Mindesteinschraubtiefe von Steckachsen im Ausfallende

[dopero]

Mir ist vom Studium noch in Erinnerung geblieben, dass bei Gewinden wegen der Toleranzen von Außen/Innengewinde erst einmal nur maximalen 5 Gewindegängen tragen können. Die bei den üblichen Einschraubtiefen darüber hinaus vorhandenen Gewindegänge (siehe Tabelle oben) tragen erst dann, wenn die Verbindung entsprechend axial Belastet und/oder Vorgespannt wird.
Da wir hier bei den Steckachsen im Vergleich eine sehr geringe axiale Vorspannung und damit kleines Drehmoment für den Anzug haben, sollte die Einschraubtiefe schon reichen.

P.S. An meinem Wilier Gravel sind 8-10 Nm vorgegeben.

 

[Deleted 494764]

Mir ist vom Studium noch in Erinnerung geblieben, dass bei Gewinden wegen der Toleranzen von Außen/Innengewinde erst einmal nur maximalen 5 Gewindegängen tragen können. Die bei den üblichen Einschraubtiefen darüber hinaus vorhandenen Gewindegänge (siehe Tabelle oben) tragen erst dann, wenn die Verbindung entsprechend axial Belastet und/ oder Vorgespannt wird.

Hierfür interessant, damit das Ganze noch theoretischer wird: https://www.ing-hanke.de/know-how/lastverteilung-auf-gewindegaengen-von-schrauben/ (Gar keine so schlechte Seite, wie es scheint ) Die Verhältnisse dürften sich bei verschiedenen Materialien wohl ändern. Gut vorstellbar, dass bei Alu in Alu durch den geringeren Emodul früher mehr Gewindegänge tragen.

 

[xrated]

Ist das wirklich ein Feingewinde mit M12x1 ?
Bei meinem Kona Fully hab ich hinten 8-9 Umdrehungen.
Und das ist bei mir bei allen Rädern ähnlich.
Von diesen 5 Umdrehungen hab ich auch schon öfter gelesen.
Ich würde da aber noch eine Sicherheitsreserve einplanen z.b. wenn die Nabe mal etwas breiter ist.
Musste bei einer Gabel auch schon mal eine Passscheibe verwenden weil die Achse sich sonst richtig ins Casting reingefressen hat.
Aber das sind nur Schätzungen meinerseits.

Bei den Radbolzen am Auto hat man übrigens bei M12x1,5 min. 6,5 Umdrehungen und bei M12x1,25 min. 7,5 Umdrehungen.

Das erinnert mich grade an früher. Neue Wasserpumpe direkt von BMW geholt und eingebaut. Das dumme war, die neue Wasserpumpe hatte einen höheren Flansch obwohl es die selbe Teilenummer war. Ich meine es waren auch nur um die 3 Gewindegänge die bei den dann zu kurzen Schrauben gegriffen haben und das Gewinde ist im Block ausgerissen.

Gerade auch vor dem Hintergrund das einige die Steckachse zu fest anknallen würde ich da schon mehr einplanen.
Hatte am Fully auch schon gelockerte Steckachsen im Betrieb. Beim Gravel, vielleicht nicht so zutreffend.

Hätte denn der Rahmen noch mehr Gewinde oder ist die Achse bündig?

 

[µ_d]

Also zu der Faustregel:
Die kenne ich auch, aber unter der Annahme, dass die Axiale Bruchlast der Schraube dann kritisch wird?

EDIT: Das ist dann in der hier auch genannten Vorauslegung praktisch, weil man dann erstmal einfach mit den Werten nach Tabelle für die Schraube rechnen kann und sich dann später im Detail anschauen kann was es da wirklich braucht.

 

[1bar]

Hätte denn der Rahmen noch mehr Gewinde oder ist die Achse bündig?

Ja. Gewinde an Gabel und Rahmen ist komlett durchgängig. Die Gabel hat ca. 8-9 Gewindegänge. In #1 sind Fotos damit man einen Eindruck davon erhält. Das schwarz am Lochende sind Kunststoff-Kappen.

 

[1bar]

Danke für euren Input.

