Schon wieder ein Speichenbruch - Suche nach den Ursachen

[Lenny33]

Hallo,

nachdem jetzt die Zweite Speiche nach gleichem Muster wie die Erste gebrochen ist, möchte ich gerne die Ursache herausfinden.

Es handelt sich um ein selbst aufgebautes Vorderrad:
Carbonfelge mit 16 CX-Ray Speichen, Hidden Alu Nippeln, konischen Felgenunterlegscheiben. Ich selbst wiege 90 kg.
Hier gibt es noch mehr Infos im Aufbauthread.
Die Speichenspannungen habe ich mittlerweile mit einem Tensiometer des Freundlichen nachgemessen, sie liegen alle gleichmäßig um die 1300 N.

Die erste Speiche riss bei ca. 1000 km, die Zweite ca. 1000 km nach der Ersten.

Die Bruchstelle ist sehr glatt in den ersten Gewindegängen, das heißt noch kurz oberhalb des Nippels.

Dazu fallen mit nun mehrere Schadensursachen ein:

1. Ich bin zu schwer, ...
   sodass mich die 16 Speichen nicht tragen. Allerdings hätte ich dann früher mit einem Bruch gerechnet.
   
   
2. Kontaktkorrosion...
   hier sind nur keine Oxidationsreste zu erkennen.
   
   
3. Materialfehler...
   aufgrund der zweiten Speiche auch langsam nicht mehr plausibel.
   
   
4. Kerbwirkung durch das Gewinde...
   logisch, da es immer beim Gewinde auftritt und auch das Bruchbild passt. Allerdings funktionieren die meisten Laufräder damit, wenn die Dimensionierung passt.
   
   
5. Dauerbruch durch Überlastung...
   das sehe ich am wahrscheinlichsten, in Verbindung zu Punkt 1.
   Mal angenommen es ist so, dann heißt es die Belastung minimieren. Mein Gewicht ist realistischer weise nur im 1-stelligen % Bereich veränderbar.
   
   Dann gibt es noch die Speichenspannung...
   Ein bisschen Theorie - Die Speiche ist vorgespannt mit 1300 N (Mittelspannung). Beim Fahren kommt noch eine dynamische Last dazu (Wechselspannung mit unbekannter Amplitude). Veränderbar ist (fast) nur die Mittelspannung, welche im Dauerfestigkeitsschaubild nach Haigh einen großen Einfluss auf die Dauerfestigkeit ausübt.
   
   
   
   Somit wäre die effektivste Maßnahme die Speichenvorspannung herabzusetzen. Dies geht ohne Steifigkeitseinbußen, solange keine Speiche beim Fahren komplett entlastet wird. Erst dann wird das Laufrad theoretisch weicher. Die Wechselspannung bleibt dabei quasi unangetastet. Die Reduzierung der Mittelspannung führt dann zu höheren ertragbaren Wechselspannungsamplituden. (Im Diagramm wandert der Punkt also nach links)

Was sagen unsere Laufradbauer und Techniker nun dazu?

 

[406heijn]

Tippe auf 90kg Gewicht und 16 Speichen,...

Bei 2x 1.000km von Dauerbruch zu sprechen ist mmn. etwas verfrüht.

 

[Lenny33]

Interessanterweise hielten die Speichen vor dem Tausch der Felgen um die 50.000 km lang ohne Speichenbruch. Ich weiß allerdings nicht welche Speichen Shimano damals in Serie verbaute. Nach dem Erscheinungsbild könnten es DT Swiss aerolite gewesen sein.

 

[Gelöschtes Mitglied 71483]

Denk Mal über eine Schrägstellung der vorgebohrten Löcher nach. Hatt ich gerade.

 

[Lenny33]

Interessant! Daran habe ich gar nicht gedacht. Ich schaue mir mal die Speichenbiegung an, danke!
Hattest du damit ein Problem?

 

[Gelöschtes Mitglied 71483]

Interessant! Daran habe ich gar nicht gedacht. Ich schaue mir mal die Speichenbiegung an, danke!
Hattest du damit ein Problem?

Geh mal auf Laufradbau. Da steht fast Alles .Ab 2126.

 

[406heijn]

Interessanterweise hielten die Speichen vor dem Tausch der Felgen um die 50.000 km lang ohne Speichenbruch. Ich weiß allerdings nicht welche Speichen Shimano damals in Serie verbaute. Nach dem Erscheinungsbild könnten es DT Swiss aerolite gewesen sein.

Jetzt komme ich nicht mehr mit:
-haben die 16 Cx Ray Speichen 50.000km +1.000+1.000 km erlebt bevor die Felge getauscht wurde,
-oder waren an der Nabe vorher die Shimano Serienspeichen verbaut, die 50.000km auf einer anderen Felge gehalten haben?

