Blattfedern GFK

[alles_Tutti]

Servus zusammen!
Ich bewege mich mal wieder in Sachen Velocamper, dessen Konzeptidee ich schon mal an anderer Stelle vorgestellt habe. Wie hier häufig empfohlen, möchte ich dafür Blattfedern aus GFK verwenden. Hier also an die Blattfeder-Hasen da draußen, zu Material und Auslegung nachgefragt:

Material
Welches GFK-Material, Gewebe(, Onlinehandel?) wäre da zu empfehlen? Ich hab gelesen, FR4-HF soll gut sein, ist das noch aktuell? Gibt es noch andere Typen/Namen? Ich finde dazu noch nicht so viel.
Was für Materialeigenschaften kann ich erwarten? Bei Rotek habe ich ein Glasfaser-Hartgewebe (FR4-HF) gefunden, mit 22 GPa E-Modul (bei Biegeversuch) und 350 MPa Biegefestigkeit - als Mindestwert. Sind das realistische, 'vernünftige' Werte oder Grenzbereich? Ich hatte mal einen solchen Wert für schwellende Belastungen gesehen, dann wäre es ja brauchbar.

Auslegung der Blattfedern
Ich habe aktuell folgende Vorgehensweise:

1. Werte festlegen:
   1. Gewünschten Gesamtfederweg (inkl einfedern durch Gewicht)
   2. Federweg (bereits durch Gewicht eingefedert) festlegen
   3. voraussichtliche Radlast (statisch)
2. Blattfederdicke im Balkenrechner festlegen
3. Blattfederbreite / Anzahl Blattfedern wählen, sodass der gewünschte Federweg erreicht wird.

Aktuell arbeite ich mit folgenden Werten:

Gesamtfederweg	100 mm	das soll schon ein bisschen federn, das Ding.
Federweg	70 mm	heißt, er federt 30 mm ein durch Fzg. und Insassengewicht
Radlast	100 kg ~ 1 kN	man sitzt vorne ziemlich nah über dem Rad
Blattfederdicke	10 mm

So weit die Daten - schaut das vernünftig aus?

 

[jensNBG]

70mm effektiver Federweg sind bei einem Straßenrad sehr viel. Damit kannst Du Treppen runterfahren, weiß ich aus eigener Erfahrung.

30-40mm Federweg reichen meiner Meinung nach aus.

 

[Gear7Lover]

100kg pro Rad?

Andere Bezeichnung für FR4 wäre G10.
Negativfederweg zu Gesamtfederweg 30/100
Hat das einen Anschlag (Gummipuffer) falls mal mehr als die 100/30=3.3g kommen? Und wer geht dich aus der Erdumlaufbahn holen nachdem das Katapult ungedämpft ausgefedert hat?

(Ok in der Praxis geht das durchaus ungedämpft siehe Velomo)

 

[tieflieger]

Bei Velomo nutzen die nicht umsonnst Doppelblattfeder die eine unterschiedliche Lange und deswegen andern Frequenz haben.

Das was da angeboten wird, ist kein Glasfasergewebe sondern bereits mit Epoxidharz verstarktes material, Glasfaserkunststoff. ( Kann sein das ich es nicht richtig verstehe, Deutsch ist eine fremdsprache fur mich) Das ne Stufe weiter. Ist schon fertiges material und lasst sich nur noch uber Schichtstarke und Breite tunen.

Bin auch kein Ingenieur oder so, aber ich wurde unbedingt wissen wollen was die zu erwartende dehnung ist bevor es zum Bruch kommt. Epoxid gibt es in sehr viel verschiedene arten. Von Hart aber spröde bis ziemlich elastisch und noch einiger massen verformbar. Keine ahnung was hier benutzt wurde, wichtig ist es aber. G10 ist gut fur allehande sachen, wie es wiederhohltes Biegen ubersteht ist mir unklar. Wieviel % dehnung es schadensfrei ubersteht ist mir auch unklar. Gusseisen und Federstahl sind beide Metal, aber mit ganz unterschiedliche eigenschaften, ahnlich ist es auch mit Epoxid.

Das Federverhalten von ein Blattfeder ist auch anders als das von ein gewickelten Stahldrahtfeder der beim weiter zusammendrucken immer mehr wiederstand leistet. Vermute es ist eher Linear als Progressiv. Aber irgendwo soll es ja mal nicht noch weiter weg biegen.

Ich sage die erste drei Werte sind schöne Ziele. Blattfederdicke wurde ich aus diese Reihe weg hohlen. Bis jetzt ist nahmlich völlig unklar wieviel Material notwendig ist um die andere drei Werte zu erreichen. Kann ja gut sein das dafur eine materialstarke von 12 mm notwendig ist, oder das 10mm starke 300mm breite bedeutet, was von der Lenkgeometrie moglich nicht geht. Mal als beispiele.

