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Wie funktionieren Sattelklemmen

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frankd
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Wie funktionieren Sattelklemmen

Beitrag von frankd » Mi 28. Nov 2012, 22:50

Ich wollte für eine Rohrverriegelung eine Sattelklemmung nachbauen, dabei komme ich nicht weiter, weil auch die im Handel erhältlichen Rohrgrößen und Rohrdicken begrenzt sind.
Also hier mein Problem, ich habe ein Alurohr mit 29 mm Innendurchmesser, das festzuhaltene Rohr hat einen Außendurchmesser von 28 mm. Das Außenrohr habe ich geschlitzt auf rund 4 cm. Nachdem ich die Sattelklemme aufgesetzt hatte und die Schraube festzog, wurde zwar das Innenrohr festgehalten, aber nicht stabil genug und was noch schlimmer war, das Außenrohr hatte sich im Bereich des Schlitzes durch die Klemme dauerhaft verformt. Mein Problem ist wahrscheinlich, daß das verwendete Außenrohr zu dünn war und es sich darum plastisch verformt hat, außerdem war der Spalt zwischen Innen- und Außenradius mit einem mm zu groß.
Aber wie muss es perfekt sein, das Aussenrohr natürlich dicker, um elastischer zu werden, aber auch nicht zu viel wegen dem Mehrgewicht, wie lang und breit muss der Schlitz sein und wie ist das perfekte Spaltmaß zwischen Innen- und Außenrohr. Und wie verhindert man Materialermüdung wenn man sehr häufig fest spannt. Und wenn das Innenrohr zu dünn ist, kann es sich wahrscheinlich an der Klemmstelle eindrücken, so kleine Beulen kann man erkennen.
Ein eigentlich simple Frage, der Teufel steckt im Detail.

Motte
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Re: Wie funktionieren Sattelklemmen

Beitrag von Motte » Do 29. Nov 2012, 08:50

So passt das auch nicht. Lies man hier nach: http://www.smolik-velotech.de/glossar/s ... EMMUNG.htm

Gruß

Udo

katapult
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Re: Wie funktionieren Sattelklemmen

Beitrag von katapult » Do 29. Nov 2012, 10:53

Google mal Distanzhülse / Shim, da solltest du das passende finden um auf die geforderten max. 0,2 mm Differenz zu kommen.

EmilEmil
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Re: Wie funktionieren Sattelklemmen

