• Lotz Carbon Von der Faser zum Fahrrad – Teil XX

    Geschrieben von: Julian Lotz
    Sonntag, den 15. April 2012 um 16:23 Uhr

    Hallo liebe Leser!

    Nach ausgedehnter „Pause“ geht es endlich weiter. Leider hat die Uni viel Zeit verschungen, ich bin seit Weihnachten kaum in der Werkstatt gewesen, habe ein Projekt mit einem Hersteller von Carbon-Beinorthesen für Kinder durchgeführt, und letztlich habe ich nach einer stressigen Zeit etwas Ruhe gebraucht.

    Diese Woche habe ich für die Hinterradnabe (letzter Stand hier) die lasergesinterten Titan-Zahnscheiben bekommen. Vielen Dank an dieser Stelle an David (Ihr kennt ihn ja aus seinen 2nd-Ride-Beiträgen, wo wahrscheinlich bald auch was Neues kommt!), der sich um die Fertigung gekümmert hat!

    Zahnscheiben, lasergesintert aus Titan.

    Zahnscheiben, lasergesintert aus Titan.

    Die Zahnscheiben sind kompatibel zu DT-Naben, besitzen 36 Zähne in der Stirnverzahnung und wiegen im Paar exakt 10g. Zum Vergleich: Die gewöhnlichen Stahlscheiben haben 18 Zähne und wiegen ca. 24g, die leichtere Version, auch von DT zu haben, Stahl, innen ausgedreht, wiegt ca. 15g und besitzt 36 Zähne. Die Rasterung ist also feiner im Vergleich zur Standardzahnscheibe und reduziert den Winkel, bis der Freilauf sperrt, auf die Hälfte oder 10°. Das Gewicht konnte um gut 58% bzw. 33% gesenkt werden. Außerdem sind die beiden Zahnscheiben unterschiedlich, dadurch befindet sich – im Gegensatz zu den Originalteilen – der komplette Zahn der Stirnverzahnung im Eingriff. Die Originalteile weisen auf dem Innenradius einen Spalt zwischen den Zähnen auf.

    Zwei identische Zahnscheiben - daher der Spalt. Wird bald behoben durch Nachfertigung der passenden Scheiben.

    Zwei identische Zahnscheiben – daher der Spalt. Wird bald behoben durch Nachfertigung der passenden Scheiben.

    Als Anschlag für die Federn, die die Zahnscheiben zusammen drücken, dient das auf dem Bild zu sehende Fachwerk. Der Innenring ist eigentlich nur aus fertigungstechnischer Sicht notwendig, wird dieser dünner ausgeführt als auf dem Bild zu sehen, bschädigt man die Zahnscheiben zu stark, wenn man sie nach dem Lasersintern von der Unterlage löst. Die jeweils tragenden Querschnitte entsprechen jeweils mindestens denen der leichten DT-Zahnscheiben. Kerben wurden soweit möglich reduziert, so sind die Übergänge der Verzahnung auf der Außenseite zur Stirnverzahnung nach Möglichkeit etwas verrundet, auch die Taschen des Fachwerks sind einschließlich ihrer Böden verrundet. So werden Spannungsspitzen reduziert, das Material wird an diesen Stellen niedriger beansprucht.

    Schnitt durch die Zahnscheibe - man sieht die verrundeten Taschen und den verrundeten Übergang von Außen- zu Stirnverzahnung.

    Schnitt durch die Zahnscheibe – man sieht die verrundeten Taschen und den verrundeten Übergang von Außen- zu Stirnverzahnung.

     

    Überhaupt möglich wird dies durch den Fertigungsprozess des Lasersinterns:

    Hier wird schichtenweise ein Metallpulver aufgebracht, und an den Stellen, wo später Materialzusammenhalt gewünscht ist, wird das Pulver durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen und verbindet sich. So lassen sich quasi beliebige Geometrien erstellen, Extrembeispiele sind „gedruckte“ Zahnradgetriebe und ähnliches. Wer sich ein paar andere Beispiele anschauen möchte, dem sei ein sehr guter Thread im Light-Bikes-Forum empfohlen: Link.

