Stahlwerkstoff gesucht

Moin,
mal eine Frage an die Stahl-Experten (mein Werkstoffkundeschein ist schon 30 Jahre her...): Gesucht ist ein Stahl für Glockenklöppel. Seit vielen
Jahrzehnten werden Klöppel aus St37 hergestellt, aber seit ein paar Jahren macht man sich Gedanken, ob das nicht zu optimieren wäre. Die Festigkeit spielt überhaupt keine Rolle, weil Klöppel über ihr Trägheitsmoment bemessen werden, was bei St37 praktisch immer dazu führt, dass hinsichtlich der Zugschwellfestigkeit eine mindestens fünffache Sicherheit besteht. Klöppel werden immer aus einem Stück geschmiedet, so dass die 1. Forderung eine sehr gute Schmiedbarkeit ist. Die 2. Forderung ist eine möglichst geringe Härte, denn ein zu harter Klöppel schädigt die Glocke. Die Härte der Glockenbronze ist natürlich legierungsabhängig, kann aber zu rund 180 HB angenommen werden. Infolge des Gebrauchs des Klöppels (ständiges Anschlagen) erhöht sich dessen Härte an den Anschlagstellen bis auf das 2,5-fache des ursprünglichen Zustands, und da kann man sich gut vorstellen, dass ein Klöppel nach mehrjährigem Gebrauch mit z. B. 350 HB die Glocke an ihrem Stoßpunkt schwächt und langfristig schädigt. Von verschiedenen Seiten sind 1.0491 (S275NL) - was ich aber nicht so recht glauben mag -, und 1.0425 (P265GH) vorgeschlagen worden. Was meinen die Experten dazu? Sollen wir doch bei 1.0038 (S235JR) bleiben?
Gruß, Achim.
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Achim Grabinski wrote:

Die beiden vorgeschlagenen Stähle sind fester als der ursprüngliche und darum auch härter, aber die Härte stellt sich ja offensichtlich durch kaltverfestigung selbst ein.
"L" steht für Zähigkeit bei tieferen Temperaturen, IMHO gar nicht schlecht. "P" steht für einen Druckbehälterstahl. Komisch.
Ich würde wahrscheinlich S235J2 wegen der Verfügbarkeit und der Tieftemperaturzähigkeit nehmen.
Michael Dahms
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Michael Dahms schrub:

Ok, danke. Noch ne Frage zum S275NL: Behält der beim Schmieden eigentlich sein Feinkorn?
Gruß, Achim.
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Achim Grabinski wrote:

Bei einem feinkornbaustahl ist das Datenblatt des Herstellers zu beachten. Durch Überhitzen kann man die Feinkörnigkeit reduzieren. Eigentlich sind Baustähle nicht dazu gedacht, geschmiedet zu werden.
Man könnte auch einen C10 ins Auge fassen.
Michael Dahms
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Achim Grabinski schrieb:

Hallo,
wäre es da nicht besser mit zwei Teilen zu arbeiten? Den Schaft des Klöppels aus einem Stahl wie St37 und unten dran eine Kugel aus einem genügend weichen Metall möglichst ohne Kaltverfestigung. Blei oder Zinn sind vermutlich zu weich, wie wäre es mit Kupfer oder einer geeigneten Legierung daraus? Reineisen ohne Kohlenstoff wäre doch auch deutlich weicher. Diese Kugel könnte man ja auch leicht bei Bedarf austauschen.
Bye
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begin quoting, Uwe Hercksen schrieb:

An sowas hatte ich auch gedacht (ein hinreichend dicker Überzug über den Stahl wäre ausreichend).

Tja - weißt Du eine? Kupfer verfestigt sich auch, korrodiert zudem.

Die Klöppel sollen wohl aus einem Stück geschmiedet und ein Austausch vermieden werden, nehme ich an. Und Bronzeklöppel wären wahrscheinlich zu teuer.
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Uwe Hercksen schrub:

Macht man auch, aber nur in Sonderfällen. Kugelballen bekommt 2 Bohrungen, und da werden Rotgusspuffer eingesetzt. Ist aber nur bei Glocken aus Gusseisen oder Gussstahl üblich, oder wenn die Glockenbronze wegen hohen Zinn-Anteils oder Porosität sehr spröde ist. Im Übrigen sitzt auch immer die Denkmalpflege im Nacken, da kann man nicht alles machen, was geht. Alle Glocken, die vor Kriegsende '45 gegossen wurden, stehen per definitionem in Deutschland unter Denkmalschutz.
Gruß, Achim.
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Achim Grabinski schrieb:

