Konstruktion - Z-Rahmen mit Schnitten - Scheibe im Schnitt

[jensNBG]

Lässt sich aus der Richtung der Spannungen erkennen, was für Bewegungen das sind?

Hauptspannung 1. Ordnung beim 90 Grad Vierkantrohr ohne Scheibe

 

[jensNBG]

Verhindere ich diese Verkürzung weitgehend durch eine Abstützung z. B. durch zwei im Winkel von 45° oder sogar nur 30° zueinander stehende Stäbe, symmetrisch zum langen Ellipsendurchmesser, gibt es nahezu auch keine Verlängerung des kurzen Durchmessers, ohne dass dieser direkt fixiert wird.

Nein. 45 Grad bringt sehr wenig. 30 Grad habe ich nicht gerechnet.


Fazit: 255 MPa statt ca. 300 MPa bedeutet eine Verbesserung von 20%.

Meiner Erfahrung nach verhält sich rundes Rohr irgendwann nicht mehr wie Rohr, sondern eher wie Blech. Bei 80x1mm und 60x0,8mm Rohr ist das definitiv so. D.h. punktuelle Aussteifungen bringen nicht mehr so viel, weil das Rohr selber lokal wenig Steifigkeit besitzt. Dies führt allerdings auch bei punktuell eingeleiteten Lasten, wie einer kleinen Streben auf dem großen Rohr, zum Versagen der Bauteile über die Zeit.

 

[HeiSchu]

Danke Jens! Immerhin: 20% Verbesserung! Und interessant finde ich schon, dass durch die andere Anordnung der Stäbe und die damit einhergehende Veränderung ihrer Belastungen von Zug auf Druck diese Verbesserung erzielt wird.
Dein Ergebnis heißt dann auch, dass ich, falls ich die Wahl habe, die wirksamere Lösung wähle. Außerdem bestätigt das rechnerische Ergebnis meine Überlegungen zu den differenzierten Ursachen der Verformungen und dass es nicht unbedingt optimal ist, nur an den Stellen der größten Verformung diese einzuschränken.
Dass dünnwandiges Rohr mit Stäben kaum wirksam ausgesteift werden kann, ist einleuchtend. So könnte man rechnerisch wohl auch nachweisen, dass der optimale Winkel zwischen den beiden Stützstäben von der relativen Wanddicke (zum Durchmesser des Rohres) abhängig ist.

 

[Krischan]

Der Ausgang der Diskussion war der Hifly-Z-Frame von Velomo. Der bricht ja auch ohne Scheiben nicht, weil der CrMoStahl durch uns Fliegengewichte nicht überlastet wird. Die Federeigenschaften der Rohre, anscheinend auch der Schweißnähte, lassen sich nicht vollständig errechnen. Es brechen immer wieder Teile, die das rechnerisch wg dreifacher Überdimensionierung nicht dürften und andere Teile halten ewig, obwohl Hummeln gar nicht fliegen können
Die Belastung der Verbindungsstelle ist real, mehrere Lösungen sind vorhanden, wobei das Schott die eleganteste und am einfachsten herstellbar ist. Einziger Nachteil ist das Gefummel beim Einziehen von Bowdenzughüllen und Lichtleitungen.

Kann so eine Scheibe die Belastung neben der Scheibe auch erhöhen? Das Rohr will federn, kann es aber nicht und deshalb bricht der durch das Schweißen versprödete Stahl schneller durch die gestoppten Schwingungen?

Gruß Krischan

 

[jensNBG]

Fazit: Max. Spannung ist ca. halb so groß

Dein Ergebnis heißt dann auch, dass ich, falls ich die Wahl habe, die wirksamere Lösung wähle. Außerdem bestätigt das rechnerische Ergebnis meine Überlegungen zu den differenzierten Ursachen der Verformungen und dass es nicht unbedingt optimal ist, nur an den Stellen der größten Verformung diese einzuschränken.

Die Version mit den Streben im den Hauptverformungsrichtungen ist aber 50% besser als die Version ganz ohne Scheibe. Vielleicht sind drei dünne Zugsteben alle 45 Grad ohne senkrechte Strebe (Druckstab) auch eine brauchbare Verbesserung.

