• Lotz Carbon Von der Faser zum Fahrrad – Teil XVIII

    Geschrieben von: Julian Lotz
    Samstag, den 03. Dezember 2011 um 14:58 Uhr

     

    So, liebe Leser, Weihnachten naht, und zumindest bis Neujahr hätte ich ganz gerne den Bahn- und Aerorahmen zusammengeleimt.Also ging es an diesem (leider verkürzten) Bastelwochenende ans Zusammenfügen der ersten Rohre.

    Zuerst aber noch ein kleiner Nachtrag zum letzten Beitrag: Den Schrumpfschlauch sollte man vor dem Tempern der Rohre entfernen, nach dem Tempern bekommt man den nur noch unglaublich schlecht runter. Das habe ich vergessen zu erwähnen, aber Sebastian aka Coparni aka Carbonschmiede.de hat mich drauf aufmerksam gemacht. Danke Sebastian! Er hält übrigens den Uhu Endfest für merklich besser als den Epoxydkleber E von R&G – auch abgesehen von der Hydrolysebeständigkeit. Wo höchste Festigkeiten gewünscht sind, geht man also mit Uhu lieber auf Nummer sicher.

    Da ich ja nun keine professionelle Rahmenlehre für diesen Rahmen verwenden will (was beim Steuerrohr übrigens noch einigermaßen Probleme machen wird- btw, ein Foto vom Steuerrohr mit Lagern habe ich natürlich vergessen zu machen…), wird also mit allerlei Unterlegern auf einer planen Holzplatte gebaut. Das kann so jeder nachmachen, die Kosten sind minimal. Die Holzplatte muss nur schön plan sein, das kann man mit einer Wasserwaage oder einer ähnlichen, absolut geraden Leiste/Brett/Stange kontrollieren. Für’s Tretlager habe ich dann ein Loch in die Platte gebohrt und eine M12-Gewindestange durchgesteckt. Via Muttern und U-Scheiben kann man dann die Tretlagerhülse schön rechtwinklig auf die Ebene setzen und das Sitzrohr so fixieren. Die Detailzeichnung des Tretlagerbereiches habe ich einfach druntergeklemmt, das erleichtert die Ausrichtung der Rohre zueinander. Achso – entschuldigt die sehr mittelmäßigen Bilder – ich hatte meine Kamera diese Woche nicht dabei…

    Fixierung der Tretlagerhülse auf der Holzplatte.

    Fixierung der Tretlagerhülse auf der Holzplatte.

     

    Die Klebung der Gewindehülse an das Sitzrohr habe ich ja letzte Woche bereits behandelt. Heute kommt noch das Oberrohr an das Sitzrohr. Da die Züge innen verlegt werden sollen (Aerodynamik, schön saubere Optik), ist jetzt die Frage, wie man das angeht. Der Bremszug für die Hinterradbremse geht also vorne durch eine Bohrung seitlich in’s Oberrohr hinein (Foto vergessen zu machen, kommt in 2 Wochen nach!). Allerdings soll der Zug nicht wieder seitlich aus dem Oberrohr raus, sondern erst hinter dem Sitzrohr. Da liegt er zum einen im Windschatten des Sitzrohres, zum anderen verläuft er eben auch einfach länger im Rahmen, das dürfte der Optik zugute kommen. Der Zug soll in einem dünnen Carbonrohr laufen – so kommt keinesfalls Dreck an den Zug. Außerdem wird das Carbonrohr zumindest weitgehend durchgängig sein, sodass man einen neuen Zug einigermaßen gut durchfädeln kann, wenn man ihn nicht gleich mit dem alten Zug oder einem Faden durchziehen kann, weil man in der Eile den alten Zug einfach so herausgezogen hat. Wer einen Rahmen mit innenverlegten Zügen fährt, weiß vielleicht, wovon ich spreche.

    Also musste erstmal eine Bohrung durch’s Sitzrohr, von vorne nach hinten, Durchmesser ~4mm, und unter einem Winkel der 90°-Sitzwinkel entspricht, damit das Kohlerohr auch einigermaßen gerade im Oberrohr verläuft. Aussehen tut das dann so:

    Zugverlegung durch das Sitzrohr, Führung im Oberrohr.

    Zugverlegung durch das Sitzrohr, Führung im Oberrohr.

     

    Über dieses Führungsröhrchen kommt dann das Oberrohr. Natürlich funktioniert diese Bauweise nur, wenn man einen ISP-Rahmen baut, oder wenn die Stütze robust genug ist, um in passender Höhe eine Bohrung zu setzen. Das Carbonröhrchen wird hinten natürlich noch abgeschnitten, aber erstmal muss da später noch der Hinterbau dran und die Muffe gewickelt werden – danach wird dann der Überstand entfernt.