Hallo,
wenn die Glocke unter Denkmalschutz steht wäre es doch noch wichtiger das sie einen Klöppel bekommt der sie möglichst schonend anschlägt. Wenn man den Denkmalschutz so auffasst das sowohl Glocke als auch Klöppel im Original erhalten werden müssen kann man eigentlich nur die Glocke stilllegen, vom Turm holen und in einem klimatisierten Raum einmotten.
Bye
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Uwe Hercksen wrote:

Nicht ganz so extrem wäre es, zu überprüfen, aus was für einem Stahl der Originalklöppel wirklich hergestellt wurde.
Michael Dahms
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Michael Dahms schrieb:

Hallo,
fragt sich allerdings ob man eine Stahlsorte die vor 1945 hergestellt wurde heute noch so bekommt.
Bye
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Uwe Hercksen wrote:

Ist wie bei anderen Restaurationen: man schaut, was am besten als Ersatz genommen werden kann.
Michael Dahms
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begin quoting, Michael Dahms schrieb:

Das Problem könnte sein, daß es "hinreichend schlechten" (z. B. chemisch inhomogenen) Stahl mit Guß- und Schmiedefehlern und mangelhafter Wärmebehandlung gar nicht mehr bekommt - die Analysedaten könnten ggf. auch für Probenahmen an verschiedenen Stellen entsprechend streuen.
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Moin,
Ralf . K u s m i e r z wrote:

Wenn Inhomogenitäten und Gussfehler und so so wichtig sind, dann kann die Stahlsorte ja garnicht so wichtig sein.
CU Rollo
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begin quoting, Roland Damm schrieb:

Daß sie "wichtig" sind, wäre eine etwas eigenartige Sicht der Dinge. Es ist nut ein wenig "unhistorisch", wenn das Produkt nicht "schlecht", sondern dem heute üblichen Stand der Technik entsprechend ist.
Es geht einfach darum, daß man den historischen Zustand nicht vernünftig bestimmen kann, wenn man an jeder Stelle ein anderes Analyseergebnis kriegt, mal abgesehen davon, daß man den historischen Klöppel evtl. auch nicht zerlegen möchte, um an das Innere heranzukommen.
Dann wäre der Versuch, einen "ähnlichen" Werkstoff aus der Liste zu suchen, zum Scheitern verurteilt: Man müßte vielmehr versuchen, das historische Fertigungsverfahren (mit "schlechter" Stahlerzeugung) nachzuahmen und dann ein Zufallsergebnis zu produzieren.
Oder man pfeift eben auf die Historizität und stellt einen funktional optimalen Klöppel mit modernen Fertigungsverfahren her.
So am Rande wäre ich mir übrigens nicht so sicher, ob der Klöppel wirklich nur durch Masse und Trägheitsmoment funktional komplett bemessen ist. Durch den Anprall des Klöppels an der Glocke werden in beiden Stoßwellen und Schwingungen hervorgerufen (was bei der Glocke schließlich Sinn der Sache ist), und der Anschlagvorgang sollte dabei also entscheidenden Einfluß auf Klangentstehung und Materialbeanspruchung haben.
Mal so als extremes Beispiel: Wenn der Klöppel an der Anschlagstelle nicht aus einer Art massiver Stahlkugel bestünde, sondern die Anschlagstelle selbst am Klöppel weich federnd angebracht wäre, dann wäre der Anschlag völlig anders. Man könnte sich also vorstellen, daß bei dem Klöppel hinter der Anschlagfläche ein Hohlraum eingebracht wird, so daß die Wand davor etwas federt - vielleicht würde das das Kraftspitzenproblem schon entschärfen.
Ein anderer Ansatz wäre eine Präzisionsformgebung: Ein kraftvoller Anschlag ist wahrscheinlich wegen der Klangentstehung unabdingbar. Wenn man den Klöppel mit Gummi überzieht, dann beschädigt er zwar die Glocke nicht mehr, aber die klingt dann eben auch nicht. Das Problem sind offenbar die Flächenpressungsspitzen. Um die zu reduzieren, müßte die Anschlagfläche möglichst großflächig sein (also "Postkarte" anstatt "Stecknadelkopf" oder "Erbse") und die Glockeninnenfläche sehr präzise nachformen. Dann geht zwar der Schlag mit voller Stärke auf die Glocke, aber die Flächenpressung bleibt so niedrig, daß die Glocke nicht beschädigt wird, und zwar auch dann, wenn der Klöppel "unendlich hart" wäre.
Eigentlich hat ja nicht der Klöppel, sondern die Glocke das Problem. Eine Lösung könnte also sein, diese unempfindlich zu machen: Zunächst wird die Anschlagfläche des Klöppels wie skizziert passend geformt, und dann wird die Anschlagfläche der Glocke mit einer dünnen Schicht unempfindlichen Metalls, das nicht härtet, belegt, z. B. ein paar Tausendstel Gold aufgelötet. Beim Anschlag wird dann zwar die Goldschicht massiv plastisch umgeformt, baut dabei aber die Druckspitzen effektiv ab, so daß das Glockenmetall selbst nicht geschädigt wird. Und das geht im Prinzip beliebig oft, da Gold eben nicht härtet, sondern kaltduktil bleibt, außerdem ist es vollkommen korrosionsunempfindlich.
Diese Flächenanpassung ist dann "nur" noch ein Fertigungsproblem: Die Kontaktfläche muß beim Läuten präzise ausgerichtet bleiben und darf nicht verkippen, und das auch noch unter den Bedingungen starker Vibrationen und Temperaturwechsel. Der Klöppel müßte also sehr formstabil ausgeführt und relativ präzise gelagert werden, aber da das Referenzobjekt der Relativbewegung die Glocke selbst ist, sollte das wohl möglich sein.
Gruß aus Bremen Ralf
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Das ist noch die Frage. Warum sollte eine Glocke nicht klingen, wenn sie mir einem weichen Material angeschlagen wird?
Eine Glocke muss ja nur zum Schwingen gebracht werden, d.h. es muss Energie zugeführt werden. Daraufhin beginnt die Glocke zu schwingen. Wie es klingt, sollte von de Form der Glocke und nicht so sehr vom Klöppel abängen.
Was sagen denn die Glockenexperten hier dazu: Wie klingt es, wenn man mit einem Gummihammer auf eine Glocke haut?
Alternativ könnte man auch Polypropylen nehmen. Ist dann zwar alles nicht mehr historisch, aber was solls ;-)
Gruß
Stefan
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Stefan Brröring schrub:

