Kann Stahlfeder "weich" werden?

Hallo,
manche Fahrradsättel haben Spiralfedern aus Stahl. Können diese Federn im Laufe der Nutzungszeit "weicher" werden, d.h. kann die Federkonstante
kleiner werden (rein elastische Verformung vorausgesetzt)? Mein Fahrradhändler bzw. sein Gehilfe behauptet genau dies. Ich habe gerade einen neuen Sattel (Brooks Champion Flyer) probegefahren und ihm gesagt, dass die Federn viel härter seien als beim 15 Jahre alten, nach Augenschein baugleichen Sattel (Brooks Champion B66) an meinem anderen Fahrrad, was man auch beim Zusammendrücken mit der Hand ganz klar spüren und sehen kann.
Ich habe auch schon bei anderer Gelegenheit jemanden sagen gehört, dass der Stahlrahmen seines Fahrrades im Laufe der Zeit "immer weicher" geworden sei.
Beides kann m.E. nicht stimmen, da der Elastizitätsmodul von Stahl doch wohl eine Materialkonstante ist, die so heißt, weil sie sich eben nicht ändert.
Meinungen bzw. möglichst gesicherte Erkenntnisse dazu?
mfg, Martin
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Martin Blanke schrieb:
Stähle haben durchaus Ermüdungserscheinungen. Die ganze Rechnerei mit Federkonstante und anderen Werten ist immer nur ein mehr oder weniger gutes Abbild der Realität.

selbstverständlich können sie das.

Die Konstante ich aber auch nur konstant, wenn sich nichts ändert. Was sich ändert, ist der Einfluss von Wind und Wetter (->Rost, Oxidation) sowie die ständigen unterschiedlichen Belastungen; oft auch noch mit Nulldurchgängen, die sich durchaus auf das Gefüge im Stahl auswirken können. Spannungen innerhalb des Materials lösen sich allmählich. Es gibt auch Ermüdungsbrüche...
--
Servus
Christoph Müller
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Martin Blanke schrieb:

Naja, die können sich schon ändern. Duraluminium wird härter, Auslagerung.
Sowas würde ich aber unter Werbeaussage von Möchtegernfachleuten einordnen.
Federn können sich (selten) setzen, werden kürzer.
Carsten
--
Paulus schrieb an die Apachen,
ihr sollt nicht nach der Predigt klatschen.
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Martin Blanke schrieb:

Der E-Modul ist keine Konstante, sondern ein Kennwert. Er ist von vielen Einflüssen abhängig, u.a. von der Temperatur und der Prüfgeschwindigkeit.
Zum Thema 'Erweichen von Stahl' kann ich nicht weiterhelfen, halte es aber schon für möglich, dass es dazu kommt (Veränderungen in der Gitterstruktur des Metallgefüges, die bei erhöhten Temperaturen schnell ablaufen, wird es auch schon bei Raumtemperatur geben...und die werden durch dynamische Belastung sicher auch beschleunigt ablaufen).
Volker
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Hallo,
danke erstmal für die Antworten. Überzeugt bin ich allerdings noch nicht. Ich habe vor langer Zeit mal Bauingenieurwesen studiert, mich seitdem aber mit anderen Dingen beschäftigt, daher kann ich mich nur auf meine Erinnerung an das Studium stützen. Und die sagt mir: Der einzige materialbezogene Faktor, der in Verformungsberechnungen (bei konstanter Temperatur) eingeht, ist der E-Modul. Wenn der sich im Lauf der Zeit unter der zugrundegelegten Belastung ändern würde, müssten Stahltürme im Laufe ihres Lebens immer stärker schwanken, müssten Stahlbrücken und Stahlbetonträger immer stärker durchhängen usw. Mit Verlaub, aber davon habe ich damals nie was gehört. Wenn die Berechnung eine bestimmte Verformung unter einer bestimmten Belastung ergibt, dann gilt das, solange das Bauteil lebt. Wie gesagt, ich lege rein elastische Verformung bei normalen Umgebungstemperaturen zugrunde. Wenn die Belastung so groß ist, dass der Stahl anfängt zu fließen, sieht es natürlich anders aus. Der Fahrradfachmann behauptet ja, dass die Sattelfedern bei ganz normalem Gebrauch (bei Temperaturen, bei denen man normalerweise Fahrrad fährt, und ohne die Federn zu überdehnen) im Lauf der Zeit "weicher" werden, und zwar in ganz deutlich spürbarem Maße.
mfg, Martin
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Moin Moin dr. Group,
Martin Blanke schrieb:

frage Dich bitte mal selber.
1.) alte Federkernmatrazen hängen auch nach einiger Zeit durch.
2.) verwechsle bitte nicht Brücken aus Stahl mit Federstahl. Federstahl kann Kalt-/Warmgezogen sein.
Mit freundlichem Gruß
Volkhard Kuhn
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*Volkhard Kuhn* wrote on Fri, 09-05-01 20:48:

