VM Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Beiträge
11.341
Michael (MIKE-I) hatte in seiner Beantwortung auf meinen Beitrag in diesem Thread geschrieben:
In der Theorie weicht Aluminium ja mit der Zeit auf (im Gegensatz zu Stahl), wodurch man in der Dicke noch Reserven einplanen muss. Das war einer der Gründe warum ich für mich Alu ausgeschlossen habe.

Diese Frage war mir witzigerweise während des Treffens am letzten Wochenende auch schon ähnlich gekommen:
- Dass Aluminium mit der Zeit durch Mikrorisse "ermüdet", ist bekannt. Siehe die Unglücke der DeHavilland Comet in den 50-er Jahren: Ermüdung durch Biegebelastung, weil die Druckbelüftung den Rumpf in großen Flughöhen immer etwas aufblies, bevor er beim Abstieg wieder von diesem Druck befreit wurde.
- Stahl tut dies so weit ich weiß, ebensowenig wie Holz: Es muss einige legendäre alte Leitra-Rahmen geben, die mit weitgehend ausgetauschter Peripherie immer noch fahren und fahren.
- Wie ist das denn dann mit GfK-Konstruktionen? Die leiden vor allem unter UV-Sonneneinstrahlung und werden mit der Zeit matt und rauh. Verändert das denn auch die Festigkeit oder ist das nur ein kosmetisches Problem?

Der Hintergrund ist, dass ich mich z.B. beim Anblick der genialen Leiba X-Stream frage, ob es sich wirklich gelohnt hat, mein altes FAW mit viel Arbeit wieder aufzubauen, oder ob das in einigen Jahren sowieso "für die Katz" ist.
Andererseits weiß ich, dass immer noch 60 Jahre und ältere Flugzeuge fliegen, zwar liebevoll gepflegt und sorgfältig beobachtet, aber trotzdem... Die recht weichen Stoßdämpfer des FAW und die großflächige Lastabtragung durch die langen Nietnähte des FAW vermeiden m.E. recht effektiv die Lastspitzen, die zur Ermüdung führen. Ich habe den Eindruck, dass vieles, was unter Ermüdung läuft, einfach unsauber gesetzte und sich daher lockernde Nietverbindungen sind, besonders an hochbelasteten Stellen wie dem Tretlager im Ausleger: Baulchen hat mir darüber beim Treffen so einiges gesagt...

Grüße, Martin
 
Zuletzt bearbeitet:
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Bei Faserverbundwerkstoffen gilt:

-Eindringen von Feuchtigkeit in das Gewebe vermeiden
-Auffransungen umbedingt versiegeln
-UV-beständiges Coaten, sonst zerstört Dir die UV-Strahlung das Gefüge des Harzes
-Brüche in den Fasern sind äusserst ungünstig und können eventuell das Aus für eine Konstruktion bedeuten da der Kraftschluss nicht wiederherstellbar ist.Das Harz an sich ist nicht sonderlich belastbar, es sind die Fasern.

-Materialermüdung tritt auf, ist aber bei ausreichender Dimensionierung und gründlicher FEM-Analyse sowie Ausrichtung der Fasern an den Kraftlinien der FEM weitestgehend vermeidbar.

eine VM-Karosse die gut über FEM geprüft und Laminiert ist kann wenn die Faserstruktur nicht beschädigt wird rechnerisch gesehen hunderte Jahre halten, wenn das Harz dies durch sorgfältige Anmischung und Verarbeitung erlaubt und die Struktur nicht überbeansrucht und somit verletzt wird.

Allgemein kann man Teilen die nicht ausreichend Kraftschluss besitzen, also irgendwie Locker sind ein kurzes Leben zusprechen.Ist dann ur eine Frage der Zeit.
 
Zuletzt bearbeitet:
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Hallo GoOneBen!
Als M5 den Carbon High Racer 2006 vorstellte, schrieben Bram&Co, dass sie FEM benutzt hätten - dies sei einzigartig in der Liegeradwelt. Weißt du, ob die VM-Entwickler mit FEM konstruiert haben?
Gruß, Ulrich
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Weis ich leider nicht, wüsste ich aber gerne .
Wäre sicher ideal , alleine schon um Gewicht einzusparen.

Ich benutze FEM über Solid Edge um bei kleinen Carbonteilen meine Faserrichtungen zu ermitteln.

