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Folding*Star 20" Faltrad-Prototyp

ORi, Oyama, Pacy, Hercules, Strida, doppelganger ...
EmilEmil
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Re: Folding*Star 20" Faltrad-Prototyp

Beitrag von EmilEmil » Do 14. Apr 2022, 12:03

Zum Beginn der neuen Saison zur Erläuterung : Motto "Höher-Schneller-Weiter"
1) Bild "Höher":
Bild

2) Bild "Schneller"
Bild

3) Bild "Weiter" (Bi-Steinhude-Bi, > 200 [km} :
Bild

Ist zwar alles schon mal gesendet worden, aber zu Ostern in neuer Zusammenstellung evtl. als Aufmunterung ganz brauchbar.

MfG EmilEmil

EmilEmil
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Re: Folding*Star 20" Faltrad-Prototyp

Beitrag von EmilEmil » Sa 30. Apr 2022, 14:25

Nun ein paar Hinweise und Meßwerte für die Belastung von Hinterbau-Ständern.
Das Gewicht (Genauer = "Masse" !) des 406-er Faltrads Rot beträgt:

G = 17.9 [kg] (gemessen mit Schleppzeiger Kofferwaage) und berechnet aus den Hebelverhältnissen:

Radaufstand (vorn) 7.02 [kg] = 39.2 %
Radaufstand (hinten) 10.88 [kg] = 60.8 %

Radstand = 941 [mm]

Bild 1) Fahrrad an der Keller-Decke aufgehängt

Bild

Der Schwer-Pkt in der Fahrrad-Längsebene ("Symmetrie-Ebene") wird bei aufrechtem Stand bestimmt. Die Z-Koordinate "über der Fahrbahn " wird bei aufgehängtem Rad" durch ein Lot bestimmt. Von dem Lot werden Markierungen auf das Fahrrad (Rahmen) übertragen. Per Lineal wird dann für die Längs-Koordinate die Z-Koordinate bestimmt. Es ergibt sich:

Schwer-Pkt (572 ; 0 ; 455 ) (Von der Vorderachse ; in der Längsebene ; über der Fahrbahn)

Abstand Schwer-Punkt zu Vorder-Achse = 572 [mm]
Abstand Schwer-Punkt zu Hinter-Achse = 369 [mm]

Aufstands-Punkt (Ständer senkrecht zu Verbindung Reifen-Aufstands-Punkte) = 155 [mm]


Seitenständer (Hinten): Rad-Schiefstellung 7.0 [Grd] (nach Links, Vorder-Rad nach links eingeschlagen)

Hebelarm (bei Ständer-Stand) Schwer-Pkt Hs = 455 [mm] x sin(7.0) = 55.45 [mm]

Aus dem Gleichgewicht um eine Achse durch die Radaufstandspunkte folgt:

Ständer-Aufstands-Gewicht (gemessen) : = 6.85 [kg]

Von den 17.9 [kg] (Messung) gehen in das Ständer-Aufstands-Gewicht 6.85 [kg] (Messung) , in die Radaufstands-Punkte (-Flächen) 11.05 [kg] per Differenz-Bildung , die nochmal aufgeteilt werden müssen (Vorn = 39,2 % ; Hinten = 60,8 %, nach Schwer-Pkt-Koordinaten)) :

Fa,vorn = 11.05 x 0.392 [kg] = 4.33 [kg] (Aufspaltung mit Hebel-Gesetz)
Gemessen wurde Vorn = 5.0 [kg]

Fa,hinten = 11.05 x 0.608 [kg] = 6.72 [kg] (Aufspaltung mit Hebel-Gesetz)
Gemessen wurde Hinten = 6.50 [kg]

Ergebnisse, die ich ohne eine Rechnung/Messung so nicht erwartet hätte.
Der Ständer erfährt ein größeres Aufstands-Gewicht als beide Aufstandsflächen, wobei das hintere Aufstands-Gewicht etwa den gleichen Wert erreicht. Bei der Genauigkeit der gemessenen Werte muß beachtet werden, daß die Aufstands-Gewichte mit einer Personenwaage (Mechanisch), Skalenteilung 1/2 [kg] gemessen wurden. Und außerden wurde reihum gemessen, da nur eine Personenwaage zur Verfügung stand.
Ohne eine genauere Waage (Messung der Aufstands-Gewichte = Druck-Belastung) und einen Meßtaster können die Werte nicht genauer werden. Wie sich beim Meßaufbau darüber hinaus herausstellte, ist das Aufstands-Gewicht am Ständer-Fuß sehr empfindlich (plus/minus 30 % !) bezüglich der Schwerpunkt-Lage, die sehr stark von der Schräglage des Fahrrades abhängt. Der Schräglagen-Winkel ist schwierig ein zu stellen, da der Ständer eine bestimmte Eigen-Elastizität besitzt. Für eine Reproduzierbarkeit der Ergebnisse kann man daher keine enge Garantie (+(-) 5 % ?) geben. Immerhin für eine Vordimensionierung eines Ständers bzw. einer angeschweißten Befestigungslasche mit der Ständeraufnahme KSA18 oder KSA40 gibt es Orientierungs-Werte. Auch die erforderliche Torsions-Festigkeit einer Kettenstrebe für den Ständer-Anbau kann abgeschätzt werden. Es sei der Außenradius der Kettenstrebe ra = 17.0/2 [mm], der Innenradius ri = 15.5/2 [mm]; (Wanddicke =1.5 [mm]).
Mit Fs = 6.85 [kg] und einem Hebel zum Torsions-Mittelpunkt der Strebe l = 0.092 [m] = 92 [mm] wird das Moment Mt und das Torsionswiderstands-Moment Wt

