2.3 Framematerialen Fietstechniek Pagina 18..

Presentatie over: "2.3 Framematerialen Fietstechniek Pagina 18.."— Transcript van de presentatie:

1 2.3 Framematerialen Fietstechniek Pagina 18.

2 Toegepaste framematerialen zijn o.a
Ongelegeerd staal Gelegeerd staal Aluminium legering Titanium Metal – matrix composieten Koolstof en andere vezelversterkende composieten Magnesium * (merida frames)

3 Bij de beoordeling van materiaal spelen de volgende materiaaleigenschappen een rol:
De sterkte en specifieke sterkte van het materiaal De stijfheid van het materiaal en de specifieke stijfheid De taaiheid of brosheid van een materiaal De vermoeiingsterkte De prijs De bewerkingsmogelijkheden De corrosiebestendigheid De slijtvastheid De hardheid Het uiterlijk

4 Staal was bij fietsen het meest gebruikte materiaal voor fietsframes!!
Door vele goede eigenschappen zoals: Grote sterkte en stijfheid Makkelijk produceerbaarheid Hoge hardheid/slijtvastheid Lage prijs Nadelen van staal is: Hoog gewicht en een dichtheid van 7900 kg/m³ Roest (oxideert) snel

5 Gewoon constructie staal
Lage sterkte Door toevoeging van legeringen / thermische behandeling en koudvervorming wordt de sterkte verhoogd

6 Staal kunnen we verdelen in twee groepen:
Ongelegerd staal Bevat ijzer (Fe) en koolstof (C) maximaal 1,5% exclusief (C) (koolstof ( C ) percentage is sterk bepalende factor voor de eigenschappen van het staal, je krijgt een hoge treksterkte / hardheid) Gelegeerd staal Staal met toevoeging van meer dan 5% legeringelementen (door toevoeging; mangaan (Mn), silicium (Si) verbeteren de eigenschappen van het staal ; sterkte / hardheid te vergroten)

7 Verbeteringen door legeringen:
Verhoging van de treksterkte ( materiaal spanning) Verhoging van de hardheid Verhoging van de weerstand tegen wisselende belasting Verhoging van de schokvastheid Verhoging van de gietbaarheid Verhoging van de bewerkbaarheid

8 Bekende staallegeringen voor framebuizen zijn:
chroommolybdeenstaal mangaanmolybdeenstaal

9 Eigenschappen van toevoegingen zijn:
Chroom (Cr): Treksterkte groter Hardheid groter De staalsoort oxidatie en corrosie bestendig maken Molybdeen (Mo): Minder bros Taaiheid groter Mangaan (Mn):

10

11 Goedkope zware stalen frames heeft als eigenschap
Stijver (minimale vervorming) dan dure lichte frames ( gelijk bij buitendiameter ) Staallegering met een rekgrens van 1400 N/mm² Kan geen gewichtbesparing realiseren

12 Hoogwaardige stalen framebuizen hebben als legeringelementen:
Mangaan (Mn) Molybdeen (Mo) Chroom (Cr)

13 Gewoon staal dat een sterkte behandeling heeft ondergaan wordt aangeduid met:
Hi – ten ( high tensile ) staal

14 Gewoon staal oxideert snel
Door toevoeging van: Chroom (Cr) Nikkel (Ni) RVS ROESTVASTSTAAL Nadeel: duur !

15 Aluminium (Al) Licht van gewicht = 1/3 van het gewicht van staal
Dichtheid van 2,7.10³ Kg/m³ Soortelijke massa (gewicht) bij 1 liter 3x zo laag als staal Stijfheid (vervormen) is ook 3x zo laag als staal Sterkte van aluminiumlegeringen is ook 3x zo laag als staal Mogelijkheid tot oversized framebuizen Door Elektrolyse ( anodiseren ) wordt het dik en sterk Makkelijk te produceren ( onder hoge druk; geextrudeerd ) Onder hoge druk; spuitgieten Makkelijk te smeden Bros Geen vermoeiingsgrens dus breekt altijd Niet hard dus krast

16 Aluminium (Al) Weerbestendig = vormt eenmalig een oxidelaag
Decoratief = anodiseren* of lakbehandeling wordt het oppervlak nog mooier Goed geleidend = voor elektriciteit Goed bewerkbaar = vervorming bij lage temperaturen door te walsen / extrusie en gieten Niet giftig & dampdicht = geeft geen giftige stoffen af In overvloed aanwezig = 8% van de aardkorst bestaat uit aluminium 100% recyclebaar, dus duurzaam = behoud van kwaliteit tijdens het smelten en men maar 5% energie voor nodig Sterk = afhankelijk van de soort legering

