Vergleich Niro / Chromspeichen ... und ein bisschen mehr

[mschenk]

Mahlzeit!

Im 2V-Forum tauchen immer mal wieder Zweifel an der Festigkeit von Niro-Speichen auf. Es kursiert die Vermutung, das verchromte Speichen in hoch belasteten Rädern die bessere Wahl ist.

Also versuchen wir, etwas Licht ins Dunkel zu bringen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass wir hier Speichen ausschließlich statisch untereinander vergleichen. Für den Vergleich haben wir Speichen verschiedener Hersteller mittels Zugversuch getestet.

Anbei findet Ihr den ausführlichen Bericht incl. abschließender Interpretation und Schlussfolgerungen, die hier wiedergegeben werden:

Von der Festigkeit her gesehen ist es unerheblich, ob Stahl verchromt oder Edelstahl verwendet wird. Da die galvanische Beschichtung heutzutage nicht mehr die hohe Qualität aus früheren Zeiten aufweist (Entfall der Unterkupferung), sind verchromte Stahlspeichen rostgefährdet.

Im Betrieb reißen Speichen (in klassisch gespeichten Rädern) in aller Regel unter dem Kopf, auch an Solomaschinen. Dies ist auf das Auftreten von Querkräften im laufenden Betrieb (zB. bei einer Änderung der Schräglage / Lenken, Überfahren von Bodenwellen in Schräglage etc.) zurückzuführen. Diese Querkräfte führen (zusätzlich zu den auftretenden Längskräften, zB. beim Beschleunigen und Bremsen), je nach Ausbildung der Aufnahmebohrung im Bereich der Nabe zum Bruch der Speiche. Das zeigt, dass die Hauptbelastungen im Übergangsbereich Nabe/Speichenkopf auftreten. BMW hat z.B. die ersten Gussräder für /7 genau in diesem kritischen Bereich verstärkt, vgl. hier.

Soll der Bruchwiderstand der Speichen in diesem Bereich erhöht werden, ist der Einsatz von ED-Speichen sinnvoll. Diese Speichen sind mit einem Drahtdurchmesser von knapp 4mm und einem Kopfdurchmesser von 7,1..7,35mm geeignet, um mit ggf. geringer Nacharbeit am Speichenkopf in
den BMW-Naben (an der HR-Nabe beträgt der Bohrungsdurchmesser für den Speichenkopf ca. 7,2mm) verwendet zu werden.

Hier noch ein paar Hinweise zu Aufbau und Reparatur von Speichenrädern:

Anzugswerte der Speichen und Nippel Gewinde unterliegen bei der Werksmontage einer Drehmomentüberwachung .

Hier liegt das Risiko, dass es bei individueller Montage, insbesondere beim Nachzentrieren, zu einer Überbeanspruchung der Werkstoffe kommen kann.
Im Fahrbetrieb können Überlastbrüche daher nicht ausgeschlossen werden .

Die Paarung von Messing-Nippeln und Chromspeichen erforderte bei den älteren Baureihen bis zum Einsatz der Kreuzspeichenräder Öl zur Reibwert- Minimierung, um in die erforderliche Zugspannung zu gelangen. Nippel der Kreuzspeichenräder sind Reibwert-definiert nach der Oberflächenbeschichtung eingestellt (Tauchbeschichtung).

Keinesfalls zu vergessen sind die Credits:
Ohne Martin (hossmann) hätte das hier nicht stattfinden können
Vielen Dank auch an weitere Spezialisten aus dem Forum und rundrum, die mit Erfahrung und tätlicher Hilfe zu den wiedergegebenen Erkenntnissen (und ein paar weiteren) beigetragen haben.
Nicht zu vergessen die (Speichen)Lieferanten, die auf Zuruf freundlicherweise (überwiegend für umme) Prüfmuster hergegeben haben.

 

[Wolfram2]

Sehr interessant! Vielen Dank dafür!

Jetzt würde mich ja interessieren, welche Hersteller sich jeweils hinter den Ziffern 1 bis 4 verstecken.

Kann man das dann in Hambach hinter vorgehaltener Hand erfahren?

 

[kosi]

Danke fürs teilen

P.S. wofür so eine Zwick alles gut ist

 

[MM]

Speichenräder sind und bleiben ein faszinierendes Feld für Ingenieure.

 

[Kees]

Was ich nicht verstehe, in die Praxis brechen die Speichen meist am Kopf. Hier im Test aber brechen die meisten am Gewinde (habe ich das richtig verstanden?). Ist diese test dan gültig?

