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Hinterachse Steifigkeit
01.08.2015, 23:24
Beitrag #1
Hinterachse Steifigkeit
Hallo miteinander,

kann mir jemand erklären, wie der Härtegrad von Hinterachsen definiert ist?

Bei CRG gibt es in der Dimension 50x1020 die Materialstärken 2,0mm und 2,5mm. Hierzu gibt es aber "Härte"-angaben von 200N/mm² bis 780N/mm² (?) - was ist damit gemeint?

In der Annahme, dass alle Achsen aus Stahl sind, haben diese auch den gleichen E-Modul mit ca. 210000N/mm². - Die Festigkeit spielt da keine Rolle, da man sich eh im elastischen Bereich befindet und der E-Modul nahezu unabhängig von der Festigkeit ist.
Somit kann die "Härte", bzw. die Steifigkeit einer Achse ja nur durch das Widerstandsmoment bestimmt werden und dieses ist bei gleichem Rohr-Außendurchmesser ja nur von der Wandstärke abhängig.

Ich frage mich, wie kann es Achsen geben, die bei gleicher Dimension (50x1020x2) einen "Härteunterschied" von 200(S20) bis 780(T5) haben?
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03.08.2015, 15:13
Beitrag #2
RE: Hinterachse Steifigkeit
Unterschiedliche Materialgefüge.

Beat that machine that works in your head!

Push yourself to see how far you can actually go!
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03.08.2015, 20:44
Beitrag #3
RE: Hinterachse Steifigkeit
(03.08.2015 15:13)CRGRacer94 schrieb:  Unterschiedliche Materialgefüge.

Weißt Du aus welchem Material die Achsen sind?

Ich würde nicht annehmen, dass die aus Wald- und Wiesenbaustahl S235JR sind, sondern eher in Richtung 25CrMo4 (Rahmenwerkstoff) oder 42CrMo4 (würde ich zumindest machen). Wenn man aber sieht, wie schnell sich die Dinger verbiegen, kann´s mit der Festigkeit nicht weit her sein.
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03.08.2015, 21:16
Beitrag #4
RE: Hinterachse Steifigkeit
Wie dringend brauchst du die Info..?

Ich könnte ne Achse bei mir in der Arbeit im Labor analysieren lassen..?

Greetz
Daniel

Wer heute immer das tut,
was er gestern schon getan hat,
der bleibt auch morgen was er heute schon ist!
Eusa_whistle
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03.08.2015, 22:06
Beitrag #5
RE: Hinterachse Steifigkeit
Hallo Daniel,

vielen Dank für die Rückmelung.

Es eilt nicht, doch interessant wär´s schon, aus welchem Material die Dinger sind. Hast Du unterschiedliche Proben?

Rein werkstofftechnisch gesehen müssen alle Achsen aus Stahl den gleichen E-Modul haben und bei gleicher Wandstärke die gleiche Biegesteifigkeit.

Dass eine Achse mit 2mm Wandstärke (T5) eine ca. 80% höhere Biegesteifigkeit haben soll, als eine mit 2,5mm Wandstärke (T4) kann ich nicht nachvollziehen.

Die Brinellhärte/ Festigkeit kann auch nicht gemeint sein, da diese unabhängig vom E-Modul ist, die Achse würde sich wg. der höheren Festigkeit nur nicht so schnell verbiegen, was ja vorteilhaft wäre, aber ein anderes Thema ist.

Aus meiner Sicht kann die Biegesteifigkeit einer Achse aus Stahl nur durch die Wandstärke bestimmt werden.

Gibt es auch Achsen mit nicht konstanter Wandstärke (Fertigungsfehler sind nicht gemeint...)

Gruss,
Peter
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06.08.2015, 11:36
Beitrag #6
RE: Hinterachse Steifigkeit
Das sind die Guten, gibt auch welche aus Baustahl (der wird nicht im Rennbereich verwendet)

Material: CK15, CK22, CK25, CrMo4, 25CrMo4 und 20MnCr5

Zitat:Rein werkstofftechnisch gesehen müssen alle Achsen aus Stahl den gleichen E-Modul haben und bei gleicher Wandstärke die gleiche Biegesteifigkeit.

Ja, und alle haben die selbe Geometrie und damit das selbe Widerstandsmoment!

Zitat:Beitrag von D. Doeblin aus Motorsport XL

Die Werte für die Durchbiegung einer Hinterachse sind rechts und links unterschiedlich. Dabei ist der Wert links, also auf der Seite mit nur einem Lagerbock in der Tat auch fast doppelt so groß als rechts. So kommt man rechnerisch bei einer 25 mm (voll)Achse links auf ca. 2 - 3 mm, rechts 1 - 1,5 mm je nach Material. Bei einer 40 mm Hohlachse sinken die Werte links auf ca. 0,7 - 0,9 mm rechts auf 0,35 - 0,70 mm. Das Chassis wird bei diesen Betrachtungen der Einfachheit halber als statisch angesehen.

