Der "Maximaler Leichtbau in Metall" Thread

[Jack-Lee]

Servus,
da ich kein passendes Thema im Forum gefunden habe, mache ich halt einen auf

Der Name ist Programm: Was kann man ohne Carbon so an Leichtbau erreichen (haltbar wohlgemerkt)?

Ich verarbeite zwar auch recht häufig GFK und CFK, aber irgendwie mag ichs mehr, wenn die Späne fliegen..
Zudem kommts mir so vor, als ob da vieles noch nicht ausgereizt ist.

Die Ideen die ich hier vorbringe sind mein geistiges Eigentum und geschützt.. Privat nachbauen (wer die Möglichkeit zu hat) ok, komerziell nutzen nur nach Nachfrage! (Der Satz muss leider sein..mir wurden nun schon mehrfach Ideen, streckenweise komplett fertige und mehrfach gebaute Produkte ähm..entliehen -_- )

Nun genug des Vorgeplänkels.
Das man aus Stahl recht leichte Rahmen fertigen kann, werde ich bald beweisen müssen. Der jetztige ist mit seinen knapp 1750g eher ein ziemlicher "Brocken" (ok, leichter als 95% aller kaufbaren Stahlrahmen ist er dennoch..). Ziel des nächsten : 1250g
Hier gehts aber eher um Kleinteile (Ich liebe so kleine, durchdachte Details an einem schön reduzierten und schnörkellosen Rad)

Nun, die zwei ersten Parts würde ich mal vorstellen.

Part 1: Eine Sattelstütze
Diese ist"integriert", wird also aufs Sattelrohr aufgesteckt, nicht hineingesteckt. Das 6cm längere Sitzrohr wiegt 25g und man braucht nicht x cm weit die Stütze einschieben, sondern kommt mit ca. 20mm Klemmbereich aus. Die Sattelstütze selbst kommt auf 45g inkl. 2x M5x55 Titanschrauben.
Diese ist derzeit auf normale Sättel mit 7mm Streben ausgelegt. Kann aber mit kleinen Änderungen auch für 7x9 oder anderes "fit" gemacht werden.
Die Lösung wie es oft bei Leichtbauteilen verwendet wird (mit Joch und Querschale) finde ich nicht schön, da die Bauteile extrem belastet werden und somit schwerer ausfallen müssen. Die Sattelstreben werden zudem scherend belastet, auch nicht gut.
Also habe ich mich für eine seitliche, solide Klemmung entschieden.
Das Teil besteht aus einem massiven Hauptkörper (AW7075) der nur knapp über 20g auf die Waage bringt.
Daran sind 4 beinahe baugleiche Klemmkörper über 2x M5x55mm Titanschrauben fixiert. Der Sitz ist im weiten Bereich nach vorn/hinten verschiebbar und um ca. +-10° drehbar.

Gewicht: 33g + 2x 6,5g Titanschraube = 48,5g!

Part 2: Die Sattelschelle
Hier für 31,8mm, aber problemlos in jeder Größe herstellbar.
Die Schelle besteht aus rostfreiem Federstahlband mit Zugfestigkeiten von knapp 2000MPa, einem Tropfen Silberlot, sowie 2 kleinen Aludrehteilen aus AW7075.
Die erste Version stellt so das Limit des machbaren dar, die Haltbarkeit muss sich da erst zeigen. Eine doppelt so feste Schelle wiegt aber nur knapp 2g mehr.

Gewicht: 3,4g! + M5x15 Senkkopfschraube aus Titan 0,9g = 4,3g ...

Wenn kommende Woche mal ein paar Minuten Zeit ist, werde ich die Teile mal herstellen. Material (bis auf die Schrauben) ist da.
Weitere Teile folgen (z.B. der Sattel mit angedachten 60-70g..und das in bequem)

Gruß,
Patrick

 

[seto]

Ich finde deinen Erfindergeist bemerkenswert. Was würde denn das verlängerte Sattelrohr allein wiegen?

 

[Jack-Lee]

@fuerdieenkel : die Sattelklemmung selbst wiegt aber auch.. Wenns lötbar sein soll, wirds aus Messing oder Stahl -> schwer (Da für Klemmbacken usw. ein gewisses "Mindestvolumen" nötig ist). Zudem kann ich hier noch +-2cm in der Höhe und die Neigung einstellen. Beides war mir wichtig. Allein wenn man einen anderen Sattel nimmt braucht man das, da jeder anders hoch aufbaut.
Zudem wiegt ein Umwerferanlötsockel aus Stahl schon mehr als halb so viel wie die komplette Sattelklemme inkl. Schrauben.. Nun stell dir da mal so einen "Klotz" vor, der sich zum klemmen zweier Sattelstreben eignet.