Die Musterteile hielten bisher der Realität und den vorausgesagten Werten stand.
Modulmatrices für Carbon bekommt man ja bei den Herstellern bzw. Vertieben der jeweiligen Matten.

Die einzige Ausnahme die ich hatte war wegen falsch angesetztem Harz.

Die realisierbare Gewichtsersparnis scheiterte bei mir zum Teil an meinen Fähigkeiten mit Harz umzugehen, meistens aber auch bedingt durch unzureichendes Werkzeug Z.B. Vakuumofen, SID-Pistole) , ist ja nur mein Bastelkeller...in meinem früheren Betrieb gab es da schon andere Möglichkeiten, auf die ich leider verzichten muss, das Unternehmen war nicht gerade ideal geführt, ...leider...waren viele helle Köpfe drin..
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Der Hintergrund ist, dass ich mich z.B. beim Anblick der genialen Leiba X-Stream frage, ob es sich wirklich gelohnt hat, mein altes FAW mit viel Arbeit wieder aufzubauen, oder ob das in einigen Jahren sowieso "für die Katz" ist.

Hallo Martin,

mein "Ur"FAW ist inzwischen 17 Jahre alt und hatte - zumindest als ich es letztes Jahr verkauft habe - noch keine Risse gehabt.

C.
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

-Materialermüdung tritt auf, ist aber bei ausreichender Dimensionierung und gründlicher FEM-Analyse sowie Ausrichtung der Fasern an den Kraftlinien der FEM weitestgehend vermeidbar.
Aber die Materialermüdung geschieht bei CFK soweit ich weiß nicht häufiger bei ansteigender Anzahl von Lastwechseln, sondern wenn unvorhergesehene Kraftspitzen, bzw. unvorhergesehene Kraftrichtungen auftreten. Bei ausreichender Dimensionierung sollte CFK doch dauerfest sein.


Alu wird auch nicht weich, sondern es wird im Bereich der späteren Bruchstelle sogar noch härter/spröder. Nur wenn es dann bricht, dann ist das Bauteil plötzlich sehr weich ^^. Das blöde an Alu ist dass man diese Dauerschwingbrüche nicht verhindern kann, sondern nur durch entsprechend schwere Konstruktion weit in die Zukunft verschieben. Aber Alu kann per se nie dauerfest werden.

Stahl kann auch Dauerschwingbrüche haben, aber das ist nur ein Bereich. Wenn man die Konstruktion entsprechend großzügig dimensioniert (aka schwerer), dann kann Stahl in den Bereich kommen, dass es keine Dauerschwingbrüche zeigt, egal wieviele Lastwechsel geschehen. Stahl ist also auch nur unter bestimmten Umständen dauerfest.
Das nette an Stahl ist, es ist auch dann wenn ein Dauerschwingbruch geschieht, gutmütiger, die Rissausbreitung geschieht langsamer. Man hat die Chance noch was am Fahrverhalten zu spüren, bevor das Rohr ganz durch ist.
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Aluminium ist ein Knetmetall, wird also mit der Zeit nachgeben.
Aluminium ist vom elastizitätsmodul her mit vorsicht zu geniessen.

Hab mal Langzeitkurven aus Klimakammern dazu gesehen.

Bei Stahl sind es Eigenresonanzen die mehr ins Gewicht fallen als Walkarbeiten, insofern die Walkarbeiten das Elastizitätsmodul in Abhängigkeit zum Alter nicht sprengen.Stahl hat aber eine recht gutmütige Kurve die gemessen an menschlicher
Lebenszeit vernachlässigber ist wenn dem Korrosionsschutz entsprechend Rechnung getragen wurde.

Entschuldigt den steigenden Präzisionsmangel zu den Bezeichnungen, weiter in die Tiefe kann ich nicht mehr zu dem Thema gehen, bin ja so gesehen kein Metaller/Materialkundler, nur IT-Ler mit entsprechender Neugierde..
 
Zuletzt bearbeitet:
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Das nette an Stahl ist, es ist auch dann wenn ein Dauerschwingbruch geschieht, gutmütiger, die Rissausbreitung geschieht langsamer. Man hat die Chance noch was am Fahrverhalten zu spüren, bevor das Rohr ganz durch ist.