Gab auch eine Untersuchung mit verschiedenen Achshärten, hatten wie zu Erwarten alle die selbe Durchbiegung bei gleicher Belastung!

Stell Dir folgende Fragen!

Ist zur Bewertung ein rein statischer Ansatz richtig?
Wie viele Räder der Hinterachse haben Kontakt in einer Kurve?
Was für ein Biegefall habe ich dann überhaupt (bestimmt; unbestimmt)
Bewege ich mich nur auf der hookeschen Gerade?
Was ist mit Hysterese?

Oder besser doch, Feder Dämpfer Betrachtung (Maschinendynamik)?

Beste Grüße,

Holger
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06.08.2015, 23:31
Beitrag #7
RE: Hinterachse Steifigkeit
Hallo Holger,
eine FEM-Berechnung vom Chassis habe ich nicht vor zu machen, wobei das ein sehr interessantes Thema wäre und gewiss noch sehr viel Potenzial bieten würde.

Meine Frage hat einen ganz einfachen praktischen Hintergrund:
Wir fahren eine CRG M20 ("Härtewert 540", Wandstärke 2,0) und brauchen für schlechte Gripverhältnisse und Regen noch eine steifere/härtere Hinterachse.
Es würde sich die M25 ("Härtewert 610") mit 2,5mm Wandstärke anbieten.
Doch CRG hat da noch die T2 ("Härtewert 670") und die T5 ("Härtewert 780") im Programm, beide aber mit Wandstärke von nur 2,0mm.

Physikalisch habe ich da keine Erklärung dafür.

Ich könnte mir, nur vorstellen, dass die T2 und die T5 im Vergleich zur M25 aus einem Material höherer Festigkeit sind (z.B. 25CrMo4, bzw. 42CrMo4) und einfach nur eine höhere Dauerfestigkeit haben oder sich nicht so schnell verbiegen.
Für das Fahrverhalten (elastischer Bereich) dürfte das aber keinerlei Auswirkung haben, da müsste eigentlich die M25 (und auch noch die S25, T1 u. T4) mit 2,5mm Wandstärke steifer sein, als die T5.

Ich hoffe, es findet sich jemand, der dieses "Phänomen" lösen, bzw. erklären kann.

Viele Grüße,

Peter
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07.08.2015, 12:54
Beitrag #8
RE: Hinterachse Steifigkeit
Hallo Peter,

Zitat:Ich könnte mir, nur vorstellen, dass die T2 und die T5 im Vergleich zur M25 aus einem Material höherer Festigkeit sind (z.B. 25CrMo4, bzw. 42CrMo4) und einfach nur eine höhere Dauerfestigkeit haben oder sich nicht so schnell verbiegen.

Jup, so ist das!

Wen man das Ergebnis einer Simulation analysiert, stellt man fest das die Achsen Belastungen im plastischen Bereich erfahren!
Deshalb werden die einfach durch das fahren krumm.

Wir wechseln deshalb jede Saison auf neue Achsen.

Die Ergebnisse einer Simulation sind für das Fahrverhalten, wen man Belastung zur Grundlage nimmt, keine große Hilfe.
Ich spreche jetzt nicht davon, was der Kollege Speck da im NX macht.

Unsere eigenen Erfahrungen sind, das das Reifenbild die besten Aussagen macht!

Zitat:Wir fahren eine CRG M20 ("Härtewert 540", Wandstärke 2,0) und brauchen für schlechte Gripverhältnisse und Regen noch eine steifere/härtere Hinterachse.

Kann man probieren, aus Erfahrung würde ich da eher mit den Radsterne und dem Chassis-Setup arbeiten! Die Achse bringt da nicht wirklich etwas.

Zitat:Es würde sich die M25 ("Härtewert 610") mit 2,5mm Wandstärke anbieten.

Die Wandstärke hat Einfluss auf die Torsionsspannung!


Highslide JS


polares Widerstandsmoment für Kreisring:

Highslide JS


Das ist eher für den Schalter von Interesse (abgewürgte Achse am Kettenrad)!

Beste Grüße,

Holger
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07.08.2015, 22:58
Beitrag #9
RE: Hinterachse Steifigkeit
Hallo Holger,

wir fahren Schalter (CRG RR und BW mit KZ10 und 10B).

Dass sich Achsen im Rennbetrieb unter normalen "Betriebs"-Beanspruchungen durch Biegebeanspruchung plastisch verformen, haben wir noch nie erlebt, die verbiegt´s nur bei äußerer Gewalteinwirkung.
Brechen tun sie, wenn die Dauerfestigkeit überschritten ist nach ca. 2 Jahren.

... eine biegehärtere Achse ist nur eine ergänzende Maßnahme zu breiteren Radsternen und weiteren Änderungen am Chassis bei wenig Grip oder Regen.

