Bau eines Highracer Rahmens

[jensNBG]

Tja, wegen verbeulten muss ich den Rahmen meines letzten Highracers neu bauen. Diesmal aus 60x0,8mm Rohr und mit zusätzlichen Aussteifungen. Zwei Schnitte und in den einen Schnitt kommt das Steuerrohr. Ich wollte den alten Rahmen nicht 1:1 nachbauen, also erstmal einen ersten Entwurf in 2D.


Aus der Entwurszeichnung habe ich dann ein 3D Modell erzeugt.



Die Verbindungsstellen wurden noch mal mit FEM gerechnet und haben neben Scheiben im Schnitt, noch senkrechte Aussteifungsbleche. Der Schnitt mit Steuerrohr hat nur zwei kleine Bleche aus Austeifung, dazu später mehr.

 

[einrad]

Hi Jens,

wenn Du bei Deinem neuen Rahmen schon am Simulieren bist...

Ich wäre mal neugierig, die Spannungen beim Beginn eines Front Wheelies zu sehen.
Ist aber reine Neugier. Ich will Dich daher nicht in ernsthaften Aufwand treiben...

So wär's ungefähr gemeint.
Am interessantesten wäre dann wohl der Bereich um den Steuerkopf?


Klarerweise in diesem Fall nicht auf Dauerfestigkeit, sondern auf recht wenige Lastwechsel betrachtet.
Wenn's in der Realität ein Problem wäre, würden wir wohl öfters davon hören.

Falls Du Lust hast das anzuschauen, würde ich mich freuen, wenn wir hier dazu mal Zahlen sehen können.
Wie relevant ist das im Vergleich zur statischen Last auf Dauerfestigkeit?

Herzliche Grüße und viel Erfolg mit dem neuen Rahmen,
Harald

 

[jensNBG]

Los ging es gestern mit dem Sitzrohr aus 25x25x1 Tischbein. Abgesägt, Farbe abgebrannt und erstmal Löcher reingebohrt. Die beiden 12mm Löcher sind für 12x2 Rohr für M8 Schrauben für die untere Befestigung des Hinterbaus. Die beiden 6,5mm Löcher sind für Trinkflaschenhalter M5. Dann kommen zwei 8mm Löcher für 8x1,5 Rohr mit M6 Gewinde für die obere Befestigung des Hinterbaus und das 8mm Loch am Ende ist für die Befestigung der Heckverkleidung mit einem langen 8x1,5mm Rohr, durch das ein VR Schnellspanner gesteckt wird.




Dann habe ich die Scheibe für die Verbindung des Hauptrohrs mit dem Sitzrohr und die stehende Aussteifungen im Hauptrohr aus 2mm Blech gebaut.


In der Schnittansicht kann man sehen, wie die Aussteifung eingebaut wird.



Real sieht es dann so aus

 

[jensNBG]

So wär's ungefähr gemeint.
Am interessantesten wäre dann wohl der Bereich um den Steuerkopf?

Ich habe ja bereits ein Simulationsmodell, lief nur nach den Änderungen erst nicht mehr. Ich musste den FEM Teil neu aufbauen, dann ging es.
Ich habe 1000kN Auflagekraft und auch für die Bremskraft genommen (ein weicher Reifen auf guten Asphalt könnte das schaffen).
Ich habe das Modell auch solange verfeinert, bis die Spannungen nicht mehr nennenswert gestiegen sind.

Übersicht:


Nur die Spannungen oberhalb von 100MPa:

Nur die Spannungen oberhalb von 200MPa:

Nur die Spannungen oberhalb von 500MPa:

Die maximalen Spannungen sind oberhalb der Schweißnaht am Steuerrohr. Bei mir ist das aus CroMo und ich löte mit Neusilberlot, sollte halten.

Bewertungen von lokalen Spannungen ist schwierig, weil man lokale Spannungen anders als Nennspannungskonzepte behandeln muss. Bei wenigen Knoten mit hoher Spannung kann es auch eine Überhöhung in der FEM sein, also eine Art nummerischer Schmutz sein. In der Realität würde da evtl. eine lokale Plastifizierung auftreten, die Spannungen verteilen sich besser und es passiert nichts.

Ich verwende die FEM meist um die Konstruktion zu verbessern, z.B. Aussteifungen zu finden, die die Spannungen reduzieren. Beim Steuerrohr im Schnitt hatte ich da mit Scheiben im Rohr neben dem Steuerrohr eingesetzt, hatte aber nichts gebracht. Evtl. hilft da ein Knotenblech.

 

[amval]

welches Programm nutzt du für die FEM? Was von Ansys?

 

[jensNBG]

Solidworks Simulation. Ist in der Premium Version enthalten und ziemlich gut mit dem 3D Zeichenteil verbunden.

