Stahl - Fasern - Dauerfestigkeit...

[Stahlfix]

Hallo,

es ist hoffentlich okay, daß ich hier eine Frage allgemein zu Stahl stelle. Ich habe hier im Forum einen Thread gelesen, der zeigt, daß hier Leute sind, die tief im Detail von Stahlerzeugung und -bearbeitung stecken. Eigentlich wollte ich einen User, der sich hier sehr gut auszukennen schien, direkt ansprechen - aber der ist seit 2013 nicht mehr aktiv, so daß das wohl reichlich sinnfrei wäre.

Und zwar ging es um den "Faserverlauf" in Stählen:

faserrichtung in stahl? [Walzrichtung?]

Jetzt will ich weniger Messer herstellen (gleichwohl ich ein Fan guter Messer bin und mich dieses Thema auch interessiert), als allgemein Dinge aus Stahl herstellen. Konkret treibt mich zur Zeit die Frage um, wie man für einen Oldtimer Fahrwerksteile selbst herstellen könnte, die tatsächlich auch belastbar sind. Fahrwerksteile werden in der Großserie alle gesenkgeschmiedet, unter anderem wegen der Vorteile beim Faserverlauf, auch bei hochwertigem Werkzeug wird so vorgegangen.

Nun schrieben aber Leute in dem Thread, daß man sehr wohl isotropen Stahl produzieren kann heutzutage und daß man mit Wärmebehandlung dafür sorgen kann, daß dieses Faserthema eher zum Quark wird, zumindest hab ich das so verstanden.

Ganz konkret würde ich mich also fragen, wie man beispielsweise einen Querlenker eines Fahrzeuges herstellen kann. Zum einen wären ganz neue Verfahren der additiven Fertigung denkbar, andererseits aber auch klassische subtraktive Fertigung durch Fräsen und Schleifen zum Beispiel. Könnte man also beispielsweise einen richtig guten (und wohl teuren) Stahl nehmen, sich seinen Querlenker aus dem herausfräsen, den danach wärmebehandeln und ihn anschließend bedenkenlos nutzen, beispielsweise auch, indem man ein wenig Material vielleicht noch zugibt?

Ist zwar halt wirklich kein primäres Messerthema und doch ist das Wissen ja auch für Messer von Relevanz, so daß es hier hoffentlich doch nicht zu verkehrt angesiedelt ist.

Ich würde mich zumindest sehr freuen, wenn jemand dazu etwas fundiertes sagen könnte.

Vielen Dank!

 

[Galaxis MTG]

Du willst also Fahrwerksteile Herstelen ich hab da zwar keine Ahnung, Erfahrungen aber ich stelle mir folgendes vor:

1: Wen du eine Wärmebehandlung mache willst musst du gucken wo du ein so großen Härteofen herbekommst.
Entweder du Baust einen seber oder du beauftragst eine Firma.

2: Die Herstellen kast du die Teile aus Dichken Platen oder co, und dan mit einem Schneidbrener ausschneiden oder sogar in form schmieden.

3: Zum Material, genaue Legierung musst du gucken,dich informieren, ich glaube nicht das das Autoteile Wärmebehandelt werden, weil sie zum Teil Geschweiß werden und so die Wärmebehandlung im Eimer wär (es seiden man macht die Wärmebehandlung erst danach (voher bitten normalisieren )).

Gucke mal wie die Industrie das macht und was sie als Material nutzt.

Galaxis MTG

 

[pitter]

Du willst also Fahrwerksteile Herstelen ich hab da zwar keine Ahnung, Erfahrungen aber ich stelle mir folgendes vor:

Guter Einstieg in eine inhaltlich spannende Diskussion!

Pitter

 

[herbert]

Fahrwerksteile ist sehr allgemein. Vielfach wird dabei ein Vergütungsstahl verwendet, das sind Schalenhärter, die außen hart und innen nicht so hart sind, da die Einhärtetiefe solcher Stähle gering ist. Das ist durchaus wegen der Belastungen so gewollt. Aber man muß schon genau wissen, um welche Teile es sich handelt. Die werden natürlich auch wärmebehandelt, vergütet eben, nicht klassisch gehärtet, bei geringeren Festigkeiten, als es für Messeranwendungen üblich ist. Hier setzt man eher auf einen hinreichend großen Abstand zwischen Fließgrenze und Streckgrenze und nutzt die Zähigkeit aus.
Man müßte schon wissen, was genau gefertigt werden soll, und wie groß die Teile sind. Und in der Tat wird es unter Umständen schwierig, die Verhältnisse des Profi-Baus nachzustellen.

