Wir sind Kollegen, Freunde, Ingenieure und: fahrradbegeistert. Zusammen legen wir mehrere Kilometer mit dem Rad zur Arbeit zurück. Daraus entstand die Idee: selbst ein eigenes Lastenrad zu bauen.
Die Idee und der Plan
Zugegeben: Die Auswahl an Lastenrädern ist wirklich sehr groß. Warum also nicht einfach eins aus der großen Auswahl kaufen? Wir beschlossen, eins zu bauen. Andreas Kircher hat bereits einige Liegeräder selbst gebaut und mit Messinglot (fillet brazed) gearbeitet.
Konstruktion und Design
Die große Frage war: Wie können wir die Rohre nach unseren Vorstellungen biegen? Das war knifflig. Dittmar und die Frances Cycles dienten als eine gute Basis für unsere Konstruktion. Anfänglich wollten wir auf die Biegung des Unterrohres verzichten, um eine Ladefläche mit tieferem Schwerpunkt zu erreichen. Unsere Ladefläche entsteht durch den »eingehängten« Lastenkorb, der nur mittig durch das Unterrohr gestützt wird.
Um das Auf- und Absteigen etwas zu erleichtern, ist das Tretlager mit 285 mm sehr niedrig ausgeführt. Als Begrenzung des Lenkeinschlags wurde unten am »Lenker«-Steuerkopf ein Anschlag integriert. Um die Pendelneigung, die Lastenrädern oft nachgesagt wird, entgegenzuwirken, wurde ein Ständer unter dem Lastenkorb angebracht, dessen Führung mittig durch das Unterrohr erfolgt.
Materialauswahl und Beschaffung
Unsere ersten Berechnungen führten wir mit Baustahl durch. Schnell wurde klar, dass das Lastenrad zu schwer geworden wäre. Wir entschieden uns für 25CrMo4. Die benötigten Teile wie Tretlager, Anschweißnippel usw. wurden dort bestellt. Allerdings gab es keine Rohre in den von uns benötigten Dimensionen. Es gibt Speziallegierungen für den Fahrradbau. Für Übungszwecke haben wir diese verwendet.
Für die Hauptrohre wurde 40 mm × 1 mm, für das Steuerrohr 40 mm × 1,5 mm, für die Sattelstrebe 18 mm × 1 mm und für die Kettenstrebe 22 mm × 1 mm verwendet.
Rahmenbau
Jedes Rohr wurde in zwei »Böcken« geführt und ausgerichtet. Nach der Zuschnittskontrolle wurden die Rohre exakt an das jeweils kontaktierende Rohr angepasst und verschliffen. In der Rahmenlehre wurden sie geheftet. Die Rahmenlehre, an der die verstellbaren Punkte an der Wand angebracht waren, richteten wir eben aus. Der geheftete Rahmen wurde auf einer ebenen Richtplatte ausgerichtet.
Der Hinterbau war anspruchsvoll. Er wurde an einem ca. 2 m langen Aluminiumprofil fixiert. Wichtige Komponenten waren Gabelausfallenden, das Tretlager und die Hinterachsausfallenden, die sich an das Sattelrohr anschmiegten.
Verlöten
Die Rohre wurden mit Messing aneinandergelötet und hinterher rund verschliffen. Durch die Schwerkraft kann nur auf der Oberseite der Verbindung gelötet werden, weshalb der Rahmen weitergedreht werden muss.
Finite-Elemente-Methode (FEM)
Um die Konstruktion zu überprüfen, wurde die Finite-Elemente-Methode (FEM) verwendet. Dazu wurde der Rahmen vernetzt. Die Gewichtskraft entspricht ca. 10 N. Die Spannungen wurden an einigen Punkten exemplarisch ausgewertet.
Die höchsten Belastungen von ca. 700 MPa treten am Unterrohr auf, nahe des Knotenpunkts der Rohre. Hier wird die Last 90° hart um die Ecke geleitet. Ein Knotenblech wurde verworfen, da es im Lastbereich störend bzw. am Vorderrad anstoßend wäre. Die Rohre sind durch den Lotaufbau mit einem Radius von ca. 3 mm verbunden.
Die Biegebelastung ist maßgeblich für die Dauerhaltbarkeit des Materials. Für den verwendeten Werkstoff 25CrMo4 sind ca. 250 MPa Biegebelastung zulässig. Es wird angenommen, dass keine Lastüberhöhung durch Fahrbahnanregung/Missbrauch usw. vorliegt. Bei Bremsverzögerungen von 0,8 g treten Spannungsbereiche von ca. 100-250 MPa auf. Damit ergibt sich ein Sicherheitsfaktor von 700/250 = 2,8.
| Variante | Beschreibung | Ergebnis |
|---|---|---|
| 1 | Standarddesign | Referenz für Steifigkeit |
| 2 | Änderung von Ober- und Unterrohr | Keine Verbesserung |
| 3 | Erhöhung der Drehsteifigkeit | Verbesserung |
Die dargestellten Berechnungen sind vereinfacht, da die Kettenspannung und die Last am Lenker fehlen. Dennoch zeigt die Analyse, dass Baustahl (z. B. S235JR) nicht infrage kommt und 25CrMo4 angemessen ist.
Fahrtest und Fazit
War es das jetzt wert? Ich fahre mit meinem Freund zusammen. Das sind dann 50-60 gequetschte Kilo im Lastenkorb. Mein Lastenrad fährt sich ruhig und steht stabil auf dem Fahrradständer. Für meine Anwendung, nämlich Einkäufe im Radius von maximal 5 km und 20-30 kg Zuladung, hat sich das Rad bewährt. Das Beladen ist ohne lästiges Verstauen, Verzurren und Ausbalancieren möglich. Mein Lastenrad wiegt ca. 21,5 kg inklusive Lastenkorb und Rahmenschloss. Der Lastenkorb ist aus 6,5 mm dicken Siebdruckplatten aufgebaut und wiegt allein ca. 5,5 kg.
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