Stimmt. Aber der wesentliche Effekt ist hier eine plastische Verformung, eine Verschiebung der Nullage. Die Federkonstante ändert sich, wenn überhaupt, nur sehr wenig. Das ist alles sehr lange her und ich hatte seitdem nichts mehr mit dem Thema zu tun, aber ich erinnere mich dunkel, daß Dinge wie Härten und Anlassen den E-Modul nicht oder fast nicht ändern. Im Umkehrschluß sollten Diffusionsprozesse, die diese inneren Spannungen abbauen, das auch nicht tun. Zuletzt kann ich mich nicht erinnern, bei den Federberechnungen im Grundstudium mehrere Möglichkeiten mit verschiedenen Materialwerten gehabt zu haben. Stahl war Stahl und Tabellen mit verschiedenen Elastizitätsmoduln gab es nicht.
Die Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/Elastizit%C3%A4tsmodul scheint meiner verblassenden Erinnerung Recht zu geben.
Ergo: Federhärten ändern sich *nicht*.
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Hallo,

Eine durchhängende Matratze hängt auch im unbelasteten Zustand schon durch. Dann aber heißt das, dass die Federn überdehnt, also plastisch verformt wurden. Diesen Fall betrachte ich jedoch nicht.

OK, das kann ein Argument sein. Federstahl kam in unseren Berechnungen im Studium tatsächlich nicht vor.
mfg, Martin
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Martin Blanke schrieb:

... ...
Die Feder unter Deinem Sattel ist eine Torsionsfeder. Es interessiert also nicht nur die Materialkonstante (hier ist übrigens der G- nicht der E-Modul von Interesse) sondern die Geometrie der Feder.
Es kann durchaus sein, dass sich die Ringweite und/oder die Ganghöhe dieser Torsionssfeder im Laufe der Zeit ändern. Ich weiss es nicht, ob das so ist, aber ich würde eher auf diese Effekte tippen als auf eine Änderung des G-Moduls. Vergleiche doch einfach mal den Durchmesser des Drahtes, den Durchmesser der Feder, die Ganghöhe und die Anzahl der Windungen.
Ich kann mir auch vorstellen, dass an einzelnen Stellen teilweise plastische Verformungen in den äußeren Zonen des Drahtes vorhanden sind, die zu einer geringeren Querschnittssteifigkeit führen. Die Torsionsspannunen im Kreisquerschnitt des Drahtes sind ja am Rand am größten. Wenn es hier zu einer Überbeanspruchung kommt, fließt das Material am Rand. Diese Bereiche wirken dann quasi wie Rutschkupplungen und das reduziert die Querschnittssteifigkeit (hier ist es die Torsionssteifigkeit GI_T).
Mit Gruß Ernst Sauer
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X-No-Archive: Yes
begin quoting, Ernst Sauer schrieb:

Wenn sich das Material periodisch plastisch verformt, dann ist es ruck-zuck gebrochen. Was die weicher werdenden Rahmen angeht: Die *werden* "weicher". Die Ursache sind sich ausbreitende Risse, und natürlich brechen die dann irgendwann.
Gruß aus Bremen Ralf
--
R60: Substantive werden groß geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosphäre Autor bißchen Ellipse Emission
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Ralf . K u s m i e r z schrieb:

Periodisch? Bei der Sattelfeder haben wir nur eine Schwellbeanspruchung keine Wechselbeanspruchung. Eine Beanpruchung über die Elastizitätsgrenze hinaus wird sich auch nur sehr selten und dann stossartig einstellen. Zu einer Überbeanspruchung wird es gelegentlich aber schon kommen, denn die Feder wird vermutlich nicht stark überdimensioniert, sonst wird sie zu hart und der Sattel zu schwer. Bei der Überbeanspruchung kommen die Randfasern ins Fliessen. Nach der Entlastung verbleiben im Querschnitt ein unvermeidbarer Eigenspannungszustand und Vorverformungen. Meine Vermutung ist nun, dass sich dadurch die Querschnitts- Steifigkeit etwas reduziert (was sonst). Ich tippe eher auf einen solchen Effekt, weil ich noch nie gehört oder gelesen habe, dass sich der E-/G-Modul von Stahl (es sind sicher Stahlfedern) im Laufe der Zeit ändert. Wäre das der Fall, dann müsste man diesen Effekt im Bauwesen berücksichtigen.
Mit Gruß Ernst Sauer
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Hallo,

