titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

[Sachsentour]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

An die Federung eines Rahmens gegen vertikale Kräfte durch Schlaglöcher,u,ä., kann ich nicht glauben, das dürfte durch die Konstruktion (auch das vordere Rahmenviereck ähnelt oft mehr einem Dreieck) eher minimalst und nicht spürbar sein, bloß die seitliche Steifigkeit merkt man da, weil da keine dreidimensionale Struktur der Biegung entgegensteht.

Du hast vollkommen Recht. Der klassische Diamantrahmen ist doch nichts anderes als ein Fachwerk und da gibt es in den Stäben keine Biegemomente sondern nur Zug und Druckkräfte. Da wird nichts federn....

 

[Sachsentour]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Tour mißt doch Federraten für Gabeln:
Die messen die Gabel seitlich (also Seitensteifigkeit) und längs (also Komfort = Federrate als "Fahrwerksfeder"). Die Gabel wird dazu am Schaft eingespannt wie in einen supersteifen Rahmen, und dann mit einem schweren Gewicht in die jeweilige Richtung gezogen und die Auslenkung gemessen.

Der für mich überaus interessante Befund:
Praktisch ALLE Carbongabeln haben als Seitensteifigkeit nur 50 % (- ca. 70 %) der Längssteifigkeit, sind also seitlich weich, aber bockhart. Genau das Gegenteil sollte wünschenswert sein (wobei man die Gabel längs aber nicht zu weich machen darf, damit sie beim Bremsen nicht zu stark nach hinten federt).

Stahlgabeln sind etwas quadratisch ausgelegt, d.h. seitlich und längs etwas gleich steif..
Hier mal beispilehaft eine Testwert von einer Noblex-Stahlgabel:
längs 50 Nm/mm, seitlich 45 Nm/mm

Jetzt schlagt mal eine x-beliebige Tour auf und guckt euch die Werte für Carbongabeln an:

So sehen exemplarisch Carbongabeln aus:

sehr steife Carbongabeln:
längs 105 Nm/mm, seitlich 55 Nm/mm

sehr weiche Carbongabeln:
längs 65 Nm/mm, seitlich 29 Nm/mm

durchschnittlich steife Carbongabeln:
längs 80 Nm/mm, seitlich 45 Nm/mm

Carbongabeln mit günstigerem Verhältnis längs zu seitlich:
längs 75 Nm/mm, seitlich 50 Nm/mm

Kurz, Carbongabeln KÖNNEN seitlich steifer sein als Stahlgabeln, haben dann aber real nur die halbe Federrate in Komforrichtung.
Und sie können seitlich deutlich weicher sein als Stahlgabeln, und kommen trotzdem immer noch nicht an die Längs-Federraten von Stahlgabeln ran.

Ich habe in allen Tour-Tests in etwa 1,5 Jahren nicht eine einzige Carbongabel gefunden, die die Komfort-Federraten einer brauchbaren Stahlgabel erreicht (ich schreibe das mal absichtlich so, denn man kann natürlich bockharte Stahlgabeln bauen).

EDIT: Um Missverständnisse zu vermeiden, ich glaube nicht dass es am Carbon als Material liegt. Konstruierbar ist das sicher, - aber solche Gabeln gibt es nicht zu kaufen. Mein Eindruck: Es wird nur auf Gewicht hin optimiert, außerdem mit aerodynamischen Scheiden. Aber durch solche ovalen Scheiden ergibt sich automatisch das oben beschriebene ungünstige Steifigkeitsverhältnis.

Soweit die Theorie! man sollte aber eines nicht vergessen... Die entscheidende Rolle spielt das Fahrergewicht. Meine Bontrager-Gabel finde ich mit meinen fahrfertigen 90 kg sehr komfortabel. Dabei konnte ich mich über die Seitensteifikeit nicht beklagen. Ein Fahrer um die 60 kg sollte sich mit der selben Gabel womöglich fühlen als würde er eine Rüttelplatte fahren. Auch beim Bremsen stellt der schwere Fahrer ein anderes Problem für die Gabel dar als der leichte. Es gibt deshalb nicht DIE Gabel, sondern für jeden Fahrer eine Gabel... Im übrigen hatte die Tour mal Carbongabeln getestet und hat einer Bontrager-Gabel einen guten Komfort bescheinigt!

 

[Sachsentour]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Das mit der Biegesteifigkeit beim Bremsen ist kein Problem, insofern wir eine Felgenbremse haben. Die Bremse steckt ja im stabilen Gabelkopf und genau da also findet die Krafteinleitung statt. Wenn der Gabelkopf stabil genug ist, (was man annehmen sollte), kann es nicht zu verformungen kommen.

