Konstruktive Verbesserungsvorschläge gesucht

THREE60

THREE60

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Hi,

unten abgebildete Welle (Coda HR-Nabe) ist durch Kerbwirkung gebrochen.
Welle ist aus Alu. Da ich eine neue Welle drehen lassen möchte, suche ich nun konstruktive Verbesserungsvorschläge. Welchen Aluwerkstoff würdet ihr verwenden?

Problem:
Durchmesser auf der Ritzelseite ist auf 11,5 mm begrenzt.
Ausrundung im kerbgrund IMHO kaum realisierbar. Lagerinnenring hat Rundung mit r=0,3mm.

Wird die Nabe in den Rahmen gespannt übertragen die Deckel die Kraft auf die Lagerinnenringe


Gruß,
Ralf
 

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Das einfachste wäre wohl einen anderen Werkstoff - Stahl zu nehmen.
Wie ist aber die Kontaktkorrosin Rahmen, Welle zu bewerten?`

Ralf
 
Hallo,

mal im Ernst, ich fahre auch die Coda-Expert Naben und bin der Meinung, dass es sich nicht lohnt, da großartig was zu bauen. Qualitativ sind die Naben nicht so hoch angesiedelt, dass sich das (vielleicht recht teure) Drehen einer neuen Achse (Welle? Nein, dreht sich doch nicht) nicht lohnen dürfte.
Die Lagerung der Nabe mit nur zwei (dafür nicht konstruierten) Rillenkugellagern ist sowieso nicht die beste. An sich funktionieren die Coda-Naben ja recht gut, nur sind sie 1. ziemlich schwer und 2. hat man auf Grund von Konstruktionsmängeln doch einen recht hohen Verschleiß an Lagern. Ich musste meine Lager an der Hinterradnabe bereits nach 3000 Kilometern wegen Deformation auswechseln (12,50 Euro für beide) und es deutet sich langsam der zweite Wechsel an (Kilometerzahl immer noch im vierstelligen). Die Biege-Kräfte die durch die Achse auf die Lager wirken sind einfach hoch, dass die Lager sich mehr oder weniger verkanten. Dürfte auch an der recht "weichen" Achse liegen (trotz Vorspannung durch Schnellspanner). Dadurch "leiern" die Laufrillen der Kugeln aus und die Kugel "gravieren" die Rillen. Ein rauher Lauf ist die Folge.

Meine Vorschläge:

1. Kaufe dir eine anständige, leichte, haltbare Nabe (240 Disc, tune Kong)
2. Wenn du wirklich die Achse drehen lassen willst, dann nimm einen Werkstoff, der sich etwas "besser" ist als das Alu. Stahl zum Beispiel. Damit wird die Nabe allerdings nochmal schwerer.

Grüße, rikman

postscriptum: Das war zwar jetzt sicher nicht wirklich konstruktiv, aber ich wollte auch mal wieder was sagen ;)
 
kann mich nur Rikman's Meinung anschliessen. Aufwand lohnt sich einfach nicht, ist eine simple Fehlkonstruktion. Altes Sachserbe, leider. Eventuell wuerde ich es mit einer Vollachse in serioesem Verguetungsstahl probieren, aber selbst mit Innengewinden an den Enden (M5x0.75) kommt man in den heiklen Bereich des Lagersitzes. Bei 10mm ist einfach zu wenig Wandstaerke um mit einer Dehnschraubenloesung die Biegekraefte aufzufangen.

best regards,

LZ
 
Servus!

Wenn du dir trotz der richtigen Einwände der Herren über mir eine neue Lagerachse drehen willst:

-Überprüfen ob du die Radien größer wählbar sind (um so größere Radien, desto weniger Kerbwirkung), hauptsache keine scharfkantigen Übergange.

-Einen Wekstoff wählen mit hoher Streckgrenze bzw. E-Modul!
(Bei Interesse kann ich mal im Tabellenbuch blättern)

Grüßle
 
Von interesse bezüglich der Festigkeit dürfte weniger Rm als die Biegeschwelfestigkeit sein.

Wie berechnet sich hier eigentlich die Kerbwirkung? Haben hier ja 2 Fälle. Absatz und aufgepresste Nabe. Werden beide kerbwirkungszahlen Addiert.

@LZ: wie kann man sich das mit der Dehnschaubenlösung vorstellen.

Ralf
 
Aber soweit ich weiß, ist die Biegeschwellfestigkeit keine werksotffspezifische Angabe. Die musst du dir aus den Bauteildaten berechnen.
Sicher bin ich mir da nicht, lasse mich gerne etwas anderem belehren!

