Berechnung Edelstahlachse für Kielrolle - An die Techniker und Ingenieure - boote-forum.de

Padrino · #1 30.03.2014, 19:35

Hallo!
Wende mich hier an die Ingenieure und Techniker unter euch! Ich selber bin Industriemechaniker und deshalb in diesem Thema überfragt.
Ich möchte meinen Trailer auf Stoltz Rollen umbauen, momentan sind die Standard Gummirollen mit M14 Sechkantschrauben 8.8 montiert.
Diese Schrauben kann ich für die Stolz Rollen nicht verwenden, da die Soltz Rollen einen Innendurchmesser von 16 mm haben und außerdem verzinkt sind.

Ich wollte mir gerne aus nichtrostendem 15 er Rundstahl Achsen herstellen. Dabei sollen die Achsen seitlich mit einfachen Splinten, die durch eine Querbohrung gehen gesichert werden.

Ich stelle mir jetzt nur gerad die Frage was für einen nichtrostenden Stahl ich nehmen soll. Das hängt ja von der Belastung auf die Rollen ab.
Das Boot wiegt 1400kg und liegt auf 4 Rollen, dabei kriegt die hinterste Rolle ja die Meiste Belastung ab. Trägt zusammen mit den Langauflagen das Gewicht des Motors und wird beim aufslippen als erstes belastet.
Ich möchte halt nicht das Risiko eingehen irgendeinen Edelstahl zu kaufen, der sich hinterher bei Belastung verbiegt - Dann hab ich von den tollen Stoltz Rollen auch nichts mehr, da die Achse krumm ist und die Rolle sich auch wieder schwer dreht.

Wer kann mir helfen den richtigen Werkstoff zu finden?

dory · #2 30.03.2014, 21:46

Hallo Padrino

Als Material würde ich Dir verzinkte Stahlrohre empfehlen. Um eine Reaktion zwischen den Materialen zu vermeiden immer alle Teile aus dem selben Metall herstellen.
Durch die Verwendung von Rohr bekommst Du eine höhere Tragkraft.

Ich gehe davon aus, dass Du eine "Spannweite" von ca. 30cm hast.
=> Verzinktes Stahlrohr, Wandstärke 3mm.
- Edelstahl hat schlechtere Lastwerte als Stahl. -

Gruss Wolfi

ganzi007 · #3 30.03.2014, 22:05

Eine 15 er Edelstahlwelle wird sich bei den paar Kilo nicht verbiegen. Ich habe eine 12 er Welle aus 1.4305 verwendet. Kein Problem, mein Boot wiegt ca. 1000kg.

makana · #4 31.03.2014, 00:47

15er Edelstahl trägt das problemlos.
http://www.kielrolle.de/stoltz-kielrollen/achsen/

Fraenkie · #5 31.03.2014, 06:21

Da gibt´s eh nix zu mehr zu rechnen.

Stolz hat gerechnet und sich für den D=16 entschieden.

Massiver Edelstahl (Edelstahl ist eh fester als anderer "Baustahl", ...........Massiv hat mehr Wiederstandsmoment gegen Biegung -und natürlich erst recht mehr gegen abscheren an den Aufnahmelaschen- als Rohr.)

Jetzt kannst von 1.4301 ("Nirosta", aber nicht 100% Seewasserbeständig) hochgehen, was das Sahllager oder der Händler halt so hat.

Ne glatte Welle, ohne Absätze für doe Aufnahmelaschen am Trailer ist das Beste was du machen kannst (keine Kerbwirkung usw.).

Und dann "schaun mer mal dann werdn mer scho sehn"

Ne im Ernst, das hält mehr als die Rolle oder der Kiel.

Solpat · #6 31.03.2014, 19:03

Hallo Padrino,

ich schreibe Dir mal aus doppelter Perspektive: Als Ingenieur und mit Stoltz-Rollen-Erfahrung als Kielrollen für ein 2 to Boot.

1. Rohr kannste erst mal gleich wieder vergessen da zu weich. Die Aussage Rohr steifer als Vollmaterial ist natürlich von der Gestaltfestigkeit alleine schon mal Bull-Shit.

2. Du solltes auf den maximal möglichen Achsen-Durchmesser gehen. Ich selbst habe M16 A4 Edelstahlschrauben aus korosionsgründen verbaut und ob Du es glaubst oder nicht auch die lassen sich noch verbiegen.

3. Wenn möglich nimm die schmalen Stoltz-Rollen RP8 mit 200 mm Breite. Damit hast Du schon mal die kürzestes Spannweite zwischen den Auflagern.