:aufreg: Na du machst es dir ja wieder mal so richtig einfach!

Wenn du die Vorderbremse ziehst, dann wir an der Bremse das Rad in seiner Rotationsbewegung verzögert... Auf die Gabel oder den Rahmen wirken hier erstmal keine Kräfte... nur auf die Schraubbefestigung der Bremse. Der Reifen muss nun auf der Straße verzögern... man kann sich also am Modell einen Kraftpfeil entgegen der Fahrtrichtung denken. Diese Kraft wird direkt an der Nabe in die Gabel eingeleitet, weil dort das Rad nun mal befestigt ist. Wir haben also einen Kraftpfeil am unterne Ende der Gabel. Die Gabel kann man sich nun am Rahmen als fest eingespannt denken, so dass die ganze Gabel auf Biegung beansprucht ist. Das maximale Biegemoment liegt dabei am unteren Punkt des Steuerrohrs... also etwa da, wo die Bremse sitzt.

 

[Bonanzero]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Das Rad wird doch aber an der Felge gebremst, nicht an der Nabe.
Deswegen müssen auch bei Scheibenbremsen die Speichen gekreuzt und stabile Gableln benutzt werden.

 

[Sachsentour]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Das Rad wird doch aber an der Felge gebremst, nicht an der Nabe.
Deswegen müssen auch bei Scheibenbremsen die Speichen gekreuzt und stabile Gableln benutzt werden.

Das hat mit der Kraftübertragung innerhalb des Rades zu tun... aber nichts mit der Biegung der Gabel. Bei der Scheibenbremse wird sozusagen die Scheibe verzögert und dann muss die Verzögerung auf die Felge übertragen werden. Die Speichen werden hier anders belastet, weil Felge und Befestigungspunkte der Scheibe gegeneinander verdreht werden.
Bei der Felgenbremse wird direkt die Felge verzögert. Das heißt zunächst keine Belastung der Speichen. Der Reifen wird dann auf der Straße verzögert und diese Kräfte übertragen die Speichen rein über Zugkräfte zu Nabe und damit zur Gabel...

 

[Bonanzero]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Nein, die Kraft geht über Reifen und Felge direkt in den Rahmen, nicht über die Nabe. Bei der Felgenbremse greift die Bremse an die Felge und stellt somit die Verbindung zum Rahmen her. Die Nabe läuft lastfrei (was die Bremskraft anbelangt, den Anteil der Gesamtmasse durch Gewichzverlagerung beim Abbremsen muss sie und die Gabel natürlich tragen).

 

[Sachsentour]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Nein, die Kraft geht über Reifen und Felge direkt in den Rahmen, nicht über die Nabe. Bei der Felgenbremse greift die Bremse an die Felge und stellt somit die Verbindung zum Rahmen her. Die Nabe läuft lastfrei (was die Bremskraft anbelangt, den Anteil der Gesamtmasse durch Gewichzverlagerung beim Abbremsen muss sie und die Gabel natürlich tragen).

Ahaaa? Und wovon wird die Gabel dann beim Bremsen zurückgebogen?? Die Nabe läuft momentenfrei aber nicht lastfrei. Wenn die Felgenbremse anzieht, dann bird die Felge praktisch festgehalten und damit wird dieser Punkt zur Einspannung des Biegebalkens Gabel. Die Kraft wird an der Nabe eingeleiten und somit ist dort die Biegung "0", während sie zur Bremse hin zunimmt. Das Maximum des Biegemoments liegt dort, wo der Biegebalken eingespannt ist.

 

[Bonanzero]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Biegt sich die Gabel beim Bremsen zurück? Meine jedenfalls nicht. Aber ich muss mir da nochmal grunzäzlich Gedanken machen dazu. Kann ja sein, dass du ja doch Recht hast. Aber das muss ich prüfen.

 

[Sachsentour]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Biegt sich die Gabel beim Bremsen zurück? Meine jedenfalls nicht. Aber ich muss mir da nochmal grunzäzlich Gedanken machen dazu. Kann ja sein, dass du ja doch Recht hast. Aber das muss ich prüfen.

Jede Gabel biegt sich beim Bremsen zurück!