 

[chamenos]

Ihr Lieben

es geht um "den Faserverlauf" im Stahl.......

Also bitte keine Allgemeinplätze, sondern nur was Konkretes zum Verlauf der Stahlfasern ....... ich geh derweil schlafen.... unter meiner Faserdecke 😂

 

[Stahlfix]

Vielen Dank für die Denkanregungen bisher.

Konkret meine ich beispielsweise dieses Teil hier:

Querlenker, Radaufhängung LEMFÖRDER 38941

Noch kann man die kaufen. Und vielleicht kann man es in 10 Jahren immer noch (dann gibt es das Auto 35 Jahre ungefähr). Vielleicht kann mans auch noch in 20. In 30 würde ich mich mehr als wundern. Es gibt aber Leute, die dieses Auto so lange fahren wollen. Ich zum Beispiel.

Da dieses Teil ja aber auch Gummiteile enthält, die sicherlich einer deftigen Alterung unterliegen, wird man das sich auch nicht auf Halde legen können, sondern auf neuere Produktion setzen müssen. Wie man dann das Gummiproblem lösen könnte, ist in dem Zusammenhange dann auch eine andere Frage (unabhängig davon, daß an sich dann trotzdem fürs Metall welche hinlegen könnte - aber das wäre SEHR teuer für alle Fahrwerkskomponenten, quasi drei Fahrwerke oder fünf auf Vorrat mal eben in den Keller packen).

Hier wäre für mich wirklich erstmal die Frage, wie man ohne Megagesenkschmiedepresse und sündhaft teure Gesenke dieses Teil nachbauen kann, möglicherweise eben in etwas breiterer Konstruktion, dieses Stabilisatoraufnahmeloch ließe sich sicherlich mit dickeren Wandungen versehen.

Man kann Großserie nicht direkt mit Prototypenbau vergleichen. In der Großserie geht es ja um ganz andere Dinge oft, vor allem primär ums Geld. Da nimmt man beispielsweise nen billigeren Stahl und sagt "Das gleichen wir durch Faserverlaufgüte wieder aus.". Bei nem Einzelstück hingegen könnte man sagen "Vergiß den Faserverlauf - dafür nehmen wir dreimal besseres Material zum 5-fachen Preis, dann ist der Faserverlauf egal.".

Meine Hoffnung war, daß hier jemand konstruktiv bewandert genug ist, daß er genau solche Abwägungen kennt und dazu ein wenig aus dem Nähkästchen plaudern kann. Fakt dürfte sein, daß Audi seine Autos vor der Großserie als Prototypen baut und da die Fahrwerkskomponenten eben sicher noch nicht aus einem Gesenk kommen, sondern anders, als Einzelstück eben, gefertigt wurden.

Thanks!

 

[herbert]

Der ideale Stahl für solche Anwendungen ist der 42CrMo4. Wenn man die Teile aus dem Vollen spanend herstellt und dann wärmebehandelt, dürften die Schwierigkeiten mit Faserverläufen (die ja von dem Werkstofffluß in der Schmiedepresse herrühren) behoben sein.
Was die Gummi-Metallteile angeht, so sind die Stahlhüllen meist aus Baustahl oder C60, je nach Anwendung. Die gibt es z.B. bei der Firma BHC Gummi Metall GmbH in Meckenheim, die produzier(t)en auch für Lemförder. Inwieweit die noch passende Teile fertigen, muß man anfragen. Die sollte man dunkel lagern, kein UV ran. Dann halten die auch eine Weile.
Hier der link: Impressum

 

[blackfox]