Grüßle

DITSCH
 
Doch ist ne Werkstoffspezifische Angabe, die dann mit dem Größenbeiwert, dem Oberflächenbeiwert und der Kerbwirkungszahl auf die kritische Stelle am Bauteil runtergerechnet wird. zb. St50 400 N/mm², AlMg 100 N/mm²

Die max. Zugfestigkeit Rm wird gerne als Oreintierungsgröße für die Festigkeit benutzt. Einen tieferen Sinn für den Maschinebau hat aber Rp0.2 (0,2% Dehngrenze), aber auch nur für den statischen Lastfall (Zug).

Ralf
 
ich bin beeindruckt hinsichtlich der technischen ausführungen weiter oben.

wahrscheinlich ergibt sich die notwendigkeit, die nabe zu behalten, aus der 4- loch- scheibenbefestigung, die nicht so sehr verbreitet ist. formula baut die noch, aktuell wird glaube ich gerade eine bei ebay in 36 loch angeboten.
 
Original geschrieben von fiveelements
behalten, aus der 4- loch- scheibenbefestigung, die nicht so sehr verbreitet ist. formula baut die noch, aktuell wird glaube ich gerade eine bei ebay in 36 loch angeboten.
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ja, unteranderem. und vor allem wenn mich die Welle ne Kiste Bier kostet. nen neues laufrad kostet ein vielfaches.
 
ist jetzt Theorie, da es am Materialquerschnitt happert: eine Welle ohne Schnellsanner sondern mit Endgewinden aehnlich einer Tretlagerwelle. Nur werden die Gewinde erst hinter dem kritischen Absatz geschnitten! Festgespannt wird das Laufrad mit Schrauben welche einen Absatz (Verjuengung) auf einen definierten Durchmesser und Laenge zwischen Gewinde und Schraubenkopf angedreht haben. Von Tune gibt es 4kant-Tretlager mit dieser Loesung. Und PANKL RACING SYSTEMS fertigt Titanpleuel fuer praktisch alle Rennsportteams (Formel1, Superbike) bei denen die Lagerschalen damit fixiert werden.
Einen Link zum Thema:
http://mitglied.lycos.de/GiMichael/tunescrew.html#dehnschraube

best regards,

LZ
 
Wir wollen ja nicht übertreiben mit der Konstruktion.
Die Achse ist gebrochen wg. falschem Material und schlechter Konstruktion.
Mein Vorschlag:
- Achse aus Stahl (welcher ist fast egal, da E-Modul immer 3-mal so gross wie bei Alu). Ohne irgendwelche Absätze, Stufen etc., also einfach ein Rohr 10x2.5mm
- Die Axiale Positionierung der Lager durch Hülsen. wenn Du ne Drehmaschine hast kannst Du die Mittlere Hülse mit dem 13er Bund versehen.
Dadurch bleibt die Kerbwirkung aus der Achse.

Falls Du`s nicht verstehst mache ich dir nachher eine Zeichnung.

Gruß
Raymund
 
haben verstanden.
Ist aber von der Fertigung aufwediger. Werde die Welle aus irgend einem rostfreien Stahl drehen lassen. Das sollte solange halten bis der Freilauf auseinander fliegt.

Ralf
 
von rostfreiem Stahl wuerde ich absehen, Dauerschwingbelastung ist immer geringer als bei einfachsten Stahlsorten, ganz zu schweigen von der Zugfestigkeit im Vergleich zu hoeherwertigen Baustaehlen. Uebliche V2A Sorten haben max. 700N/mm!
@raymund;
0,75mm Wandstaerke bei einem Rohr welches als Bundflaeche eines Rillenkugellagers dienen soll und die Schnellspannerkraft sowie die Biegekraefte der Achse im Fahrbetrieb(dynamisch) aufnehmen soll finde ich nicht so gut. Moeglicherweise laesst sich der Bund ja weiter Richtung Achsenmitte verschieben und statt dessen eine Huelse mit groesserer Wandstaerke ausfuehren. weiss jetzt nicht auswendig wo die 11,5mm Beschraenkung zum tragen kommt.

best regards,

LZ
 
Original geschrieben von LZ_
von rostfreiem Stahl wuerde ich absehen, Dauerschwingbelastung ist immer geringer als bei einfachsten Stahlsorten, ganz zu schweigen von der Zugfestigkeit im Vergleich zu hoeherwertigen Baustaehlen. Uebliche V2A Sorten haben max. 700N/mm!
der Bund ja weiter Richtung Achsenmitte verschieben und statt dessen eine Huelse mit groesserer Wandstaerke ausfuehren. weiss jetzt nicht auswendig wo die 11,5mm Beschraenkung zum
LZ
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leider auf der Ritzelseite

wo find ich eigentlich Tabellen mit den Werkstoffkennwerten, insbesondere Bigeschwellfestigkeit
Tabellenbuch Metall oder Din?

