Eigenbau Trike, Alurahmen, E-Unterstützung

[AFischer]

Jetzt ist Feierabend am Rechner für heute, morgen geht es weiter.

Baue das Trike gerade nochmal neu auf und setze Stück für Stück die Tipps um. Durch die Verlängerung der Achse sieht man sehr schön, wie das Rad dazu steht. Wie gesagt, bin noch dabei.

Habe auch noch eine Nahaufnahme der Achsanbindung hinzugefügt. Die wird fest mit dem Rahmen verschweißt. Da sollten tatsächlich noch ein paar Streben hin.
Alle geschweißten Teile werden nach dem Schweißen thermisch behandelt und danach orange-signalfarben gepulvert.

 

[winido]

Meiner laienhaften Meinung nach müssen die Vorderräder weiter vor und der Sitznach hinten und die Neigung flacher sein.
Beim Mungo gab es unbeladen jedesmal ein sehr spektakuläres Verneigen (sprich das Kettenblatt bewegte sich Richtung Boden, das Hinterrad himmelwärts), wenn ich überraschend die Bremsen mal richtig betägigen musste. Zum Glück war jedesmal die Bewegungsenergie weggebremst bevor das Kettenblatt am Boden ankam. Will mir nicht vorstellen was die Fuhre macht, wenn das Kettenblatt sich verankert, bevor die Bewegungsenergie weggebremst ist .
Den Akku würde ich runter seitlich (Nicht-Antriebsseite) neben das Rahmenrohr waagrecht setzen, so wie man es z.B. hier sieht.
Die Achsanbindung kannst Du mal mit dem Foto vergleichen, das scheint mir als Laie ja sehr ähnlich zu sein.
Warum ist der Sitz als Genickbrecher ausgebildet?

 

[Fanfan]

Habe auch noch eine Nahaufnahme der Achsanbindung hinzugefügt. Die wird fest mit dem Rahmen verschweißt. Da sollten tatsächlich noch ein paar Streben hin.

Glaube ich auch. Die Bleche sind um das Rahmenrohr nicht geschlossen, d.h. irgendwo leicht unterhalb der Mitte endet die Schweißnaht. Selbst wenn rechnerisch die statische Festigkeit für die Spitzenlast reicht, wird wahrscheinlich vom Ende der Schweißnaht aus die Rohrwand oder das Blech einen Ermüdungsriss bekommen:



Die Rohrwand kannst Du davor schützen, indem die Bleche mit einer gewissen Mindeststegbreite um das Rohr geschlossen werden. Was die Bleche nach unten hin brauchen, müsstest Du einfach mal nachrechnen. Plausibel wäre eine Zugstrebe untendrin und ausreichende Breite der senkrechten Streben, oder auch Diagonalstreben. Mir fallen zwei relevante Lastfälle ein: Symmetrischer Schlag von unten auf beide Räder, dafür würde eine Querstrebe unten reichen, solange es die senkrechten Streben nicht knickt. Und maximal "schiefe" Belastung, also Du hängst mit maximaler Querbeschleunigung in der Kurve und bekommst einen Schlag auf das kurvenäußere Rad. Das wird versuchen, die senkrechten Streben um das Rohr herumzuwickeln, und eine Querstrebe unten verteilt diese Last nur, fängt sie aber nicht selbst ab.

Halt, ein dritter Lastfall kommt noch dazu: Bremsen.

 

[Jack-Lee]

Thermische Behandlung nach dem Schweißen ist nicht notwendig, wenn das Basismaterial das richtige ist. Für den ersten Selbstbau reicht hierfür sogar normaler Feinkornbaustahl (S235). Wer es leichter haben will, nutzt 25CrMo4. Letzteres mit SG2 Schweißdraht WIG verschweißt benötigt keine weitere thermische Behandlung. Die Konstruktion ansich ist viel viel wichtiger...



Zum Detailbild:
Ich meinte, bzgl. seitlichem wegbiegen beim ersten reinsetzen, die Stelle im roten Kreis.
Riesiger Hebel, keine Abstützung. Selbst wenn das ganze noch z.B. via geschlossener Platte gegen "nach außen biegen" geschützt wird, wird es nach hinten wegbiegen bei starken Bremsungen. Das Material scheint etwa 2-3mm dick, dafür ist der Hebel zu lang.

