Im Prinzip gibt es zwei Möglichkeiten rauszufinden was für einen Werkstoff (CroMo, Baustahl, Butterkeks) benötigt wird: Rechnen oder Probieren. Ich habe beides gemacht. Früher aufwendig mit analytischen Rechnungen, heute mit FEM. Meist verlasse ich mich jedoch auf mein Baugefühl und während des Baus lege ich gerne mal etwas Holz unter den Rahmen, stelle mich drauf und wippe, da merke ich schnell wie steif der Rahmen ist. Faustformel: Je steifer etwas ist, desto weniger Festigkeit brauche ich.
Beispiel: Eine einseitige Radaufhängung mit einer M10 Schraube als Achse für das Vorderrad, beim abgesenkten Bordstein federt die Schraube und der Scheibenbremsbelag kommt an die Scheibenbremse. Rechnerische erforderliche Schraubenfestigkeit war 10.9 (940 MPa), gewählt habe ich 12.9 (1040 MPa). Hält zwar, aber eigentlich zu weich. Das ganze in M12 gebaut mit einer 8.8 Schraube hält auch und der Belag kommt deutlich weniger an die Scheibe. Wenn man jetzt noch größer wird, z.B. durch ein Rohr 20x1,5mm, wird es steifer und leichter als bei mit der M12 Schraube. Und ich kann mit Baustahl bauen. Hinweis die Schraube wird im Schaft und nicht im Gewinde gebogen!
Rechnerische Grundlage: Mit dem Widerstandsmoment kann ich Spannungen ausrechnen, mit dem Trägheitsmoment die Biegelinie. Das Widerständsmoment hat eine ^3 Funktion, das Trägheitsmoment eine ^4 Funktion.
M10 hat ein Trägheitsmoment von 491mm^4, ein Widerstandsmoment von 98mm^3 bei einem Gewicht von 0,62kg pro m.
M12 hat ein Trägheitsmoment von 1018mm^4, ein Widerstandsmoment von 170mm^3 bei einem Gewicht von 0,89kg pro m.
Rohr 20x1,5 hat ein Trägheitsmoment von 3754mm^4, ein Widerstandsmoment von 375mm^3 bei einem Gewicht von 0,69kg pro m.
Das Rohr verglichen mit M10 Schraube biegt ungefähr Faktor 7,5 weniger durch und muss dabei Faktor 3,8 mal weniger Festigkeit haben. Das Gewicht ist fast gleich. Das Rohr der Radaufhängung kann also aus Baustahl bestehen.
Oder anders formuliert: Wenn ich hochfestes Material benötige, ist das Bauteil deutlich weniger steif als wenn Baustahl reichen würde.
Letztendlich muss man unterscheiden zwischen Leichtbau durch Material (CroMo, Baustahl, Butterkeks) oder durch die Form (M10, M12, Rohr 20x1,5).