Ich fasse den Stand so wie ich es verstanden habe mal zusammen. Ich bin kein Maschinenbauingenieur oder so. Wenn ein Fachmann hier Bemerkungen/Korrekturen hat – gerne!

• Update: Die Steckachse hat einen Knebel zum Festziehen. Ich habe die Achse damit gut festgezogen und 3,75 Umdrehungen gezählt. Nach dem Entfernen der Kappen auf der rechten Gabelseite konnte ich die Achsen per Inbus/Drehmomentschlüssel anziehen: 10 Nm genau 4 Umdrehungen (also 4 mm tragende Einschraubtiefe). Das war schon sehr fest. Dann noch auf die von Canyon angegebenen 15 Nm festgezogen (4,2 Umdrehungen). 15 Nm ist dermaßen brutal fest, dass man das mit dem Knebel kaum hinbekommen würde. Das Ausfallende der Gabel hat ca. 8-9 Gewindegänge.
• Die Mindesteinschraubtiefe für Alu in Alu mit 1 mm Steigung Feingewinde ist noch nicht geklärt. Bekannt sind Werte oder Faustformeln für Alu/Stahl oder Stahl/Stahl jedoch ohne Feingewinde, die hierfür deutlich größere Einschraubtiefen als die ca. 4 mm ergeben. Es ist klar, dass diese Werte aber nicht 1:1 auf den Fall Alu/Alu Steigung 1 übertragbar sind. Ich fände es interessant, wenn jemand die Mindesteinschraubtiefe für Alu/Alu 1 mm Steigung und die hierfür angegebenen Drehmomente herausfinden würde, auch wenn dies für den Fall Steckachse trotzdem nicht angewendet werden kann (siehe „axiale Lasten“ und „Drehmomente“ unten).
• Die Mindesteinschraubtiefe wird angegeben damit die maximale axiale Last erreicht wird. Bzw. damit zuerst die Schraube bricht, bevor das Gewinde abgeschert wird. Die axialen Lasten sind aber bei Steckachsen nur relativ gering. Daher müsste die Mindes-Einschraubtiefe auch kleiner sein als „normal“.
• Die erforderlichen Drehmomente sind bei Steckachsen sehr viel geringer im Vergleich zu den üblich bekannten Drehmomenten für Stahl/Stahl kein Feingewinde.
• Die Steckachsen sind hohl. Diese Tatsache ist bisher noch gar nicht angesprochen worden. Alle Infos zu Mindesteinschraubtiefen bezogen sich auf Voll-Achsen.
• Das meiste im Thread diskutierte ziehlt auf die axiale Last, die aber ja nur gering ist. Der Zusammenhang zwischen Biegebelastung der Achse (z.B. durch Verwindung der Gabel) und Einschraubtiefe wurde nicht angesprochen. Mein Gefühl sagt mir aber, eine Achse die komplett im Ausfallende steckt die Biegebelastung besser auf das Ausfallende übertragen kann als eine Achse die nur 4 mm drin steckt. Weis jemand über diesen Zusammenhang mehr?
• Auch wenn die Achsen 100% korrekt ausgelegt wurde, fände ich aufgrund des Verschleißes (Rein/Rausschrauben, Schmutz im Gewinde, in Praxis nicht genau einhaltbar Drehmomente, …) etwas Reserve beruhigend. Es wäre ja mehr als genug Ausfallende da hierfür.
• Ich habe mittlerweile Antwort von Canyon erhalten, die mich aber nicht wirklich befriedigt. Werde da nochmal nachhaken „Dass die Steckachsen sich nicht vollständig eindrehen lassen ist völlig normal, du hast auf Fälle die originale Steckachse für dein Grizl erhalten und bisher sind uns keine Probleme mit diesem Anliegen bekannt. Ich gebe dir gerne eine Werkstattfreigabe von 25 €, damit du dies dennoch bei einer Werkstatt deiner Wahl überprüfen lassen kannst. Sollten die Kosten höher bemessen oder ein anderer technischer Defekt festgestellt werden, setze dich bitte nochmals mit uns in Verbindung.“ Was ich jetzt gar nicht verstehe ist, wie ein Werkstatt hier entscheiden, ob die Konstruktion/Spezifikation des Canyon richtig sein soll.