    Gut, das Oberrohr habe ich dann also in passender Höhe an das Sitzrohr gelegt, und dann mit 5-Minuten-Epoxy fixiert, genau wie bei der Tretlagerhülse. Das sah dann so aus:

    Oberrohr am Sitzrohr fixiert. Unten: das Unterrohr.

    Oberrohr am Sitzrohr fixiert. Unten: das Unterrohr.

     

    Im folgenden Schritt habe ich dann die Übergänge ein bisschen mit einem gefüllten Kleber geglättet. Hierzu habe ich Kohlenstofffaserschnitzel (3mm lang, tolles Wort!), Thixotropiermittel (das neue bei R&G, soll sich besser vermischen – scheint mir auch wirklich weniger Klümpchen zu bilden) und gemahlene Kohlenstofffaser (0,2mm lang) mit Laminierharz vermischt. Die Füllstoffe ohne Harz habe ich dann auch mal fotografiert, das kennt vermutlich kaum einer der Nicht-Heimwerker hier vom sehen her. Übrigens, Bilderrätsel, bis zur nächsten Folge darf geraten werden, was das kleine rosa Teil ist, was auf dem Bild links rumliegt.

    IMG_7306

    Füllstoffe für die Klebermasse

    Füllstoffe für die Klebermasse

     

    Der Kleber darf übrigens gerne ziemlich harzreich angerührt werden – das Thixotropiermittel macht das alles sehr zähflüssig, und mit viel Harz vermeidet man zu viele Lufteinschlüsse, die sich bei den 3mm-Kohleschnitzeln sonst gerne mal bilden, wenn man nicht verpresst. Damit habe ich dann also ein bisschen Kanten, Absätze und Radien geglättet. Im weiteren Fortgang kamen dann noch Rovings bzw. UD-Band als Schlaufen um die Tretlagerhülse bzw. um das Sitzrohr. Damit will ich Reservelastpfade schaffen, damit selbst im Falle eines Schadens an einer der Muffen noch Fasern da sind, die das ganze ein bisschen zusammen halten.

    Kurzer Einschub an dieser Stelle:

    In diesem Zusammenhang verwenden viele Hersteller auch Aramidfasern. Aramidfasern haben eine sehr hohe Bruchdehnung, ertragen hohe Lasten (allerdings ausschließlich auf Zug, während C-Fasern und Glasfasern auch Druck können!) und wirken sehr gut als Rissstopper (ein Riss im Harz wird meist gestoppt, wenn er die sehr zähe Faser erreicht). Man könnte also meinen, dass es in Hinsicht auf das Bruchverhalten sehr nützlich sei, Aramidfasern in Rohrknoten hineinzulegen. Dabei werden aber gerne die Probleme außer Acht gelassen, die man sich mit der Aramidfaser in’s Bauteil holt:

    Aramidfasern sind wie schon gesagt nur auf Zug beanspruchbar (bei Druck knicken die Fasern in sich, auch im Verbund mit Harz). Sie müssen aufwändig getrocknet werden, da Feuchte ihre Festigkeit deutlich heruntersetzt (dazu bräuchte man einen entsprechenden Ofen, der auch die Luftfeuchte auf extrem niedrige Werte reguliert, sowas besitze ich nicht, und ob alle Fahrradhersteller in China sowas einsetzen sei auch mal dahingestellt…). Die Verklebung von Faser und Matrix ist kritisch. Die Faser-Matrix-Haftung ist bei Aramidfasern meist deutlich schlechter als bei C-Fasern oder Glasfasern. Zwischenfaserbrüche können an der Grenzschicht von Faser und Harz oft schneller entstehen. Einen Rissstopper-Effekt kann man auch durch Schichtung von vielen dünneren Schichten C- oder Glasfasern erreichen, wenn ihre Winkel etwas streuen (+-5° hilft da schon, gerne natürlich auch mehr, sofern das technisch sinnvoll ist). Das Bruchverhalten ist in solchen komplex beanspruchten Bereichen wie es die Rohrknoten sind (hier wirken ja Spannungen in alle möglichen Richtungen, die Laminate enthalten auch meist mehr als nur 2 Faserrichtungen) sowieso eher günstig (sofern keine ultrahochmodularen Fasern verwendet werden), weil die Steifigkeit deutlich abnimmt, bevor alles auseinander reißt. Das merkt man also rechtzeitig. Alles in allem denke ich, dass der Aufwand, der betrieben werden muss, um Aramidfasern dort sinnvoll einzusetzen, eindeutig zu hoch ist, verglichen mit dem Nutzen. Ein gut gemachter Rohrknoten, rein aus C-Fasern (meinetwegen mit zwei unterschiedlichen Fasertypen, eine steife, eine mit viel Bruchdehnung) ist absolut ausreichend.