17 Korte uitleg over aluminium (Al)
Aluminium wordt gemaakt uit bauxiet, het aluminiumerts Bauxiet bevat ongeveer 2/3 aluminiumoxide In zuivere vorm (geen toevoeging) is aluminium zilverwit van kleur en een dichtheid van 2700kg/m² Dus, één van de lichtste metalen in de tweewielertechiek Door oxidatie ; luchtdicht geen verdere aantasting Soortelijk gewicht = 2,69 Smeltpunt = 660,24°C Kookpunt = 2467°C

18 Aluminiumlegering zijn vooral met de komst van ATB’s uit Amerika sterk in opkomst geraakt
Zuiver aluminium (Al) kunnen we niet gebruiken omdat het niet sterk is. Om de eigenschappen te verbeteren wordt aluminium gelegeerd met andere niet ijzermetalen zoals: Koper (Cu) Magnesium (Mg) Silicium (Si) Zink (Zo)

19 Soorten aluminiumlegeringen 8888
AA 7000 AA 2000 AA 7020 AA 7005 AA 5000 AA 6000 AA } Slecht lasbaar dus lijmen AA Goed vervormbaar en een hoge corrosieweerstand Gelaste frames Gelijmd

20 Aluminium (Al) oxideert snel
Daardoor luchtdicht Door het anodiseren luchtdicht ( het materiaal wordt dikker en sterker ) Oxidelaag kun je kleuren

21 Anodiseren is Een dikkere aluminiumoxidelaag vormen
Kunstmatige dikte door elektrolyse Wordt verdikt en sterk Kan niet toegepast worden bij gelaste aluminium Er ontstaat daardoor kleur verschillen

22 Aluminium (Al) heeft geen vermoeiingsgrens
Breekt altijd Bezwijkt bij belastingswisselingen

23 Aluminium (Al) is niet hard dus krast
Corrosie daardoor het ontstaan van spanningsconcentratie Pas op bij inklemmen van een bankschroef Nooit bijbuigen Bij een aluminium frame achterwiel eruit halen bij het wisselen van een band ( breuk ) Bevestiging is te strak ( voorspanning )

24 FluidForm™ technologie
De FluidForm™ technologie is nieuw voor 2003, en maakt gebruik van een speciaal proces genaamd ‘hydroforming’, waarbij onze aluminium framebuizen met behulp van verhitte olie onder druk worden gevormd. Het resultaat is een product dat sterker en mooier is dan standaard ronde buizen of gevormd aluminium plaatmateriaal. FluidForm™ technologie is een nieuw fabricageproces dat gebruikt wordt om complexe vormen te produceren, in één enkel proces.

25 Titanium (Ti): Komt uit het Oost –blok / Australië / Noord-Amerika
Licht van kleur (staalgrijs) Dichtheid 4540 Kg/M ˉ³ Smeltpunt 1940 °C Kookpunt 3560 °C Wordt veel toegepast in de luchtvaart Duur Soms bij veel productie goedkoop! Om zeewater om te zetten in drinkwater Neemt snel de omgevingstemperatuur aan Zelfstellend vermogen bij krassen ( oxidelaagje )

26 Titanium (Ti) voor fietsframes / onderdelen
Licht materiaal Sterk als staal ( hoge rekgrens ) Iets lagere stijfheid dan staal Grote weerstand tegen metaalmoeheid Goed te lassen en bepaalt de kracht van het frame goede corrosiebestendigheid Fraai uiterlijk Duur materiaal Dure productie

27 Metal – matrix composieten (MMC’s)
Specialized was de eerste fietsfabrikant die het toegepast heeft. Nadeel: duur en de bewerkingsmethoden zijn sterk in ontwikkeling

28 Metal – matrix composieten (MMC’s) bestaat uit:
Metaal legering met Keramische vezels

29 Metaal met keramische vezels zijn legeringen met de volgende benaming:
Aluminiumoxide (A1²O³) Siliciumcarbide (SiC 90% - 99%)

