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Apr 13, 2024

AASQ #152: Warum gibt es in modernen Fahrradrahmen kein internes Fachwerksystem?

Wir wissen, dass es keine dummen Fragen gibt. Aber es gibt einige Fragen, die Sie Ihrem örtlichen Geschäft oder Ihren Reitfreunden vielleicht nicht stellen möchten. AASQ ist unsere wöchentliche Serie, in der wir dem Thema auf den Grund gehen

Wir wissen, dass es keine dummen Fragen gibt. Aber es gibt einige Fragen, die Sie Ihrem örtlichen Geschäft oder Ihren Reitfreunden vielleicht nicht stellen möchten. AASQ ist unsere wöchentliche Serie, in der wir Ihren Fragen auf den Grund gehen – ob ernst gemeint oder nicht. Klicken Sie auf den Link am Ende des Beitrags, um Ihre eigene Frage einzureichen.

Willkommen zurück zur Bikerumor Ask A Stupid Question-Reihe. Diese Woche werfen wir einen genaueren Blick auf die weniger beachtete Verwendung von Truss-Systemen im Fahrradrahmendesign. Einer unserer Leser möchte wissen, warum die Verwendung von Traversen, insbesondere von Innentraversen, in der Branche nicht weiter verbreitet ist. Um diese Frage zu beantworten, haben wir uns an mehrere Rahmendesigner gewandt, die bei der Herstellung ihrer Rahmen in unterschiedlicher Form ein Truss-System eingesetzt haben. Da sie selbst Truss-Systeme verwendet haben, können sie vielleicht am besten sagen, warum dieses ungewöhnliche Rahmendesign immer noch, nun ja, ungewöhnlich geblieben ist.

Warum gibt es in modernen Fahrradrahmen kein internes Traversensystem? Ja, wir müssen die Oberfläche glatt halten, aber warum wird nicht mehr davon gesprochen, dass einzelne Faserstränge in einem Traversensystem eine Traglast aufnehmen? In steifen Bereichen wie Tretlagern und Steuerrohren könnte es zu Gewichtseinsparungen kommen.

IsoTruss: Traversensysteme bieten zwar Vorteile in Bezug auf Gewicht und Steifigkeit, es gibt jedoch einige Herausforderungen bei der Integration des Traversensystems in den Rest des Fahrradrahmens. Zunächst einige Vorteile. Bei hohlen Verbundrohren/-profilen weisen die effizientesten Konstruktionen dünne Wände und eine große Oberfläche auf. Dadurch sind die Wände anfällig für Durchstiche und solche Strukturen können anfällig für das Einknicken der Schale sein. Denken Sie an eine leere Getränkedose. Man kann darauf stehen, aber die kleinste Berührung der Dosenwand führt zum Zusammenbruch.

Bei einem Fachwerksystem sind einzelne Elemente des Fachwerks robuster als die dünnen Wände des Rohrs und weniger anfällig für Beschädigungen. Auch die Versagensarten eines Fachwerks sind in der Regel leichter vorherzusagen. Unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit und des Gewichts sind Fachwerke effizienter als Hohlrohre, was zu steiferen und leichteren Strukturen führt.

Nun einige der Herausforderungen. Die größte Herausforderung und wahrscheinlich der Grund dafür, dass sich Traversensysteme nicht so schnell durchsetzen, ist die Fertigung. Die Fachwerkabschnitte erfordern eine aufwendige Fertigung. Jeder Abschnitt wird separat hergestellt und dann manuell in andere Rahmenkomponenten integriert. Dieser Prozess ist langsam und teuer. Für viele rechtfertigen die zusätzlichen Kosten die Leistungssteigerung nicht. Investitionen in bessere Herstellungsmethoden würden wahrscheinlich zu konsistenteren und kostengünstigeren Produkten führen.

