Spaltmaß für eine Sattelrohr-Klemmung

[EmilEmil]

Die Maße für Klemmungen am Fahrrad sind durchaus nicht so eindeutig, wie der technisch interessierte Laie glauben mag. Jeder Durchmesser von zwei (evtl. 3 !) Rohren (ZB. Sitzrohr, optional Adapterhülse, Sattelstütze) wird mit Toleranzen gefertigt, die normalerweise aufeinander abgestimmt sein müssten. Nur wer will die Maße kontrollieren, wenn der Rahmen in China gefertigt wird und die Sattelstütze aus England kommt. Gezogene Sitz-Rohre zB. haben Variationen der Wandstärke und dazu noch radiale Unregelmäßigkeiten usw. Da kommen schon mal 0,05 [mm] (= Fünf/Hunderstel [mm]) Toleranz vor. Bei zwei Maßen summiert sich das auf 0, 1[mm] !)
Man sieht, mit den Standardmaßen (incl. Toleranzen s.u.) ist das eine heikle Angelegenheit. Wenn die Nennmaße irgendwo ablesbar sind, ist das schon toll. Toleranzen werden nicht auf die Teile geprägt oder gedruckt. Sinnvoll wäre eine Zusammenbau-Zeichnung von Sattelstützrohr vs Sitzrohr mit den Angaben der Toleranzen. Der Laie kann damit sowieso nichts anfangen und den interessiert das auch nicht. Das gilt auch für den normalen Reparatur-Schrauber oder auch Radhändler. Wichtig ist, daß die Sattelstütze funktioniert, d.h. sich zum Einstellen relativ leicht auf und ab bewegt und nach dem Schließen des Schnellspanners oder dem Andrehen der Stellschraube einen festen Sitz hat.
Nach meiner Erfahrung ist ein Ringspalt von minimal 0,1 [mm] bis maximal 0,15 [mm] dafür ausreichend. Ringspalt 0,1 [mm] heißt, das Innenmaß des Sitzrohrs ist 0,2 [mm] größer als das Außenmaß des Sattelrohrs. ZB. Innenmaß Sitzrohr 29,8 [mm] würde ein Außenmaß Sattelstützrohr von 29,6 [mm] erfordern (Enge Toleranz !). Bei der weiten Toleranz mit dem Ringspalt 0,15 [mm] hat man entsprechend einem Innenmaß Sitzrohr 29,8 [mm] ein Außenmaß Sattelstützrohr von 29,5 [mm].
Generell gilt, daß ein geringeres Spaltmaß eine bessere Funktion (Fester Sitz) begünstigt, sofern die Beweglichkeit gegeben ist.
Muß man mit einer Adapterhülse (geschlitzt) arbeiten, gilt die Aussage über das Spaltmaß entsprechen zwischen Innenmaß Hülse und Außenmaß Sattelstützrohr. Die Passung zwischen Sitzrohr Innen und Hülse Außen sollte dann eine leichte Pressung sein. D.h. die Hülse ist im Sitzrohr leicht geklemmt (Kann von Hand nicht verdreht werden).
Tipp: Wenn die Hülse eine leicht zu große Wanddicke hat (Dann klemmt sie sowohl Innen als auch Außen !), kann man durch Aufbiegen am Schlitz evtl. den Spalt zur Sattelstütze einstellen und Außen etwas abdrehen oder durch Schleifen mit Schmirgelleinen (Altdeutsche Arbeitsweise ) reduzieren.
Soweit meine Erfahrungswerte. ZB. gewonnen beim Einbau einer Carbon-Sattelstütze am Fitness-Rad.


MfG EmilEmil

[Motte]

Dann füge ich das mal hier noch hinzu;

was kaum jemand weiß - für die Tern Falträder (passend dann auch für Dahon) gibt es als Ersatzteil Adapter- Hülsen in (mind. 3) verschiedenen Wandstärken.

Z.B. über den Hollandbikeshop

[EckehardD]

Hallo allerseits, hier noch eine Ergänzungsfrage:
die geschlitzten Hülsen, die in das Sattelrohr eingesteckt werden, gibt es ja in unterschiedlichen Längen.

Sind 10 cm ein vernünftiges Mass?

Die Sattelstütze ist ja nur in dem Bereich im Sattelrohr fixiert, der in der Hülse steckt, und zwar am meisten oben bei der Klemmung.