@seto :
Je länger, desto mehr verliert man gegen leichte CFK Stützen, weil die durch hohe Festigkeit in Faserrichtung Alu erheblich überlegen sind (bei so einer definierten Krafteinleitung).
Bei 400mm sinds dann knapp 160g.
Da ich bei meinem Radl selbst bei normaler Rahmengeometrie die Sütze nur in ca. 180mm brauche, würde ich aber bei schlanken 63g landen.

GRuß,
Patrick

 

[Fastdarkness]

Wenn das mit Deinen Ideen so weitergeht muss ich doch anfangen zu sparen und einen Maßrahmen ordern
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Ist ja nicht so als wenn ich darüber nicht schon nach gedacht habe

 

[Gelöschtes Mitglied 6536]

Die Stütze sieht ziemlich komplex aus, wie willst Du die umsetzen? Hast du eine CNC Fräse verfügbar. Sind die Sachen FEM-berechet?

Hast Du vom Rahmen auch CAD-Grafiken? WIe willst Du da Steuerrohr und Tretlager „erleichtern“?

 

[talybont]

Abonniert!!

 

[Gelöschtes Mitglied 6536]

Also die Jochkelmmung der Tune ist ja wohl technisch deutlich ungünstiger als die oben gezeigte seitliche Klemmung. Mehr kann man ein Sattelgestell kaum malträtieren.

 

[Gelöschtes Mitglied 6536]

Nun ja Leichtbau muss ja kein Risiko sein, wenn man es balastungsgerecht konstruiert. Mir ist noch kein leichtes Fahrradteil um die Ohren geflogen.

 

[Osso]

Die Ideen die ich hier vorbringe sind mein geistiges Eigentum und geschützt.. Privat nachbauen (wer die Möglichkeit zu hat) ok, komerziell nutzen nur nach Nachfrage! (Der Satz muss leider sein..mir wurden nun schon mehrfach Ideen, streckenweise komplett fertige und mehrfach gebaute Produkte ähm..entliehen -_- )

wenn du das ernst meinst, dann würde ich meine Ideen hier nicht veröffentlichen oder mir zumindest überlegen was ich veröffentliche. Solltest du echt mal ne Knalleridee haben, behalte die für dich
So hat der Satz keinerlei Bedeutung, Es sein du hast/würdest das Design schützen lassen. aber das wird sich wohl lohnen.

Ansonsten schöner interessanter Thread, gucke immer gerne vorbei

PS: Wie wäre es mit einem "open source" Projekt,. Vielleicht findest du Mitstreiter die was konstruktiv beitragen können. Nur mal so gesponnen,,,,,

 

[Jack-Lee]

Servus,

@Pedalierer : Es ist alles händisch und zusätzlich FEM berechnet. Bisher lag ich noch nie daneben Somit kann ich mir schon ziemlich sicher sein, das die Konstruktion hält.
Und auch wenn die Stütze aufwendig aussieht, sie ist erheblich einfacher zu fertigen als man denkt. Sogar einfacher als die Lösung von Tune.
Man benötigt ja nur 4x die genau gleiche Klemmbacke + das Drehteil in der Mitte. Dieses wird anschließend noch durch 2 Langlöcher oben noch erleichtert und die Auflageflächen seitlich angefräßt. Alles problemlos auf einer handbedienten Fräs und Drehmaschine ohne Tricks machbar.
Ich liebe einfache Konstrukte
Vom Rahmen gibts auch Bilder, von außen sieht man aber sehr wenig. Mit nem Schnittbild könnte man aber das meiste sichtbar machen.
Die "Tricks" dort sind keine Geniestreiche, sondern einfach nach der Regel: Material weg, wo es nicht benötigt wird.
Die Tretlagerhülse ist innen ausgedreht, und außen minimal abgedreht (Gewicht knapp 85g). Damit die Hülse bei der Nutzung nicht verformt stecken ja beidseitig eingeschraubte Lager drin, die das Rohr rund halten. Damit es mittig nicht eindellt ist Unter und Sattelrohr einzeln nacheinander aufgeschweißt, was dazu führt das diese zusammen ca. das halbe Rohr umschließen und es so stabilisieren. Von der reinen Festigkeit sind die knapp 1,2mm Restmaterial noch mehr als genug (Die Rohre die dort ankommen haben ja nur 0,7).
Steuerrohr ist auch innen ausgedreht (im Mittelteil, da sind die Belastungen erstaunlich gering), dafür sind oben und unten Verstärkungsringe für die Lager drauf, die auch direkt mti ans Unter/Oberrohr geschweißt werden um in der Kehle (höchste Belastung am ganzen Rahmen) möglichst viel Material stehen zu haben. Festigkeitsmäßíg wäre das sogar für Scheibenbremsen geeignet.