So ähnlich wie deine Lautsprecherbox, wenn eine Wolldecke davor hängt.
Gruß, Achim.
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Ralf Kusmierz schrub:

Genauso isses. Aber er sollte wenigstens "möglichst historisch" aussehen.

Richtig, die Größe des Impulses J*deltaphipunkt ist für den Klang schon recht sensibel, da bleibt nicht allzuviel Spielraum. Nebenbei bemerkt ist die Verformung durch den Klöppelanschlag an der Innenseite des Schlagrings nur eine Art der Schädigung. Die gravierendere ist natürlich die Rissbildung, die an der Außenseite des Schlagrings durch Zugspannungen entsteht. Aber das ist ne andere Baustelle, denn da sind ja Klöppelmaterial/Härte wurscht.

Interessante Idee, müsste man mal untersuchen, inwieweit das die Berührungsdauer beim Stoß beeinflusst, denn die ist u. a. auch für den Klang wichtig.

Lässt sich allenfalls tendenziell machen. Schlagring innen hat Sattelform, Ballen konvex, Anschlagstelle an der Glocke ist leicht elliptisch. Vertikal größer geht nicht, weil der Ballen vertikal und horizontal konvex sein muss, was wieder daran liegt, dass das Klöppel-"Lager" eine Lederschlaufe über einen waagerechten Bolzen ist. Mutet zwar anachronistisch an, hat sich aber seit 1000 Jahren bewährt. Ist auch deswegen nicht verkehrt, weil man aus schwingungstechnischen Gründen (Doppelpendel) häufig einen zentralen Stoß nicht hinbekommt und folglich das Klöppellager zusätzliche Stoßkräfte aufnehmen muss. Außerdem wird es als wünschenswert betrachtet, wenn der Stoßpunkt ein paar Millimeter hin- und herwandert, in der Hoffnung, dass es die "Lebensdauer" bis zum Riss erhöht. Horizontal größer lässt sich aus klanglichen Gründen nur geringfügig machen (vgl. die geringe Höhe der Hämmer, die die Saite im Klavier anschlagen).