Ich finde es ja eher witzig, sich ein so sicherheitsrelevantes Bauteil wie eine Radaufhängung nach einem Internetbrainstorming selbst zusammendengeln zu wollen. Ohne ABE oder E-Nummer bleibt da nur die Einzelabnahme. Toi, Toi, Toi.
Nur mal so zur Info: Die Ersatzteilversorgung für solche Schätzchen machen die Hersteller schon lange nicht mehr selbst. Das sind spezialisierte Firmen, die die originalen Presswerkzeuge vom OEM nach dem Ende der Serienfertigung übernehmen und dann nach Bedarf Teile fertigen. Als ich zuletzt da war, hatten sie gerade Kofferraumdeckel für irgendeinen Benz aus den sechziger Jahren in der Mache. Achtzig Stück für die nächsten fünf Jahre. Die achtzig Stück tragen dann neben ihren Materialkosten die Werkzeugkosten für das Konservieren, Lagern und Instandsetzen plus die Fertigungskosten für den Ein- und Ausbau der Werkzeuge und ein paar Minuten Laufzeit der Presse incl. Anlaufausschuss plus die eigenen Lagerkosten. Teuer, aber wer solche Oldtimer fährt, weiß das.

 

[Stahlfix]

@herbert: Danke für die guten Informationen!

@blackfox: Auch Dir meinen Dank. Von "Wollen" kann übrigens keine Rede sein. Ich traue halt grundsätzlich keiner Firma, daß die nicht übermorgen keinen Bock mehr hat und man vor der Wahl "Wegschmeißen oder Selbermachen" steht. Und Wegschmeißen mag ich halt nicht. Sicherheitsrelevant ist viel, was man macht. Auch wer zu Hause seinen Stuhl selber leimt, arbeitet im weitesten Sinne an einem sicherheitsrelevanten Bauteil. Für mich ist relevant, daß man etwas RICHTIG macht. Wer es macht, ist egal. Und weil für die Großserie nunmal andere Regeln gelten als für den Einzelteilebau, ist es ja wichtig, genau diese Unterschiede zu verstehen. Wenn die bei Lamborghini ne Serie von 100 Autos auflegen oder gar eine von nur 10, dann bauen die sicherlich nicht für jedes sicherheitsrelevante Teil ein Großseriengesenk, weil sie sonst im Leben keinen Käufer für die Karren finden würden, weil das selbst Millionären dann irgendwann mal zu happig würde. Also gehen die anders vor - und genau das will ich halt verstehen. Es gibt quasi dumme Fehler, die man sich auf jeden Fall sparen sollte und es gibt oft "best pratices", wo man eigentlich immer zum Ziel kommt, wenn man die beherzigt. Würde ich den Querlenker um ein mehrfaches überdimensionieren, wäre er irgendwann in der Praxis unkaputtbar. Also wie macht man ein Teil, welches wirklich gut hält und völlig ausreichend ist? Auch dieses kann man irgendwann tauschen. Wenn es zum Beispiel gebaut ist, um 100.000.000 Lastwechsel zu ertragen, dann sollte man wohl auf der sicheren Seite sein, wenn mans nach 10.000.000 austauscht, oder? Es geht also genau nicht darum, dumm und blauäugig in ein Problem hineinzulaufen, sondern mit echtem Können das Problem zu lösen, allerdings ohne arm dabei zu werden, denn mit SEHR viel Geld geht ja bekanntermaßen auch alles vom Profi. Das Internet nutze ich übrigens immer als Basisinformationsmedium. Ich nehme dankbar Hinweise auf Fachbücher entgegen oder bezahle am Ende auch gerne nen Profi dafür, meine Konstruktion nochmal gegenzuchecken.

 

[blackfox]

Auch wer zu Hause seinen Stuhl selber leimt, arbeitet im weitesten Sinne an einem sicherheitsrelevanten Bauteil.

... dessen Ausfall allerdings nur für Dich persönlich riskant ist. Bei Autos ist das anders und deshalb werden Fahrzeuge ohne Betriebserlaubnis stillgelegt. Aber vielleicht findest Du ja einen Sachverständigen, der das auf seine Kappe nimmt.

Wenn die bei Lamborghini ...