 

[bollerbirne]

Voll super wenn man so etwas berechnen und bewerten kann. Ich habe immer Probleme passendes Rohmaterial zu bekommen. Darf ich fragen woher du das 60*0,8mm Crmo4 Rohr her hast?
Baust du die Gabel auch selber?
Ich verfolge weiter und bin gespannt

 

[Jack-Lee]

Servus,
wie kommst du an die SW Premium Lizenz? Studium?
Das dein vorheriger Rahmen mit 0,4mm? Wandstärke geknickt ist, wundert mich wenig. Eine Verdoppelung der Wandstärke hat aber eine Erhöhung der Beulsteifigkeit um den Faktor 8 zur Folge. Daher wird eine so aufwendige Aussteifung kaum nötig sein. Lötest du zu dem den Rahmen komplett?

Gruß;
Patrick

 

[luffti]

Tja, wegen verbeulten muss ich den Rahmen meines letzten Highracers neu bauen. Diesmal aus 60x0,8mm Rohr und mit zusätzlichen Aussteifungen. Zwei Schnitte und in den einen Schnitt kommt das Steuerrohr. Ich wollte den alten Rahmen nicht 1:1 nachbauen, also erstmal einen ersten Entwurf in 2D.
Anhang anzeigen 346697

Aus der Entwurszeichnung habe ich dann ein 3D Modell erzeugt.

Anhang anzeigen 346698

Die Verbindungsstellen wurden noch mal mit FEM gerechnet und haben neben Scheiben im Schnitt, noch senkrechte Aussteifungsbleche. Der Schnitt mit Steuerrohr hat nur zwei kleine Bleche aus Austeifung, dazu später mehr.

hallo,
Sieht gut aus !!

 

[jensNBG]

Kurz zu den Fragen, ohne Zitate:

@Jack-Lee

Der vorherige Rahmen hatte 0,6mm Wandstärke. 0,4mm würde wahrscheinlich nur funktionieren, wenn man den Rahmen von innen unter Druck setzt. Habe ich irgendwann mal simuliert. Aber beim Druckverlust ist der Rahmen hin.

Ja, der Rahmen wird komplett gelötet. Aber wird erst mit MIG/MAG geheftet.

Die Lizenz gehört mir, brauche ich für meinen Nebenjob.

Du hast recht, die Aussteifung ist wahrscheinlich überflüssig, aber die 90g stören auch nicht mehr.

@bollerbirne

CroMo ist nur das Steuerrohr, der Rest ist billiges, weiches Tischbein. Aber wenn es hält, merkt man keinen Unterschied. CroMo in 0,8mm hätten Viele gerne.

Die Gabel ist gekauft, lohnt einfach nicht ein Standardteil selber zu bauen. Das mache ich nur, wenn ich was Spezielles brauche.

 

[tille]

die Schweißnähte sehen sehr realistisch aus, gibt es bei Solidworks eine Funktion um das zu modellieren?

 

[Jack-Lee]

CrMo in 1mm hätten wir verfügbar. Oder halt 50x0,9er.

 

[jensNBG]

@tille Die Schweißnähte sind bei meiner alten SW Version in der Baugruppe unter Eiinfügen-> Baugruppen-Feature->Schweißnaht zu finden und ist so eine Art Assistent. Ist bei gekrümmten Flächen manchmal schwierig.

 

[jensNBG]

Zweiter Bautag war gestern. Auf dem Programm standen die beiden vorderen Rohr inkl Steuerrohr zusägen, Aussteifungen herstellen und alles zusammenpunkten.

Meine Gehrungssäge ist sehr einfach, ist von einer Wohnungsauflösung. Sie hat zwei Herausforderungen:
1. Runde, dünne Rohre bekomme ich nicht so fest gespannt, dass sie sich nicht mal etwas drehen (muss ich mir noch was bauen). Deshalb habe ich erst das Sitzrohr angepunktet und als Stütze beim Sägen verwendet.
2. Der Winkel ist nicht frei einstellbar. Sie rastet nur bei bestimmten Gradzahlen ein. Darauf gehe ich später noch ein.

Angepunktetes Sitzrohr

Gehrungssägen mit halben Rahmen


Dann wurde das zweite Rohr abgesägt und Scheibe und auf jeder Seite eine Aussteifung analog zum Sitzrohr eingepasst. Da in der FEM das Verbinden der Scheibe mit den Aussteifungen keine Verbesserung bei den Spannungen gebracht hatte, wurde die Scheibe auch nicht mit den Aussteifungen verschweißt oder verlötet. Hat den Bau deutlich vereinfacht.


Real sieht es dann so aus


Zusammengepunktet, dann wieder einen Gehrungsschnitt gemacht. Anschließend das Rohr für die Aufnahme des Tretlagers zugeschnitten.
Da schlägt das Limit bei meiner Gehrungssäge zu. In der Zeichnung stehen 115Grad, das währen 57,5Grad pro Schnitt, meine Säge kann aber nur 60Grad und 55Grad. Ich konnte nicht beide Winkel gleich machen, weil ich eine bestimmte Tretlagerüberhöhung wollte. Ich habe dann einen Schnitt mit 55Grad und einen mit 60Grad gemacht, durch das Steuerrohr im Schnitt fällt das kaum auf. Nächstes Problem war, ich wollte einen bestimmten Steuerrohrwinkel zum Boden, der aber mit allen Winkeln nicht hinkam. Also läuft das Steuerrohr nicht kollinear durch den Schnitt. Die Aussparungen wurden ja händisch durch Sägen und Feilen hergestellt, daher war das kein Problem. Erstmal nur ein Rohr machen.

