verwenden, ohne dass am Ende das Unterrohr dicker ist, als der Gabelschaft. Die Verstärkungen werde ich dann aus Reststücken machen, von welchen Rohren weiß ich noch nicht. Im Steuerrohrbereich würde das Unterrohr schon passen, am Sitzrohr hätte ich wieder das Problem mit dem größeren Durchmesser.
Die Ketten- und Sitzstreben habe ich ohne weitere Hintergedanken ausgewählt. Mir ist nur wichtig, dass sie schon gebogen sind, damit ich das nicht mehr übernehmen muss - besondere Ansprüche an die Reifenfreiheit gibt es ja bei diesem Projekt ohnehin nicht.
Bleibt noch das Thema Ausfallenden, Rahmenkupplung und PM-Aufnahme. Eine Rahmenkupplung gäbe es für die gewählten Sitzstreben. Bei Ausfallenden und PM-Aufnahme bin ich noch nicht sicher, vielleicht baue ich die auch selbst. Da muss ich mich am CAD nochmal dransetzen schätze ich..

jetzt geh ich erstmal was essen, später gibt es vielleicht nochmal ein Update.