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Schrödinger TR1 Holztrike


#1

Ich starte heute die Dokumentation für mein Holztrike das in letzten Monaten auch im Fablab entstanden ist. Ich schreibe mal hier im Forumsbereich damit auch Rückfragen möglich sind. Und weil ich fürchte das es im wiki eher nicht gelesen wird. Das Rad ist noch nicht ganz fertig aber schon sehr weit fortgeschritten.
Zu Anfang möchte ich ein paar Fragen vorweg nehmen die öfters auftauchen.

Warum ein Liegerad?
Ziemlich bequem besonders auf langen Strecken und aerodynamisch besser als ein Rennrad und somit echt flott.

Warum 3 Räder?
Weil man auch an Ampeln entspannt auf den Pedalen bleiben kann und auch bei niedrigen Geschwindigkeiten (am Berg) nicht kippelt. Außerdem zaubert die Querbeschleunigung in engen Kurven einfach jedem ein Lächeln aufs Gesicht :slight_smile:

Warum aus Holz?
Da muss man jetzt etwas weiter ausholen. Vergleicht man die spezifische Festigkeit ( also den Quotienten aus Festigkeit durch Masse) gängiger Rahmenmaterialien ergibt sich folgende Liste
Zugfestigkeit:

hochfester Stahl 25crmo4 950Mpa/7,8kg/dm³=121Nm/g
hochfestes Aluminium Aw7075 350Mpa/2,8kg/dm³=125Nm/g
Buchenholz 140Mpa/0,65kg/dm³=215Nm/g

Holz also fast doppelt so fest wir die anderen? Nicht ganz. Holz hat parallel zur Faser eine krasse Vorzugsrichtung. Quer zur Faser sind es nur 10Mpa.
Deshalb ordnet man in Sperrholzplatten die Einzellagen jeweils 90Grad gedreht an. Man erhält dann eine weitgehend homogene Platte (im optimalen Fall ordnet man die Lagen natürlich exakt belastungsgerecht für das Bauteil) mit einer spezifischen Zugfestigkeit von ca. 115Nm/g
Also alle etwa auf gleiche Niveau. Wodurch ergibt sich jetzt der Vorteil von Holz?
Vereinfacht gesagt: Die Stabilität eines Hohlprofils steigt bei gleichem Materialeinsatz mit dem Durchmesser, dabei wird dann zwangsläufig die Wandstärke immer geringer. Das funktioniert nur so lange bis die Wandstärke so gering ist, dass die Wände eindellen bevor die Zugfestigkeit erreicht ist oder der Träger einfach zu anfällig für äußere Einflüsse wird, das Fahrrad soll ja nicht gleich kaputt gehen wenn man es mal an eine Laterne anlehnt. Aufgrund seiner geringen Dichte hat Holz hier Vorteile. Auch großvolumige Träger können noch eine ausreichende Wandstärke aufweisen. Das ergibt also auch gleich eine Gestaltungsvorgabe für den Rahmen: So großvolumig wie Wandstärke und Ergonomie es zulassen.


#2

Ich habe 3 prinzipiell unterschiedliche Entwürfe gemacht die eventuell auch noch verwirklicht werden.
Da ich den rechteckigen Kastenräger auch in geschwungener Form immer unästhetisch fand (neben den konstruktiven Schwächen) habe ich mich für den aufwendigsten mit runden Querschnitten entschieden.

2015 kurz vor dem Bau des „Healy“ Holzvelomobils hatte ich schonmal ein Sperrholzrohr aus Furnierlagen hergestellt, mit prinziepell ermutigendem Ergebniss aber noch ausbaufähiger Qualität und Optik. Zu der Zeit hatte ich auch Kontakt mit der Firma Ligno Tube die als Startup Holzrohre aus 45Grad Furnierlagen herstellt. Pullwinded in Holz praktisch. Ich wollte den link hier einstellen aber die Seite ist nicht mehr erreichbar.

Der Kontakt war sehr zäh, die hatten vermutlich andere Sorgen. Im Frühjahr 17 bekam ich dann aber tatsächlich zwei Probestücke. Qualität und Optik waren hervorragend allerdings war der Klebstoff unbekannt und die Rohre nicht für den Außenbereich zugelassen (obwohl es ein Fahrrad mit dicken Alumuffen auf deren Website gab).

Außerdem ist Faserlage halt immer 45Grad was für viele Teile nicht optimal ist und dann mit Zusatzgewicht Überdimensioniert werden muss. Und die Rohre sind halt Kreisrund. Gerade wenn man mit großen Querschnitten arbeiten möchte ist die Breite wegen der Ergonomie und Kettenlinie aber begrenzt. Hier bieten sich dann hochovale Rohre an.

Musterrohr der Firma Ligno Tube
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Selbst erstelltes Mahagonirohr mit gerichteten Faserlagen
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#3

Hier mal ein Bild vom (fast) fertigen Rad, damit man sich was drunter vorstellen kann.


#4

Ein paar worte noch zu den inneren werten.
Herkömmliche fahrradrahmen (diamantrahmen) sind weitgehend als gitterrohr ausgelegt. Das heißt das alle auftretenden kräfte in druck und zugkräfte zerlegt werden. Der Einrohrahmen des Trikes muss dagegen auch mit biegung und Torsion klarkommen (aber immernoch weit weniger als ein 4rad da ja auch in unebenem gelände immer alle räder auf dem boden sind)

Auf dem bild sieht man die dünne hüllfläche und das darunterliegende spantengerüst (bereits mit speziellem leim eingestrichen)
Diese quer zum Rahmen liegenden Flächen verstärken den Querschnitt und verhindern ein einbeulen der fläche bei Biegebelastung und nehmen torsionsbelastungen auf. Da eine torsion immer eine querschnittsverkleinerung bedeutet (man kann das sehen wenn man z.B. einen wollfaden zwischen den fingern verdrillt). Umkehrt gilt also das ein körper des querschnitt nicht verkleinert werden kann sich weniger verdrehen lässt.

Auf dem bild sieht man außerdem kleine holzstäbe welche die leimfläche an der unteren fläche erhöhen um die gesamte festigkeit der hülle über die fuge übertragen zu können.

Die Dimensionierung des trägers lässt sich näherungsweise als biegebalken erechnen. Man nimmt bei fahrrädern hier etwa die 5fache statische auflast an. Das rad sollte also im stand ca 550kg aushalten.


#5

Ich ziehe meinen imaginären Hut vor dir :cowboy_hat_face::heart_eyes:
Respekt


#6

super - gehört eigentlich auf die Seite “Leuchtturmprojekte”