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Bau einer Schwinge

 

Ausgangssituation

 

„Eindeutig zu schwer!“

 

Mit dem Umbau meiner Suzuki-Hinterradschwinge auf ein anderes Zentralfederbein mit Umlenkung nahm das Gewicht der ohnehin zu schweren Schwinge nochmals zu. Die Schwinge wog viereinhalb Kilogramm und war durch ihre Kastenbauweise mit aufgesetztem verstärkendem Oberzug zwar handwerklich sehr gut umgesetzt aber trotzdem ein großer Kompromiss.

 

 

Schwinge RG80

 

 

Grund genug, dieses Teil nach meinen Vorstellungen neu und leicht zu bauen. Beim genaueren Durchdenken ergaben sich daraus folgende abzuarbeitende Baustellen:

  • Lagerung der Schwinge
  • Ausführung der Kettenspanner
  • Integration der Hinterradbremse
  • Verkürzung des Radstandes
  • Umbau Hinterrad Reifen von 90/75 x 17“ auf bis zu 115/75 x 17“
  • Konstruktion als optimaler Kompromiss

 

 

Konstruktion

Nachdem gecheckt wurde, welche Materialeigenschaften übliche Werkstoffe für solche Bauteile haben, welche Fertigungsmöglichkeiten zur Verfügung stehen und welche Rohmaterialien im Handel erhältlich sind, standen diese Bauweisen jeweils in Aluminium oder Stahl zur Auswahl:

  • Vierkantrohrbauweise (Kastenschwinge)

  • Gitterrohrbauweise

  • Blechbauweise mit massiven Anschweißteilen

Meine Wahl fiel auf eine Stahlrohr-Konstruktion, weil der hohe E-Modul und die ausgeprägte Steckgrenze von Stahl vorteilig beim Umformen und während des Betriebes sind. Aluminium hat durch die niedrige Ersatzstreckgrenze Rp0,2 und den kurzen plastischen Bereich große Nachteile beim Umformen (Biegen) der Bauteile, weil es zu schnell versprödet und bricht - weshalb ich Aluminium für diese Anwendung mit meinen Fertigungsmöglichkeiten ungeeignet fand.

Auf dem Markt sind sowohl metrische als auch imperiale Abmessungen der Rohre erhältlich und es liegen die Nenndurchmesser teilweise sehr dicht beieinander. Deshalb habe ich zum direkten Vergleich Eigenschaften wie Abmessungen (Platzbedarf), Wandstärken, Gewicht je laufender Meter (Gesamtmasse) und das Flächenträgheitsmoment (Widerstandsfähigkeit) näher betrachtet und versucht daraus den besten Kompromiss abzuleiten. Zusätzlich enthält die Übersicht Angaben zu den nötigen Biegematrizen und einen Kommentar, ob die aufgeführten Rohre noch von Hand in der Biegemaschine umformbar sind.

Übersicht:

 

Rohrtypen

 

 

Nach einigen Stunden vor dem Rechner und jonglieren aller beteiligten Einzelteile kam ich zu dieser Lösung.

  • jedes gebogene Rohr hat nur eine einzige Biegung

  • damit befinden sich alle Rohrbiegungen jeweils in einer Ebene

  • schlanke Hauptrohre durch Verstärkung (wenig Bauraum)

  • optimale Krafteinleitung durch Exzenterbauweise

  • schnelle & akkurate Einstellung der Kettenspannung

 

swingarm

 

Schweißlehre und Schweißvorbereitung

Die Schweißlehre habe ich um die Schwinge herum konstruiert, um genug Platz für das Schweißen der schwer zugänglichen inneren Schweißnähte zu schaffen. Die außen liegenden Lehrenbauteile sind aus dem Konstruktionsprofil gefertigt, fluchtend ausgerichtet und mit Winkeln verschraubt. Anschließend wurden alle Bohrungen nach Koordinaten gefräst.

Als Querverbindungen sind zwei Achsen (grün) mit der Lehre fest verschraubt. Dabei sind die Schwingenbolzenachse und die Exzenter jeweils mit Buchsen versehen, die wiederum in plangefrästen Sitzen in den Profilen geführt werden. Quer durch die gesamte Konstruktion sind zwei Gewindestangen (nicht abgebildet) gezogen, die der gesamten Lehre ihre Stabilität geben und sie in Position halten. Die beiden sandfarbenen Rohre sind lose durch passgenaue Bohrungen in den Profilen geschoben, um deren Lage zu sichern; sie wurden später herausgezogen bzw. abgeschnitten.

