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Berechnung Belastbarkeit Fahrradrahmen - Rahmen selbst bauen

Wegen Berechnungen würde ich mal freundlich bei Rotwild/ADP um Hilfe bitten. Die haben viel gemacht mit Lastermittlung.

Wenn es nur um bauen geht, würde ich mal freundlich bei Kalle Nicolai fragen, wo man nen Rohrsatz her bekommt. Wenn man da keine Folie nimmt, hält das schon. Oder halt eben bei nem Stahlrahmenbauer, z.B. hier: http://www.2soulscycles.com/index.php/de/
 
Hallo,

vielen Dank für eure Hilfe bisher. Es waren ein paar interessante Anregungen dabei und ja, ich habe mich etwas spät damit auseinander gesetzt, dass stimmt.

Ich habe sehr wenig input gegeben, das stimmt. Bei den Rohren für den Hardtail Rahmen handelt es sich um die üblichen 25CroMo4 Stahl-Rohre, die im Radsport bzw. für den Rahmenbau Verwendung finden. Wandstärken sind um die 0,8 bis 1,2mm. Durchmesser Sattelstange ca. 30mm, Unterrohr ca. 35mm usw, nur damit ihr ne grobe Richtung wisst. Diese Rohre habe ich von jemanden bezogen, welcher selbst einen kleinen Radladen betrieb (leider nicht mehr existent) und selbst Rahmen fertigte als Einzelanfertigung. Berechnung hatte dieser Herr leider nicht angestellt. Also ich weiß nur, dass man aus diesen Rohren haltbare Rahmen fertigen kann, sofern man schweißen kann. Ich selbst habe ne WIG Puls Anlage, bin gelernter Konstruktionsmechaniker, habe allerdings keine Erfahrungen im Dünnblechbereich (meine Firma fertigte nur Windkraftanlagen und Brücken). Leider kann ich mit euren Fachbegriffen auch nicht allzu viel anfangen.

Wenn jemand mir ein paar Sachen an einem Beispiel vorrechnen könnte, wäre das super. Gern auch via PN.

Edit: Ganz vergessen: Das Fahrrad wird später nur in der Stadt bewegt oder auf der Forstautobahn, keine Sprünge oder solches. Der Rahmen hat die klassische MTB Rahmenform.
 
Beispielhaft vorrechnen... Wie schon gesagt, Schweissnahtberechnung an sich ist eine absolut aufwändige Sauerei. Hinzu kommt, dass die äußeren Lasten unbekannt bzw. nur grobe Annahmen sind und die Fortpflanzung derer innerhalb des Rahmens lässt sich nur via numerischer Verfahren (FEM) einigermaßen voraussagen. Erst damit könnte man eine ungefähre Aussage darüber treffen, wie man die Nähte zB am Sitzrohr oder am Tretlager auslegen müsste. Und hat man die Lastannahmen falsch geraten (gar nicht mal so selten), kann man alles über den Haufen werfen und von vorne anfangen. Nur um dir eine kleinen Einblick zu verschaffen - der Schweissteil der Formelsammlung des Roloff/Matek hat 29 Seiten, davon 3 Seiten Definitionen von Formelzeichen und 7 Seiten eine Auswahl (!) an Regeln nach DIN soundso (nur Nummer und Titel, mehr nicht).

Meine Empfehlung - wenn du authentisches Interesse daran hast, besorg dir das Buch Roloff/Matek Maschinenelemente, die Formelsammlung, das Tabellenbuch und die Aufgabensammlung. Dann kannst du dir noch jemanden suchen, der ein FEM-Modell davon aufbaut und evaluiert. Da es nur Rohre sind ist das fix gemacht, aber die Lastannahmen müssen eben stimmen. Trotzdem wird das alles in einem netten Häufchen Arbeit ausarten.

Andernfalls, da du ja bereits Erfahrung im Schweissen hast - einfach drauf losbraten. Pi*Daumen kannst du das bestimmt beurteilen und ein paar Bleche zum Üben hat man auch schnell besorgt.
 