Schönes Beispiel. Bei Lambo findet tatsächlich noch richtiger Fahrzeugbau statt. Es ist allerdings ein Unterschied, ob Lambo zur Abnahme kommt oder eine nicht weiter bekannte Privatperson.
Die Erlkönige der Großserienhersteller entstehen auch weitgehend in Einzelfertigung und dürfen trotzdem auf öffentliche Straßen. Da kommen dann halt Daimler, oder BMW, oder ...
Wer weiß, wie die Fertigungsprozesse in zwanzig Jahren aussehen. Wenn die bis dahin soweit sind, Ersatzteile in der Losgröße 1 auszudrucken, existiert Dein Problem nicht mehr. So unwahrscheinlich ist das übrigens gar nicht. Im Flugzeugbau wird das heute schon gemacht.

 

[Stahlfix]

TÜV is wieder ne andere Frage. Ich war weniger bei "Zulässigkeit" als bei "Machbarkeit". Wenn ich das Thema "Machbarkeit" nicht vom Tisch habe, muß ich mich mit "Zulässigkeit" prinzipiell nicht beschäftigen, andersherum ist es zwar gewagt, aber wenigstens nicht schwachsinnig. ;-)

3D-Druck hab ich ganz explizit auf dem Schirm, hatte in meinem Ursprungsposting ja geschrieben, daß ich mir additives Fertigen vorstellen kann, wissend, daß die inzwischen alles mögliche damit herstellen und zwar explizit Zeugs, was mächtig was aushalten muß. Da wäre aber einmal mehr die Frage, wie das konkret funktioniert. Was für Stähle nehmen die? Wie härten die das? Kommt das schon gehärtet raus oder wandert das noch durch drei Öfen?

Ich setze sogar ziemlich auf additives Fertigen, weils unterm Strich wohl billiger ist. Subtraktives Fertigen hat aber auch seine Stärken, weil halt nichtmal theoretisch die Frage besteht, ob alles gut "gebunden" hat.

Ehrlich gesagt kotzt mich die von Dir beschriebene Mentalität, daß es relevant ist, ob ich Lamborghini heiße oder Meier, ziemlich an, weil das nämlich irrelevant ist. Wenn ich darlegen kann, was ich wie gemacht habe und das den best practices entspricht, dann will ich sicher den Segen der Prüfer bekommen, weil es technisch sinnvoll ist, so zu entscheiden. Dieser ganze Quark mit "Herr X" darf, weil er schon immer was gemacht hat, und "Herr Y" darf nicht, nur weil er "neu" ist, das ist kein gutes Gebahren. Fakten müssen zählen, nicht Ruf und Name. Meine ich zumindest.

 

[blackfox]

Was für Stähle nehmen die?

Was ich da vor ein paar Jahren gesehen habe, war eine Titanlegierung.

additives Fertigen, weils unterm Strich wohl billiger ist

Hauptgrund war die Gewichtsersparnis: Bei Subtraktiven Verfahren gibt es (relativ viel!) Material, dass man nicht mehr entfernen kann, ohne funktionale Teile zu beschädigen. Wenn es weder für die Funktion noch für die Statik des Bauteils nötig ist, kann man es bei additiven Verfahren einfach weglassen. Wenn ich mich recht entsinne, war damals von durchschnittlich 30% weniger Gewicht die Rede.

Fakten müssen zählen, nicht Ruf und Name. Meine ich zumindest.

Da stimme ich Dir zu. Allerdings war das oben auch nicht gemeint. Wenn die Automobiler solche Teile bauen, werden die "auf Herz und Nieren" geprüft. Da werden zahlreich zerstörende Prüfungen für jede erdenkliche Belastung gemacht und dokumentiert. Es wird geröntgt und mit Fluoreszenzverfahren nach Mikrorissen gesucht etc. Was da hinterher eingebaut wird, ist dann vielleicht die Version 17. Oder 27. Und von jeder Version werden Dutzende zerbrochen, verbogen, verdreht, überhitzt, etc. Auch wenn manche das nicht glauben wollen: Die Testfahrer sind nicht lebensmüde. (Außerdem gibt es die nicht an jeder Ecke: Mit den alten pfleglich umzugehen ist erheblich billiger als ständig neue zu kaufen.) Die Entwicklungskosten für so ein Bauteil übersteigen den Preis eines Mittelklassewagens deutlich. Sehr deutlich!
Wenn DU das alles auch nachweisen kannst, bekommst Du auch deinen Stempel. Aber nur um ein 35 Jahre altes Auto nicht verschrotten zu müssen ... Das ist echte Liebhaberei.

