Opensource CFK-Mountainbike
Was habe ich hier vor?!
Hallo allerseits,
ich habe mir als langfristiges Ziel gesetzt einen eigenen vollgefederten Fahrradrahmen zu konstruieren und dabei so transparent wie möglich vorzugehen.
Das ich es besser mache, als auf dem Markt vorhandene Rahmen bezweifele ich stark, aber anders werde ich es auf jeden Fall angehen.
Dabei habe ich mir folgende Gedanken gemacht.
Warum gibt es relativ viele zuhause gebrutzelte (fachmännisch für geschweißte) Fahrradrahmen wobei Schweißen ein gewisses Geschick und das richtige Tooling benötigt. Warum kaum Rahmen aus Verbundwerkstoffen? Der Aufwand bis man Laminieren beherrscht ist im Vergleich zu Schweißen geringer. Das Tooling ist für Handlaminieren günstiger. Einzig der Formenbau sieht komplizierter aus, wobei das selbst nur eine Fleißarbeit wäre, Schaumstoffe könne man mit Sandpapier und „N“ Stunden schon in eine annehmbare Form bringen.
Um meinen Standpunkt zu erläutern eine kurze Exkursion in die Fertigung von Verbundwerkstoffen. In der Regel werden heutzutage hoch-belastbare Volumenkörper aus Verbundwerkstoff um einen Kern aus einem formstabilen Schaumstoff laminiert oder durch eine Art Ballons in eine Negativform gepresst. Um eine gute Oberfläche zu erhalten wird auch bei ersteren eine Negativform oder ein Vakuumsack verwendet die/der Druck auf das Laminat ausübt. Der Aushärteprozess wird in einem Autoklaven durchgeführt, der auf einen werkstoffspezifischen Druck- und Temperaturverlauf eingestellt wird. Der Autoklavprozess wird vor allem bei Pre-pregs, also vor imprägnierten Faser-Matrix-Halbzeuge, wie der deutsche Ingenieur sagen würde, verwendet. Der allgemein bekannte Prozess wäre das Handlaminieren, bei welchem die Laminatschichten aufgelegt werden und per Hand mit Harz getränkt werden. Das alles geschieht auf einer Positivform und wird meistens noch ergänzt durch versiegeln mit einer Folie und anschließendem Unterdruck mittels einer Vakuumpumpe um Lufteinschlüsse zu entfernen und den Fasergehalt zu erhöhen. Alles in allem klingt das nach Prozessen die in der heimischen Garage machbar sind. Denn im Endeffekt laufen ja alle Prozesse auf glorifiziertes Faserschichten und darauf folgendes Backen hinaus.
Und genau hier kommen wir zum Thema 3D Druck. Man könnte doch für den Schaumkern Negativformen drucken, welche dann definitiv in den Toleranzen bleiben. Ein Schaumkern aus Handarbeit ist da eher noch Kunst statt Ingenieursarbeit. Dadurch das ich 3D Druck und CAD benutze, wären Änderungen im Design und Anpassen an Körpergrößen wie Vorlieben schnell umgesetzt. Auch wäre die Generierung von STL-Files möglich, bei denen der User einfach seine gewünschte Rahmengeometrie eingibt und Software am Ende die Files ausspuckt die man seinem Drucker füttert. Wenn man dafür jedes mal einen neuen Schaumkern händisch fertigen müsste, stände der Zeitaufwand in keiner Relation zum Produkt.
In diesem Sinne kommt im Folgenden klar und präzise formuliert was ich vorhabe umzusetzen:
Das Ziel dieses Projektes ist der Entwurf und Konstruktion eines vollgefederten Mountainbikes aus dem Werkstoff CFK. Die Hauptschwerpunkte der Entwicklung liegen bei der einfachen Fertigung sowie der Variabilität der Rahmengeometrie zwecks Größen- und Vorliebenanpassung. Die Fertigung des Rahmens wird auf einem Schaumkern basieren, welcher in einer 3D-gedruckten Form aufgeschäumt wird. Dadurch wird große Variabilität ermöglicht. Am Ende des Projektes sollen die Daten für die Druckform, sowie die Schnittmuster für die Laminatschichten durch Angaben der Geometrie generiert werden. Der Rahmen soll große Steifigkeit sowie Sicherheit vor Versagen bieten. Der Federweg soll 160 mm betragen und die Laufradgröße soll 27,5" sein. Wenn möglich, sollte die Kinematik die Montage einer Pinion-Getriebebox zulassen und die Konstruktionsdaten die Möglichkeit umfassen das Interface des Getriebes auszuwählen.
Christoph