Wurde sagen kauf mal was von das Material, spiel mal was damit rum, dann wird's schon klar.

 

[Gear7Lover]

Die Festigkeit und Steifigkeit sieht man im Datenblatt.

Die Steifigkeit ist übrigens unterirdisch, aber dafür ist die Dichte auch nur 2kg/l.

Wenn man sie konisch macht sind sie progressiv.

 

[Jack-Lee]

Servus,
wir hatten gaaanz am Anfang auch mit "Leiterplatte" aka FR4 hantiert, danach Federn von Prause-Durotec fertigen lassen. War alles nicht so das Gelbe vom Ei. Seitdem, immerhin schon gut ein Jahrzehnt, fertigen wir den Verbundkunststoff selbst. Daraus werden die Blattfeder all unserer Konstruktionen. Darunter unsere eigenen Hi-Trikes, aber auch die vom Pony4, vom Quadvelo oder gar vom OuiCycle. Letzteres immerhin mit knapp 700kg Gesamtgewicht bei maximaler Zuladung.

Problem bei der Dimensionierung der Federn ist, sie dünn genug aus zu legen, damit der gewünschte Federweg erreicht wird, sie dabei aber steif genug aus zu legen, damit die Radführung gewährleistet ist und stabil genug aus zu legen, damit auch nach 100000km+ nichts bricht.

Gruß,
Patrick
PS. die 350MPa sind reine Biegefestigkeit bis Bruch (im Regelfall). Als Biegewechselfestigkeit bei schwellender Belastung würde ich maximal die Hälfte davon annehmen.

 

[alles_Tutti]

Halloo, danke für die schnellen Rückmeldungen und Infos!
Ja beim effektiven Federweg bin ich auch unsicher, wieviel es da braucht. Beim Velocamper geht's aber um ein vierrädriges Vehikel, wo die Federung auch Unebenheiten (z.B. Waldwege) ausgleichen können muss, um die Rahmenstruktur zu entlasten. Aber evtl. sind dafür 70 mm immer noch viel? (Wobei, wenn ja jetzt mal ein paar Trepp'n komm' ... nehm ich! )
Ist der negative Federweg irgendwie wichtig, bzw. welche Bedeutung hat er? Ich benutze den gerade schon zur Auslegung. Falls ihr gute (online-)Literatur kennt, gerne her damit.
@Gear7Lover , ja eine Begrenzung a la Gummipuffer werde ich da wohl hinsetzen. Ein Freund von mir ist großer Verfechter der (geschlossenzelligen? ) Elastomere, wie sie am Flevobike (zumindest früher) verbaut wurden. Ist diese Bezeichnung mit Gravitation, a la 3.3g, üblich bei Federsystemen? Wo liegt dieser Wert denn typischerweise bei anderen Fahrzeugen? Und ja, Dämpfung kommt auch noch rein.
Danke für den Hinweis bzgl. der Biegewechselfestigkeit. Ich glaube wegen der (in Vergessenheit geratenen) Erkenntniss ist die GFK-Lösung schon mal rausgefallen gewesen. Ich hatte aber mal eine Doktorarbeit zu dem Thema gefunden, wo von einer Biegewechselfestigkeit von (ich meine) 80% der Bruchfestigkeit berichtet wurde. Allerdings finde ich die nicht mehr, und die Informationen dazu scheinen dünn gesäht..

 

[Gear7Lover]

Der Sag (Negativfederweg) macht das fahren komfortabler. Traditionell hat die Feder dann die richtige Komfort-Härte wenn sich ein Sag von 30% des Federwegs einstellt.

Vielleicht findest irgendwo passende (weiche) Anschlagpuffer fertig mit Gewinde sonst hast als nächstes ein Befestigungsproblem. Material ist zweitrangig weil ja nur selten gebraucht.

Biegewechselbelastung kommt automatisch nur ein kleiner Teil der Festigkeit, weil'd ja die Festigkeit auf das grösste anzunehmende Schlagloch auslegen musst (es sei denn Du hast Anschlagpuffer) und das kommt nicht in ermüdungsrelevanter Häufigkeit.

Der Federweg muss nicht die grösste anzunehmende Verschränkung abdecken. Zur Not hebt halt mal ein Rad vom Boden ab. Das passiert bei sportlich abgestimmten Autos auch. (Da war er wieder, der Negativfederweg.) Gewöhnlich ist ja die angetriebene Achse höher belastet also bleibt alles angetriebene am Boden. Differntial ist dann aber hinderlich am Fortkommen, weil wenig Rest-Auflast.

 

[winido]

Beim 2CV waren Parabelpuffer als Anschlagpuffer verbaut, auch wenn der keine GFK-Federn hatte. Gibt es Anschrauben z.B. bei Ebay. Die Kunst ist richtige Härte zu finden. Ob sich notfalls die Härte durch Bohrungen regulieren lässt müüste man mal ausprobieren.