Ich suche nach Werten (oder Links auf diese Werte) bezüglich Stahl, mir fehlen aber die richtigen Suchbegriffe.
Es geht um folgendes: Wir wollen wissen, wie sich der Hinterbau eines Billigfahrrades und der eines hochwertigen Rennrades elastisch verbiegt, wenn man mit der gleichen Kraft in die Pedale tritt.
Die Geometrie (und damit auch die auf den Hinterbau wirkende Kraft) nehmen wir als identisch an, der Unterschied besteht in der Legierung des Stahls. Das Billigfahrrad soll aus billigem Baustahl bestehen, das Rennrad aus hochwertigem CrMo-Stahl.
Nach was muß ich das suchen? Ist da die Härte entscheidend, oder das Elastizitätsmodul? Und wo finde ich entsprechende Werte?
Außerdem würde uns noch interessieren, wie sich die Verarbeitung der Rohre auf die 'Verbiegefreudigkeit' auswirkt. Was gibt es da für Möglichkeiten?
Da fällt mir doch glatt der Stahlschlüssel ein! Gibt?s in jeder Bibliothek oder kaufe dir für kleines Geld das "Stahlschlüssel Taschenbuch"! Kosten ca.
10 - 15 EUR
Die Härte des Materials dürfte weniger interessant sein. Eher das E-Modul, G-Modul und die Zugfestigkeit des Materials. Ich denke hier könnte dir jedes Mechanikbuch aus dem Grundstudium weiterhelfen. Empfehlung: Assmann, Technische Mechanik.
Wenn ich mich richtig erinnere, dann sind im Assmann auch tolle Beispiele für Schweißnahtberechnungen!
Danke für die Tipps, aber ich wollte eigentlich keine Diplomarbeit schreiben, sondern nur eine überschlägige Betrachtung, also zwei Werte, die mir z.B. sagen, wenn alles andere gleich ist, dann verbiegt sich der Hinterbau des billigen Rades um das 1.234-fache...
Hmmm.. Stahlrahmen werden nicht geschweißt, sondern hartgelötet. Und ich habe eigentlich mehr die Verarbeitung der Rohre an sich gemeint, Rennradrohre werden gern noch gezogen, damit sie in der Mitte etwas dünner und damit leichter werden.
Aber trotzdem vielen Dank, vielleicht fällt mir ja irgendein Maschinenbauer ein, der diese Bücher haben könnte.
Wenn die Geometrie tatsächlich identisch ist, dann wird es wohl keinen großen Unterschied zwischen den beiden Rahmen geben. Höchstens, daß der teure erst bei einer größteren Belastung versagt. Entscheidend für die elastische Verformung sind der E-Modul und die Geometrie. Und der E-Modul ist ein Wert, der bei Stahl kaum mit der Legierungszusammensetzung schwankt.
Fängt mit der Herstellung an. Würde man das Rohr einfach gießen, dann hält es sicher nicht viel aus. Normalerweise wird der Stahl gewalzt. Dabei verformen sich die Kristallkörner. Dumm kommt es, wenn man im Laufe der Herstellung die Rekristallisationstemperatur überschreitet, dann bilden sich die Kristalle sozusagen wieder zurück zu ihrer Ausgangsform die mechanisch nicht so belastbar ist. Um diesen Effekt zu vermeiden, ist beim Walzen genau auf die Temperatur zu achten (nochmalerweise wird ständig gekühlt) und es sind Schweißnähte zu vermeiden. Schweißnähte sind aus vielerlei Gründen immer eine Schwachstelle. Wenn man den Rahmen langlebig machen will, verbindet man die Rohre mit Lötmuffen.
Apropos langlebig: Das ist bei einem Fahrrad sowieso das Hauptproblem, selbst das billigste Fahrrad wird nicht unter der Last einer übergewichtigen Person bei einfachen Draufsetzen zusammenbrechen. Erst die dauernde schwingende Belastung führt zu Ermüdung und damit zum Versagen. Hier gibt es einen Unterschied zwischen Baustahl und hochwertigem Stahl: der Baustahl ermüdet schneller. MAn kann für ein Bauteil immer eine Kurve angeben, in der man über dem Maß der Belastung die Anzahl der Lastwechselzyklen bis zum Versagen aufträgt. Eine Zyklenzahl von 0 bedeutet statische Belastung, da kann der Hochfeste Stahl mehr ab. Dann fällt die Kurve. Bei einer gewissen Zahl von Lastwechseln ist der Ermüdungsprozeß abgeschlossen, wenn das Bauteil dann immer noch hält, dann hält es quasi unendlich lange. Dieser Knick liegt (IMO) bei Baustahl bei einer Anzahl von 10^6 Lastwechseln, bei höher legierten Stählen bei 10^7..10^8. Wenn also ein Baustahlfahrrad das erste Jahr (oder so, je nach...) überlebt hat, dann hält es ewig, bei einem Hochwertigen Rahmen kann man diese Aussage erst nach 10 Jahren der Benutzung treffen.
Inwieweit das praktisch relevant ist, weis ich nicht. Hauptversagensgrund bei Fahrradrahmen ist wohl ein Unfall, gefolgt von Spaltkorrosion. Und erst dann kommen solche Aspekte wie statische Tragfähigkeit oder Dauerschwingverhalten zum Tragen.
Ach ja, ein hochfester Stahl braucht für die gleiche Tragfähigkeit natürlich eine geringere Wandstärke - und das dürfte der einzige Grund für den Einsatz solcher Materialien sein. So ein hochwertiges Fahrrad kann bei gleicher statischer Tragfähigkeit deutlich leichter gebaut werden. Allerdings ist es dann auch weicher. Zumindest wenn man es übertreibt.