Er ist auch schon ungeduldig

besen.gif
 
Ja, das mit den Berechnugen hat sich dann erstmal erledigt. Ich habe ein par Stücken geschweißt und dann mal versucht zu zerstören. Ich war positiv überrascht, denn die Rohre haben sich deutlich in alle Richtungen verformt, bevor erst der Riss kam noch lange vor dem eigentlichen Bruch. So langsam werden die Nähte auch besser, ich bin gespannt:

oxs7t93g.jpg


(25CrMo4 Rohre, 1mm Wandstärke, WIG Verfahren)
 
Das sieht doch ganz gut aus :daumen:. Wenn du den Rahmen nachher nicht Champéry runterreitest, dürftest du lange deine Freude dran haben.
 
Ja ich wäre froh, wenn ich sowas können würde. Ich habe 3 Jahre Brücken und Windkraftanlagen geschweißt und kann daher mit dem MAG Gerät sehr schöne Schweißnähte produzieren, bin das externe Drahtzuführen noch nicht gewohnt.
 
Nur mal eine Frage am Rand. Warum gibt es noch keinen Hersteller der seine Rahmen Laserschweißt?
Ich habe mal eine Probe einer Leichtbau Yachtaußenwand gesehen. Die Schweißnaht war schon sehr beeindruckend. Angeblich (laut marinetechnischen Institut) auch deutlich schwingfester als eine herkömmliche Schweißnaht. Ich schiebs mal auf die Kosten.
 
Ein paar Taiwanesen, die das im Akkord machen, sind mit Sicherheit günstiger ;). Es würde mich ehrlich gesagt auch wundern, wenn man den Rahmen ohne sehr großen Aufwand (5-Achsig?) schweissen könnte.
 
@dkc-live

Wie komplex war die Geometrie der Schweißnaht und welches Material?
Denn bisher habe ich außerhalb von Laboren noch keine Laserschweißnaht gesehen die bei einer variablen Tiefe der Naht angewendet wurde und eine variable Tiefe hat man bei Rohren die nicht stumpf aufeinander treffen. Auch sind solche Laserschweißnahten meist recht klein, bilden also keine nennenswerte Kehlnaht aus. Wobei so eine Kehlnaht durchaus für einen gescheiten Kraftverlauf sorgen kann wenn die Rohre in Winkeln wie sie am Fahrrad vorkommen aufeinander treffen.

Specialized hatte im Vorjahr Rahmen vorgestellt wo man wohl etwas besser automatisiert schweißen kann. Da wurden am Steuerrohr per Hydroforming Rohransätze ausgeformt, sodass Ober und Unterrohr stumpf verschweißt werden konnten. Aber auch da war klassisches Lichtbogenschweißen am Werk.
 
Piktogramm schrieb:
@dkc-live

Wie komplex war die Geometrie der Schweißnaht und welches Material?
Denn bisher habe ich außerhalb von Laboren noch keine Laserschweißnaht gesehen die bei einer variablen Tiefe der Naht angewendet wurde und eine variable Tiefe hat man bei Rohren die nicht stumpf aufeinander treffen. Auch sind solche Laserschweißnahten meist recht klein, bilden also keine nennenswerte Kehlnaht aus. Wobei so eine Kehlnaht durchaus für einen gescheiten Kraftverlauf sorgen kann wenn die Rohre in Winkeln wie sie am Fahrrad vorkommen aufeinander treffen.

Specialized hatte im Vorjahr Rahmen vorgestellt wo man wohl etwas besser automatisiert schweißen kann. Da wurden am Steuerrohr per Hydroforming Rohransätze ausgeformt, sodass Ober und Unterrohr stumpf verschweißt werden konnten. Aber auch da war klassisches Lichtbogenschweißen am Werk.
Zum Vergrößern anklicken....