Ok, laut Aufbau Thread sind dann wohl nur noch die Naben übergeblieben,...

Schräggestellte Löcher finde ich da jetzt aber auch nicht,

Aber im Aufbau Thread war von 82kg Gewicht die Rede,...

 

[Lenny33]

Achso ja klar: erst 50 k, danach der Felgentausch. Nach Neubau und 1k kam der erste Bruch.

Aber im Aufbau Thread war von 82kg Gewicht die Rede,...

dazwischen lag 1/2 Jahr Fitnessstudio gegen Winter hin

Schräggestellte Löcher finde ich da jetzt aber auch nicht,

Ebendrum wird die Speiche ja an dem Punkt berührt und vermutlich auch gebogen

 

[snowdriver]

Achso ja klar: erst 50 k, danach der Felgentausch. Nach Neubau und 1k kam der erste Bruch.


dazwischen lag 1/2 Jahr Fitnessstudio gegen Winter hin


Ebendrum wird die Speiche ja an dem Punkt berührt und vermutlich auch gebogen

Wenn eine Biegung im Gewindebereich vorliegt, stellt das sicherlich eine potentielle Bruchstelle dar, aber wie das jetzt in Deiner Felgen/Nippelkombination vorliegt ist mir nicht klar.

 

[Herr Sondermann]

Bei einem solchen LRS ist die Speichenspannung ja vergleichsweise sehr hoch. Da kann es gut sein, dass, wenn es mal "los" ging und eine Speiche gefatzt ist, andere Speichen durch die plötzlich veränderte Statik des LR einen "Hau" weg bekommen und nach einiger/kurzer Zeit die nächste Speiche knallt.

Ich hatte das mal mit einem Hinterrad: Das hat sich verformt wie ein Kartoffelchip, Weiterfahrt auch mit geöffneter Bremse unmöglich. Mit neuer Speiche wieder gerichtet, zentriert. Nach nicht mal 500km dasselbe.
Ich habe das Hinterrad dann komplett nue einspeichen lassen. Danach lief es wieder tiptop und läuft bis heute.

Das nur als Bemerekung dazu, ob´s für dein Problem relevant ist, vermag ich nicht zu sagen. Und es erklärt natürlich auch nicht den Bruch der ersten Speiche...

 

[imTiefflug]

These: Die neuen Felgen sind weicher und verteilen die Lastspitze weniger. Dadurch wird die einzelne Speiche stärker belastet.
Wäre die Felge bocksteif, wie zB bei Campa Scirocco C15/C17 mit 16 radialen Speichen, würde sich die Last gleichmäßiger auf die Speichen verteilen.

 

[tienvangbac]

16 Speichen x 1300N sind recht wenig Vorspannung mit gerade mal 20.800N (~2 Tonnen)

Und wenn du den Reifendruck erhöhst, fällt die Spannung auf evtl. auf 1100N pro Speiche sind es nur noch 16 x 1100N = 17.600N (1,76 Tonnen)
1,76 Tonnen ~ damit kannst du ein paar Brötchen holen, was du ja auch geschafft hast bei 1000km Laufleistung.

Gegenüber einem einfachen Rad mit 32 Speichen x 1200N = 38.400N (3,8 Tonnen)
3,8 bzw. ~4 Tonnen Rad rollt sehr sehr ordentlich und knackig.

Du müsstest die 16 Speichen auf 2400N vorspannen um die gleiche Spannkraft zu bekommen wie ein 32 Speichenrad mit 1200N pro Speiche.

Die 2400N mit CX-Ray ist nicht möglich.

Ich schätze Shimano hat so auf 1600-1700N pro Speiche hochgespannt mit dickeren Speichen, was dann ~27.200N entspricht (2,7 Tonnen) und für ein wenig belastetes Vorderrad akzeptabel und haltbar ist.

Ich würde beim Neuaufbau auf 1700N pro Speiche hochspannen und statt der CX-Ray lieber CX-Sprint nehmen, die verkraftet auch 1700N Vorspannung. Unterlegscheiben sind ja schon mal richtig um die Felge zu entlasten an der Stelle.

Die Nabe dürfte eine Sonderkonstruktion sein, die auch hohe Vorspannungen verträgt, aber dazu kann ich nichts sagen.... Die 50.000km Laufleistung deuten drauf hin.