Die Steuerrohr muss ja auch in der Flucht zum Sitzrohr sein. Ich peile da immer rüber, mit etwas Übung schafft man dann 0,5-1Grad Genauigkeit.

Die letzte Korrektur erfolgt nach dem Einlegen in der Rahmenlehre (OSB Platte mit druntergeschraubten Dachlatten und aufgeschraubten Winkel zum fixieren der Rohre) und Messen das Abstands vom Steuerrohr zu Platte auf beiden Seiten des Steuerrohrs. Davon konnte ich kein Foto machen, da fehlte mir die dritte Hand.



Das Rohr wurde angepunktet und noch zwei kleine Scheiben neben das Steuerrohr gesetzt. Brachte laut FEM fast nichts, deshalb habe ich dafür auch nur 1mm Blech genommen. Achtung, der fette Spalt, ist nur ein schwarzer Strich mit einem Edding...



Dann wurde das zweite Rohr angepasst. Zusammengesetzt sieht es dann so aus . Die leicht unterschiedlichen Winkel sieht man schon. Aber kann man alles mit Lot etwas kaschieren.


Dann war Mittag und ich habe Feierabend gemacht.

 

[tieflieger]

Hallo Jens,

Die erste bilder so ohne "Gussets" , geht das denn dachte ich? Aber naturlich gut ausgedacht und durchgerechnet. So wird hier klar. Ich hoffe dieser Rahmen begeleitet dir uber viele jahre zuverlassig.

Auch wenn ich keine fahigkeiten in diese richtung habe, finde ich es sehr informativ ein so tiefen einblick in die Bau zu kriegen. Es kann schon sein, ein Fachmann bei der Arbeit zu zu schauen.

 

[einrad]

Runde, dünne Rohre bekomme ich nicht so fest gespannt, dass sie sich nicht mal etwas drehen (muss ich mir noch was bauen).

Du könntest beim Spannen sauberen Gummi (Fahrradschlauch, Talkum abgewischt) beilegen.
Das sollte die Haltekräfte deutlich (!) steigern.

Theoretisch ist's dann nicht mehr so exakt gespannt.
Das halte ich aber bei manuellem Sägen und 0,x mm Gummi für vernachlässigbar.

 

[jensNBG]

1000kN Auflagekraft

Keiner gemerkt, waren aber nur 1000N…

 

[jensNBG]

Nach dem Löten ist vor dem Verputzen…


Wenn man die Späne oder Schweißperlen aus dem Rahmen wieder rausbekommen will, mache ich einen starken Magneten auf eine Bohrung und schüttel den Rahmen und schwenke ihn. Dann bleiben die Späne am Magneten kleben.


Verputzter Rahmen in der Rahmenlehre.


Fehlen noch die Querrohre für Befestigung Umlenkung Leertrum, Befestigung Umlenkrollen und Anlöter für Bowdenzüge und die Deckel auf dem Sitzrohr.

 

[bollerbirne]

Nach dem Löten ist vor dem Verputzen…

Das sieht nach wenig Flussmittel aus. Nimmst du absichtlich wenig? Kannst du was zu deiner Ausrüstung sagen?

 

[jensNBG]

Das sieht nach wenig Flussmittel aus. Nimmst du absichtlich wenig? Kannst du was zu deiner Ausrüstung sagen?

Neusilberhartlot für die Schnitte, Steuerrohr, Sitzrohr, und alles was viel aushalten muss. Ist mit Flussmittel ummantelt.


Silberlot für Anlöter, Deckel, kleine Querrohre.


Gelötet wird mit einen kleinen Brenner von Rothenberger. War ein Kit mit allem dabei.


Meist arbeite ich mit 1,5mm Düse. Ich habe eine 5L Sauerstoffflasche, passt unter den Tisch. Der Raum in dem ich schweiße und löte ist sehr klein. Hat aber einen Abzug. Als Gas nehme ich Rothenberger Maxigas 400 (11% Aceton, 1,5% Pentan, 26,5% Propan, 61% N-Butan).

Zum Vorheizen einen kleinen Brenner.

Das Schweissgerät besitze ich seit fast 30 Jahren, ist noch mein Erstes. 380V, 15kg Draht, ich bin bei der zweiten Spule. 10L Mischgasflasche mit 82% Argon und 18% CO2. Ich nutze einen CFH Automatikschirm mit Solar.


Ansonsten kleine Tischsäulenbohrmaschine, Makita Bohrschrauber DHP482, etliche Lochsägen von 17-65mm, 80mm Schraubstock, Bügelsägen, viele Feilen. Meine Bohrmaschine ist auch 30 Jahre alt und noch meine Erste: Metabo Sb655, meist im Bohrständer eingesetzt.