4. Nimm Schrauben nach DIN 931, da ist die Gewindelänge (> 200 mm Schraubenlänge) 57 mm lang. D. h. wenn Du eine M16x260 nimmst, liegt die Stoltzrolle schön auf dem "glatten" auf. Den Gewindeteil flext/sägst Du entsprechend auf Länge ab, selbstsichernde Mutter drauf und fertig ist die Achse für Deine Kielrolle. Noch gut fetten mit Marinefett und die Rolle läuft super.

5. Die letzte Kielrolle, die beim slippen die maximale Last abkriegt würde ich als Doppel- oder Trippelpendelkielrolle ausführen, damit sich die Last auch ordentlich verteilen kann. Über 250 kg pro Rolle würde ich nicht gehen.

6. So jetzt noch mal kurz was zur Festigkeit von einer 16er Achse aus 18.8er Edelstahl:

Mb max= W x Sig b zul = pi x r³/4 x 800 N/mm² = 322 Nm

F= 4M/l = 4 x 322 Nm / 0,2 m = 6.434 N entspricht ca. 655 kg.

Mit Sicherheitsfaktor 2 also ca. 300 kg pro RP8 Rolle.

So , und nun noch viel Spaß beim Umsetzen.

MfG

Oliver

Tobheil · #7 31.03.2014, 19:18

Hallo,

Hast Du die Rollen schon?
Habe noch welche falls Du Interesse hast.
http://www.boote-forum.de/showthread.php?t=201998

MfG Tobias

ralfschmidt · #8 31.03.2014, 22:19

Zitat:

Zitat von Solpat

Hallo Padrino,
4. Nimm Schrauben nach DIN 931, da ist die Gewindelänge (> 200 mm Schraubenlänge) 57 mm lang. D. h. wenn Du eine M16x260 nimmst, liegt die Stoltzrolle schön auf dem "glatten" auf. Den Gewindeteil flext/sägst Du entsprechend auf Länge ab, selbstsichernde Mutter drauf und fertig ist die Achse für Deine Kielrolle. Noch gut fetten mit Marinefett und die Rolle läuft super.
So , und nun noch viel Spaß beim Umsetzen.
MfG

Oliver

ich habe bei mir auch Schrauben drin, in 10.8 das die nicht Rostfrei sind spielt bei hohen Festigkeiten kaum eine Rolle, wenn man die Schraube gut einfettet, Kopf und Mutter kann man auch noch mit Farbe behandeln, würde ich jederzeit wieder so machen

Padrino · #9 01.04.2014, 17:23

Hallo Leute !
Vielen Dank für die tollen Beiträge!

@ Oliver: Vielen Dank für deine ausführliche Erklärungen und Vorschläge. Ich wollte die RP8 Rollen verwenden. Am liebsten würde ich die Achsen aus 16er nichtrostendem Rundmaterial herstellen, wie kann man denn berechnen welches Material dafür geeignet wäre?

@ Tobias: Leider passen die RP12 bei mir nicht! Wer aber noch RP8 Rollen anzubieten hat, kann sich gerne bei mir melden!

@ Ralf Schmidt: Gibt das echt keine Probleme mit Rost? Ich glaub selbst wenn bei 10.9 die galvanische Zinkschicht ab ist rostet es? Vielleicht bin ich da auch auf dem falschen Weg! Aus was für einem Material ist eigentlich das Rohr was in der Stoltzrolle eingegossen ist? Nichrorstender Stahl oder galvanisch verzinkter Stahl?

Arzgebirger · #10 01.04.2014, 17:31

Der Kern ist aus Aluminium...

Glück Auf!
Gunar

Solpat · #11 01.04.2014, 17:54

Hallo Padrino,

man kann nicht berechnen welches Material man braucht, sondern anders herum: Du suchst Dir einen Werkstoff aus findest dazu die zulässigen Spannungen für Rp0,2 (0,2% Dehngrenze) und setzt diesen Wert statt meiner angenommen 18.8er Werte von 800 N/mm² und schon hats die die maximalen Belastungswerte für den von Dir gewählten Werkstoffe. Ich gehe jedoch fest davon aus, dass jeder 8.8 Schraubenwerkstoff diesen Wert mindestens erreicht.

Und hör auf Dir die Achsen selbst herzustellen. Kaufe Schrauben nach DIN 931 und gut ist. Alles andere ist viel zu viel Aufwand.

MfG

Oliver

JohnB · #12 01.04.2014, 18:06

Oder: Stahlachse, links und rechts Zahnscheibe drauf, fertig.

ganzi007 · #13 02.04.2014, 09:38

1.4305 X8CrNiS18-9

Härte HB 1.4305 130-180
E-Modul 1.4305 200 kN/mm²
Zugfestigkeit 1.4305 500-700 N/mm²
Bruchdehnung 1.4305 35-45 %
Dehngrenze Rp 0,2 1.4305 190-230 N/mm²

bei einer 15er Welle haben wir eine Fläche von 176mm² x 500 N/mm²= 88KN
x Scherfestigkeit (ist glaub ich Faktor 0,8) = 70,65KN ientspricht 7 Tonnen!!!