Also der Vergleich von verschiedenen Stahlsorten ist etwas unangebracht, wenn man von der gleichen Geometrie ausgeht. Eher relevant dürfte die Frage sein, wie leicht man einen Rahmen bauen kann, wenn man die Grundform und die Belastbarkeit (wie auch immer man die definiert) vorgibt.
Und was die Tricks angeht: ganz coole Fahrradrahmen haben Rohre mit nicht konstantem Profil/Wandstärke. Dadurch kann man den Materialverbrauch an die Belastung anpassen und wiederum Gewicht sparen.
Ah ja, wie jetzt? Wenn die Rohre gleich dick sind, ist dann der hochfeste Stahl doch weniger elastisch als der Baustahl? Oder hat Tragfähigkeit nichts mit Elastizität zu tun?
Bei gleicher Geometrie erhältst du praktisch identische Verformungen. Bei einem Billigrad sogar eher etwas geringere, weil der E-Modul von "Baustahl" mit ca. 2.1 x 10^5 N/mm^2 etwas über dem von hochlegierten Stählen mit ca. 2.0 x 10^5 N/mm^2 liegt.
Nein. Die Tragfähigkeit bestimmt[TM], wann ein Material bricht, die Elastizität, wie es sich verformt.
Deine Kriterien sind falsch und für dsim völlig off topic. Erinnere dich an deinen vergangenen oder zukünftigen Unterricht über technische Mechanik und verschone uns hier von deinen Apfel-oder-Flugzeugträger-Vergleichen.
Na ja,.... also um einen Stahl zu beschreiben braucht es ein paar mehr Werte. Also stell dir, ganz so wie man es macht, ein stück Stahl in einer Zugmaschine vor. Dieses Stück Stahl ziehst du lang bis es durchreist. Währenddessen nimmst du die Kraft aud, die momentan wirkt. Daraus heraus kommt ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm.
Also jeder Stahl hat zunächst mal einen elastischen Bereich. In dem ist die Verformung proportional zur Dehnung. Der Proportionalitätsfaktor ist der E-Modul.
Irgendwann hat der Werkstoff aber genug und beginnt sich zu strecken. Die Kurve Spannung über Dehnung mach einen Knick und beginnt abzuflachen. Dann ist auch der Punkt überschritten, an dem sich der Stahl nach Entlastung wieder in seine ursprüngliche Form zurückziehen würde. Er bleibt halt ein bischen gestreckt.
Aber das heißt noch nicht, daß er damit schon die maximale Spannung aufgenommen hätte. Er kann noch mehr. Allerdings: ein einfacher Baustahl kann vieleicht 30% mehr vertragen als nötig ist, um ihn dauerhaft zu verformen. Ein Hochfester Stahl kann vielleicht nur 5% mehr. Wenn also ein Hochfestr Stahl anfängt sich dauerhaft zu verformen, dann ist er schon kurz vor dem Bruch/Riss. Ein Billigstahl hat da noch viel Toleranz. Der Billigstahl dehnt sich halt ein bischen und dann ist auch wieder gut. Er kann z.B. deswegen auch mehr Energie schlucken, was z.B. bei einem Aufprall wichtig sein könnte.
Aber zurück zum Thema.
Der Hochfeste teure Stahl hat eine erheblich höhere Belastbarkeit bevor er bricht oder durchreißt. Gut. Aber die Steifigkeit also der E-Modul unterscheidet sich bei einem solchenStahl nicht so sehr von dem, eines Billig-Baustahls. Wenn du ein Fahrrad fährst und die mangelnde Steifigkeit kritisierst, meinst du damit aber nur die Steifigkeit im elastischen Bereich. Und da gibt es eben keinen großen Unterschied zwischen ST37 und CK-wasweisich. Die Steifigkeit in diesem Belastungsfall kommt (im Vergleich) bestenfalls aus der unterschiedlichen Bauform. Wenn die wirklich gleich ist, dann gibt es keinen signifikanten Unterschied.
Es bleibt aber die Tatsache, daß bei gleicher Bauform der hochlegierte Stahl eine höhere Bruchgrenze hat. Der Bereich der elastischen Verformung reicht also bis hin zu höheren Materialspannungen - auch wenn er bei Überschreitung sofort reißt/bricht was ein billigstahl nicht so schnell tun würde.
Ach jee, Entweder weist du das eh schon, oder aber frag nich mal nach, dann erzähle ich dir mehr darüber.
Nicht jeder Stahl. Ein vergüteter CrMo-Stahl hat AFAIK bereits einen kontinuierlichen elastisch-plastischen Übergang, wie es sich für einen normalen Werkstoff gehört. Dort wird also keine Streckgrenze, sondern die 0,2%-Dehngrenze bestimmt.
Hast Du noch nie verbogene Fahrradteile gesehen? Bei der Konstruktion muß nachtürlich darauf geachtet werden, daß bei Betriebsbeanspruchung keine unzulässigen plastischen Verformungen auftreten.
wenn Du Dich von der Utopie des starren Körpers verabschiedet hast dann gelingt es Dir einzusehen das sich beide elastisch verformen, nur evtl. unterschiedlich stark. Eine Frage ist auch ob Billigrad und hochwertiges Rad beide Sollbruchstellen durch schlechte oder fehlerhafte Konstruktion enthalten. In einem älterem Rad sind mir bereits mehrere Pedalachsen und Lenker gebrochen sowie eine Tretlagerachse. Nach genauer Betrachtung alles Sollbruchstellen wegen stufenförmiger Querschnittsänderungen.
PolyTech Forum website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here.
All logos and trade names are the property of their respective owners.