Kann man also ein Sattelrohr, das länger ist als die Hülse, getrost absägen, weil der Teil, der über die Hülse nach unten übersteht, keinen Kontakt mit dem Sattelrohr hat und insofern für die Stabilität auch keine Funktion mehr?
Schöne Grüße von Ekkehard d

[EmilEmil]

Zunächst will ich darauf hinweisen, daß man sauber zwischen Sitzrohr (Rahmenrohr !) , Adapterhülse und Sattelstützrohr trennt. Es ist nicht schlimm, wenn das mal durcheinander geht, die saubere Trennung erleichtert aber das Verständnis.
Für die notwendige Länge einer "Klemmung" (Rohr in Rohr) gilt der Erfahrungswert 2,5 mal Bezugsdurchmesser: Also
2,5 x 25,4 = 63,5 [mm]; 2,5 x 27,2 = 68,0 [mm ]; 2,5 x 30,6 = 76,5 [mm]; usw.
Die meisten Adapterhülsen sind 80 [mm] lang. Gelegentlich werden kürzere (?) oder längere mit 100 [mm] angeboten.
Es gibt nun auch Rahmen, wo das Sitzrohr im Klemmbereich eingezogen ist und der Klemmung halber geschlitzt ist. Da ist die Adapterhülse quasi mit dem Rahmen verwachsen. Die Katastrophen-Falträder der 1970-er Jahre sind überwiegend so gebaut worden. Bei längeren Sattelstützen (= größeren Biegemomenten) führt das dann zum Dauerbruch des Sitzrohrs (Permanente Mittelspannung und Kerbwirkung !). Da die längeren Sattelstützen inzwischen wegen der Neigungs-(Sloping-)Rahmen allgemein zur Verwendung gekommen sind, gibt es auch bei anderen als Falträdern diese Dauerbrüche.
Es ist richtig erkannt worden. daß eine geschlitzte Adapterhülse am oberen Ende zusammen gedrückt wird. Der Schlitz formt dann eine keilförmige Öffnung (Oben eng, unten weit und mit linearem Verlauf). D.h. am unteren Ende hab ich dann keine Berührung mehr zwischen Sattelstützrohr und Adapterhülse. Da ist dann der Entwurfs-Ringspalt von 0,1 bis 0,15 [mm] vorhanden. Tragfähig ist die Fügung von Sattelstützrohr und Adapterhülse (optional Sitzrohr s.o.) nach meiner Einschätzung nur im oberen Viertel. Für diesen Bereich habe ich dann auch eine Klemmung zwischen Sitzrohr und Adapterhülse (Klemme außen am Sitzrohr !).
Die Berechnung des Kontaktes zwischen Sitzrohr, Adapterhülse und Sattelstützrohr ist einigermaßen komplex (Ich kann sie nicht aus dem Ärmel schütteln ! Und in der Literatur ist zu meiner Kenntnis bisher noch Nichts mit diesem Thema aufgetaucht).
Da es sinnvoll ist, daß eine Adapterhülse leicht geklemmt im Sitzrohr steckt, ist auch die Länge einer Adapterhülse nicht beliebig. Es macht Sinn, die Länge so weit runter zu ziehen, daß ein Knotenpunkt von Sitzrohr und Sitzstreben (zB. bei Falträdern) oder Sitzrohr und Oberrohr (zB. Diamant-Herrenrad) überdeckt wird. Da kann 80 [mm] schon mal zu kurz sein !
Der Überstand eines Sattelstützrohrs, das aus einer Klemmung (Adapterhülse oder reduziertem Sitzrohr ) nach unten raushängt, hat Festigkeits-mäßig keine Funktion und kann eigentlich gekürzt werden, sofern der Radler seine endgültige Position gefunden hat (Ein Erwachsener über 30 J. wächst meistens nicht mehr.....). Mindestens 5 [mm] Überstand würde ich aber noch raushängen lassen. Man bedenke aber, daß alles, was da raushängt, im Grunde im Hinblick auf die Höhen-Verstellung des Sattels im Entwurf vorgesehen wird. Räder, besonders Falträder, haben in ihrem Rad-Leben verschiedene Besitzer. Eine Variabilität der Länge kann da von Vorteil sein und ist gegen 50 [g] oder 100 [g] Mindergewicht sorgfältig abzuwägen.
Hinweisen will ich noch auf die Funktion des Kragens (Bunds) der Adapterhülsen am oberen Ende: Der dient einerseits dem guten Handling (Man möchte nicht, daß der Adapter im Sitzrohr verschwindet) andererseits kann der über eine Flächen-Presssung zwischen der Auflagefläche und Wanddicke des Sitzrohrs Axial-Kräfte übertragen, die bei halbseitiger Beanspruchung (Druckkräfte) auch das an dieser Stelle zu überleitende Biegemoment zum Teil übertragen.