 

Schwinge mit Vorrichtung

 

Zur Schweißvorbereitung mussten alle Rohre entweder gebogen oder zumindest an den Schweißverbindungen mit je einem „Fischmaul“, einem passenden Zuschnitt, versehen werden. Hierbei stellte sich heraus, dass die Biegearbeiten als erstes erledigt werden mussten und beide freie Rohrenden reichlich Überlänge haben sollten. Das ersparte mir die penible Ausrichtung der Rohrverdrehung (Winkel zwischen Zuschnitt Rohrende & Biegeebene). Der zeitliche Aufwand für die gesamte Schweißvorbereitung ist von allen Arbeiten an der Schwinge der größte gewesen.

 

Die folgenden Bilder zeigen wie genau die Rohrenden für optimale Schweißbedingungen gearbeitet sind - Schweißer mögen so etwas.

 

 

Schwinge Zuschnitte 02

 

 

Schwinge Zuschnitte

 

 

Schweißen & Nachbearbeitung

Als erstes wurde die Hauptstruktur verschweißt und anschließend die Verstärkung samt Lager der Umlenkung. Es hat sich gezeigt, dass die Schweißlehre für den Schweißer „nie breit genug“ sein kann, weil es einige schlecht erreichbare Stellen gab.

 

 

Schwinge Schweifolge 02

 

 

Die Schweißreihenfolge war im Prinzip von innen nach außen bzw. von Hilfskonstruktion zu den Funktionsbauteilen, um die wichtigen Positionen nicht mehrmals dem Schweißverzug auszusetzen. Nach einigen Stunden kam die Schwinge in diesem Zustand heraus:

 

 

Schwinge Schweien fertig

 

Die Nachbearbeitung umfasste das Entfernen der vorderen Querverbindung, das Richten auf das letzte Zehntel, das Spindeln der beiden Lagergassen auf das Pressmaß der Nadelhülsen und Klemmdurchmesser der Exzenter.

 

Der Zusammenbau ging locker von der Hand, weil alle Lagersitze gut erreichbar sind und die Pressmaße sauber gefertigt wurden.

 

Nach den Lackierarbeiten und fertig eingebaut sah die Schwinge im Detail so aus: 

 

 

Schwinge Umlenkung

 

 

Schwinge Exzenter Hinterachse

 

 

Schwinge Bremssattel Stnder

 

 

Zusammenfassung und Ausblick

Mit dem Endergebnis bin ich sehr zufrieden, weil die Schwinge seit 2012 nun die zweite Rennsaison problemlos funktioniert. Mittlerweile wurde sogar ein breiteres Hinterrad eingebaut. Die Gewichtsreduktion zum Vorgänger beträgt exakt 1,8 kg inklusive aller zur Änderung gehörenden Teile.

 

Das verwendete Chrom Molybdän Rohr hat sich letztendlich sehr gut verarbeiten lassen - entgegen der allgemeinen Auffassung, dass Probleme beim Biegen oder das Vorwärmen für das Schweißen den Aufwand nicht wert seien. Der Zuschnitt, das Biegen und das Schweißen ließen sich problemlos bewerkstelligen.

 

Der Aufwand für die gesamte Konstruktion fiel moderat aus, weil alle wichtigen Anbauteile (Rad, Bremssattel, Kettenblatt, Ruckdämpfer, Kettenflucht, usw.) vorhanden waren, nachkonstruiert werden konnten und damit aktiv Kollisionen vermieden werden konnten. Ohne alle wichtigen Anbauteile würde ich die Konstruktion nicht mehr anfangen.

 

Die Schweißvorbereitung war am zeitaufwendigsten, da die „Fischmaul“-Zuschnitte an den Rohrenden von Hand gefeilt werden mussten. Optionen zur Vereinfachung wären eine geeignete Fräse direkt am Fertigungsplatz oder ein präziser Tube Notcher. Eine CNC Biegebearbeitung und ein Laser Zuschnitt der Rohre halte ich bei Einzelstücken nicht für zweckmäßig.

 

Um das Schweißen zu vereinfachen, würde ich beim nächsten Projekt eine Schweißlehre bauen, die innerhalb der zu schweißenden Struktur steht. Dadurch lassen sich anteilig mehr Schweißnähte besser erreichen, weil man sich nicht umständlich mit Handstück und Schweißdraht im Konstrukt bewegen muss. Die Nacharbeit der Lagergassen im letzten Arbeitsschritt war der richtige , um zu einer fluchtenden Schwinge zu gelangen.

 

Vielen Dank an Matthias und Christian für die solide handwerkliche Umsetzung und die exzellenten Schweißarbeiten - Well done!