30 Eigenschappen van Metal – matrix composieten (MMC’s) zijn:
Toevoeging van aluminiumoxide / siliciumcarbide hogere stijfheid Hogere slijtvastheid Bewerkingsmogelijkheden is nog in ontwikkeling

31 Soorten kunststoffen in de Fietstechniek

32 Wat is een composiet? Is een mengsel van twee of meer materialen; vezels met een hars-drager (lijm)

33 Voordelen van composieten
Zeer hoge specifieke sterkte d.w.z hoge sterkte bij laag gewicht Zeer grote mate van vormvrijheid b.v complexe vormen Hoge mate van integratie ( zelfdragende constructies ) Materiaal op maat ; belastingen / prestaties Uitstekende vermoeiingseigenschappen; breuk na vele belastingen Chemische bestendigheid tegen zuren Weer / water bestendigheid Uitstekende RAM eigenschappen; z.g.n transparant maken Impactbestendige eigenschappen Uitstekende elektrische eigenschappen; isolerend / geleidend Thermische isolatie eigenschappen; brandvertragend / hitte bestendig Gewicht besparen Levensduur Geen onderhoud

34 Type vezelversterkte (koolstof) composieten zijn:
Vezel versterkte kunststoffen zijn o.a: Vezel versterkte thermoharders Vezel versterkte thermoplasten

35 Vezel versterkte kunststoffen
Bestaan uit dunne lange vezels Sterkte en stijfheid wordt bepaald door lange vezels Materiaal soort ; glas, koolstof, aramidevezels etc.. Drager die de vezels aan elkaar lijmt in de juiste vorm

36 Vezel versterkte thermoshardende drager
Kan niet vervormt worden door warmte Z.g.n kunsthars (met vulmiddel = glasvezel, papier, zaagsel etc) Met een vulmiddel wordt het hard en taai Polyester Vinlyester Epoxy* Polyimide Fenol Kunststofdrager afkorting

37 Vezel versterkte thermoplastische drager
Door verwarming telkens te vervormen De eigenschappen blijven constant Gietbaar Eenvoudig te verwerken, te lijmen, te lassen en te persen PPS PEEK PEI PAI Kunststofdrager afkorting

38 Sandwich constructies
VVK huiden Aluminium huiden Stalen huiden Kernmaterialen zijn o.a Schuim; PUR, PIR, PVC enz.. Hout; Multy- plex, balsa Honningraat; papier, nomex, aluminium, carbon etc…

39 Eigenschappen van koolstofvezels zijn:
Sterk; het zelfde als aluminium / staal Stijf; het zelfde als aluminium / staal Gewicht is het zelfde als aluminium / staal Alleen op trek te belasten daardoor moeten de vezels in alle richtingen worden gelegd Plastische vervorming mag niet Zware belasting “breekt” Ingebouwde veiligheid marges Vormen van frames Meerdere combinaties mogelijk met andere koolstofvezels

40 Opbouw van koolstofvezel:

41 Giant GCT productie T-700 vezels: hoge treksterkte Giant’s composiet productie maakt gebruik van T-700 aerospace vezels. Dit is het beste materiaal voor de fabricage van fietsen, omdat het de ongelofelijke combinatie biedt van licht gewicht en superieure sterkte

42 2.4 Framebuizen Bovenbuis Onderbuis Zitbuis Balhoofdbuis Ronde buizen liggende achtervork loopt ovaal dun uit i.v.m verticale krachten

43 Gelaste buizen Gewoon rijwielstaal Repen worden gerold tot buis
De naad wordt gelast Lasnaad wordt netjes afgewerkt Buizen die gebogen moeten worden wordt aan de binnenkant gelast i.v.m stugheid van de las Deze methode is goedkoop

44 Getrokken buis Hoogwaardige staallegeringen worden naadloos getrokken
Wanddikte is dun Bij dit soort type buis is alles nauwkeurig pas gemaakt en gesoldeerd De buizen zijn licht uitgevoerd

45 Geextrudeerde buis Onder hoge druk wordt kneedbare materiaal door een matrijs geperst Voordeel van deze methode is allerlei verschillende profielen worden verkregen Wordt alleen toegepast bij aluminiumlegeringen

46 2.5 Diameter van de toegepaste buizen en wanddikten
Gelaste stalen buizen die met lugs aan elkaar gesoldeerd worden hebben een standaard maat Buis: Diameter: Wanddikte: Bovenbuis 25,4 1,2 Onderbuis 28,6 Zitbuis