 

[ExcelBiker]

„Dass die Steckachsen sich nicht vollständig eindrehen lassen ist völlig normal, du hast auf Fälle die originale Steckachse für dein Grizl erhalten und bisher sind uns keine Probleme mit diesem Anliegen bekannt.

Auch wenn ich mich wiederhole: Beim Tyee sieht das genauso aus, die Antwort von Propain war immer "das gehört so", und es ist mir kein einziger Fall bekannt, wo das Probleme gemacht hätte. Du kannst also sicher beruhigt damit fahren und vor allem auch der Antwort von Canyon vertrauen.

in Praxis nicht genau einhaltbar Drehmomente

Dafür gibt's Drehmomentschlüssel, die präzise genug sind. Ausnahme ist, wenn du unterwegs das Rad ausbauen musst (Platten etc.) und keinen Drehmo dabei hast. Wie du aber selbst festgestellt hast, sind die 15 Nm schon gut fest, andere Steckachsen begnügen sich auch mit 12 Nm.

Der Zusammenhang zwischen Biegebelastung der Achse (z.B. durch Verwindung der Gabel) und Einschraubtiefe wurde nicht angesprochen.

Da hätte ich noch weniger Bedenken. Die Achse hängt ja nicht frei in der Luft, sondern es ergibt sich durch die Vorspannung (--> Zugbelastung) ein ganz anderes Bild als eine reine Biegebelastung (vergleiche hier Spannbeton, bei der auf die Eisenarmierung nur Zugkräfte wirken, aber keine nennenswerte Biegebelastung). Am Ende muss die Druckbelastung der Achse in der Nabe (nicht die Steckachse!) ausreichend dimensioniert sein (vergleiche hier die Achse in der Nabe mit dem Beton im Spannbeton, der fast nur auf Druck belastet wird).

 

[1bar]

Da hätte ich noch weniger Bedenken. Die Achse hängt ja nicht frei in der Luft, sondern es ergibt sich durch die Vorspannung (--> Zugbelastung) ein ganz anderes Bild als eine reine Biegebelastung (vergleiche hier Spannbeton, bei der auf die Eisenarmierung nur Zugkräfte wirken, aber keine nennenswerte Biegebelastung). Am Ende muss die Druckbelastung der Achse in der Nabe (nicht die Steckachse!) ausreichend dimensioniert sein (vergleiche hier die Achse in der Nabe mit dem Beton im Spannbeton, der fast nur auf Druck belastet wird).

Zum Thema Biegebelastung hatte ich mich wohl missverständlich ausgedückt.

Wenn die Gabel sich verwindet, dann wirkt auf die Steckache und die Achse der Nabe eine Biegebelastung. Da die Lager ja auch nicht ganz außen sitzen wirk auch hierdurch auf die Achse - und wahrscheinlich wohl auch auf die Steckachse - eine Biegebelastung. Ich habe keinerlei Bedenken, dass die Achse und die Steckachse diese Biegebelastung nicht gut aushalten könnten. Die Vorspannung die die Steckachse erzeugt wirkt hier Biegebelastung auch entgegen.

Was ich mich allerdings frage ist, wie wirkt die Verwindung der Gabel und die folgende Biegung der Steckachse auf das Auffallende bzw. auf das Gewinde des Ausfallendes? Wenn man vergleicht, wie gut und über welche großen Flächen eine radial im Ausfallende gespanne Steckachse die Kräfte zwischen Steckachse und Ausfallende übertragen kann, dann ist es doch erstaunlich wie eine 12 mm-Achse die lediglich 4 mm im Ausfallende steckt hier genausogut die Kräfte übertragen soll. (Vieleicht zur besseren Vorstellung ein Beispiel wo ich einfach Probleme mit habe: bohre ein 4 mm tiefes Loch ein eine Aluplatte mit 12 mm Durchmesser und stecke da eine Rohr hinein und drücke das Rohr zur Seite. Da verbiegt sich das Rohr doch im Loch und/oder rutscht raus. Klar, da fehlt die Vorspannung. Aber bei einem doppelt so tiefem Loch hätte ich da keine bedenken.)