 

[Lenny33]

@ tienvagbac
Zu deinen Überlegungen möchte ich gerne noch eine Anmerkung machen:

Eine Aufsummierung der Speichenkräfte als Vergleichswert für eine Belastbarkeit zu nehmen macht aus meiner Sicht keinen Sinn. Demnach wäre ein theoretisches Laufrad mit 4 Speichen je 9600 N genauso belastbar wie das Jene mit 32 Speichen. Allerdings verteilen sich die dynamische Lasten nun nur auf 4 Speichen und sind somit grob 32/4 = 8 - mal so groß. Schlussvolgerung ist also dass sich die Speichenvorspannung nur auf die statische Last auswirkt.
Die Belastbarkeit in diesem Sinne würde ich eher als Reserve gegen statisches Versagen sehen, also dem Punkt an dem das Läufrad insgesamt kollabiert. Das halte ich für mein Problem auch nicht für kritisch.

Mal angenommen ich könnte beim bestehenden System mit CX-Ray die Summe der Speichenkräfte auf 38.400N bringen, die Steifigkeit des Laufrad bliebe gleich, da es sich bei der Elastizität um ein Konstante handelt (Stahl ca. 210.000 N/mm²). Die Felge verformt sich beim Fahren also genauso wie bei niedrigerer Speichenspannung. Dann landen wir wieder beim Schaubild der Dauerfestigkeit:
Undzwar mit höherer Mittelspannung und gleicher Spannungsamplitude --> also herabgesetzter Haltbarkeit.

Die Umstellung auf CX-Sprint wäre dagegen eine geeignete Maßnahme zur Verringerung der Spannung in dem Teil der Speiche der hier Dicker ausgeführt ist. Aber: an der Bruchstelle, dem Gewinde, ist auch die CX-Sprint gleich dick wie die CX-Ray

CX-Sprint
CX-Ray

 

[Lenny33]

Hatte gerade endlich etwas Zeit. Die These mit der Speichenbiegung ist mein Favorit. Ich kümmere mich die Tage mal um die Speichenlöcher.

Am Nippel ist ebenfalls ein wenig Carbonabrieb zu sehen.

 

[jimmirain]

hier ist ja deutlich zu sehen, dass die Speiche gedrückt wird:

 

[felixthewolf]

Hi,

die einfache Lösung können hier schon 2mm länger Speichen und etws weniger Speichenspannung sein.
Dem bruch am Nippel zu urteilen bricht die Speiche weil a) das gewinde eine Kerbwirkung mitbringt und b) sie am Ausgang der Felge minimal knickt und weiter kerbt.
Inneliegende Nippel haben den gewindeansatz nicht direkt am Kopf sondern etwas tiefer, so dass du hier durchaus 2mm längere Speichen nehmen kannst. Damit liegt dann runder Speichenschaft ohne gewinde am Ausgang der Felge und die die kerbwirkung wird reduziert. Üblicher Weise reicht das dann bereits.

Gruss, Felix

 

[jimmirain]

wenn ich mir aus diesem Beitrag:
https://www.rennrad-news.de/forum/threads/innenverlegte-liegende-nippel-bei-carbonfelgen.132811/
das Bild anschaue und dann die Druckstelle in der Felge mit der Bruchstelle in Einklang bringe, dann stellt sich das für mich als Grund dar.
Oder sehe ich das falsch?
Wenn dann wie Felix schrieb, der Beginn des Gewindes noch in diesem Bereich liegt, wird die Kerbwirkung diesen Bruch noch begünstigen.

 

[lagaffe]

Hatte gerade endlich etwas Zeit. Die These mit der Speichenbiegung ist mein Favorit. Ich kümmere mich die Tage mal um die Speichenlöcher.

Anhang anzeigen 1045062

Am Nippel ist ebenfalls ein wenig Carbonabrieb zu sehen.

Anhang anzeigen 1045061

Wenn Du das Rad ohnehin neu aufbauen mußt, würde ich neben den längeren Speichen, wie von Felix vorgeschlagen auch noch mal die "Richtung" der Speichen betrachten. Auch wenn dort erst einmal kein zu sehen ist.

Wen Du das Rad vor Dir hast, Ventil steht oben, ist es überwiegend ( nicht immer, genau umgekehrt gibt es ebenso - Stichwort europ. vs. französische Bohrung) so, dass die Speiche links vom Ventilloch auf die Dir zugewandte Flanschseite führt, rechts vom Ventilloch auf die gegenüber liegende Flanschseite.

 

[Gelöschtes Mitglied 71483]

Das muss ich nicht verstehen,oder

Habs verstanden und auch kontrolliert! Passt!

 

[lagaffe]

Falls Du meinen Beitrag meintest: Das ist so ziemlich das Selbe, was ich Dir in dem anderen Faden erläutert habe. Gleich nach der Sache mit dem Aufkleber auf den China Felgen.