Also noch mal in Kurzform:
Punkt der Krafteinleitung ist die Einspannung der Nabe. Beim Bremsen zeigt die Kraftrichtung nach hinten und die Gable biegt sich nach hinten. Solange die Verformung elastisch ist, kommt sie auch wieder zurück. Beim Überfahren von Hindernissen zeigt die Kraftrichtung nach oben. Da die Gabel schräg eingebaut ist und Vorbiegung hat, biegt sie sich dabei nach oben. Solange die Verformung elastisch ist, kommt sie auch wieder zurück, das nimmt man als Federn wahr.
Die von ChrisH zusammengestellten Werte heißen z.B. für 100Nm/mm, dass sich eine angenommene Gabel mit 1 m langen Scheiden, bei einer Belastung von 100 N, um 1 mm in die entsprechende Richtung verbiegt...

 

[Sachsentour]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Tour mißt doch Federraten für Gabeln:
Die messen die Gabel seitlich (also Seitensteifigkeit) und längs (also Komfort = Federrate als "Fahrwerksfeder"). Die Gabel wird dazu am Schaft eingespannt wie in einen supersteifen Rahmen, und dann mit einem schweren Gewicht in die jeweilige Richtung gezogen und die Auslenkung gemessen.

 

[derosa65]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Ein Kennwert, der aber rein die Konstruktion (also die Form und die Maße der Gabelscheide) wiedergibt, wäre das (Biege-)Widerstandsmoment, aber da fehlt dir der Emodul um wirklich zu wissen wie weit sich die Gabel bei welchem Biegemoment verformt. Ausserdem ist das nicht so einfach zu berechnen da es kein homogener Balken mit über die Länge gleichen Maßen ist (oder zumindest über die Länge mit einfacher geometrischer Veränderung, wie ein prismenförmiger Balken).

EDIT: Jeder Hersteller könnte eine Art Federkonstante für seine Gabel angeben (da fehlt *mir* jetzt ein passenderes Wort), welche Verformung macht sie bei welcher Kraft. Das wäre sinnvoll.

.. E-Modul:
ferritischer Stahl 210 kN/mm²
austenitischer Stahl 195
Titan 105
Aluminium 70
CFK parallel zur Faser 150
CFK quer zur Faser 13

.. für diese Diskussion können wir den Modul für austenitische Stähle ausblenden da für Gabeln keine hochfesten rostfreien Stähle verwendet werden.

... bei Carbon müssen wir beachten, daß die Rohre Schichtverbünde sind. Das ist auch das Problem zur Erkennung von Bruchstellen unter dem Decklaminat.

Das E-Modul wird bei einachsiger Belastung (Zug- oder Druckkräfte) innerhalb des linearen Elastizitätsbereichs definiert (Hookesche Gerade).

Leider wird die Gabel nicht einachsig belastet (Zug- ,Druck- und Querkräfte)

Außerdem ist auch das Widerstandsmoment zu berücksichtigen, was durch wechselnde Querschnitte ebenfalls nicht linear ist.

Viel Spaß bei der Diskussion

Gruß Werner

 

[Bonanzero]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Es heißt übrigens "der E-Modul", Mehrzahl "die E-Moduln".
Das nur mal so als kleiner Einwurf, um Verwexlungen im Vorfeld den Garaus zu machen.

 

[Bonanzero]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

So, ich hab mal nachgedacht in Sachen Bremskraftfluss.
Hier das Ergebnis:
Aus Erfahrung trägt die Vorderbremse zu 75-80 % zur Verzögerung bei. (tut jetzt nix zur Sache, aber als Einleitung kommt so ein Satz immer gut)
Die Bremskraft muss über die Reifen auf die Straße gebracht werden. - erster Kraftangriffspunkt.
Zum Bremsen muss ein bewegliches Teil abgebremst werden: Nabe, Speichen, Felge, Reifen oder Ventil (das ist alles, worauf wir theoretisch Einfluss nehmen können, der Schlauch fällt heraus, weil wir darauf während der Fahrt keinen Zugriff haben).
Wenn also eine Reibkraft an der Felge angreift, dann ist die so groß wie die an der Aufstanzfläche. Es bildet sich ein Hebelarm in gerader Linie zwischen Aufstanzfläche und Einspannstelle der Gabel (unterer Konus), dieser Hebel ist das Rad, das als biegesteif angesehen werden kann.
Es wirkt also ein Biegemoment über Rad, Gabel und Nabe, anteilsmäßig, nach hinten. Die Bremskraft geht also nicht voll über die Nabe, sondern nur zu dem Anteil, der dem Hebel bis zur Nabe entspricht.
Saxentour hat also insofern Recht.:mex:
Die Zusammenhänge sind halt doch etwas komplizierter, als sie auf den ersten Blick scheinen.

Hiermit gebe ich zurück an die angeschlossenen Sendeanstalten.