Beim grünen Kreis frage ich mich hingegen, wie du das Blech sinnvoll mit dem Hauptrahmenrohr verbinden willst?

Und wofür sind die "Ohren" an den Halteblechen (gelber Kreis) ?

Gruß,
Patrick

PS. Position des Sitzes könnte noch etwa 5cm weiter Richtung Hinterrad. Durch die sehr aufrechte Position kommt es sonst, wie mehrfach angesprochen, beim bremsen sonst zum "nach vorn überkippen".

 

[berry]

Wer es leichter haben will, nutzt 25CrMo4. Letzteres mit SG2 Schweißdraht WIG verschweißt benötigt keine weitere thermische Behandlung.

Ich habe SG2 im Kopf für s355. Für crmo hätte ich SG3 genommen, stecke da aber nicht tief drin, vielleicht kannst du das kurz erklären. Abseits davon geht es dem TO wohl um Alu

 

[Jack-Lee]

Wenn der Rahmen in der Dimensionierung aus Alu werden soll, thermisch behandelt oder nicht, na dann wird der Rahmenbruch nicht lang auf sich warten. Bei Alu macht eine thermische Nachbehandlung wiederrum Sinn, besonders bei AW6061 und Konsorten. AW7005 und andere kaltauslagerbare Legierungen sind schwer zu bekommen.

Bzgl dem Zusatzwerkstoff für crmo: da hab ich anfangs crmo1 genommen, also das was eigentlich empfohlen wird, dadurch härteten die Randbereiche der Naht sehr auf. Risiko für Brüche erhöht sich. Mit dem SG2 ist die Naht ansich nur noch etwa 70-80% so Fest wie das Grundmaterial, aber dafür ist die Naht von der Materialstärke auch im Regelfall deutlich dicker. Mein Rennradrahmen tut's seit 40000km. Und der ist aus 0,35mm Aero-Profil Rohren gemacht, wiegt keine 1,6kg und ist auch so geschweißt. Überhaupt hat nur ein mal eine Schweißnaht selber versagt und das war ein Konstruktionsfehler meinerseits bei den ersten Pinion Auslegern.

 

[AFischer]

Hallo zusammen,

habe heute ein bisschen am CAD gearbeitet und erst jetzt die letzten 3 Kommentare gelesen.

Beim Rahmenmaterial handelt es sich um 6082 Alu(D50 2mm Wandstärke, könnte auch 3mm nehmen, beides da), als Schweißdraht wird ein AlMg5 genommen. Deshalb die thermische Behandlung. Um den Rahmenbruch zu vermeiden ist das Dreieck im Knick unten gedacht.
Bei der Vorderradaufhängung ist es 7075 und 6082 Alu.
Da alle Aluteile schon da sind, will ich ungern auf Stahl umsteigen.

@Jack-Lee: roter Kreis dürfte geklärt sein , Gelb ist für die Dämpfer zur Untersützung Positionierung, kommt ein Bolzen durch. Grün wird angeschweißt, sollte mit den anderen Streben passen. Das Material von der Vorderradaufhängung ist 5mm stark und inzwischen deutlich unterstützt.

Allemeine Anpassungen:
22" vorne, 26" hinten
1250mm Radabstand
Geometrie Vorderradaufhängung angefangen zu optimieren
Sitz weiter nach unten und ein bisschen nach hinten
Akku links seitlich dran


Lenkung wird noch überarbeitet. Hier überlege ich, ob ich die Standardlenkung über den Haufen schmeiße und es über eine Joystick-Variante löse.

Nächste Woche wird weiter optimiert.

Danke an alle, die Optimierungsvorschläge einbringen.

 

[berry]

Beim Rahmenmaterial handelt es sich um 6082 Alu(D50 2mm Wandstärke, könnte auch 3mm nehmen, beides da), als Schweißdraht wird ein AlMg5 genommen. Deshalb die thermische Behandlung.

Wie genau läuft denn die thermische Nachbehandlung? Hier im Forum wird meist aufgrund dieser mysteriösen Nachbehandlung von Eigenbauten in Alu abgeraten aber den konkreten Ablauf habe ich noch nie gelesen. Wäre interessant das zu erfahren.