Der Gedanke gefällt mir sehr gut, die Idee hatte noch keiner. Wenn man sich allerdings Anschlagstellen nach mehrjährigem Gebrauch einer Glocke anschaut, dann sind die oft glatt wie poliert.
Danke für die Anregungen! Gruß, Achim.
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begin quoting, Achim Grabinski schrieb:

Wo wir gerade mal einen Glockenexperten da haben: Im Wikipedia-Artikel über die Zarenglocke (die weltgrößte Glocke? - <http://de.wikipedia.org/wiki/Zarenglocke ) steht, daß bei einem Gesamtgewicht von 202 t der Bronze auch 525 kg Silber und 72 kg Gold zulegiert wurden, was bei üblichen Glockenbronzen einen Atomprozentgehalt von 0,17 bzw. 0,013 % ausmacht. Nun dürfte dieser Edelmetallanteil von knapp 0,3 % nicht so ganz billig gewesen sein (nach heutigem Wert bei gegenüber der damaligen Zeit relativ sehr stark gesunkenem Metallwert allein ca. 1,2-1,8 Mio. Euro, je nach Feinheit) - mich würde mal interessieren, ob der mehr "magische" Bedeutung hatte, oder ob es dafür einen metallurgischen Grund gab.
Die Zarenglocke ist zwar nie zum Einsatz gekommen, weil sie bereits während der Herstellung zerstört wurde, aber sie dürfte wohl durchaus als Geläut projektiert gewesen sein.
Ich kenne nämlich keinen vernünftigen Sinn für den Einsatz von Edelmetallen in Zinnbronzen, zudem muß man wohl auch davon ausgehen, daß damals die Legierungsmetalle nicht in besonders reiner Form vorgelegen haben dürften, so daß erheblich mehr andere Metalle in der Legierung vorhanden sein dürften.
(Ob das Edelmetall tatsächlich in den Guß und nicht vielmehr in den Beutel von Interessenten gewandert ist, müßte eine Analyse zeigen. Praktischerweise gibt es eine große freiliegende Bruchfläche - sollte ich da mal vorbeikommen, werde ich mal schauen, ob man wohl ein wenig abkratzen kann mit Hämmerchen und Meißel.)
Reparieren geht wohl nicht? (Mal abgesehen davon, daß das wohl auch nicht gewünscht wird.)
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Ralf . K u s m i e r z wrote:

Ich würde sagen, die Zaren wussten Zeitweise nicht so richtig, wohin mit den Edelmetallen. Zum Dach decken wurde Gold ja auch gerne benutzt.
CU Rollo
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Ralf Kusmierz schrub:

Es gibt keinen vernünftigen Grund. Gold ist sehr ungewöhnlich. Von Silber wurde allerdings vor Jahrhunderten gern behauptet, es würde den Klang verbessern, aber mangels Analysentechnik konnte hinterher niemand feststellen, ob das Silber in der Schmelze oder in der Hosentasche gelandet war. Analysen historischer Glocken zeigen nur sehr geringe Spuren von Silber. Heutige Glockenbronze ist idealerweise Cu78Sn22, wobei Sn geringfügig variieren darf, aber immer mindestens 20% sein muss. Der Zinnanteil ist sensibel, die Klangqualität nimmt mit höhrerem Zinngehalt zu, aber die mechanische Festigkeit ab, Glocken mit höherem Zinnanteil zerspringen leichter. Fremdbestandteile dürfen max. 2% vorhanden sein, davon max 1% Pb, was also recht reines Zinn erfordert. Blei liegt ungelöst vor, verringert Härte und Schallgeschwindigkeit und erhöht die innere Dämpfung.

Wobei noch erschwerend hinzukam, dass es gängige Praxis war, vorhandene Bronze (zerstörte Glocken, seltener auch andere Dinge wie Geschützrohre) wiederzuverwenden, so dass der Gießer den Zinnanteil raten musste, wenn er noch Kupfer oder Zinn hinzufügen wollte.

Geht, ist aber sehr aufwendig. Auch wenn's mancher nicht glauben mag: Gesprungene Glocken werden autogen geschweißt, wobei die gesamte Glocke vorher stark erwärmt werden muss. Es hat übrigens schon kuriose Fälle gegeben, dass die Glocke nach der Schweißung besser geklungen hat als im Zustand bevor der Riss auftrat, weil ja die gesamte Glocke anlässlich der Schweißung gewissermaßen spannungsarm geglüht wurde und sich vielleicht auch das Gefüge günstig verändert hat.
Gruß, Achim.
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