 

[Stahlfix]

Danke für diese Erklärung, Blackfox. Woher kennst Du Dich da so genau aus? Nochmal: Die testen ne Großserie, wo es um jedes Gramm Gewicht geht. Wenn mein Querlenker etwas schwerer ist, weil er halt irgendwo mehr Sicherheitsmarge hat, dann ist MEINE Karre halt paar Kilo schwerer - so what. Außerdem fahre ich gemütlich. Mein Auto ist Transportmittel und Landschaftsgenießunginstrument - keine Rennkarre, die ich mit 250 üben ne Bodenwelle prügeln muß. Ich bin mit MEINEM Auto beschäftigt, nicht mit einem von jemandem, der sich für Schumi hält. Mein Querlenker könnte also im Vergleich zu dem seinem aus Alufolie sein... ;-)

Wenn man sich gerade bei dem Teil aber mal bewußt macht, welche Kräfte am Ende allein dieser lächerliche Zapfen wohl zu tragen hat, dann kommt man da mit etwas großzügigerer Dimensionierung wohl leicht in einen Bereich, der safe ist.

Lamborghini wird wahrscheinlich auch nicht 27 Versionen abliefern - dann wären wir wieder im definitiv unbezahlbaren Bereich...

Ach, so: Und würde Piech noch Audis konstruieren, dann könnte man vielleicht ein aktuelles Auto kaufen, welches man auch liebhaben kann. Aber dieser seelenlose Wegwerfschrott von heute, der sich für ein Auto hält, sowas will ich einfach nicht haben. Ich kenne fast keinen, der nicht jammert und viele Leute vom Fach schwören inzwischen auf alte Autos, weil das neue Zeug nur noch für die Tonne gebaut wird.

 

[blackfox]

Woher kennst Du Dich da so genau aus?

Ich habe viele Jahre mit Firmen zu tun gehabt, die Metall verarbeiten. Meistens war es Stahl, ab und zu läuft einem aber auch Alu, Titan, Magnesium, etc. über den Weg. In den letzten Jahren kamen aber auch immer mehr Verbundwerkstoffe. Mich hat sowas schon immer interessiert. Wann immer ich die Gelegenheit hatte, mir ein Werk anzusehen, habe ich das getan. Völlig egal, ob die aus Erz Roheisen gemacht haben oder aus Weißblech Dosen. An den Automobilern und ihren Zulieferern kommt man in Deutschland ohnehin nicht vorbei.

Lamborghini wird wahrscheinlich auch nicht 27 Versionen abliefern

Selbst Lambo verarbeitet heute Großserienteile. Das ist eine Enkelin von VW. Also eine Tochter der VW-Tochter Audi. Bei den Teilen, die sie selbst entwickeln eröffnet das natürlich durch den Zugriff auf Konzernressourcen Testmöglichkeiten, die sie alleine niemals hätten. Aber: Ja, die testen alles! Letzten Endes bezahlt der Kunde und solange man Kunden hat, für deren Kaufentscheidung der Preis keine relevante Bedeutung hat, ist der unbezahlbare Bereich ziemlich weit weg. Es gibt Firmen, die ihre komplette Produktion verkaufen, bevor der Preis feststeht.

 

[Stahlfix]

Okay, ich nehm das mal so hin, Blackfox.

Wie bist Du in die Firmen reingekommen? Würde mich nämlich auch interessieren, sowas...

 

[blackfox]

Gehörte halt zum Job.

 

[Geonohl]

Zu gedruckten Teilen die schon Wärmebehandelt aus dem Drucker kommen wird geforscht. Durch unterschiedliche Druckgeschwindigkeit an verschiedenen Stellen gibt es verschiedene Abkühlraten. Gibt da ab und an Artikel im Internet zu lesen die aber meist zimlich wenig verraten. Ein großes Problem ist aber das durch das Aufschmelzen der vorherigen Lage Kristalle mit in die höhe wachsen. Hatte da mit Studenten gesprochen die daran basteln (aber schon 3 Jahre her).

 

[Stahlfix]

@blackfox: Klingt nach nem ziemlich interessanten Job... *maldezentkurzneidischsei*

@Geonohl: Soll heißen, daß man sehr wohl noch Glühen, Anlassen, Gottweißwas machen muß, bevor man das hinbekommen hat, was Du beschreibst?