Mt = 6.85 *9.81 [kgm²/sec] * 0.092 [m] = 6 182.26 [Nmm]
Wt = Pi (ra^4-ri^4)/2ra = Pi (17.0^4 - 15.5^4)/17.0 [mm^3] = 4768.0 [mm^3]

Die maximale Schubspannung durch Ständerbelastung wird:

Tau(max) = Mt/Wt = Mt/(Pi (ra^4-ri^4)/2ra)= 6180/4768 [Nmm/mm^3] = 1.296 [N/mm²]
Beim S235 Stahl liegt die Fließschubspannung bei ca. Tau(f) = 235 [N/mm²]/2.66 = 88.3 [N/mm²]
2.66 = 2(1+ nü) = 2(1+ 0.33 (Querkontraktion)).
Auch, wenn man den Schwerpunkt durch Gepäck oder Kinder-Transport verändert und die Ständer-Belastung erheblich vergrößert, ist eine an der Kettenstrebe angeschweißte Lasche (KSA18 oder KSA40) normalerweise immer in der Lage, "Stand zu halten". Auftretende Probleme entstehen durch den Versuch mit einer Klemmung den Ständer an der Kettenstrebe zu befestigen, da die Kontur der Klemmung nicht mit der Kontour der vorhandenen Kettenstrebe (die kann Kreis-förmig, Ellipsen-förmig oder auch Super-Ellipsen-förmig (Vierkant mit Rundungen a la Korbbogen sein) im Allgemeinen nicht harmoniert.
Ich habe an allen meinen 4 Fahrrädern Hinterbau-Seitenständer angebracht. Da die keine Aufnahme für einen Ständer hatten, wurden Bohrungen (Durchmesser 5.5 [mm ]mit 18 [mm] oder 40 [mm] Lochabstand angebracht. Der typische Deutsche Bedenkenträger: O wie schrecklich, Wie kann er nur !)

Bild 2,3,4,5 ) Hinterbau-Seitenständer an 4 Rädern

Bild

Bild

Bild

Bild

Nun er kann, Probleme habe ich dadurch nicht gehabt !
Was nicht so gut ist: Zwar sind die beiden Hebie-Ständer leicht (unter 200 [g] !), bzgl. der Steifigkeit sind diese relativ schlapp (der Ständer-Kopf ist ziemlich nachgiebig, das liegt an der verstärkten Kunststoff-Konstruktion ==> kleiner E-Modul ==> kleine Steifigkeit trotz der Glasfaser Verstärkung !).
Fast alle Markt-gängigen Ständer haben Probleme mit der Befestigungs-Verschraubung, da beim Ein- und Aus-Klappen Schwingungen entstehen, die die Befestigung-Schrauben lockern. Kleine Gummi-Platten an geeigneter Stelle am Ständer angebracht, können das Problem beheben. Aber nein, lieber werden Design-Flatulenzen für teures Geld auf die Menschheit losgelassen. Ich habe deshalb mit bis jetzt gutem Erfolg M5 Muttern mit Sperrverzahnung verwendet.
Es fehlen aber Messungen mit einem System-Gewicht (Radl plus Fahrer in verschiedenen Körperhaltungen). Evtl. leb ich noch etwas länger, dann wird das noch etwas, wenn ich Lust dazu habe !

MfG EmilEmil

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Re: Folding*Star 20" Faltrad-Prototyp

Beitrag von EmilEmil » So 1. Mai 2022, 13:36

Bei der Eingabe für den inneren Radius (di/2) des Torsions-Widerstandsmomentes Wt ist mir ein Fehler unterlaufen: Der innere Durchmesser ist nicht 15.5 [mm] wie geschrieben, sondern 14.0 [mm] (Wanddicke 1.5 ringsum !). Die angegebene, geringe Schubspannung wird dadurch noch geringer. D.h. an den qualitativen Aussagen ändert sich Nichts. Leider kann man eine Korrektur in den Beitrag nicht mehr direkt einfügen. Ich bitte daher um Entschuldigung.

MfG EmilEmil

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Re: Folding*Star 20" Faltrad-Prototyp

Beitrag von EmilEmil » So 1. Mai 2022, 14:01

Leider muß ich noch eine Korrektur einfügen: Das Wt wird mit den Werten r = d/2 für die Radien:
Wr = 521 [mm³] und die max. Schubspannung wird ca. 12 [N/mm²]. Die qualitative Aussage ist nach wie vor gültig.

MfG EmilEmil

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