Also immer locker bleiben.

Warum 1.4305? Handelsbezeichnung V2A ist das gleiche wie 1.4301 hat nur Schwefel drin für die bessere Zerspannbarkeit. Ist absolut problemlos beschaffbar und meiner Meinung nach von der Korrosionsbestandigkeit ausreichend.
Da würde ich mir mehr Sorgen um die Alubüchse in der Rolle machen.

In wieweit ein Fett in der Rolle sinn macht muß jeder selber entscheiden, da das Fett entweder ausgespült wird oder versulzt.
Ich habe keines drin, und hatte noch keine Probleme.
Und das befürchtete verbiegen der Welle, da müßte sich ja vorher die Rolle verbiegen. Wie soll des passieren?

Wer Rechen oder Schreibfehler findet darf sie behalten

ganzi007 · #14 02.04.2014, 09:41

Zitat:

Zitat von Solpat

Hallo Padrino,

Und hör auf Dir die Achsen selbst herzustellen. Kaufe Schrauben nach DIN 931 und gut ist. Alles andere ist viel zu viel Aufwand.

MfG

Oliver

Das Herstellen der Wellen beschränkt sich bei einem 15er Rund auf absägen,entgraten und Zahnscheiben drauf.
Ich hatte halt Gewinde links und rechts reichgemacht (lassen Azuubi) und Schrauben mit Scheiben drauf und gut is.

Solpat · #15 02.04.2014, 19:21

Zitat:

Zitat von ganzi007

1.4305 X8CrNiS18-9

Härte HB 1.4305 130-180
E-Modul 1.4305 200 kN/mm²
Zugfestigkeit 1.4305 500-700 N/mm²
Bruchdehnung 1.4305 35-45 %
Dehngrenze Rp 0,2 1.4305 190-230 N/mm²

bei einer 15er Welle haben wir eine Fläche von 176mm² x 500 N/mm²= 88KN
x Scherfestigkeit (ist glaub ich Faktor 0,8) = 70,65KN ientspricht 7 Tonnen!!!

Also immer locker bleiben.

Warum 1.4305? Handelsbezeichnung V2A ist das gleiche wie 1.4301 hat nur Schwefel drin für die bessere Zerspannbarkeit. Ist absolut problemlos beschaffbar und meiner Meinung nach von der Korrosionsbestandigkeit ausreichend.
Da würde ich mir mehr Sorgen um die Alubüchse in der Rolle machen.

In wieweit ein Fett in der Rolle sinn macht muß jeder selber entscheiden, da das Fett entweder ausgespült wird oder versulzt.
Ich habe keines drin, und hatte noch keine Probleme.
Und das befürchtete verbiegen der Welle, da müßte sich ja vorher die Rolle verbiegen. Wie soll des passieren?

Wer Rechen oder Schreibfehler findet darf sie behalten

Also Peter,

nix für ungut, aber Dein Werkstoff hat ja nur rund ein 1/4 der Dehngrenze von meinem im Beispiel gewählten 18.8er Werkstoff. Dies bedeutet der von Dir gewählte Werkstoff könnte nicht mal 655 kg / 4 = 166 kg - wohl gemerkt bei einer 16er Welle!

Für eine 15 Welle ergäbe dies:

Mb max= W x Sig b zul = pi x r³/4 x 230 N/mm² = 76,2 Nm

F= 4M/l = 4 x 76,2 Nm / 0,2 m = 1.524 N entspricht ca. 155 kg.

Wenn ich jetzt noch von einer dynamischen Belastung während der Fahrt von 2 G ausgehe was im Fzg.-Bau üblich ist, könnte ich eine Rolle rein rechnerisch nur mit 78 kg statisch belasten ....

Also weit weg von den 7 to. Ich würde mit solchen "ich glaube ..." Aussagen ein bißchen vorsichtig sein!

D. h. Nach höhere Mechanik und Festigkeitslehre, wird sich eine 15 mm Vollwelle mit einer RP8 Rolle bei 155 kg belastung so verformen, dass sie eine bleibende Verformung von 0,2% behält.

Und nur so mal am Rande: Ich habe selbst schon eine verformte Achse gehabt.

MfG

Oliver

huebi · #16 02.04.2014, 19:33

Ich habe mir für den etwa gleichen Zweck Wellen von 20mm Durchm. aus Rohr 21,3 x 3,2 gedreht. Da bleiben ca. 2,5 Wanddicke. Werkstoff 1.4571, allerdings ist auch der Lagerbock aus diesem Mat. Das hält seit 15 Jahren.
Viell. findest Du auch hier etwas brauchbares: http://www.wilmsmetall.de/

ganzi007 · #17 03.04.2014, 08:55

Zitat:

Zitat von Solpat

Also Peter,

nix für ungut, aber Dein Werkstoff hat ja nur rund ein 1/4 der Dehngrenze von meinem im Beispiel gewählten 18.8er Werkstoff. Dies bedeutet der von Dir gewählte Werkstoff könnte nicht mal 655 kg / 4 = 166 kg - wohl gemerkt bei einer 16er Welle!