Galaxy Gear funktioniert: Zuallererst kann es sehr schwierig oder unmöglich sein, interne Traversen/Überbrückungen usw. in jedem Produktionsmaßstab auf sinnvolle oder kostengünstige Weise durchzuführen. Die bestehenden Produktionsmethoden zur Herstellung dünnwandiger Metallrohre, die in der Fahrradindustrie üblich sind (Aluminium, Stahl, Titan oder anders), schließen die Einbeziehung interner Merkmale aus. Während wir die Wandstärke durch Stoßverfahren und Formen durch verschiedene Umformverfahren manipulieren können, können wir nur Hohlrohre, also keine Fachwerke, herstellen. Bei der Herstellung von Kohlenstoffrohren, wie wir sie in dieser Branche kennen, wäre (normalerweise) auch die Schaffung interner Merkmale ausgeschlossen, unabhängig davon, ob die Rohre auf einem Dorn oder in einer Form geformt werden.

Allerdings habe ich in den letzten Jahren bei einigen Carbongabeln eine interne Brückenbildung im Gabelschaft beobachtet. Ich glaube nicht, dass es gängige Praxis ist. Warum nicht, fragen Sie sich vielleicht? Erstens bin ich mir sicher, dass es enorm mühsam ist, den Gabelschaft mit einem Steg zu formen, der das Rohr teilt. Layup-Präzision und Laminatverdichtung wären gelinde gesagt kompliziert. Der Blasenausgleich und die Entfernung nach der Heilung könnten ebenfalls erhebliche Hürden darstellen. Hier ist ein weiterer Gedanke, der vielleicht der wahre Grund dafür ist, dass es nicht üblich ist; Ein Gabelschaft muss bestimmte strukturelle Kriterien erfüllen, die möglicherweise die Wandstärke so weit definieren, dass ein interner Steg/Brücke überflüssig ist. Abgesehen von den Scher- und Biegekräften an der Gabelkrone muss die Oberseite des Gabelschaftrohrs den Klemmkräften des Vorbaus und der ungeschickten Mechanik standhalten.

Auch wenn man sich rituell an die Drehmomentvorgaben des Herstellers hält und zum Anbringen der Befestigungselemente einen Drehmomentschlüssel verwendet, muss das Gerät einer beträchtlichen Quetschkraft standhalten. Fügen Sie die realen Belastungen mit dem „Fudge-Faktor“ hinzu, den der Ingenieur dort berechnet, um die Anwälte bei Laune zu halten, und der Gabelschaft muss eine ziemlich kräftige Wand haben – auf jeden Fall robust genug, um auch normale Torsions-, Scher- und Biegelasten zu bewältigen .

Der Gabelschaft muss außerdem über einen Großteil seiner Länge eine „starke“ Wandstärke aufweisen, um die Höhe der Vorbauklemmung für einen extremen Bereich von Fahrradgrößen unter der Annahme einer Seriengabel unterzubringen. Macht es also wirklich Sinn, interne Traversen/Gurtbänder/Überbrückungen an einer produktionsgefertigten Gabel vorzunehmen? Meiner Meinung nach wäre es zu viel Aufwand für viel zu wenig Belohnung. Ich glaube nicht, dass es zu messbaren Leistungsvorteilen oder einer sinnvollen Gewichtsreduzierung führen könnte.

Ich habe auch einige Beispiele für interne Funktionen bei Stahlfahrrädern gesehen und fahre derzeit ein MTB mit interner Überbrückung in den Kettenstreben. Der Zweck der oben genannten Merkmale ist die Steifigkeit. Dario Pegoretti hat das Big Leg Emma mit einer Reihe flacher Blechbrücken im Unterrohr entworfen. Sie werden in seitlich in das Rohr eingeschnittene Schlitze eingesetzt, festgelötet und mit einem ordentlich aufgelöteten Zwickel abgedeckt. Sie können diese Merkmale deutlich auf der Modellseite auf der Pegoretti-Website erkennen.

Die Rohre dieses Fahrrads haben für Stahlrohre einen recht großen Durchmesser und ich bin mir sicher, dass die Wände ziemlich dünn sind. Meiner Meinung nach sind die Überbrückungsplatten lang genug (in Bezug auf die Längsachse des Rohrs), um als Träger zu fungieren und den Widerstand des Rohrs gegenüber seitlichen Biegekräften zu erhöhen, z. B. beim Vollsprinten für Ortsbegrenzungsschilder am Dienstag Nächte. Wie viel steifer ist es aufgrund dieser internen Merkmale? Ich habe keine Ahnung. Es könnte natürlich gemessen werden.