 

[AFischer]

Die Temperaturbehandlung sieht folgendermaßen aus:

Bauteile auf 500Grad heizen und für kurze Zeit halten
Bauteile werden auf Raumtemperatur runtergeschreckt (stark verspannt und hart)
Bauteile ruhen ein bisschen
Bauteile werden bei ca.200Grad etwas entspannt (hochfest und zäh)

Die Temperaturen und Zeiten sind sehr materialabhängig.

Das Problem ist an eine Heizkammer zu kommen, in der man den Hauptrahmen packen kann und auf 500 Grad hochheizen.

Das Bauteil entspannen bei ca.200 Grad mache ich mit dem Einbrennen beim Pulverlackieren.

Das Tempern ist auch wichtig, dass die Verspannungen vom Schweißen homogenisiert werden, da leicht verschiedene Legierungen(Material und Schweißzusatz) zum Einsatz kommen.

Bei Stahl ist es nicht ganz so wichtig, je nach Legierung.

Das ist mal eine grobe Zusammenfassung.

 

[Jack-Lee]

Ums mal nach einer TV Ikone zu sagen... "Haaaalt Stop!"
Was du erklärt hast ist die Temperaturbehandlung für Stahl. Durch die schnelle Temperaturänderung wird Stahl "hart", Alu macht genau das Gegenteil. Wenn man Alu lösungsglüht und anschließend abschreckt ist es butterweich. Erst das anschließende Auslagern, je nach Legierung "warm" oder "kalt" lässt die Festigkeit wieder ansteigen.
Denke das ganze hier auf Ebene der Werkstoffkunde auszubreiten wird zu viel (oder hat wer Bock auf kubisch flächenzentrierte Kristallstrukturen, Korn-Grenzen, eutektischem Gefüge,usw. ?)

Daher sind die Gründe für eine Wärmebehandlung nach dem schweißen für Stahl und Alu tatsächlich ganz andere. Stahl härtet auf, wird teilweiße spröde, Alu hingegen wird weich.

 

[berry]

Denke das ganze hier auf Ebene der Werkstoffkunde auszubreiten wird zu viel (oder hat wer Bock auf kubisch flächenzentrierte Kristallstrukturen, Korn-Grenzen, eutektischem Gefüge,usw. ?)

Ich bin selbst auch Maschinenbaukonstrukteur. Die Begriffe zur Gitterstrukturen und dem Härtungsprozess bei Stahl bekommt aber jeder mit einer Metallausbildung auch in der Berufsschule zu hören.
Mir ging es ja gerade darum, dass die Diskussion an dem Punkt immer in einem allgemeinen "Es kommt darauf an und ist außerdem sehr kompliziert..." endet. Dabei sind Alurahmen ja im Liegeradbereich nicht ungewöhnlich. Haben da alle Kleinhersteller eine Professur in Materialwissenschaft?
Ich fände einen Austausch zu dem Thema jedenfalls eine Bereicherung des Forums.

Es geht hier ja um den relativ speziellen Bereich Fahrradrahmen. Und wie das Beispiel mit dem GA2 Schweißzusatz zeigt ist die Lehrbuchmeinung nicht immer 1:1 anwendbar bzw. sind viele Parameter bereits in relativ engen Bereichen festgelegt.

 

[Jack-Lee]

Die aller aller meisten Alurahmen sind mittlerweile aus kaltauslagerbaren Legierungen wie 7005 oder 7020 gefertigt und kommen eh direkt aus Asien... Die werden hier nur noch montiert, teilweiße vielleicht noch lackiert. Hierzulande bekommt man aber halt nur warmauslagernde Legierungen, und der 60xx Reihe. Da ist die Wärmebehandlung halt vergleichsweise aufwendig. Hinzu kommt die Neigung zu Verzug. Normale Up Rahmen werden deshalb gern auf der Rahmenlehre thermisch behandelt. Die Behandlung kann man auch nicht selbst machen, sondern gibt das ganze zu Firmen, die sowas anbieten. Daher ist es eigentlich nicht wirklich nötig die Details zu kennen.