Es war ein Probekörper für bruchmechanische Versuche. Eine deutsche Werft hat das an der NTNU in Auftrag gegeben. Weiß allerdings nicht ob es in Serie ging. Es waren Spanden die an die Außehaut des Rumpfes geschweißt waren. Es war hochfester Stahl um einen gewissen Leichtbaueffekt zu erzielen. Angeblich nicht auf herkömliche Art schweißbar. :ka:
 
Laserschweißen ist ein sehr komplexer Prozess der extreme Genauigkeit sowie geringste Toleranzen erfordert und so gut wie keine Schwankungen zulässt. Ich war mal in einem Forschungsprojekt eingebunden wo es u.a. um das Umsetzen einer Laserschweißnaht ( nur 2D! ) ging. Die geforderten Toleranzen waren so gering, dass ein Feinschneiden der Bleche erforderlich gewesen wäre. Ebenso schwierig war die Kontrolle der Naht während des Schweißens sowie die Nahtverfolgung an sich und das Thema der Verschmutzung. Ein weiterer Punkt war das genaue Einhalten des Abstandes zwischen dem Schweißkopf und dem Werkstück ( wegen Fokusierung usw. ich kann jetzt nicht auf technische Details eingehen ). Hier gelten ebenfalls sehr hohe Anforderungen.

Bei einem Fahrradrahmen müsste auch in schwer zugängigen Bereichen geschweißt werden was überhaupt nicht möglich wäre. Kleinste Abweichungen würden den Prozess zum Scheitern bringen.

In der Automobilbranche gibt es in Serie lasergelötete Teile ( überwiegend Heckklappen ). Laserschweißen gibt es auch, was aber nur auf einfachen Flächen gemacht wird und meines Wissens nach weltweit nur 3 Firmen beherrschen. Neben den oben genannten Anforderungen ist dieser Prozess sehr teuer, was bei einem Fahrradrahmen alle Vernunftsgrenzen sprengen würde.

Weiterhin wäre der technische Vorteil bzw. der Mehrwert für den Kunden zu hinterfragen. Die Gefahren die sich durch geringste Prozessschwankungen ergeben würden wären in einer Serienfertigung mit den hohen Stückzahlen nicht zu kontrollieren und die Ergebnisse der Laborversuche können auch nicht in die Praxis übertragen werden.

Sollte es mittlerweile einen aktuelleren Stand der Technik geben so wäre ich sehr interessiert :) obwohl Schweißen nicht mein Arbeitsgebiet ist.
 
Zuletzt bearbeitet von einem Moderator:
1721732-m6wzuj4fuenf-image-medium.jpg
Hier nun das vorläufige Ergebnis. Die Nähte sind nicht so der renner (besonders in Tretlagerbereich). Das Fahrrad fährt aber sehr gut und durch die verstellbaren und austauschbaren Ausfallenden ist so ziemlich alles möglich (Single Speed ohne Kettenspanner, Schaltung, Steckachse, mit und ohne Bremsaufnahme usw).

1721730-hu06976vxsgw-image-medium.jpg
 
Ja, die standen auch Vorbild :)
Hier noch mal 2 Bilder von den Drop Outs (komplett verstellbar und für jeden Standard auswechselbar):




 
Optisch ist die eine Sache, Haltbarkeit ne andere. Hab mit dem Rahmen schon 120 km gefahren und auch kleine Belastungsprobem gemacht. Außerdem habe ich ein par Probestücken (sogar mit Löchern in der Naht) im Schraubstock eingespannt und schlagartig stark belastet (2,5m Hebel). Die Nähte sind nicht der Renner, aber haltbar sind sie auf jeden Fall.
 
Ich hätte die Ausfallenden anders angebunden, dieser Ausführung ist dauerhaft nicht zu vertrauen. Auch bzgl der Kräfte auf der Bremsseite ist mir das zu windig.
 
Bitte beachte unsere Verhaltensregeln beim Antworten. Danke 🙂

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