    So, also die Schlaufen jedenfalls werden großflächig an die Rohre angeschlossen, in deren Richtung sie liegen. Damit ist eine gute Krafteinleitung über die Klebung gewährleistet.

    Schlaufe, die Oberrohr und Sitzrohr verbindet. Darunter teils gefüllte Klebermasse.

    Schlaufe, die Oberrohr und Sitzrohr verbindet. Darunter teils gefüllte Klebermasse.

    Diese Schlaufen werden dann ein bisschen mit Abreißgewebeband umwickelt und dann ausgehätet. Für das Tretlager sieht das dann so aus:

    Verpresste Schlaufe am Tretlager.

    Verpresste Schlaufe am Tretlager.

    Da die Fasern in der Schlaufe sehr straff gezogen werden können, muss man dort nicht unbedingt pressen, weil sich die Luft von selbst größtenteils rausdrückt. Das habe ich damals immer bei den Sattelklemmen gesehen – die waren ja auch nur straff gewickelt, mit gut getränktem Roving, die Laminatqualität war immer einwandfrei. Das funktioniert also sehr gut. Natürlich sinkt der Faservolumengehalt, man schleppt etwas mehr Harz als nötig mit – da das aber nur die Schlaufen betrifft, macht das am ganzen Rahmen nicht viel aus.

    Übrigens ist es günstig, den Faservolumengehalt etwas zu senken, wenn die Fasern rein auf Zug beansprucht werden – während man üblicherweise 60% Fasern einstellt, ist es in Hinsicht auf Ermüdungsbeanspruchung günstig, den Fasergehalt auf 50% zu senken. Natürlich muss die Fasermenge gleich bleiben, sie wird also nicht gesenkt, sondern es wird einfach mehr Harz verwendet. Dadurch liegen die Fasern etwas weiter auseinander im Verbund, es gibt weniger Fehlstellen, wo zwei Fasern direkt aneinander reiben. Sollte ein Filament (=einzelne Faser) reißen, dann wirkt sie auf die etwas weiter entfernte Nachbarfaser nicht so stark als Kerbe. Für alle anderen Beanspruchungen der UD-Schicht sollte man sich beim Fasergehalt aber besser bei ~60% bewegen!

    Gut, das wäre es dann auch für heute. Nächstes Wochenende gibt es keinen Fortschritt, da muss ich endlich mein seit einer Weile abgeschlossenes Bachelorstudium feiern. Die nächste Folge dürfte es dann eventuell übernächste Woche geben, spätestens am 25.12. gibt es aber das fertige Steuerrohr, die Ausfallenden, das kleine rosa Teil vom Bild oben (na, schon eine Idee?) und vielleicht auch den Hinterbau als solches. Vielleicht kommt in der Zwischenzeit noch ein Beitrag von David zu seinem 2nd Ride – falls Ihr die Serie noch nicht kennt, die Einführung gibt es hier: Link, den ersten Teil dort: Link, weitere Teile natürlich im Archiv.

    Bis dahin eine schöne Vorweihnachtszeit!

     

    English summary:
    Hi out there! First: sorry for the not-so-good pictures this week – I forgot to take my camera to the workshop, so I had to take a small camera. This Weekend I attached the toptube onto the seattube. I used a plain wooden board as a device for positioning the tubes. The BB was attached with a thread bar, which made a good rectangular alignment of the BB to the frames plane. The cable for the rear brake is installed inside the toptube, it’s going in at the left side in just behind the steering tube and it goes out through the seattube. Therefore I had to drill a ~4mm hole in which I bonded a small carbon fibre tube as some kind of liner.

    The edges of the cross sections are smoothened with some epoxy based glue. I used the L20/EPH161 as epoxy system, but filled it with Aerosil and two kind of milled carbon fibre – 3mm and 0,2mm length. It’s relatively important to use enough epoxy to prevent too much cavities. After that, I laminated some nooses to prevent the tubes from getting apart if the lug cracks. This was done for the toptube/seattube-intersection as well as for the BB. I pressed the laminte partially with some peel-ply.

    BTW, you see that small pink part on the left of picture no. 4? Have a guess what this is for! 😉

    The next episode will be around december the 18th or the 25th! Have a nice pre-christmas period!

    Categories: Allgemein, Lotz Carbon

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