@fuerdieenkel : die Lösung von Tune z.B. ist SCHWERER als meine (Meine Lösung ohne Schrauben: 33g, die Lösung mit Joch/Bolzen ca. 55g).. Und zeitgleich sind die Belastungen für alle Bauteile (Sattelschelle und Sattel selbst) um Welten höher.
Ich hab aus Spaß mal die Lösung von Tune, AX Lightning usw. im Rechner simuliert. Bei Nennanzugsdrehmoment ziehen die Schrauben mit knapp 4000N (pro Schraube!) an den Bauteilen. In einer 7mm massiven Sattelstrebe entstehen so Materialspannungen bis zu 800N/mm² und mehr (ohne das ihrgendwelche Fremdlasten z.B. durchs sitzen draufkommen). Auch die Querbolzen für die Schrauben sind kurz vor der plastischen Verformung.
Dauerhaltbar ist anders..
Leichtbau = technisch sauber = Materialgerecht konstruiert. Warum sollte ich 4 Bauteile rein auf Durchbiegung belasten, wenn ich diese Bauteile alle auf Zug/Druck belasten kann? Meine Konstruktion kann man aus Butteralu herstellen und ist dauerhaltbar. CNC gefertigt könnte man noch deutlich mehr Material wegnehmen, als ich es derzeit mit Handfräs/Drehmaschine sauber hinbekomme. Dafür kann man die Klemmung problemlos auch im DH Bereich nutzen

@Osso : Geschmacksmuster-Schutz ist drauf. Das sollte vorerst reichen, wenns drauf ankommt.
Open Source.. hm, könnte man machen. Hätte ich nicht allzuviel dagegen. Nur werden die meisten halt nicht viel mit anfangen können..Wer kann 0,7er Rohre verschweißen und hat Fräs und Drehmaschinen zuhasue?

 

[Flat Eric]

Was mich immer etwas irritiert :
Ein Renner plus Fahrer wiegt ca 85 Kg.
Eine Gewichtersparnis von 1 Kg am Rad bedeutet doch gerade etwas mehr als 1 % am Systemgewicht, welche Auswirkungen das auf den realen Fahrwiderstand hat , kann ich echt nicht beurteilen .
Aber ich denke mal , das merkt keiner so richtig.
Warum also diese Klimmzüge , das kann doch nur der Technik wegen sein , die aber schon fasziniert.
oder ?

 

[Gelöschtes Mitglied 6536]

Weil man es kann. Wer dann noch beruflich in dem Metier unterwegs ist (wie der Threadeigner), der will natürlich seine eigene Hardware noch optimieren. HIer geht nicht darum schneller Rad zu fahren, sondern mit Metallen leichte Anbauteile zu konstruieren.

 

[Pracer]

Anhang anzeigen 269684

Eine Frage hierzu: Wie realisierst du die Winkelverstellbarkeit des Sattels? (so ich sehen kann gehen die Schrauben durch)

Gruß,

 

[Jack-Lee]

@Flat Eric : Pedalierer hats gut erklärt.. Weil mans kann.
Ich kenne niemanden, der beim Jedermannrennen in Gera mit nem Rad angetreten ist das mehr als 10kg wiegt.. Und da gehts um nix. Flacher Stadtkurs. 1kg mehr hätte da nix ausgemacht, zumal es um nix geht.
Aber ein 12kg Stahlross bekommt man heut halt nicht mehr an den Mann. Man will immer das beste was man bekommen kann. Und im Gegensatz zum Auto, wo 200kg extra nich so wild sind, muss man beim Rad halt jedes Gramm selbst bewegen..

Aber meine direkten Gründe für relativ starken Leichtbau (ohne das die Haltbarkeit leidet!) :
erheblich leichterer Transport (das ist bei den Liegerädern die oft erst bei 15kg losgehen, die Trikes eher bei 20, relevanter), merklich agileres Fahrgefühl, am Berg doch nennenswerter Unterschied (ich wohne in Ostthüringen..hier gehts entweder rauf oder runter. Eben gibts nur mal am Fluss).
Da ich nur knapp 60kg wiege, machen 2kg am Rad mehr halt schon den Unterschied von 8h Training die Woche zu 9h Training die Woche in Sachen Leistungsgewicht aus..(70kg@240W = 3,4W/kg zu 72kg @240W = 3,3W/kg) Und je besser man trainiert ist, umso weniger bringt mehr Training.
Und der letzte und wohl wichtigste Grund: Es macht einfach Spaß knifflige Aufgaben zu lösen und vielleicht sogar besser zu sein als andere dabei.. Bin kein starker Radfahrer (4W/kg), also muss ich mich ja profilieren