 

[HeiSchu]

Was zu untersuchen wäre, falls es jemanden geben sollte, der solche Verstärkungen für seine Liege für erstrebenswert hält.
Es wäre aber auch interessant, weil Stäbe im Unterschied zu Scheiben das Durchfummeln von Leitungen durch das Rahmenrohr erleichtern sollten.

 

[Fanfan]

Wenn die Scheibe ein ausreichendes Loch hat und dessen Kanten kräftig angesenkt werden, ist das Durchfädeln glaube ich ein per Staubsauger lösbares Problem. Bindfaden duchsaugen, Leitung drantüddeln, Bindfaden zurückziehen.
Die Dauerhaltbarkeit der Kabelisolierung sehe ich kritischer, wenn die am Lochrand scheuert.

 

[jensNBG]

Aussagen über Ermüdung oder Haltbarkeit sind ein sehr weites Feld. Falls dies gewünscht ist, sollten wir ein neues Thema aufmachen. Im Bereich Schrauben, Wälzlager und Verzahnung kenne ich mich da auch sehr gut aus. Bei der FKM Richtlinie und Eurocode 3 sind Grundkenntnisse vorhanden. Meine Kenntnisse reichen aber nicht für einen vollständigen Ermüdungsfestigkeitsnachweis bei einem geschweißten Fahrradrahmen aus.

Hier geht es nur um geometrische Betrachtungen und Geometrieoptimierungen. Die Optimierungen werden zu geringeren Spannungen führen. Diese Spannungen kann man dann z.B. in ein geringeres Gewicht, Werkstoffe mit niedrigerer Festigkeit, größere zulässige Beanspruchungen oder größere Lebensdauern umsetzen. Das ist aber jedem selber überlassen.

 

[Kettcar]

Das Rohr will federn, kann es aber nicht und deshalb bricht der durch das Schweißen versprödete Stahl schneller durch die gestoppten Schwingungen?

Ich sehe das so, das die Verbindungstelle durch die Scheibe stabiler/steifer wird.

...weniger Bewegung in und um die Scheißnaht bedeutet unwahrscheinlicheres Reißen...

...wenn ich aber Flex im Rahmen brauche, damit Vibrationen nicht beim Fahrer oder anderen Schwachstellen zu Schäden führen soll,
dimensioniert man das Rohr geringer, so wie bei den Doppeldickendspeichen. Eine durchgehend Dicke, hat ja ihre Schwachpunkte am Speichenbogen und am Gewindeansatz. Lässt man die auf 2mm und schwächt den Mittelteil auf 1,8 dann flext die Speiche besser, weiß aber nicht wo genau sie brechen soll...folglich bleibt sie ganz. Würde ich bei einem Rahmen auch so sehen...man schwächt ihn da, wo der Bereich groß ist, statt einzelner Schwachpunkte...

So könnte ein 50x1 Rahmen mit Scheiben, mehr flexen, als ein 60x1.... aber genauso lange halten, wie ein 60x1 ohne Scheiben.

So würde ich es jetzt verstehen....


Ergänzung:
bei RR's z.B. sollte man keine Rahmen mit dickerem Sattelrohr als 27,2 kaufen, wenn man etwas Dämpfung bei einem sonst sehr steifen Rahmen haben möchte. Das Sattelrohr flext dann auf der gesamten rausschauenden Länge. Bei 31,6 also, weniger flex, dafür werden die Schweißnähte Oberrohr/Sitzrohr/Sitzstrebe stärker belastet.

 

[HoloDeck]

Hängt zusätzlich noch von der Auszugslänge des Sattelrohres ab...

 

[jensNBG]

Wer sich noch etwas mit der Theorie beschäftigen will, sollte nach „Querschotte bei Kastenträgern“ suchen. Der erste Treffer ist eine Veröffentlichung von 1970. Habe ich nur kurz überflogen, scheint aber interessant zu sein:

https://pure.tue.nl/ws/files/4450079/615806.pdf

 

[einrad]

Kastenträgern

Ist das so etwas?
Aber wo ist dann das Querschott?
Und wozu ist das gut?
Es hält doch ohne genauso!
Oder gibt's da irgendwo versteckte Spannungen?
Fragen über Fragen...