MfG EmilEmil

[EckehardD]

Hallo Emil Emil, eine dermaßen umfassende Beantwortung und dann noch innerhalb so kurzer Zeit- ich bin ein Fan von dir! Wirklich hilfreich. Ich werde gerne auf Dich zurückkommen . Schöne Grüße von Ekkehard d

[EckehardD]

Hallo, mein Sattelstützrohr hat einen Durchmesser von 33,9 Millimeter. Das kommt meines Wissens doch bei Falträdern häufig vor. Nach der Formel für die Länge der Adapterhülse von Emil Emil "Durchmesser x 2,5" müsste die Adapterhülse also 8,48 cm lang sein, das heißt die hier vorhandene und meines Wissens auch verbreitete 8 cm Länge reichen nicht ganz aus. Da sollte es besser eine 10 cm lange sein.

Zusatzfrage:
meines Wissens sind die Adapterhülsen in der Regel aus Aluminium. Emilemil hat oben festgestellt, dass nur der tatsächlich geklemmte Bereich, das heißt das oberste Viertel der Adapterhülse tatsächlich klemmt, weil der Schlitz der Adapterhülse keilförmig verläuft. Wäre dieser Klemmbereich nicht länger, wenn die Adapterhülsen länger und aus einem steiferen Material - nämlich aus Stahl - wäre, weil der Keil dann länger wäre?
Schöne Grüße von EkkehardD

[EmilEmil]

In der Festigkeits- und Elastizitätslehre unterscheidet man zwei Dinge: Die Haltbarkeit und die Steifigkeit. Obwohl eine gewisse Korrelation zwischen diesen beiden Dingen existiert (Mit dem ganz großen Daumen: Ein haltbareres Material hat im Prinzip auch eine größere Steifigkeit, z B. beim Vergleich Metalle zu Kunststoff).
Aber bei Alu-Legierungen (Stahl-Legierungen) gibt es in der Festigkeit (Fließgrenze, Zugfestigkeit) je nach Zusammensetzung erhebliche Unterschiede, wobei der die Materialsteifigkeit charakterisierende Elastizitätsmodul nahezu unverändert bleibt. Für die Steifigkeit einer Konstruktion spielt neben dem E-Modul auch die Geometrie (Flächen, Flächenmomente...) als weiterer Faktor eine Rolle.
Der Klemmbereich ist bei einer längeren Hülse größer, ein größerer E-Modul nutzt aber nichts (Er vergrößert nur die zum Klemmen nötigen Kräfte einer Schraube (zum Schließen des Schlitzes, Vermindern des notwendigen Spaltmaßes). Erst, wenn das Spaltmaß geschlossen ist, kann über den Kontakt eine Flächenpressung in der geschlossenen Fuge aufgebaut werden. Eine Hülse aus Alu 7075 hat fast die Festigkeit von Edelstahl, aber eben nur 1/3 des Gewichts. Die Fächenpressung (Kraft bezogen auf eine bestimmte Fläche, pzul ~ 75 % mal Fließgrenze des schwächeren Materials) ist ein theoretisches Maß, das zur Konstruktionsauslegung benutzt wird.
Eine längere Hülse macht nur Sinn, wenn sie sich am unteren Ende abstützen kann. Beispielsweise, wenn das Sitzrohr innen zylindrisch ist und sich die Hülse im ungespannten Zustand im Sitzrohr mit leichter Passung abstützt. Ideal ist dann ein Bereich des Sitzrohrs, in dem eine Kraftverteilung stattfindet, wie z B. an den Knoten Sitzrohr/Oberrohr, Sitzrohr/Sitzstreben oder Sitzrohr/Hauptrohr (Falträder !).
Mit dem Fokus auf den Doppel-Klemmen: Falls da eine Hülse zum Ausgleich verbaut wird: Länger als 1/4 von 80 [mm] braucht *) die nicht zu sein, da das Biegemoment der Sattel-Belastung von dem Kragen der kleineren Klemmung aufgenommen wird und dann über die große Klemmung an das Sitzrohr weitergegeben wird. Es ist daher auch klar, daß die kleinere (innere) Klemmung und die Verbindung zur größeren (äußeren) Klemmung die Fälle darstellen, die sorgfältig dimensioniert werden müssen.
Wenn ich die bisher angebotenen Klemmen aus dem Internet anschaue, denke meist an einen gewissen Professor Dauerbruch. Na, warum wohl ?
*) Ein genauer Wert könnte mit einer wissenschaftlichen Analyse etabliert werden. Das dauert aber schon eine Weile, besser braucht seine Zeit.

MfG EmilEmil