@Pracer : Die Verstellung ist simpelst gelöst. Das Loch im Zentralteil ist 6mm, die Schrauben M5. Das reicht für +-10° Verstellwinkel. Da die Schrauben nicht auf Scherung belastet werden, sondern die Klemmbacken via Reibschluss an das Zentralteil pressen, kann man sowas machen.
Und wenns nicht fest ist, merkt man das, weil der Sitz wackelt, ohne abzufallen


Hab heute mal die Sattelklemme angefangen. Ist so ohne richtige Lehre n ziemliches gefummel das Metallband in Form und verlötet zu bekommen.
Werde ich mir noch eine richtige Lehre für herstellen..dann könnte man auch mehrere herstellen und das zu halbwegs vernünftigen Preisen.
Aber irgendwie ist meine Waage zu ungenau.. Muss ich mal die Feinwaage von zuhaus mitnehmen, die geht auf die 2. Nachkommastelle genau.
Die Schelle die aus 2 dieser Bänder, sowie 2 mini-Quergewindebolzen entsteht ist so stabil, das man erst die M5 Titanschraube abreist, bevor die Schelle selbst versagt. Und die Schraube sorgt für bei 6Nm (Maximaldrehmoment) für über 6kN Vorspannkraft. Da sagen nicht wenige LEichtbaucarbonsattelstützen schon "KNACK". Die Schelle hält knapp 9000N Vorspannkraft aus(Somit versagen vorher die Quergewindebolzen).
Ergo : Stabiler als die meisten Massivaluteile.. Aber halt nur 4g schwer.

 

[Osso]

Ich kenne niemanden, der beim Jedermannrennen in Gera mit nem Rad angetreten ist das mehr als 10kg wiegt.. Und da gehts um nix. Flacher Stadtkurs. 1kg mehr hätte da nix ausgemacht, zumal es um nix geht.

also ich bin beim EZF letztes jahr noch mit einem 11kg Stahlboliden gestartet, war aber nicht in Gera
Mich hätte aber jedes kg weniger auch gefreut

erheblich leichterer Transport

Jo,. beim runtertragen merkt man das Gewicht am meisten und da macht 1-2- kg mehr oder weniger auch echt was aus. Und das ändert dann auch wieder die Einstellung zu Rad, zumindest bei meiner Frau

am Berg doch nennenswerter Unterschied (

ist real aber trotzdem kaum messbar, auch wenn es im Wettkampf natürlich wesentlich

merklich agileres Fahrgefühl,

jo, hat auch viel mit Spaß am fahren zu tun, wenn das Rad subjektiv viel direkter reagiert.
Und bei dir kommt ja auch der Baseltspass dazu

 

[Pracer]

@Pracer : Die Verstellung ist simpelst gelöst. Das Loch im Zentralteil ist 6mm, die Schrauben M5. Das reicht für +-10° Verstellwinkel. Da die Schrauben nicht auf Scherung belastet werden, sondern die Klemmbacken via Reibschluss an das Zentralteil pressen, kann man sowas machen.
Und wenns nicht fest ist, merkt man das, weil der Sitz wackelt, ohne abzufallen

Naja gut, eine Schöne Lösung ist das aber nicht. Bekommst du mit Der Fräse auch ein solches Langloch hin?

Das an den Klemmbacken wäre die schöne Lösung, merklich schwerer sollte das doch nicht werden, und die Backen bleiben alle gleich.

(ich wohne in Ostthüringen..hier gehts entweder rauf oder runter. Eben gibts nur mal am Fluss).

Komm mal mit nach Dresden, für günstig Verpflegung ist gesorgt.

Gruß,

 

[Jack-Lee]

Warum soll ich so ein Langloch einsetzen? Das schwächt nur die Konstruktion.
Keep it simple. Nur des Aufwands Willen dort n Langloch reinzusetzen bringt doch auch nix.

Gruß,
Patrick

 

[BW-72]

Warum soll ich so ein Langloch einsetzen?

Eventuell um deine Konstruktion an die unterschiedlichen Winkel der verschiedenen Sattelgestelle anpassen zu können. Oder interessieren dich keine größeren Stückzahlen und du konstruierst nur für deinen speziellen Einsatzzweck?

 

[Jack-Lee]

@BW-72 : ich habe doch schon gesagt: Der Winkel ist um +-11° einstellbar. Dabei ist ne Grundneigung von knapp 10° vorhanden. Ist also nicht anders als bei anderen Leichtbausattelstützen...

 

[Gelöschtes Mitglied 6536]

Ich glaube die Mehrheit versteht nicht wie die Winkelverstellbarkeit realisiert ist, das kann man aus der 3D-Grafik auch nicht erkennen. Vielleicht machts Du mal eine Art Explosionsgrafik, dann kann man es besser nachvollziehen.