Spoiler: Kastenträger beim großen Versandhaus

Wahrscheinlich gilt das jetzt nur für Vierkantrohre bei den Flevos, wegen "beide Hände frei"!

Da soll sich noch einer auskennen...

, Harald

 

[jensNBG]

Um das Thema Querstreben als Ersatz für das Querschott (Scheibe) abzuschließen, hier noch mal die Ergebnisse mit 4 Streben:


Die maximalen Spannungen konzentrieren sich jetzt an der waagerechten, druckbelasteten Strebe.


Die Verformungen 100fach verstärkt, ein Rohr ausgeblendet. Im ausgeblendetete Rohr sind weitere 2 Streben vorhanden.

Fazit: Ist eine Möglichkeit die Stelle auszusteifen, aber einfacher, steifer und mit weniger Spannungen ist das Querschott.

 

[windwärts]

und wie löst man kondenswasserbildung mit schott ?
vor und danach ein loch nach unten weg, oder im schott innen ein querloch und unten nur eins ?

 

[jensNBG]

oder im schott innen ein querloch

Ja. Da ist ein Loch von 8 bis 15mm Durchmesser drinnen. Ich hatte dazu Vergleichsrechnungen ein paar Seiten vorher gemacht.

Ich hatte noch nie Probleme mit Kondenswasser, sind aber Garagenfahrräder. Gibt innen etwas Flugrost, das wars.



Dünne Schicht Rost in einem Rohr aus einem geschlachteten Liegerad, 18 Jahre alt, ca. 20.000km.

 

[windwärts]

Ich hatte noch nie Probleme mit Kondenswasser, sind aber Garagenfahrräder.

hatte bei zwei von meinen alltagsrädern (UP), allwetter immer draussen, zwei mahl rahmenriss, weil so viel wasser im velorahmen war,
das im winter bei den nächtlichen minus-temps das wasser gefrohren ist und den rahmen verrissen/ gesprengt hat.
beides markenvelos mit 25 jahren rahmengarantie, beide male wurde das versprechen nicht eingehallten.

Ja. Da ist ein Loch von 8 bis 15mm Durchmesser drinnen. Ich hatte dazu Vergleichsrechnungen ein paar Seiten vorher gemacht.

ja das hab ich schon gesehen, aber dann würde es sich stauen müssen bis auf 1/3 der höhe. meine frage kam auch gezielt durch meine geschilderten erfahrungen. (viel wasser im rahmen) & (minus-temp)
ich dachte bei der fragestellung an ein kleineres loch am rande, so das sich nicht staut.

 

[Hoffes]

Man kann auch ein kleines Loch ins Rohr bohren dann läuft das Wasser raus und wenn man weit genug von der Schweißnaht weg ist dürfte es auch nichts ausmachen von der Stabilität her

 

[jensNBG]

ja das hab ich schon gesehen, aber dann würde es sich stauen müssen bis auf 1/3 der höhe. meine frage kam auch gezielt durch meine geschilderten erfahrungen. (viel wasser im rahmen) & (minus-temp)
ich dachte bei der fragestellung an ein kleineres loch am rande, so das sich nicht staut.

Mir ist nicht klar wie das Wasser in den Rahmen reinkommt. Ich kann mir nur schwer vorstellen, dass ein Rahmen durch Kondenswasser voll Wasser gefüllt wird.

Mache ein Ablaufloch an den tiefsten Punkt, löte eine Unterlegscheibe als Austeifung drauf und mache einen Kunststoffstopfen rein.

 

[einrad]

Ich kann mir nur schwer vorstellen, dass ein Rahmen durch Kondenswasser voll Wasser gefüllt wird.

Wenn Du das Rad oft in kaltem Zustand in's Warme stellst, finde ich das nicht so unplausibel.
Frostschäden an Rohren hatte ich selbst auch schon. (Vierkantrohr bauchig gedrückt)

 

[Fanfan]

Ich hatte an der Cheetah Wasser in die Hinterradschwinge bekommen, obwohl ich die bis dahin erst einen Sommer lang hatte.
Das war sicher kein Kondenswasser, sondern ist vom Reifen auf die Bremse geschleudert worden, von da in die Bremsbrücke und über seitliche Bohrungen weiter in die Längsholme geflossen.