    Von den Zahnscheiben ist übrigens bereits ein Paar in einem Lighweight-Hinterrad im Einsatz. Diese haben nun etwa 300km hinter sich, sind etwas eingeschliffen (man sieht ja, dass die Oberfläche aus der Maschine heraus recht rau ist), laufen leiser als Originalscheiben und halten zumindest bisher. Die oben gezeigten Scheiben werde ich bereits im Vorfeld etwas schleifen. Wenn sie dann eingelaufen sind, werden sie eventuell noch mit Titannitrid (TiN) beschichtet, diese z.B. von Aluminiumkassetten oder Bohrern, Fräsern und Wendeschneidplatten bekannte Beschichtung erhöht die Härte und reduziert den Verschleiß durch Reibung.

     

    Und dann habe ich ein Foto gefunden, das ich damals noch gar nicht veröffentlicht habe – nämlich die Nabe inkl. der Flansche. Hier habe ich eine besonders feinschichtige Platte aus CF-EP gebaut und dann auf der Fräse bearbeitet. Die Bohrungen für die Speichen sind nämlich nicht rund, sondern aus zwei Kreisgeometrien zusammengesetzt. Nach innen hin ist der Radius größer, um die Speichen einfädeln zu können, nach außen hin beträgt der Radius passende 1,8mm für die Sapim Superspoke. Der perfekte Sitz der Speichen reduziert die Flächenpressung im Speichenloch – zusammen mit dem sehr feinschichtigen Aufbau soll das Probleme mit Zwischenfaserbruch/Delamination an dieser Stelle verhindern. Eventuell werde ich die Flansche noch ähnlich der leichten Tune-Naben außen mit Roving armieren.

    Hinterradnabe mit Flanschen.

    Hinterradnabe mit Flanschen.

     

    Dann sei noch kurz etwas zum Bahnrahmen gesagt: Leider ist die Tretlagerhülse etwas schief im Rahmen – die muss also noch mal herausgetrennt werden und neu eingeklebt werden. Wird ein Spaß, so gut wie ich die Verklebung gemacht habe… Mitnehmen konnte ich daraus, dass ohne Rahmenlehre oder andere, ordentliche Vorrichtung, zumindest das Tretlager (und vermutlich auch das Steuerrohr, das habe ich aber noch nicht versucht) nicht ausreichend gerade eingeklebt werden kann. Gerade Tretlager und Steurrohr sind da sehr empfindlich auf Winkelabweichungen, am langen Hebelarm einer Kurbel oder Gabel machen sich kleine Abweichungen gleich sehr stark bemerkbar. Ich werde also demnächst eine Rahmenlehre bauen, um das Steurrohr, die Ausfallenden und das Tretlager an den Rahmen zu fügen, dann werden auch die Muffen laminiert und die Zugverlegung fertig gestellt. Und im Folgenden geht es dann wohl auch wieder mit dem leichten Rahmen weiter.

    Also, dann bis demnächst wieder!

     

    English summary:

    Hi folks,

    finally something new… I was a bit stressed with exams, projects etc., so there was a long break. This week I got laser sintered ratchets for DT-hubs. They were constructed by me and made by David, who you might know from his 2nd-Ride-Project on this site. The ratchets are made from titanium, weighing 10g and having 36 teeth. The lightest available DT ratchets come in at 15g and also do have 15 teeth. As you can see, they are raw and have to be sanded a bit. after that they might get a TiN-coating to prevent them from abrasion. Their face gearing is fitting better than the original is due to two different pieces who were matched to each other better. To reduce local stress, all edges were broken if possible to eliminate sharp notches.

    In the third picture you can see the hub with its flanges, they are made from very thin plies to get better strength. I machined them with the CNC mill and made the spoke holes matching perfectly to Sapims Superspoke to reduce contact pressure.
    I also have to give you an Update  concerning the track frame. The BB shell is a bit beveled, I have to cut it out and put it in another time. I will do that using a frame gauge. This will be best, also to prevent the steerer tube and the dropouts from getting out of place. After all, I can not recommend glueing those pieces together without some gauge – if there is a long lever like it is with the crank, the fork or the rear wheel, even small irregularities have big effects. Okay – I knew that before, but at least I do not get them together properly without some precise tools.
    Have a nice time until the next episode is coming!

     

    Categories: Allgemein, Lotz Carbon

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