In diesem Punkt gehen meine Vermutungen in die gleiche Richtung. Zusätzlich kann ich mir vorstellen, dass bei älteren Stahlrahmen, die meist gemufft und gelötet und nicht geschweißt sind, hier und da eine Lötverbindung partiell zerbröselt.
mfg, Martin
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An alle,
aus Euren Äußerungen schließe ich, dass es zu diesem Problem
a.) noch keine gesicherten Erkenntnisse gibt oder dass diese jedenfalls nicht sehr verbreitet sind
b.) dass im konkreten Fall der Spiralfeder im Fahrradsattel es tatsächlich sein kann, dass die Steifigkeit nachlässt, aber nur nach einer (geringen) plastischen Verformung im Randbereich des Federdrahtquerschnittes, was aber durchaus im normalen Gebrauch vorkommt oder sogar planmäßig einkalkuliert ist. Damit verbunden wäre dann jedoch immer auch eine bleibende Verformung geringen Ausmaßes, die nicht auffällt, weil sie gering ist und weil sie sich erst nach und nach aufbaut.
Ich denke, damit können wir den Thread schließen. Danke für die Beiträge!
mfg, Martin
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Martin Blanke schrieb: > aus Euren Äußerungen schließe ich, dass es zu diesem Problem > > a.) noch keine gesicherten Erkenntnisse gibt oder dass > diese jedenfalls nicht sehr verbreitet sind
Mittlerweile schon: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2006-08/nios-nxm080306.php http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,566642,00.html http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2004/pressemitteilung20040302 / http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/149883.html http://derstandard.at/?id 81476
Grüße, Joachim
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Martin Blanke schrieb: > aus Euren Äußerungen schließe ich, dass es zu diesem Problem > > a.) noch keine gesicherten Erkenntnisse gibt oder dass > diese jedenfalls nicht sehr verbreitet sind
Mittlerweile schon: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2006-08/nios-nxm080306.php http://www.welt.de/print-welt/article201127/Muede_Materialien.html http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,566642,00.html http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2004/pressemitteilung20040302 / http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/149883.html http://derstandard.at/?id 81476
Grüße, Joachim
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Martin Blanke wrote:

Ermüdungsrisse senken die Bauteilsteifigkeit.
Michael Dahms
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Am Thu, 30 Apr 2009 18:26:53 +0200 schrieb Martin Blanke:

Nach der Konsultation meines Federlieferanten (Gutekunst) gilt folgendes: Federn haben ein "Setzverhalten" d. h.: Eine Druckfeder wird durch Belastung auch im unbelasteten Fall kürzer und dadurch ändert sich die Federkonstante. Gutekunst liefert deshalb alle Federn "vorgesetzt". Weiter gilt: Federn behalten ihre Eigenschaften nur in einem sehr engen Temperaturbereich (<100°K). Falsch ausgelegte Federn brechen durch Materialstress aber sie werden nicht weich. Folgerung: Qualität kaufen und gut ist das :-))
--
Mit freundlichen Grüssen:
Peter Niessen
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Interessante Mitteilung. Um die hier richtig einordnen zu können, müssten aber noch ein paar zusätzliche Infos her: - Was ist der Grund für das "Setzen"? - Geht das unter Belastung schneller? - Wie lange dauert der Vorgang überhaupt? - Um wieviel % wird die Feder dadurch kürzer? - Gilt das nur für auf Druck belastete Schraubenfedern?
mfg, Martin
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Moin,
Peter Niessen schrub:

Wie verträgt sich diese Ausage mit jener:

?
Also wenn sie nicht weich werden, ändert sich nach meinem Begriffsempfinden die Federkonstante nicht.
CU Rollo
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Roland Damm wrote:

Wer den begriff 'Materialstress' verwendet, weiß nicht, wovon er redet, oder er will sein Publikum verarschen.
Michael Dahms
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