 

[AFischer]

Die Temperaturbehandlung sieht folgendermaßen aus:

Bauteile auf 500Grad heizen und für kurze Zeit halten
Bauteile werden auf Raumtemperatur runtergeschreckt (stark verspannt und hart)
Bauteile ruhen ein bisschen
Bauteile werden bei ca.200Grad etwas entspannt (hochfest und zäh)

Die Temperaturen und Zeiten sind sehr materialabhängig.

Das Problem ist an eine Heizkammer zu kommen, in der man den Hauptrahmen packen kann und auf 500 Grad hochheizen.

Das Bauteil entspannen bei ca.200 Grad mache ich mit dem Einbrennen beim Pulverlackieren.

Das Tempern ist auch wichtig, dass die Verspannungen vom Schweißen homogenisiert werden, da leicht verschiedene Legierungen(Material und Schweißzusatz) zum Einsatz kommen.

Bei Stahl ist es nicht ganz so wichtig, je nach Legierung.

Das ist mal eine grobe Zusammenfassung.

Also, ich korrigiere mich. Es waren tatsächlich ein paar Sachen nicht ganz korrekt beschrieben.

Bei 525-540°C Lösungsglühen, danach innerhalb 20-30 Sekunden abschrecken in Wasser oder Luft, wahrscheinlich wird es Luft bei 2 oder 3mm Wandstärke.

Danach werden die Bauteile bei ca.190°C für 4 h warm ausgelagert. Hier bin ich gerade dabei die genauen Daten zu bekommen.
Durch die Warmauslagerung bekommen dann die Teile ihre Festigkeit.

Bei dem beschriebenen Verfahren erhält man dann ein Alu der Bezeichnung EN AW 6082 T6 --> Rp 0,2(vergl. mit Re)




Ich denke ganz so tief in Werkstoffkunde muss man nicht gehen, eine kurze Korrektur/Zusammenfassung sollte es tun

Denke das ganze hier auf Ebene der Werkstoffkunde auszubreiten wird zu viel (oder hat wer Bock auf kubisch flächenzentrierte Kristallstrukturen, Korn-Grenzen, eutektischem Gefüge,usw. ?)

Meine Intention bei meinem Liegetrike ist: Ein vollgefedertes Trike komplett selber machen. An die 70XX komme ich nicht wirklich dran, deshalb wird es ein Rahmen aus 6082.
Vielleicht wird es beim nächsten Mal ein Stahlrahmen. Mal schauen ob überhaupt, und wenn ja aus welchem Material.

 

[winido]

Wenn Du unbedingt den Akku in der Position haben willst, dann mach Dir das Leben einfacher und schraube ihn direkt an den Sitz.

Ist das Absicht mit dem besseren Schweißpunkt ?

 

[Thomas Neubauer]

Allemeine Anpassungen:
22" vorne, 26" hinten

22" vorne - ist aber nicht dein Ernst. Welche solls denn sein?


Ich hoffe mal auf einen Schreibfehler....

 

[Jack-Lee]

Ich würde für die ersten Schritte immer Stahl empfehlen. Es ist einfach viel "gutmütiger" bei fehlerhafter Auslegung und Verarbeitung.
Zudem sind Änderungen und Reparaturen viel einfacher durchführbar, als bei Alu. Was ist der Grund, warum du unbedingt Alu verwenden willst?

Zum Thema Raddurchmesser hat Thomas ja schon was gesagt. Ich empfehle 20" (406) vorn und 26" (559) oder 28" (622) hinten. Dafür gibts die größte Auswahl an Teilen. Irgendwelche krummen Sondergrößen sind selten von Vorteil.

 

[stormy_weather]

Wenn ich das richtig gelesen habe, ist das Rahmenmaterial schon vorhanden, deshalb Alu.

Nehmt meine Meinung nicht allzu ernst, ich habe zwar auch ein Ingenieur-Diplom, bin aber für CAD zu alt. Mir scheint der Schwerpunkt hier aber sehr auf CAD zu liegen und weniger darauf, ein funktionierendes Trike zu bekommen. Wenn das so ist, kann ich nichts beitragen.

Ansonsten, würde ich raten, sich bei den Hauptabmessungen an existierenden Trikes zu orientieren. Mir erscheint das Ding zu kurz und die Sitzposition zu weit vorn. Und die Aufnahme der vorderen Radaufhängung am Rahmen ist abenteuerlich, das muss man mit Augenmaß anschauen und/oder tatsächlich rechnen. So cool das auf dem Computer Bildschirm ausschaut, halten wird das nicht.