Ja, ich bin damit

2854.png


noch über hundert Kilometer gefahren.
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Autsch! Klassischer Kerbbruch , schlechte Schweissnaht oder unzureichend getempert...
Oder schlicht überfordert..
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Mit der Farbe? Keinen Meter ... :D

War das an Deinem "alten" Steintrike-Tandem?
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Hallo,

Das nette an Stahl ist, es ist auch dann wenn ein Dauerschwingbruch geschieht, gutmütiger, die Rissausbreitung geschieht langsamer. Man hat die Chance noch was am Fahrverhalten zu spüren, bevor das Rohr ganz durch ist.

also bei meinem Rahmenbruch am Alutrekkingrad habe ich den Riss schon deutlich vor dem Bruch gespürt. Ich habe das komische Fahrverhalten aber der ausgeleierten Federgabel zugeschrieben und den Riss an der Verbindung Unterrohr-Steuerrohr nicht bemerkt. Erst als das Rohr nach einer Bordsteinkante durch war, fiel es mir wie Schuppen von den Augen.

viele Grüße

Christoph
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

- Dass Aluminium mit der Zeit durch Mikrorisse "ermüdet", ist bekannt. Siehe die Unglücke der DeHavilland Comet in den 50-er Jahren: Ermüdung durch Biegebelastung,

Naja .. ursächlich waren da weniger die Materialeigenschaften als die Fehlkonstruktion: rechtwinklige Kanten an den Aussparungen (Fenster, Türen). Wenn man solche "Sollbruchstellen" vermeidet (bzw entschärft, s. z. B. Vorbau mit Spreizklemmung) bleiben auch die Risse aus.

- Marcus
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Hallo Martin,
- Dass Aluminium ... "
- Stahl tut dies so weit ich weiß, ebensowenig wie Holz
Wie ist das denn dann mit GfK-Konstruktionen?
Ich mach seit Jahren Festigkeits-Analysen von Metall und GFK-Komponenten und versuch einfach mal einen anschaulichen Beitrag:
WIKI schreibt zu Mat-Ermüdung. Das hat erstmal nix mit
... unter UV-Sonneneinstrahlung und werden mit der Zeit matt und rauh. Verändert das denn auch die Festigkeit oder ist das nur ein kosmetisches Problem?
. I.d.R. geht die Farbveränderung mit einer Festigkeitsabnahme der Kunststoffmatrix einher.

...Die recht weichen Stoßdämpfer des FAW und die großflächige Lastabtragung durch die langen Nietnähte des FAW vermeiden m.E. recht effektiv die Lastspitzen, die zur Ermüdung führen. Ich habe den Eindruck, dass vieles, was unter Ermüdung läuft, ... überlastete ... Nietverbindungen sind, besonders an hochbelasteten Stellen wie dem Tretlager im Ausleger: Baulchen hat mir darüber beim Treffen so einiges gesagt...
Genau! Es geht meiner Erfahrung nach darum, die (lokalen) Materialbeanspruchungen soweit unterhalb der spezifischen Festigkeitsgrenzen zu halten, dass die mechanischen Mikroverformungen nicht zur Änderung der Mat-Festigkeit führen. Nachdem v. a. organische Werkstoffe oft noch dazu chem.-physikalischen Alterungsprozessen unterliegen ist hier die Auslegung bes. schwierig. Aber auch Alu und Stahl leiden daran (Edelstahl - Spannungsrißkorrosion bei Anwesenheit von Streusalz).

Insgesamt muß man sagen, dass Leichtbau, egal ob aus Alu , Stahl oder faserverstärkten organischen Materialien nicht dauerfest - sprich "hält mehr als 100000 Lastwechsel" - ausgelegt ist. Aber einige RR-Rahmenbauer, wie Prinzipia gelingt es schon mittels num. Rechenverfahren (FEM) Rahmen zu dimensionieren, die an allen Knotenpunkten ähnliche (hohe) Dauerschwingbelastung bei gleichzeitig super Steifigkeitswerten zu bauen.
Dauerfestigkeitsnachweise oder Dauerfestigkeits-Auslegung mit Standard-FEM-Paketen ist meines Wissens nicht möglich - erst recht nicht für Faser-Verbund-Werkstoffe oder gezogene (Unformung->Eigenspannungszustand) Rohre.
So- jetzt ist schluß - sonst meint noch einer "Schlaumeiermodus - bäh!"
Bei noch mehr Bedarf auf Fachsimpeln gerne auch PN.