Ralf
 
Original geschrieben von THREE60

Wie berechnet sich hier eigentlich die Kerbwirkung? Haben hier ja 2 Fälle. Absatz und aufgepresste Nabe. Werden beide kerbwirkungszahlen Addiert.
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Mein Maschinenelemente-Buch spricht sich dazu irgendwie auch nicht ganz eindeutig aus (oder ich habs einfach nicht gefunden).
Aber ich vermute, daß die beiden plastischen Kerbwirkungszahlen (Beta pl) einfach addiert werden können. Die KW-Zahl steht ja beim Berechnen der Biegefließgrenze im Nenner, d.h. je höher Beta pl ist, desto kleiner ist die Biegefließgrenze, entsprechend geringer ist die Sicherheit gegen Bauteilversagen.

@LZ_
Mit einem Baustahl bekommst Du aber auch kaum Werte über 700 N/mm^2 hin. Interessant werden da erst Stahle ab jenseits von E360 (650 bis 830 N/mm^2).
Ideal wären wohl Einsatzstähle und Vergütungsstähle (28 Cr 4, 41 Cr 4, C60, und ähnliches).
Allerdings hab ich keinen Überlick über die Kosten...
 
Noch ein Nachtrag:
Der vermutlich größte Aufwand wird sein, die Beanspruchungsarten zu ermitteln, und vor allem die Größe der Beanspruchungen zu bestimmen.
Sicherlich findet die größte Beanspruchung im Bereich Biegung statt. Allerdings finden Zug-Druck, Schub und Torsion auch Berücksichtigung bei der zusammengesetzten Beanspruchung. Und ich möchte ehrlich gesagt die Größen nicht bestimmen ;-)

Vielleicht ist ein anderer Ansatz einfacher: wenn man sich überlegt, daß vorher eine Aluminium-Achse zum Einsatz kam, kann man unabhängig von der genauen Alu-Sorte davon ausgehen, daß die Rp0,2 bzw. die Re (und das ist die primär ausschlaggebende Größe bei Kerbwirkungs-Angelegenheiten) bei etwa 200 bis 300 N/mm^2 liegt. Wenn man jetzt hergeht und sagt, die Alu-Achse hat gehalten - zwar nur ausreichend, aber immerhin - so ist man prinzipiell auf der sicheren Seite, wenn man einen Stahl mit entsprechend etwas höheren Rp-Werten wählt. Genaue Werte hab ich auch nicht parat, im Taschenbuch Werkstoffe sind die Werte nur teilweise verzeichnet. Übliche Stähle, die für Achsen, Wellen und Bolzen verwendet werden wie schon gesagt Vergütungsstähle verwendet (Rp 0,2 über 400 ab vergütetem C35 und bei gebräuchlichen Chrom-Nickel-Stählen).
Genaue Werte gibt´s möglicherweise in den DIN-Normen (keine Ahnung) oder direkt bei den Stahlherstellern (Mannesmann, Thyssen, etc.)
 
hi,
das ist unsinn hier Rm oder Rp0,2 anzusetzen, da dies nur Kenngrößen für rein statische Belastung sind.
Für eine Fahrradnabe muß die Gestaltfestigkeit mit wechselnd dynamischer Beanspruchung (NICHT schwellend) angesetzt werden, die man aus dem Smith-Diagramm kriegt.

Ich würd mir einfach ne neue kaufen, da spart man sich ne menge zeit und geld :)

Felix
 
Nun denkt doch auch mal praktisch, Leutz.
Welcher Dreher bekommt so ein Teil aus einem Stück Rundmaterial gefertigt? Alu oder Stahl sei mal dahingestellt. Das fängt schon mit der duchgehenden Bohrung an: Den Bohrer möcht ich sehen, der auf diese Länge nicht verläuft.
Gut, man kann erst lang durch bohren und dann zwischen Spitzen aufnehmen. Wenn aber die Bohrung einen leichten Bogen macht (und das macht sie), hat man eine unterschiedliche Wandstärke, also erhöhte Bruchgefahr. Lösung wäre ein (gezogener) Rohling mit passender Bohrung. Aber woher bekommt man den? Oder Raymunds Vorschlag mit dem Röhrchen 10x2,5 ; müßte aber min. h8 haben, besser j7. Wieder das Beschaffungsproblem. Und dann diese dünnwandigen Hülsen.