@all: Vielleicht ist der Thread ein wenig in eine zu fahrzeugbaulastige Richtung gedriftet - die eigentliche Fragestellung war ja quasi: "Wie baut man ein stabiles Teil, welches mächtig was aushält, wenn Gesenkschmieden keine Option ist aus Kostengründen?". Da additives Fertigen in diesem Bereich sicherlich auch eher für die großen Player nur funktioniert auf absehbare Zeit, bleibt im Moment nur, aus dem Vollen zu arbeiten, beispielsweise aus einem Block, der genau so wärmebehandelt wurde, wie man es haben will - aus dem man dann alles herausschält. Mit Schleifwerkzeugen ist das prinzipiell und in jedem Falle möglich, kein Material hat je einer Flex standgehalten. Wenn das Schleifen langsam stattfindet, beispielweise, indem das Material in ner entsprechenden Maschine über Tage zubringt und fleißig gekühlt wird, sollten sich die Matierialeigenschaften nicht ändern dabei. Die Oberfläche ließe sich anschließend vielleicht noch kugelstrahlen. Wie also würdet Ihr stabile Teile herstellen, die Euch nur jemand liefert, dem Ihr vorher gefühlt ne Million auf den Tisch gelegt habt, die Ihr aber unbedingt braucht und wo der Geldbeutel eben doch nicht sooo tief ist?

 

[herbert]

Das mit der Fertigung aus einem Block ist in diesem Fall keine Option, denn hier werden Vergütungsstähle eingesetzt, die ja auf solche Beanspruchungen optimiert sind. Allerdings reicht eine Vergütungsbehandlung je nach Stahl nicht sehr tief in den Rohblock hinein, und wenn man dann Volumen wegnimmt, hat man zunächst Spass mit den Eigenspannungen, die man auslöst, und zum anderen hat man dann unterschiedliche Eigenschaften, je nachdem wie weit man mit den Teilbereichen des Werkstückes von der ursprünglichen Oberfläche entfernt war. Um eine Wärmebehandlung des Fertigteils wird man nicht herumkommen.
Wenn man genaueres wissen möchte, müßte man in die entsprechende DIN schauen (DIN EN 10020, DIN EN ISO 683 Teile 1 und 2 (Nachfolger DIN EN 10083) meine ich).
Insbesondere die Werte der Festigkeit, Streckgrenze, Zähigkeit sind dann nicht mehr über das Bauteil definiert.

 

[Stahlfix]

Ich sehe, es ist nicht ganz einfach, herbert.

Diese DIN-Normen könnten interessant sein. Ich mutmaße, daß ich die käuflich erwerben muß - oder gibts die irgendwo zur Einsichtnahme?

Vielleicht formuliere ich die Ursprungsfrage nochmal um: Wir sind uns sicherlich einig darin, daß eine Kurbelwelle und eine Großgeneratorwelle zwei eher recht deftig beanspruchte Bauteile sind, die idealerweise nicht mal eben zwischenrein den Geist aufgeben. Bei Youtube hab ich schon Videos gesehen, wo ganze Kurbelwellen aus dem Block gefräst wurden, was sicherlich nicht nur der Demonstration diente, was man mit der Maschine rein theoretisch machen könnte, sondern das schien doch echte Produktion zu sein. Die Generatorwellen werden etwas mit ner Megapresse gequetscht, zum einen sicherlich für Struktur, zum anderen aber eben auch für die grobe Form. Anschließend wird die Endform rausgedreht.

Was machen die mit diesen Teilen danach? Einbauen oder nochmal wärmebehandeln? Speziell bei der Generatorwelle würde mich das fast etwas wundern...

Besten Dank!

Nachtrag:

Und dieses Teil hier zeigt doch, daß die meisten Dinge dann irgendwie doch auch noch vollkommen anders gemacht werden können; zumindest erscheint mir hier die Idee eines durchgehenden Faserverlaufs doch eher als ad absurdum geführt - oder täuscht mich das? Auch hier stellt sich die Frage, ob hier irgendwas wärmebehandelt wurde und, wenn ja, wie...

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7b/Marine_Motor_Crankshaft.jpg