Aber nochmal zurück zum Thema:

Wenn CRG folgende Reihenfolge für die Härte angibt:
S20 Härte 200 Wandstärke 2
S25 Härte 270 Wandstärke 2,5
T3 Härte 305 Wandstärke 2
T6 Härte 340 Wandstärke 2
T1 Härte 410 Wandstärke 2,5
T4 Härte 440 Wandstärke 2,5

M20 Härte 540 Wandstärke 2
M25 Härte 610 Wandstärke 2,5
T2 Härte 670 Wandstärke 2
T5 Härte 780 Wandstärke 2

... ist das doch nicht unbedingt eindeutig.
Wenn ein Fahrer nach einer "härteren" Achse verlangt, meint er doch eine höhere Biegesteifigkeit und nicht die Festigkeit.

Im konkreten Fall wäre dann die M25 mit 2,5mm Wandstärke biegesteifer als die M20 und nicht die T2 oder die T5 mit 2,0mm Wandstärke, die haben nur eine höhere Festigkeit und halten ggf. länger, oder?

Kann man das so stehen lassen?

Gruss,
Peter
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08.08.2015, 13:42
Beitrag #10
RE: Hinterachse Steifigkeit
Hallo Peter,

wen ich schreibe "Deshalb werden die einfach durch das fahren krumm."
meine ich damit Schlag!
Also die Zentrumsabweichung beider Achsenden.

Fahrbar ist so eine Achse immer noch!
Die Belastungen der Achse in Kurven liegen außerhalb der 0,2% Dehngrenze.
Was natürlich auch von der Kurve abhängt, also kein Dauerzustand ist!

Ich versuche einmal eine plausible Begründung für diese Klasseneinteilung zu machen.
Das ist jetzt keine physikalische Begründung, hergeleitet aus den zusammenhängen der Belastung!

Biege Wechselfestigkeit:
σbW ≈ 0,5 * σB

Festigkeit aus Brinellhärte:

σB ≈ 3,2 * HHB - vergütete und einsatzgehärtete Stähle
σB ≈ 3,4 * HHB - weichgeglühte normalisierte Stähle

Wie Du aber schon richtig festgestellt hast ".. die haben nur eine höhere Festigkeit und halten ggf. länger"

Dein Ansatz für eine Klasseneinteilung ist die Biegesteifigkeit:

Biegewiderstandsmoment:

Highslide JS


Biegespannung:

Highslide JS


und die ist dann abhängig von der Geometrie!

Die Frage ist da eher was man erreichen möchte und nicht was die Klasseneinteilung eines Herstellers angibt!

Beste Grüße,

Holger
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10.08.2015, 10:20
Beitrag #11
RE: Hinterachse Steifigkeit
Hallo miteinander,

ich fasse mal den bisherigen Kenntnisstand zusammen:
(Hinterachse 50x1020 für Schalter).

- Hinterachsen werden aus kaltgezogenen Präzisionsstahlrohren nach EN 10305 mit Wandstärke 2,0 und 2,5mm gefertigt.
Der Außendurchmesser wird als Passung für die Achslagersitze geschliffen.

- Handelsübliche Werkstoffe sind: E355 (S355) oder C45 mit Streckgrenze ca. 355N/mm² und Zugfestigkeit ca. 550N/mm² bis E460 oder 25CrMo4 (Streckgrenze ca.460N/mm² und Zugfestigkeit ca. 750N/mm². Ich gehe nicht davon aus, dass E235 (S235) aufgrund der geringen mech. Festigkeit bei den Schaltern verwendet wird.

- E-Modul mit 210.000N/mm² ist bei ALLEN verwendeten Stahl-Werkstoffen gleich.

- Die Biegespannung/Biegesteifigkeit bei gleicher Belastung ist ausschließlich abhängig vom Querschnitt, bzw. von der Wandstärke.

- Mit Biegesteifigkeit ist oft die "Härte" einer Achse gemeint (weich, medium, hart), diese hat aber überhaupt nichts mit der Materialhärte (Festigkeit) zu tun. Die Biegesteifigkeit ist ausschließlich abhängig vom Querschnitt, bzw. der Wandstärke.

- Hinterachsen sind entsprechend der Wöhlerlinie des verwendeten Werkstoffes nur zeitfest, d.h. je höher die Biegewechselspannungen, desto geringer die ertragbare Lastwechselzahl bis zum Versagen. Die Höhe der ertragbaren Biegewechselspannungen bei gleicher Lastwechselzahl ist Werkstoffabhängig, d.h. je "schlechter" der Werkstoff, desto geringer die ertragbaren Lastwechsel bei gleicher Biegespannung. Die vorhandene Biegespannung ist abhängig vom Querschnitt, also von der Wandstärke.

>> Wenn man eine "härtere", sprich biegesteifere Achse möchte, ist ausschließlich die Wandstärke relevant.

>> Wenn man eine möglichst robuste und lange haltbare Achse möchte, sollte man die mit dem besten Werkstoff nehmen, hier kann man sich bei Achsen mit gleicher Wandstärke an den Herstellerangaben orientieren.

Falls jemand ergänzende oder andere OBJEKTIVE Informationen oder Erkenntnisse hat, bitte melden.

Danke.

Gruss,
Peter
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