 

[ChrisH]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Soweit die Theorie! man sollte aber eines nicht vergessen... Die entscheidende Rolle spielt das Fahrergewicht. Meine Bontrager-Gabel finde ich mit meinen fahrfertigen 90 kg sehr komfortabel. Dabei konnte ich mich über die Seitensteifikeit nicht beklagen. Ein Fahrer um die 60 kg sollte sich mit der selben Gabel womöglich fühlen als würde er eine Rüttelplatte fahren. Auch beim Bremsen stellt der schwere Fahrer ein anderes Problem für die Gabel dar als der leichte. Es gibt deshalb nicht DIE Gabel, sondern für jeden Fahrer eine Gabel... Im übrigen hatte die Tour mal Carbongabeln getestet und hat einer Bontrager-Gabel einen guten Komfort bescheinigt!

Tja, da hast Du sicher nicht unrecht.....hatte mal eine diskussion mit einem Radhändler über Komfort.
Ich: "ist mir zu hart"
Er: "ich finde das komfortabel genug"
Nun ja, ich wiege 65 kg. Als er mir erzählte, dass er 120 kg auf die Waage bringt, dachte ich nur : "alles klar....."
Also, was den Komfort angeht gebe ich Dir recht, da stellt eine Kriteriumsfahrer wöhrend des Rennens sicher andere Anforderungen als "reiner Hobbyradler".
Was aber das ungünstige Verhältnis von Komfort zu Seitensteifigkeit angeht, sehe ich das anders. Ich sehe keinen Vorteil in einer seitlich weichen Gabel, - für niemanden. Und komfortable Carbongabeln sind (leider) seitlich weich.....

 

[ChrisH]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

.....
Die von ChrisH zusammengestellten Werte heißen z.B. für 100Nm/mm, dass sich eine angenommene Gabel mit 1 m langen Scheiden, bei einer Belastung von 100 N, um 1 mm in die entsprechende Richtung verbiegt...

Kleine Korrektur: Soweit ich verstehe (aber bitte, ich führe die Tests nicht durch) wird bei Tour hier nicht auf 1 m Gabelscheide normiert, sondern die reale Gabel gemessen, d. h. die Gabel wird oben eingespannt und unten ein Achse eingesetzt, an der das Gewicht angreift. 50 N/mm bedeutet dann, dass 50 N nötig sind, um die Achse 1 mm zu bewegen.

 

[Bonanzero]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Das klingt sinnvoll. 50 N sind ~500 g. Wenn ich also 5 Bockwürste an die Gabel hänge, bewegt sich die Last um einen mm in Richtung Gravitationszentrum der Erde.
Einen Punkt sollte man aber nicht vergessen: Die Seitensteifigkeit einer Gabelscheide ist meiner Meinung nach kein aussagekräftiger Messwert. Denn normalerweise ist ja zwischen den Ausfallenden eine Nabe eingespannt, die dort das Gebilde schließt und dem System dort zwei biegesteife Ecken hinzufügt. Ich weiß nun nicht, wie das Fachblatt misst, aber die Gabelscheiden sind immer verbunden und es ist nicht sinnvoll, sie getrennt voneinander zu untersuchen.

 

[Sachsentour]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Freut mich, dass wir langsam alle auf einen Nenner kommen.

@ChrisH: Natürlich messen die eine reale Gabel! Ich hatte das nur zur Veranschaulichung so dargestellt... "angenommene Gabel" meinte, dass ich die angenommen habe und nicht die Tour.

@Bonanzero: Du hast Recht. Da gehört eine Nabe eingespannt und so wird auch gemessen. Ich habe da ein Bild im Kopf, dass eine Nabe eingespannt ist, während der Messungen.

 

[ChrisH]

AW: titan stahl carbon : haltbarkeit , langlebigkeit, bruchverhalten

Freut mich, dass wir langsam alle auf einen Nenner kommen.

@ChrisH: Natürlich messen die eine reale Gabel! Ich hatte das nur zur Veranschaulichung so dargestellt... "angenommene Gabel" meinte, dass ich die angenommen habe und nicht die Tour.

@Bonanzero: Du hast Recht. Da gehört eine Nabe eingespannt und so wird auch gemessen. Ich habe da ein Bild im Kopf, dass eine Nabe eingespannt ist, während der Messungen.

Ja, da mit der Nabe kann ich bestätigen, so habe ich das auch in Erinnerung (ohne das Bild gerade auf dem Tisch zu haben), es sieht aus wie eine fette Metall-Stange, die quasi als extrem steife Nabe eingespannt ist, und wenn ich mich richtig erinnere hängt auch das Gewicht an dieser "Nabe", - was ja auch Sinn macht.