Carbon - Alu Bastelei - Fahrrad OT / aber doch nicht KTWR tauglich

[waldschradt]

Tach alle zusammen,

eigentlich ist der Fred hier falsch am Platz, da er nichts mit Fahrrad zu tun hat - aber er benötigt das Wissen hier und ist mir zu ernst als dass er im KTWR richtig aufgehoben wäre. Ich hoffe dass er im Leichtbau Asyl bekommt, da ich ja auf eure Erfahrungen zurückgreifen will - wenn es den Mods nicht recht ist, dann closed es lieber als dass ihr es verschiebt.Wie dem auch sei, nach langem suchen im WWW und auch hier, nach Erfahrungen mit Carbonrohren, deren Vermuffung und Stabilität, habe ich keine für mich brauchbaren Erkenntnise gefunden.

Bei meiner Bastelei, geht es darum ein Portaledge zu bauen, nicht dass ich eines bräuchte aber ich hätte gerne eines - warum? keine Ahnung, es besteht einfach die Begierlichkeit danach. Für alle die nicht wissen, was ein Portaledge ist, da:

Die Dinger kann man problemlos im Fachhandel kaufen, das Problem mit den Dingern ist dass sie mehr als nur ein Haufen Geld kosten und ich mir denke dass ich das selber genausogut kann wie die Hersteller (diese sind meist irgentwelche klein Firmen - Bastler wie du und ich). Prüfnorm für so ein Ledge ist, dass es 5 Leute aushält und 2 davon auf und ab springen - ich wäre mit drei Personen die sitzen zufrieden.

Nun zum wesentliche dieses Freds:
Wie ich das meiste mach weis ich schon, Aufhängung, Besspannung und welchen stoff dafür. Was mir Kopfschmerzen macht ist das Rahmengestell drumherrumm. Die Mase sind ca. 2 x 1,1 m und querversteben geht nicht, da man sonst nicht richtig darauf liegen kann. Die "Finnen" in der Mitte (s. Bild), die den Rahmen entlasten, möchte ich wenn möglich nicht an meinem haben.
Somit stellen sich für mich nun folgende Fragen,

- geht das überhaupt oder ist die Belastung zu hoch (durch wegfall der Finnen)?

- welche Rohre sollte ich verwenden gezogene oder gewickelte? - gezogene, haben Schwächen wenn sie mit Torrsion beansprucht werden.

- reichen Rohre mit Dimensionen von aD ~24mm mit Wandstärke 2mm aus? - grössere Abmessungen sind extem teuer und ich will unter 400 Euro bleiben, sonst lohnt sich das kaufen schon.

- wären Alurohre besser geeignet (schwere aber deutlich günstiger)? - ich will unter 7 kg bleiben mit meiner Konstruktion, auserdem ist CFK das schönere Material

- wie Verbinde ich die Rohre an den Ecken und in der Mitte der Längsseite (diese soll geteilt werden Zwecks Packmas)?

- wie weit würde sich die Konstruktion durchbiegen (Rohre mit Masen v. oben und unter der Annahme dass es hält)?

Ich glaube das wäre das wesentliche, ich habe mir zu bestimmten Punkten schon gedanken gemacht und schreibe diese gerne mal hier rein. Ich möchte aber zu beginn mal eure Vorschläge höhren.

Danke fürs lesen

Rainer

 

[findus170]

Die Mase sind ca. 2 x 1,1 m und querversteben geht nicht, da man sonst nicht richtig darauf liegen kann. Die "Finnen" in der Mitte (s. Bild), die den Rahmen entlasten, möchte ich wenn möglich nicht an meinem haben.

Das ist der springende Punkt.
Die langen Rohre an den Seiten werden sehr stark auf Durchbiegung/Knickung belastet. Ob das mit den 24 mm Rohren gut geht?

Ich hätte keine Lust, einer windigen Konstruktion mein Leben anzuvertrauen.

Das Teil dient zum Klettern, die Seile werden oben irgendwo in die Felswand gedübelt und das Teil dann daran abgehängt.

mfg
Findus

 

[waldschradt]

ich hatte noch was vergessen

- bei mir dient es nicht zum big wall klettern, sondern als grosse hängematte.

- die käfte auf die muffen ist wohl das haupt problem

- normalerweise sind die dinger aus 1" oder 1 1/8" 6061 T-6 Alu oder Cromoly Rohren

- und das die dinger kolabieren, beim klettern, ist keine seltenheit

rainer

 

[findus170]

Hallo,

das Gewicht stellt natürlich das Hauptproblem dar.
Sonst könnte man einfach zölliges Wasserrohr beim lokalen Heizungsinstallateur abgreifen, an den Enden Gewinde drauf und dann Winkel draufschrauben.