Oder meinst du, dass aufgrund der Vorspannung und der steifen Achse quasi gar keine Biegung mehr stattfindet?

 

[ExcelBiker]

Oder meinst du, dass aufgrund der Vorspannung und der steifen Achse quasi gar keine Biegung mehr stattfindet?

Genau das vermute ich.

 

[xrated]

Was ich jetzt gar nicht verstehe ist, wie ein Werkstatt hier entscheiden, ob die Konstruktion/Spezifikation des Canyon richtig sein soll.

Sagt viel über deren Meinung von Kunden aus

 

[slowbeat]

Was ich jetzt gar nicht verstehe ist, wie ein Werkstatt hier entscheiden, ob die Konstruktion/Spezifikation des Canyon richtig sein soll.

Du hast doch vom OEM die Antwort, dass das so in Ordnung ist. Zusätzlich geben sie dir die Möglichkeit auf deren Kosten eine zweite Meinung einzuholen falls du der Antwort nicht glaubst.

Macht man sowas wenn man sich seiner Sache nicht sicher ist?
Seh ich eher als starken Kundenservice.

 

[bikeKash]

Hallo in die Runde,

ich habe den Beitrag interessiert verfolgt, großen Dank!
Eigentlich war ich auf de Suche nach Steckachsen mit abnehmbarem Hebel… Bin dann auf diesen Beitrag gestoßen und siehe da, die Achslängen habe ich jetzt auch zum Thema.
Ich habe das Grizl CF von Canyon. Die Achslängen stimmen bei mir mit denen von 1bar über ein.
Auffällig ist bei mir die VR Achse, rein aus dem Gefühl heraus würde ich sagen, die ist zu kurz!
Anbei Bilder von VR und HR Achse im montierten zustand.

Für das VR habe ich mir eine Ersatzachse von "Robert axle project" Typ 8 bestellt (M12x1.0 und 123 mm Länge) mit Spacer sollte das passen. Am HR passt alles so weit, aber mich stören die nicht abnehmbaren Hebel an der Achse... Vermutlich könnte eine Achse mit 158 mm Länge von "Robert axle project" passen, ich hätte aber schon lieber eine mit 160 mm Länge um möglichst viel Gewinde auszunutzen.

@1bar hast du dir eine Austauschachse besorgt? Ich weiß, neues Rad und gleich zusätzliche Kosten... unmöglich, sowas!

 

[CarbonWorks_de]

Hi,
hier ganz grobe Überschlagsrechnung zur Einschraubtiefe von 4 mm für den Versagensfall "Abstreifen des Gewinde".

Annahmen:
1. Bei wenigen Gewindegängen verteilt sich die Belastung gleichmäßig auf alle Gewindegänge
Vergleiche: https://www.ing-hanke.de/know-how/lastverteilung-auf-gewindegaengen-von-schrauben/
2. Gewinde ist nicht defekt, ausgeschlagen oder beschädigt.
3. Hochwertiges Aluminum wie 7075 mit einer Zugfestigkeit > 350 N/mm² (Scherfestigkeit >300 N/mm²)

Mantelfläche = 12 mm * π * 4 mm = 150 mm²
Vorspannung bei 15 Nm Anzugsdrehmoment dürfte je nach Reibung bei ca. 8 - 12 kN liegen.

Bei 12 kN: Scherbelastung 80 N/mm²
Bei 8 kN: Scherbelastung 54 N/mm²

Bei einer angenommenen Scherfestigkeit von 300 N/mm² besteht hier in theoretische Sicherheitsfaktor > 3.

Wenn die Steckachsen aus hochwertigerem Material sind, erhöht sich dieser weiter.
Canyon wird das wissen und ist vermutlich deshalb so entspannt.

P.S. Die Mindesteinschraubtiefen aus Tabellen beziehen sich grundsätzlich auf die maximalen möglichen Vorspannkräfte der Schrauben. Bei M12 Schrauben aus Vollmaterial liegt man da mit Drehmomenten 30 - 100 Nm und Vorspannkräften von 15 - 65 kN deutlich über den Belastungen einer Steckachse, die nur mit 12-15 Nm vorgespannt wird. Die Tabellen lassen sich also kaum nutzen, auch da ein übliches M12 Feingewinde eine Ganghöhe von 1,25 mm oder 1,50 mm hat.