Falls sich doch ein Dreher findet, der es versucht das Ding aus einem Stück zu drehen, hat man immer ein Bruchrisiko durch ungenaue Fertigung am Bike. Wer will so auf Tour gehen? Vergesst es besser.

Rikmans 1. Vorschlag ist IMHO am vernünftigsten: "Kaufe dir eine anständige, leichte, haltbare Nabe (240 Disc, tune Kong)"

Auch wenn ich Rikman bei seinen weiteren Ausführungen nicht so ganz folgen kann: "(dafür nicht konstruierten) Rillenkugellagern"? Blos weil Lager nach ISO drin sind? :confused:
Oder das "Die Biege-Kräfte die durch die Achse auf die Lager wirken sind einfach hoch, dass die Lager sich mehr oder weniger verkanten" erscheint mir unwahrscheinlich. Eher ist wohl die ungenügende Abdichtung (auf der Ritzelseite) gegen eindringenden Schmutz für die geringe Lebensdauer der Lager verantwortlich. (Rikman ist bekanntlich kein Schönwetterbiker ;))
SCNR

TREE60, trink die Kiste Bier selber (oder mit uns) und kauf Dir ne gute, zuverlässige Nabe. Meine Meinung.

sketcher
 
Hallo sketcher,

was ich meinte mit "(dafür nicht konstruierten) Rillenkugellagern" ist folgendes: Ist es nicht so, dass sich normale, einreihige Rillenkugellager (RKL) bei Verkantung zwischen dem inneren und dem äußeren (sprich dem Auftreten hinreichend großer axialer Kräfte - wofür die einreihigen RKL definitiv nicht kontruiert wurden) Lagerring (heißt das so?) recht schnell zerstören? Ich dachte immer RKL sind nur für die Aufnahme radialer Krafteinwirkung konstruiert worden. Bei der Coda-Nabe dürfte es ziemlich leicht zu einer "Verkantung" zwischen Achse und Lagern kommen, da erstens nur zwei kleine RKL's drin sind und zweitens diese auch noch sehr weit außen angeordnet sind. Ich glaube da nützt die krasseste Vorspannung der Achse mittels Schnellspanner nicht viel, durchbiegen wird sich Achse trotzdem ganz schön doll, oder?

Allerdings bin ich kein Maschinenbauer (== Schrauber :D ) und muss zugeben, dass ich natürlich nicht mit dem korrekten Fachwissen dienen kann. Ich fand meine Begründung aber logisch. ;)

Grüße, Marcus
 

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Hallo Rikman,

so gesehen kann ich Dir wieder folgen :) Kleines Missverständnis mit dem "nicht dafür konstruiert..." Sorry!
RKL können, wie Du richtig sagst, im Verhältnis zu den radialen, nur geringe axiale Kräfte aufnehmen. Deine Zeichnung ist natürlich logisch und sachlich richtig.

Aber Du sagst auch, daß die Lager "sehr weit außen angeordnet" sind. Die Krafteinleitung auf die Achse erfolgt jedoch nur über die Lager, also auch weit außen. Ich denke, die Durchbiegung wird kaum ausreichen, die Lager wegen Fluchtfehlern zu schrotten. Vorher bricht die Achse (was sie wohl manchmal tut, vielleicht aber auch wegen Scherung). Ist aber nur aus dem Bauch raus gesagt und nicht nachgerechnet. Somit erhebe ich keinen Anspruch auf die Richtigkeit meiner Meinung ;).


Meinst Du nicht, daß Deine Lager sich wegen "Sandeinbruch" verabschiedet haben könnten?

Grüße
sketcher

P.S.: Wenn ich mal Zeit habe rechne ich nach, interressiert mich jetzt doch.
 
viel rechnen ist da gar nicht notwendig, die Taumelkraefte welche auf die Lager wirken machen mal denen den Graus, und sobald hier der spielfreie Lauf beendet ist geht es der Achse mit vermehrter Zerstoerungskraft (tak,tak) an die Fasern.
Die Rohmaterialfrage ist natuerlich nicht zu vermeiden, in der Serienproduktion solcher Achsen werden aber auch nicht immer Rohre verwendet. Genau schauen, oft sieht man eine Stufe in der Bohrung.
Also ich finde diesen Thread sehr erfrischend, und by the way das Forum hier sowieso.

LZ
 
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