Die Rohre knicken nie im Leben und billig wärs auch noch.

Gewicht: wahrscheinlich jenseits 50kg...

mfg
Findus

 

[downhillschrott]

Zuerst einmal:

- bei mir dient es nicht zum big wall klettern, sondern als grosse hängematte.

Dann nimm´ auch eine Hängematte. Packmass und Gewicht sprechen deutlich dafür.

- reichen Rohre mit Dimensionen von aD ~24mm mit Wandstärke 2mm aus?

Die Hauptbelastung erfolgt durch den Zug nach innen. Rechne dir das aus.
Das Gewicht der 3 Leute, also 3x80kg /2 (weil es sich auf links und rechts aufteilt) / sin(Winkel) wobei der Winkel zwischen der Horizontalen und dem Tuch gemessen wird. Also wie weit das Tuch runtergeht. Wird vermutlich so bei 15-20° sein.

Damit hast du die Belastung, und benötigst die Biegung auf einen Balken.

Die Biegesteifigkeit EI setzt sich zusammen aus dem Elastizitätsmodul E des Materials und dem Flächenträgheitsmoment I des geometrisch gegebenen Querschnitts.

Flächenträgheitsmoment von einem Rohr: I = Pi/4 ( R1^4 - R2^4 ) wenn ich mich richtig erinnere.

max. Durchbiegung Einzellast: = F * l³ / ( 48 * E * I )

mit F .. Kraft in Newton -> kg * 10
I .. Flächenträgheitsmoment m^4
E .. Elastizitätsmodul in Pa (bei Carbon schwierig, hängt von der Faserrichtung ab, probier mal mit dem gleichen wie Stahl)
l .. Länge

Dann weißt du wie weit sich das Ding in etwa durchbiegt.
Kanns dir nicht vorrechnen, mein Taschenrechner ist grad im Eimer.

Das ganze ist halt vereinfacht und mehr eine Abschätzung. Hier wird angenommen, daß eine Einzellast genau in der Mitte am Rohr angreift. Das ist in deinem Fall natürlich nicht so. Auf der anderen Seite hast du auch keine genaue Flächenlast, also keine gleichmäßig aufgeteilte Last. Eine gleichmäßige Flächenlast würde die Belastung auf ca. 65% reduzieren. Dh. wenn du mit Einzellast rechnest sollte das passen. Der Winkel vom Tuch ist entscheidend und gerade da hat man vermutlich die größte Ungenauigkeit.

Mal sehen was da rauskommt und ob meine Überlegung soweit hinhaut. Kann das jetzt nicht nachprüfen is ich einen Rechner gefunden habe. Sche.. Abhängigkeit vom TR.

 

[downhillschrott]

Ach ja, E Stahl ~200GPa E Alu ~70GPa
Alle Maße in m.

Btw.: What the f... means KTWR???

edit: Rohre gezogen oder gewickelt?

Mit gezogen meinst du alle Fasern in Längsrichtung, also zB. pultrudiert??
DAs ist nicht fein, weil dann knicken sie an den Verbindungsstellen. Ich würde die empfehlen Rohre zu nehmen deren Hauptanteil der Fasern in Länsgrichtung liegen, und dann mit ca. 2 Lagen 90° Gewebe umwickelt sind. Das gibt die nötige Formbeständigkeit für das Rohr.

Aluminium: 3-fache Durchbiegung wie Stahl bei gleichen Abmessungen bei einem Drittel des Gewichtes.

Muffen am Ende: Da würde ich größere Carbonrohre kaufen mit dem Innendurcmesser gleich Außendurchmesser deiner Rohre, die unter 45° abschneiden, dann zusammenkleben und mit Carbonfasern/gewebe umwickeln.

 

[waldschradt]

danke dh schrott für deine antworten

wenn deine formeln stimmen sollte es zumindest mit stahlrohren in meiner abmessung funktionieren. dass gemischte stäbe das beste wären ist mir klar, allerdings gibt es nur pultrudiert/gezogene oder gewickelte stäbe zu kaufen aber nicht die kombination.
mein grösstes sorgenkind, die eckverbindungen hast du ja auch schon angesprochen - aber ich denke da bin ich der lösung schon recht nahe.

eigentlich wäre es für mich ausreichend wenn jemand mir sagen könnte, dass ein 2 m cfk- rohr dieser abmessung 100 kilo gewichtsbelastung aushält. auflage punkte an den enden gewicht in der mitte und das rohr bricht nicht - dass sollte schon reichen als information für mich.

also weiter schreiben

danke rainer

btw. ktwr - ist der "kein thema wenig regeln" bereich in dem freds die nichts mit fahrrädern zu tun haben für gewöhnlich gepostet werden - der fred hier hat nichts mit rädern zu tun, braucht aber das wissen aus dem forum hier, deswegen hatte ich mir erlaubt ihn hier rein zu stellen.