Gruß, ATOMIC
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Hallo Atomic,

das ist kein Schlaumeiermodus, das ist dankbar entgegengenommene Fachkenntnis.- Bei Dir ebenso wie bei allen anderen, die sich die Zeit genommen haben, meine Fragen zu beantworten. Danke! Dieses Forum ist immer wieder eine tolle Informationsquelle.

Wie ich das verstanden habe, ist also die GfK-Bauweise insgesamt langlebiger als Aluminium, letztlich nicht unvergänglich, aber bei entsprechendem UV-Schutz von größerer Dauerhaltbarkeit.
Ich werde also vorerst weiter bei meinem "Aluweder" bleiben und guten Gewissens an einer Nachfolgekonstruktion tüfteln, die sich vieler FAW-Teile bedient und von besserer Bauqualität sein wird. Sooo übel ist das Zeug also nach Euren Beschreibungen und nach allem, was ich weiß, gar nicht. Vor allem - das ist subjektiv - mag ich das Gefühl und die Verarbeitung von Alu lieber als die Chemie. Dass das FAW immer noch etwas hermacht, hat sich an den positiven Reaktionen Außenstehender während des letzten Wochenendes gezeigt.

Grüße, Martin
 
Zuletzt bearbeitet:
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Aber wie wärs z.b. mit einem CrMo Rahmen?
Große dünne Rohre dürften bei richtiger Auslegung doch genauso stabil und leicht wie Alu sein
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Die Bülk-Karossen wurden wohl zum Großteil ohne Gelcoat angefertigt und leben trotzdem immer noch. Keine Ahnung, ab wann UV-Strahlen wirklich wirksam werden.

Gruß
Frank
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Sooo übel ist das Zeug also nach Euren Beschreibungen und nach allem, was ich weiß, gar nicht.
Von den Materialeigenschaften ist CFK schon was schickes, wenn man es richtig einsetzt.
Ich finde allerdings man sollte in seine Materialwahl noch andere Aspekte einfliessen lassen. Z.B. eben dass Alu 16x, in Worten sechszehn-mal, mehr Energie bei der Herstellung braucht als Stahl, und CFK nochmal mehr als Alu. Ausserdem ist CFK nicht recyclingfähig und ein Erdölprodukt.

Ganz skuril wird es, wenn man ne CFK-Karosse baut, um 1-2kg zu sparen, und dann am besten Marathon-Plus-Reifen montieren ;).

Ich würde bei allen tragenden Teilen auf gut dimensionierten CrMo-Stahl setzen. Wenn man geschickt baut, ist das Gewicht kaum höher als Alu. Siehe (mittlerweile) extrem teure Stahlrahmen, die ohne Probleme in die Gewichtsbereiche von mittelpreisigen Alu-Rahmen kommen. Durch die Massenproduktion hat Alu da nen unfairen Vorteil. Und die Karosserie würde ich nur aus CFK machen, wenn ich auch vorher schon das Rad auf Leichtgewicht getrimmt hab. Wenn man noch M+-Reifen plant, und gleichzeitig ne CFK-Karosse, macht das in meinen Augen wenig Sinn.

Wie sieht es eigentlich aus mit dünnem Sperrholzplatten, sowas womit man wohl auch heute noch Kleinflugzeuge verkleidet. Ich glaube ich würde in die Richtung überlegen. Bzw. auch die Neopren-Basteleien die ich letztens sah, wirkten nicht schlecht. Grundgerüst und dann Neopren drüberspannen. Befestigungen so ausführen, dass man das Neopren noch gut nachspannen kann.

Alu und CFK sind mir unter dem Gesichtspunkt der Energie- und Umweltbilanz nicht so sympathisch.
 
AW: Materialermüdung bei GfK- und Alu-Velomobilen?

Ich würde bei allen tragenden Teilen auf gut dimensionierten CrMo-Stahl setzen. Wenn man geschickt baut, ist das Gewicht kaum höher als Alu.

Info für die Stahlvefechter:
Das Thema Rost ist bei Stahl eher ein Kriterium als bei ALU die Schwingungsbrüche...
 
Zurück
Oben Unten