Beitrag von EmilEmil » Sa 1. Dez 2012, 15:27

Hallo frankd,
ich will die guten Antworten und Hinweise von @Motte und @katapult noch etwas ergänzen.
Zuerst zu den konstruktiven Einzelheiten: Bei Rahmen aus Stahl sind zB für die Sattelklemmung übliche (Praxis bewährte) Maße : Schlitzhöhe ca 50 mm bei einer Breite von 4.0 -5.0 [mm]. Der Außen-Durchmesser der Sattelstütze ist für Trekkingräder (alte) häufig 25.2 mm entsprechend Innendurchmesser des Sitzrohrs 25.4 mm (=1 Zoll).
Hier sind die Max. 0.2 mm Klemmspalt zu finden. Der Klemmspalt sollte auch nicht kleiner als 0.1 mm Minimum sein.
Aber (leider) sind auch andere Maße zu finden (Von Sattelstützen Außendurchmesser ist zwischen 25.0 mm bis 31.8 mm (~ 1 1/4 Zoll) oder mehr alles vorhanden. Diese Babylonische Durchmesser-Verwirrung (geht in 0.2 mm Schritten !) wäre zu vermeiden gewesen, wenn sich die Hersteller zB auf 1.0", 1 1/8", 1 1/4", 1 3/8" usw geeinigt hätten. Ein größerer Durchmesser in Alu-Legierung bei verminderter Wanddicke macht im Hinblick auf die höhere Biegesteifigkeit Sinn, weil dabei einiges an Gewicht gespart werden kann. Aus diesem Grunde gibt es für fast alle Fälle Beilagen (Hülsen) , um eine zu "dünne" Sattelstütze in einem größeren Innendurchmesser zu klemmen. Der umgekehrte Fall ist verständlicherweise nicht möglich. Zum Schlitz möchte ich noch anfügen, daß dieser in einer Bohrung (Radius etwa = Schlitzbreite) enden sollte, um die im Schlitzgrund auftretenden Kerbspannungen zu verringern. Nun sind seit geraumer Zeit Aluminium-Rahmen vorherrschend. Das Prinzip der Klemmung (Spannkraft der Schraube x Reibbeiwert (Alu-Alu ca 0.9) = übertragbare Kraft) wird dadurch nicht geändert.
Eine M6 Schraube der Festigkleitsklasse 8.8 kann zB 9.0 kN Vorspannkraft haben. Das wären dann 8.1 kN Haltekraft an der Sattelstütze. Ist die Belastung 100 kg Radlermasse voll auf dem Sattel (Freihändig,Beine hoch,Sitzwinkel 90°) ist die statische Belastung 1 kN ( = 100 kg x 10 m/sec²). Selbst bei einerm Stoß mit dem Last-Vielfachen von 3.0, wäre die Klemmung eigentlich ausreichend (3.0 kN <= 8.1 kN), wenn es nicht den Gesichtspunkt "Zulässige Flächenpressung" gäbe. Nimmt man eine Pressfläche von 10.0 mm x Pi x 25.4 mm = 798 mm² an (10.0 mm ist eine geschätzte Höhe), so wäre die Flächenpressung ca 3 kN/798 mm² = 3.76 N/mm². Gegenüber einer Fließgrenze (Quetschgrenze von Al 6061) von 200 N/mm² wäre auch dort der Abstand mehr als ausreichend. Leider kommen die 798 mm² verfügbare Pressfläche nur zu einem Bruchteil zum Tragen. Denn die Spannkraft der Klemmschraube verformt den wirksamen Klemmabschnitt des Sitzrohrs (Kreisringquerschnitt wird entsprechend dem Biegemoment durch die Klemmung asymmetrisch ovalisiert), so daß vielleicht nur 1/60 bis 1/10 der Fläche trägt. Die Flächenpressung wäre dann statt 3.76 N/mm² mit 3 kN/79.8 mm² = 37.6 N/mm² oder 3 kN/15.9 mm² = 188.7 N/mm² . Das sollte immer noch reichen. Und in der Realität reicht es auch. Aber schon ein nachlässig gespannter Schnellspanner kann im letzteren Fall zum Durchrutschen führen.
Eine Bemerkung noch zur Dimensionierung von Sattelstützen: Die Festigkeits-Auslegung erfolgt nach dem Biege-Momenten-Verlauf. Denn der Sitzwinkel liegt "normal" bei ca 74 ° zur Fahrbahnebene, so daß jede Last auf dem Sitz Biegemomente (mit linear wachsendem Verlauf) bis hinunter zur Klemmung erzeugt. Das führt bei einer Sattelstütze mit 25.4 mm Durchmesser zu einer Wanddicke von 3 mm. Diese 3 mm laufen von der Klemmung bis zum Sattel meist durch; mit einer Innen-Konifizierung könnte man einiges an Gewicht sparen. Auch wenn Festigkeitsmäßig alles in Ordnung ist (Langzeit-Festigkeit ?) sollte man ein Auge auf die Durchbiegung haben. Diese steigt am Sattel mit der 3.-Potenz der ausgezogenen Länge. Die Quetschfestigkeit (im Hinblick auf die Pressung durch die Klemmkraft) ist bei einer Sattelstütze, die das Biegemoment-Kriterium erfüllt, automatisch gegegeben.
Sorry, mehr geht aus dem Armel auf die Schnelle nicht.
MfG EmilEmil

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