 

[mschenk]

Was ich nicht verstehe, in die Praxis brechen die Speichen meist am Kopf. Hier im Test aber brechen die meisten am Gewinde (habe ich das richtig verstanden?)

Ja, das hast Du richtig verstanden.

. Ist diese test dan gültig?

Warum nicht? Oben wie auch im Bericht bin ich auf diese Diskrepanz eingegangen:

Im Betrieb reißen Speichen (in klassisch gespeichten Rädern) in aller Regel unter dem Kopf, auch an Solomaschinen. Dies ist auf das Auftreten von Querkräften im laufenden Betrieb (zB. bei einer Änderung der Schräglage / Lenken, Überfahren von Bodenwellen in Schräglage etc.) zurückzuführen. Diese Querkräfte führen (zusätzlich zu den auftretenden Längskräften, zB. beim Beschleunigen und Bremsen), je nach Ausbildung der Aufnahmebohrung im Bereich der Nabe zum Bruch der Speiche. Das zeigt, dass die Hauptbelastungen im Übergangsbereich Nabe/Speichenkopf auftreten.

Es ging ja ursprünglich um die Frage: 'Niro oder Stahl verchromt?' Auch diese Frage wurde beantwortet:

Von der Festigkeit her gesehen ist es unerheblich, ob Stahl verchromt oder Edelstahl verwendet wird.

 

[Kees]

Du hast eine statische Kraft auf die Speichen ausgeübt. Das Nirosta genau so stark sein kann (wenn das richtige Grundmaterial genommen wird) als Stahl, wissen wir schon aus die Literatur. Das brechen der Speichen geschieht aber anders. Nicht mit so eine langsame Dehnungskraft, aber durch eine Queerkraft und vielleicht wird das auch dynamisch sein. Interessant wäre zu wissen ob die Speichen das auch halten, und ob Nirosta da besser oder slechter ist. Das ganz andere verhalten des brechens in dieser Test versus die tägliche Praxis konnte eine Anweisung sein das diese Test nicht das richtige tetstet.

Wir werden zum beispiel oft gewarnt keine Stahl Bolzen in Sicherheits relevante Teile für Edelstahl aus zu tauschen. Gilt das dann auch für Speichen?

 

[ck1]

Also ich habe schon ne Menge Speichen gesehen, die am Ende des Gewindes gerissen waren. Das kommt das Thema Gewinde geschnitten bzw. gerollt mit ins Spiel. Wurde hier nicht behandelt.

Ne Speiche bis zum Riss mit Zug- und Querkräften zu belasten, so wie ich es verstanden habe, hat ja recht wenig mit der Beanspruchung von Speichen im Betrieb zu tun. Ich meine Speichenbrüche waren immer Dauerbrüche unter wechselnden Belastungen überlagert von einer statischen Belastung, der Vorspannung. Gerade da schneiden Edelstähle schlechter ab, in der Dauerfestigkeit.

Kann also das Resultat der Versuche und die resultierenden Schlussfolgerungen nicht so ganz nachvollziehen.

Meine 5 ct.

Grüße
Claus

 

[mschenk]

Das brechen der Speichen geschieht aber anders. Nicht mit so eine langsame Dehnungskraft, aber durch eine Queerkraft und vielleicht wird das auch dynamisch sein. Interessant wäre zu wissen ob die Speichen das auch halten, und ob Nirosta da besser oder slechter ist.

Deine Frage geht (wenn ich Dich recht verstanden habe) in die Richtung, dass es Materialeigenschaften von Niro gibt, die im laufenden Betrieb einer Speiche einen Nachteil gegenüber Stahl (verchromt) bedeuten könnten. An welche Materialeigenschaften denkst Du dabei? Möglicherweise könnte ich die entsprechenden Werte aus den Versuchsprotokollen ausfiltern.

BMW hat in der Serienfertigung vor vielen Jahren das Speichenmaterial von Stahl verchromt auf Niro umgestellt. Mir ist nicht bewusst, dass sich diese Änderung in der Praxis nicht bewährt hat.

Das ganz andere verhalten des brechens in dieser Test versus die tägliche Praxis konnte eine Anweisung sein das diese Test nicht das richtige tetstet.

Das wäre nach meinem Verständnis genau dann zutreffend, wenn es zusätzlich Materialeigenschaften der geprüften Speichen gibt, die bei den in Betrieb auftretenden (zusätzlichen) Belastungen zu einem grundlegend anderen Verhalten führen würden. An welche Materialeigenschaften denkst Du dabei?