47 Oversized buizen Massa laag en stijfheid te behouden moet de buisdiameter vergroten Krijgt daardoor meer torsie en bracketstijfheid Door teveel stijfheid in verticale richting van het frame krijg je minder verende eigenschappen 90% gaat naar de wielen / banden 10% gaat door het frame

48 Oversized buizen volgens het tabel:
Diameter. X wanddikte Stijfheid Gewicht Stijfheid/ gewicht 22.2 x .8 46% 77% .59 25.4 x .8 69% 88% .78 28.6 x .8 100% 1 28.6 x .9 111% 113% .98 28.6 x 1 122% 125% 31.7 x .8 137% 107% 1.28 34.9 x .8 205% 140% 1.46

49 Buizen met inwendige versterkingsribben

50 2.6 Verklaring typen framebuizen
Plain buis Single butted buizen Double butted buizen Triple butted buizen

51 Plain buis

52 Single butted buizen

53 Double butted buizen

54 Triple butted buizen

55 Buisdiameter / wanddikte
Nivacrom Gewone- rijwielbuizen Buis: Diameter Wanddikte Diameter: Wanddikte: Bovenbuis 28,6 0,7/0,4/0,7 25,4 1,2 Onderbuis 31,7 Zitbuis 0,6/0,8 Liggende achtervork 29,9/16 Staande achtervork 16 0,7 Vorkschede 29/21 1/0,7 Binnenbalhoofdbuis 2/1,55 3,8/1,6 Balhoofdbuis 1

56 Fabrikanten voor framebuizen zijn o.a
Columbus Reynolds Falck Oria Mannesman Tange Vitus

57 Het frame materiaal Levensduur
Juiste mix tussen stijfheid en veercomfort Een goeie geometrie Zorgvuldige afwerking

58 2.7 Framemodellen Klassieke frame driehoek trapezium

59 Afwijkende framemodellen
Damesframe Tandemframe Mountainbikeframe Vouwframe Frame met achtervering Tijdritframe

60 Damesframe

61 Tandemframe

62 Mountainbikeframe

63 Vouwframe

64 Frame met achtervering

65 Tijdritframe

66 Verbinding framebuizen
Solderen met lugs Solderen zonder lugs TIG- lassen Lijmen met lugs Inductie solderen

67 Solderen met lugs

68 Solderen zonder lugs

69 TIG- lassen staal aluminium titanium

70 Lijmen met lugs De sterkte van de lijmverbinding is afhankelijk van twee factoren: - sterkte van de lijmlaag (cohesie); de hechtingskracht tussen deeltjes van de lijmlaag. - hechtingsvermogen (adhesie); hechtingskracht tussen de lijmdeeltjes en de materialen die je aan elkaar lijmt.

71 Inductie solderen 650 graden zilver 900 – 1100 GRADEN Messing koper

72 Afwerking van het frame
Uiterlijk van het frame Lak Afwerking van de verbindingen Achterpatten nokken

73 Coatings en oppervlaktebehandeling
Stalen frames Aluminium frames 7000 serie Oxidatie tegen gaan Het meest gebruikte coating methode is elektrostatisch poedercoaten

74 Het meest gebruikte coating methode is elektrostatisch poedercoaten
Oppervlakte frame moet schoon / vetvrij zijn Ets / beits baden zorgt ervoor Primerlaag voor roestwerend / hechtlaag Droge poeder op het frame aanbrengen door het elektrostatisch te maken ( magneet ) Daarna wordt het in de oven geplaatst van zo’n 200°C Poeder smelt / uithard Belettering / tranferstickers Blanke laklaag

75 Anodiseren Oppervlakte wordt harder / dikker
Geoxideerde laag eventueel met een kleurlaag bedekken Gelaste aluminiumframe kunnen niet geanodiseerd worden Geldt ook voor geanodiseerde aluminium buizen die nog gelast moeten worden Toepassing bij gelijmde buizen

76 2.8 Frame –indeling naar gebruikersdoel
Damesframe Tandemframe Deel –vouwfiets Moderne stadsfiets Frames met gebogen buizen Aërodynamische tijdtitframes Alternatieve frameconstructies voor mountainbikes Frames met achtervering

77 AUTEUR: Marco Hendriksen
MAHEN©PRODUCTIES Vervolg 2.9 p.p.p