Gruß,

Sven

 

[Jack-Lee]

@stormy_weather : Ich sehe nicht, dass der Fokus auf dem CAD Modell liegt... Ich hab oben ein Beispiel gezeigt, wie es aussehen würde, wenn man ein Trike wirklich vollständig mit Solid Works im CAD abbildet.

Aber die aktuelle Verbindung von Vorderachse zum Rahmen wird so nicht halten, da gebe ich dir vollkommen recht.

Wegen ein paar m Alurohr sich aber deswegen darauf zu versteifen, macht zudem wenig Sinn. 2m 50x2 S235 Stahlrohr kostet keine 30€. Daran sollte es ja nun wirklich nicht scheitern.

 

[AFischer]

@stormy_weather : Ich sehe nicht, dass der Fokus auf dem CAD Modell liegt... Ich hab oben ein Beispiel gezeigt, wie es aussehen würde, wenn man ein Trike wirklich vollständig mit Solid Works im CAD abbildet.

Aber die aktuelle Verbindung von Vorderachse zum Rahmen wird so nicht halten, da gebe ich dir vollkommen recht.

Wegen ein paar m Alurohr sich aber deswegen darauf zu versteifen, macht zudem wenig Sinn. 2m 50x2 S235 Stahlrohr kostet keine 30€. Daran sollte es ja nun wirklich nicht scheitern.

Von meiner Seite aus liegt auch kein Schwerpunkt auf dem CAD. Die Anmerkung von @Jack-Lee es fertig zu konstruieren wegen der Machbarkeit, Umsetzung und Störkonturen ist sinnvoll.

Das Problem wegen dem Rahmen ist, dass ich bereits alle Rohre und Laserteile aus dem gleichen Alu habe. Das wären dann geschätzt 400-600€ die zusätzlich dazu kommen würden.
Wenn man bedenkt, dass ich selbst bis jetzt deutlich unter 500€ ausgegeben habt und maximal noch 100€ ausgebe für den ganzen Rest(Schweißen, Temperaturbehandeln, Pulvern, Kleinzeug,..--> ich habe da Beziehungen um es so günstig machen zu lassen),
dann sind 400-600€ neue Kosten für alle Stahlteile schon ein Batzen. Die Rohre mögen so günstig sein, aber wenn alle Laser-Blechbiegeteile dazu kommen, dann wird das vermutlich um diese 400-600€ kommen.

Ansonsten, würde ich raten, sich bei den Hauptabmessungen an existierenden Trikes zu orientieren.

Das habe ich versucht.
Da dieses Trike mein erstes überhaupt ist (ausgenommen 100m Fahrt mit einem Trike) habe ich tatsächlich versucht mich in vielen Punkten am Steintrike WildOne zu orientieren.
Deshalb habe ich mich auch hier angemeldet, um konstruktive Rückmeldungen zu bekommen.

Ich empfehle 20" (406) vorn und 26" (559) oder 28" (622) hinten. Dafür gibts die größte Auswahl an Teilen. Irgendwelche krummen Sondergrößen sind selten von Vorteil.

Ja, das klingt sinnvoll. Meine aktuellen Räder, die aus einem Rollstuhl kommen haben 24". Eine Idee wäre diese so zu lassen oder auf 20" umzuspeichen. Habe da einen guten Draht zu jemanden, der das gut kann.
Wegen dem Hinterrad bin ich auf 26" festgelegt, da die Schwinge für 26" ist und der komplette Antrieb(Nabe mit Motor, Steuerung, Akku,...) auch schon als 26" Ausführung da ist.

 

[lotharko]

Wenn dies dein erster Eigenbau ist, gebe ich zu Bedenken, das du mit einem Bau nicht hinkommen wirst. Ich habe die Erfahrung gemacht, das erste die dritte Version richtig zufriedenstellend ist.
Von daher finde ich Patricks Vorschlag, erstmal eine "dirty" Stahlversion aufzubauen, durchaus sinnvoll. Spar dir die teuren Aluteile für den zweiten oder dritten Bau.