Wir werden zum beispiel oft gewarnt keine Stahl Bolzen in Sicherheits relevante Teile für Edelstahl aus zu tauschen. Gilt das dann auch für Speichen?

Du sprichst entsprechende Posts hier im Forum an? Dazu kann ich wenig sagen. Als ersten Ansatz würde ich gerne Dich zitieren:

Das Nirosta genau so stark sein kann (wenn das richtige Grundmaterial genommen wird) als Stahl, wissen wir schon aus die Literatur.

Speichen sind ganz bestimmt sicherheitsrelevante Teile. Aber, w.o. bereits ausgeführt: BMW hat m.W. keinen Anlass gesehen, die Umstellung der Serienfertigung auf Nirospeichen rückgängig zu machen.

 

[mschenk]

Also ich habe schon ne Menge Speichen gesehen, die am Ende des Gewindes gerissen waren.

Darf ich Dich herzlich einladen, an dieser Umfrage teilzunehmen? Darin werden noch einige weitere Details abgefragt und ich würde mich sehr freuen, wenn Du die Datenbasis vergrößern könntest.

Das kommt das Thema Gewinde geschnitten bzw. gerollt mit ins Spiel. Wurde hier nicht behandelt.

IMHO werden Gewinde von (Draht)Speichen von Motorrädern in der Serienfertigung ausschließlich gerollt. In der Tat habe ich hier das erste Mal davon gelesen, dass Speichen mit geschnittenem Gewinde im täglichen Betrieb eingesetzt wurden.

Ne Speiche bis zum Riss mit Zug- und Querkräften zu belasten, so wie ich es verstanden habe, hat ja recht wenig mit der Beanspruchung von Speichen im Betrieb zu tun.

Ich sags mal so: Zumindest haben die (im Bericht zitierten) Versuche den Vorteil, reproduzierbare Ergebnisse zu liefern. Es gibt IMHO auch keine Hinweise, dass der tägliche Betrieb von Speichenrädern zu Erkenntnissen führen würde, die den Versuchsergebnissen widersprechen.

Ich meine Speichenbrüche waren immer Dauerbrüche unter wechselnden Belastungen überlagert von einer statischen Belastung, der Vorspannung.

Hast Du dazu eine Quelle? Das würde ich mir gern genauer ansehen.

Gerade da schneiden Edelstähle schlechter ab, in der Dauerfestigkeit.

Welche Materialeigenschaft sprichst Du an? Gehst Du davon aus, dass z.B. Rp0,2 sich mit der Belastungsdauer/häufigkeit ändert?

 

[ck1]

Man kann überall nachlesen, dass Speichenbrüche in Rädern immer Ermüdungs- bzw Dauerbrüche sind. Selbst unsere ungeliebte KI liefert gute Ergebnisse zu den Belastungen einer Speiche bei einem rollenden Rad.

Dauerhaltbarkeiten von Werkstoffen werden mittels der Wöhlerkennlinie ermittelt.

Es gibt keine direkte Korrelation von Dehngrenze und Dauerfestigkeit von Werkstoffen.

Ein Versuchsaufbau zur Ermittlung der Dauerfestigkeiten von Speichen wäre wesentlich komplexer.

Ich hätte mich mit Kommentaren zurück gehalten, ginge es hier zB um das Lackieren von Speichen. So werden hier aber Aussagen zu sicheitsrelevanten Bauteilen getroffen.

Bevor man solch einen Aufwand treibt, sollte man sich erst Gedanken machen, was man damit erreichen will.

Die Ermittlung der max Zugfestigkeit von handelsüblichen Speichen macht nur Sinn, wenn man zB. eine Lampe daran aufhängen will, und wissen will, wie schwer diese sein darf.

Grüße
Claus

 

[Kees]

Ich bin vor allen interessiert weil ich ein Seitenwagen fahre. Da werden Speichen doch etwas mehr und vor allen auch anders belastet.

In dein Test ist der Speiche am schwachsten Stelle gebrochen nach einmalige Krafteinwirkung. Im täglichen Praxis brechen die nicht da, sonderen am Kopf. Also am Punkt der höchste Belastung. Weil die meistens nicht am Gewinde reissen, wird das nicht eine gleichwertige Kraft sein als in deiner Test. Warum brechen die dann. Stossbelastung? Ermüdung?

Na ja, ich bin keine Materialkundige. Nicht einmal in die Mechanik studiert, nur ein schnöder Elektriker. Vielleicht gibt es hier Leute die mehr davon wissen?