Mein aktuelles MTB war als „Shreddy-Hardtail“ gebaut und musste daher etwas robuster sein. Stärke und Steifigkeit waren von größter Bedeutung, und diese Eigenschaften mussten mit einer relativ kurzen Kettenstrebenlänge und 2,8-Zoll-Reifen kombiniert werden. Vor diesem Hintergrund waren die Kettenstreben dort, wo sie um den Reifen herum geformt waren, ziemlich schmal. Ich hatte das Gefühl, dass dieser schmale Querschnitt den Streben nicht genügend seitliche Steifigkeit verleihen würde.

Ein Teil meiner Sorge war die tatsächliche Möglichkeit einer Verformung und Biegung des Rohrs unter Tretbelastung. Wie ich glaube, dass das Pegoretti-Unterrohr Vorteile bietet, glaube ich, dass ich den Rohren Festigkeit und Steifigkeit verliehen habe, indem ich horizontal ausgerichtete Plattenbrücken im Inneren des schmalen vorderen Teils der Streben angebracht habe. Ich habe diese Ergänzungen durchgeführt, indem ich die Rohre in Scheiben geschnitten, die Blechplatten (ungefähr 10 cm lang) eingefügt und die Kante der Platte entlang der Rohrkreuzung verschweißt habe.

Jetzt stellen wir die Frage: „Hat sich die ganze Mühe gelohnt?“ Ich weiß die Antwort nicht. Ich habe keine Labortests oder Berechnungen durchgeführt. Ich bin kein Ingenieur. Was ich weiß, ist, dass das Fahrrad gut fährt und nach mehr als zwei Jahren harter Fahrt gut läuft. Ich weiß auch, dass ich durch das Hinzufügen dieser Brücken ganz sicher kein Gewicht eingespart habe.

Ist es möglich, dass interne Überbrückungen/Traversen dünnere Wände an den Rohren ermöglichen? Ich würde sagen, verdammt ja! Wie würden wir es machen? Vielleicht eher 3D-Druck als mühsame Handarbeit oder eine Kombination aus beidem? Und würde es auf Kosten der Haltbarkeit und damit der Praktikabilität gehen? Die Antwort könnte ja sein. Nutzen Sie als Beweis die massive, aber nicht überraschende Verbreitung von Carbon-Reparaturdiensten im ganzen Land, nachdem die Menge an Carbon-Fahrrädern außerhalb der Garantie eine kritische Masse erreicht hat. Die Rohre ultraleichter Carbon-Rennräder müssen nicht viel dünner werden, es sei denn, wir sehen, dass mehr Volumen an härteren Materialien wie Dyneema in die Laminate eingearbeitet wird. Das Zeug ist allerdings teuer!

Im eigentlichen Sinne gibt es in dieser Branche normalerweise keine internen Traversen. Da Carbon-Produktionsrahmen routinemäßig unter 900 g auf den Markt kommen, besteht da wirklich die Notwendigkeit, sie leichter zu machen? Ich bin mir nicht sicher. Und in den meisten Fällen sind diese ultraleichten Fahrräder dank High-Modulus-Carbon und intelligenter Laminatkonstruktion ausreichend steif.

Rennrad: Ein Rohr hat im Vergleich zum Traversensystem immer ein geringeres Gewicht bei gleicher Steifigkeitseigenschaft. Es ist also sicherlich gewichtssparender, einen Schlauch zu haben – aber es ist auch viel langweiliger. Jeder macht Röhren – aber wir wollen etwas anderes haben als alle anderen. Und für einen vollständig aus Aluminium gefrästen Rahmen gibt es keine andere Möglichkeit, als einen Stil wie das Traversensystem zu wählen. Dieses Traversensystem ist allerdings teurer – sieht aber großartig aus. Natürlich müssen Sie mehr bezahlen, aber dann erhalten Sie einen einzigartigen Stil.

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