 

[downhillschrott]

Die Formeln stimmen 100%ig. Frage ist ob mans so anwenden kann.

Aber um dir das vorzuzeigen: 100kg auf einen 2m Rohr?
Also du nimmst 100kg und hängst es in der Mitte auf ein 2m langes Stahlrohr mit 24x2mm

-> Durchbiegung: 98mm Ob das das Rohr aushält ist fraglich. Das wird vermutlich vorher brechen. 100mm Verformung auf 2m. naja, Vielleicht hält es auch. Jetzt könnte man natürlich die Spannungen rechnen und dann.. aber das ist mir jetzt zuviel.

Zum obigen Beispiel:

3*80-> 120kg /2 -> 60kg -> 600N

-> 59mm

Könnte schon gehen, ist aber nicht wirklich vertrauenserweckend.

Wenn du noch ein 20x2mm Rohr kaufst, das in das 24x2 hineinsteckst und verklebst also ein 24x4 machst:

-> 38mm

durchmesser erhöhen auf 30x2

-> 28mm bringt also wesentlich mehr als ein 24x4

edit: ooops, da hab ich aber nicht den winkel eingerechnet..

also bei 20° erhöhen sich die 600N auf 1750N also fast um den Faktor 3 und damit auch die Durchbiegungen.

 

[frichte]

Wenn ich hier sehe, wie stark sich die Rohre bereits bei einer Person verbiegen..

...würde ich garantiert größere Rohrdurchmesser bei Faserverbunden verwenden. Bei Aluminium haben die halt das Problem, dass sie mit größeren Rohrdurchmessern wesentlich die Wandstärke verringern müssten, was dann irgendwann zum Beulen führen würde.

Habe mir mal überlegt, wie ein Modell der Belastung im Idealfall (Person in der Mitte, Tuch auf ganzer Fläche um das Rohr greifend) aussehen könnte:

Wir haben also Druckkräfte und vor allem Biegung. Insofern wären also wie schon von anderer Seite angedeutet Längsfasern eigentlich ideal. Ich sehe das Problem des Knickens weniger an den Verbindungsstellen als vielmehr in der Mitte des Rohrs, weil sich hier Druck und Biegung schön für Knickung und Beulen überlagern. Das dürfte dann bei reinen Längsfaserrohren lustige Längsrisse ergeben. Diese haben auch das Problem, dass sie bei radialer Belastung nicht sehr querschnittsstabil sind, zumindest bei geringer Wandungsstärke - siehe Bild:

Gegen sowas hilft wie von downhillschrott schon genannt Gewebe mit 0/90Grad Faserwinkel am besten.

Die Prepregrohre von swiss composite sind ja prinzipiell so aufgebaut nur eben sehr teuer.

24mm halte ich auf jeden Fall für zu wenig. Also mindestens die 1 1/8'' (28,6mm), die auch bei Alu verwendet werden.
Vielleicht sind ja pultrudierte Glasfaserrohre eine Alternative. Die kosten nur 1/3 des Kohlefaserpendants und sind auch in 30/26mm Durchmesser zu bekommen. Darum dann ein/zwei Lagen Gewebe oder Schlauch laminieren.
Bezüglich der Verbindungsmuffen kannst Du ja mal bei Rose & Krieger schauen. Die haben für Rohre auch schöne Fertig-Kreuzverbinder aus Alu (möglicherweise aber zu schwer). Besser als an eckigen Rohrstumpfstößen Gewebe rumzulaminieren ist das allemal. So wie downhillschrott die Muffenverbindung vorschlägt klappt das bestenfalls mit Gewebeschlauch.

Sofern man allerdings alles selbst baut (UD-Gelege und Gewebeschlauch um Styrodurkern, der drinnen verbleibt, stramm umwickelt mit Videotape) könnte man auch mit Carbon unterhalb Deiner Preisgrenze bleiben.

frichte

 

[waldschradt]

nach dem sich das gewicht ja eigentlich auf 4 seiten verteilt und zudem relativ gleichmäsig über das gesamte rohr (wird ja in die bespannung eingeschlagen und die leitet die kraft gleichmäsig ein), denke ich dass die rohre halten. nur der stoss in der mitte der längsseite ist sehr kritisch.

was mir noch nun kopfschmerzen macht ist, wie vermuffe ich das richtig? - die konstruktion soll dabei ja steckbar bleiben um es transportabel zuhalten.