Alles ohne Gewähr (!), aber m.M. sollte die Steckachse das locker aushalten. Vorausgesetzt Annahme 2 trifft zu und das Gewinde ist nicht beschädigt.

Beste Grüße
Simon

 

[Rockside]

Canyon wird das wissen und ist vermutlich deshalb so entspannt.

Wird es nicht eher so sein, daß der Ausstattungsmanager oder ein Techniker hier schlicht eine falsche Gewindelänge der Achse verbaut hatte?
Wenn soviele Gewindegänge der Gabel freiliegen, weil die Achse kürzer ist, dann ist das sicher nicht im Sinne des Erfinders.

Und wenn das mit weniger Gewindegängen alles so ausreichen würde, dann müsste man die Verschraubung der Gabel ändern.

 

[CarbonWorks_de]

Sicher nicht optimal - insbesondere wenn es Kunden verunsichert.

Kein Grund extra eine längere Achse zu bauen, nur um ein gutes Gefühl zu erzeugen.

Wenn es hält - hält es.

 

[on any sunday]

Also bei meinen Rädern mit Steckachse sind alle Ausfallenden bis zum Ende "gefüllt". Deshalb sollte man ja bei Nachrüstachsen auch auf die Gewindelänge achten.

 

[Rockside]

Sicher nicht optimal - insbesondere wenn es Kunden verunsichert.

Kein Grund extra eine längere Achse zu bauen, nur um ein gutes Gefühl zu erzeugen.

Wenn es hält - hält es.

Ich sehe das schon ein bischen anders.

Du gehst bei deiner Berechnung von einem 'optimalen Neugewinde' aus und perfekt gefertigt. Aber das wird durch die Nutzung keinesfalls so 'neu' bleiben, sondern das wird, wie alles andere auch, der üblichen Abnutzung unterliegen.

Zudem ist da keinerlei Toleranz mehr, wenn mal ein Gewindegang durch unsauberes Einschrauben etwas beschädigt wurde. Etwas Korrosion am Gewinde ist auch nicht gerade stabilitätsfördernd.
Oder was ist für den Fall, wenn sich die Achse aus irgendeinem Grund mal gelockert hätte? Kommt öfter vor als man denkt.

Außer dem rein technischen Aspekt: ich denke mal, wenn die Gabelhersteller so viel mehr Gewindegänge verbauen, dann wird das auch seinen Sinn haben. Andernfalls wäre das nur verschenktes Geld vom Gabelhersteller und damit eine Gewinnschmälerung, was nicht so wirklich zusammenpassen würde.

 

[CarbonWorks_de]

Wenn das Gewinde ausgeschlagen ist oder mal verkantet eingedreht wurde, oder auch die Eloxalschicht der Steckachse runter ist, bin ich voll bei dir! Da hätte ich dann auch kein gutes Gefühl mehr.

Der Fragesteller "1bar", hatte von einem neuen Rad berichtet und nach einer Mindesteinschraubtiefe gefragt. Ich möchte Canyon gar nicht in Schutz nehmen. Aber prinzipiell ist es bei einer hohlen Steckachse eher wahrscheinlich, dass sie in der verjüngten Achsmitte reißt als , dass man das Gewinde abzieht.

Hab hier eine Achse Durchmesser an der verjüngten Stelle in der Mitte 10 mm Bohrung 4 mm

Der Kreisring hat also eine Fläche von 66 mm² (tragender Querschnitt für Zugfestigkeit)
Mantelfläche = 12 mm * π * 4 mm = 150 mm² (tragende Fläche für Scherfestigkeit)

Überschlagsweise wird gerechnet: Scherfestigkeit = 0,7 * Zugfestigkeit
Scherfestigkeiten für Schrauben nach DIN EN ISO 898-1

Wenn das Gewinde also nicht defekt ist, reißt theoretisch eher die Achse in der Mitte als das Gewinde raus
Ich gebe dir Recht: realistischer ist, dass man das Gewinde beschädigt und wenn überhaupt dort ein Schaden auftreten könnte.