ich dachte daran, in der mitte ein rohr mit 15 cm überlappung nach beiden seiten einzusetzen, das in der mitte einen kleinen ring des rahmen rohres hat um ein einrutschen in eines der beiden rohre zu verhindern.

an den ecken wollte ich es so ähnlich machen, nur mit einem vollmaterial stab innen, einer hülse aus dem rohr des rahmenmaterials und ausen ein rohr passgenau über das rahmen rohr. diese hülse kann dann mit 45° abgeschnitten werden und mit einer 2ten solchen hülse zu einem 90° eckstück verklebt werden. 90° zu dieser klebe fläche wird noch ein loch gebohrt in das ein vollmaterial stab ein geklebt wird um ein verrutschen oder verdrehen entlang der klebefläche zu verhindern.

meint ihr, dass diese muffen zu "windig" sind? oder könnte das halten?


rainer

edit:

das sich die dinger biegen und das nicht zu knapp war klar.

das problem, warum ich nicht zu gösseren durchmessern gehen möchte, ist dass die rohre unverhältnismäsig teuer werden und dass sie nicht mehr teleskopierbar sind und ich mir somit eine neue muffenbauweise ausdenken müsste.

 

[downhillschrott]

Der Preis ist natürlich bei größeren Rohren ein Wahnsinn.

nehmen wir zB. mal die Preisliste von www.carbon-composite.com

Da kostet ein dafür wohl geeignetes Rohr 40*2 ~108Euro/m inkl Steuer
Das sind Rohre die zum Großteil aus Längsfasern bestehen und eine Decklage aus 0/90° Gewebe haben (kann als tragend gerechnet werden).

Wenn ich mich nicht vertan habe, dann bedeutet das bei 100kg mittig aufgehängt bei einer Länge von 2m mit einem E-Modul wie Stahl eine Durchbiegung von 1mm.

Das Metergewicht beträgt 370gramm ist aber schon ganz happig.

Bei 30/27 ~57,-/m , 61mm Durchbiegung und 205gr/m.
Also ein Rohr, das zwischen 30 und 35mm und 2-1,5mm Wandstärke hat scheint wohl der beste Kompromiss zu sein.

Aber wie oben schon erwähnt gilt das für ein ungeteiltes Rohr.

 

[downhillschrott]

Die Beulgefahr bei Aluminium würde ich da nicht unbedingt als besondere Gefahr sehen. So große Durchmesser und kleine Wandstärken sind wohl nicht passend. Bei 36x2.5 oder so besteht sicherlich keine Beulgefahr.

An den Autor: Du scheints dich ja schon umgesehen zu haben? Schau´ dir doch die Abmessungen der käuflich zu erwerbenden Fabrikate an. Daraus kannst du dir sicher die Belastungen ableiten.

 

[waldschradt]

ich bin ja kurz davor auf alu rohre um zusteigen (zumindest für die längsseite), da die kosten für die bastelei wohl sonst zu hoch werden - bei stimmiger stabilität.
diese rohre hätte ich dann aber gerne schon anodisiert gekauft - weis einer wo man die rohre so her bekommt?

rainer

Edit:
Rohr aus Flugzeugaluminium gefunden:
http://www.finsterwalder-charly.de/html/drachen/trapezstange.php

was meint ihr dazu?

 

[waldschradt]

so ich denke mit den rohren komme ich klar - auch wenn ich noch auf die bestätigung warte (2 carbon firmen und der drachenbauer)

aber wo zum hänker kann ich online die eckstücke kaufen, ich hätte geren welche dieser machart:

danke für eure mühen und für die aktzeptanz dieses spams

rainer

 

[mc-Bean]

Bei Kanya.ch gibt es verschiedene Rohrverbinder, aber nur in den Durchmesser 12, 20, 30, 40, und 50mm.

 

[ilex]

Rohr aus Flugzeugaluminium gefunden:

billiger gab es das Zeug direkt bei http://www.alu-menziken.com/ ansonsten denke ich wären die Gebrüder Zimmer von Bautek-Fluggeräte einer Anfrage nach günstigem (auch Rest oder dergl.) Material entgegenkommend

 

[downhillschrott]

Wenn du dass aus Alurohren machen willst, würde ich an deiner Stelle mal bei www.wmh.de anfragen. Die schneiden dir auch jede Länge runter.

 

[Nico100]

wie ich das meiste mach weis ich schon, Aufhängung, Besspannung und welchen stoff dafür.

Ich möchte mir auch ein Portaledge bauen, weiß aber noch nicht was ich da für einen Stoff hernehmen soll. was verwendest du den für einen stoff und wo kann man den kaufen??

 

[Nico100]

Was für einen Durchmesser und was für eine Wandstärke würdet ihr mir den empfehlen, wenn ich alurohre nehme??

Vielen dank

Nico