Für eine 15 Welle ergäbe dies:

Mb max= W x Sig b zul = pi x r³/4 x 230 N/mm² = 76,2 Nm

F= 4M/l = 4 x 76,2 Nm / 0,2 m = 1.524 N entspricht ca. 155 kg.

Wenn ich jetzt noch von einer dynamischen Belastung während der Fahrt von 2 G ausgehe was im Fzg.-Bau üblich ist, könnte ich eine Rolle rein rechnerisch nur mit 78 kg statisch belasten ....

Also weit weg von den 7 to. Ich würde mit solchen "ich glaube ..." Aussagen ein bißchen vorsichtig sein!

D. h. Nach höhere Mechanik und Festigkeitslehre, wird sich eine 15 mm Vollwelle mit einer RP8 Rolle bei 155 kg belastung so verformen, dass sie eine bleibende Verformung von 0,2% behält.

Und nur so mal am Rande: Ich habe selbst schon eine verformte Achse gehabt.

MfG

Oliver

Ohne dir zu nahe treten zu wollen, wir sprechen hier von Stahl. Ich habe deine Berechnung nicht nachverfolgt. Aber an einer 15er Welle da hänge ich dir eine Maschine auf. Vieleicht passen da ein paar kommastellen nicht. Eins ist sicher eine 15er Welle mit 200mm Länge bekommt bei 155kg keine plastische Verformung.
Ich habe bei meinem Boot 13er Wellen drin, ohne Probleme und Verformung. Boot hat ca. 1000kg

W ist übrigens das axiale Widerstandsmoment und hat nix mit der Fläche zu tun und die Einheit sind cm³.0 Wird über Grenzspannung und Sicherheitszahl berechnet.

Dann verkauft ja Stoltz Achsen die total unterdimensioniert sind.

Und deine Achsen verbiegen sich ja auch bei 312kg.

Solpat · #18 03.04.2014, 19:30

Zitat:

Zitat von ganzi007

Ohne dir zu nahe treten zu wollen, wir sprechen hier von Stahl. Ich habe deine Berechnung nicht nachverfolgt. Aber an einer 15er Welle da hänge ich dir eine Maschine auf. Vieleicht passen da ein paar kommastellen nicht. Eins ist sicher eine 15er Welle mit 200mm Länge bekommt bei 155kg keine plastische Verformung.
Ich habe bei meinem Boot 13er Wellen drin, ohne Probleme und Verformung. Boot hat ca. 1000kg

W ist übrigens das axiale Widerstandsmoment und hat nix mit der Fläche zu tun und die Einheit sind cm³.0 Wird über Grenzspannung und Sicherheitszahl berechnet.

Dann verkauft ja Stoltz Achsen die total unterdimensioniert sind.

Und deine Achsen verbiegen sich ja auch bei 312kg.

... und wie so oft hier im Forum: Aussage ohne Beweis!

Damit verabschiede ich mich aus diesem Thread, da ja scheinbar Fakten mit einen verbalen Handstreich einfach mal so vom Tisch gewischt werden. Ich wünsche wieterhin viel Erfolg mit den sog. Fachleuten.

MfG

Oliver

JohnB · #19 03.04.2014, 20:28

Zitat:

Zitat von Solpat

(..)
6. So jetzt noch mal kurz was zur Festigkeit von einer 16er Achse aus 18.8er Edelstahl:

Mb max= W x Sig b zul = pi x r³/4 x 800 N/mm² = 322 Nm

F= 4M/l = 4 x 322 Nm / 0,2 m = 6.434 N entspricht ca. 655 kg.

Mit Sicherheitsfaktor 2 also ca. 300 kg pro RP8 Rolle.
(..)

Eine Faktor 2 zu Deinen Gunsten liefert die Tatsache, dass keine Einzelkraft in der Mitte, sondern eine Flächenlast auf der Achse liegt.

Macht wieder 655 kg pro Rolle.

Alex 996 · #20 03.04.2014, 20:42

Hallo,

nimm' 1.4462, das ist ein Seewasserbeständiger Edelstahl mit, für einen Edelstahl, hoher Festigkeit und Zähe.

Außerdem ist dieser überall zu beschaffen und noch bezahlbar.

Gruß Alex

Alex 996 · #21 03.04.2014, 20:46

Zitat:

Zitat von JohnB

Eine Faktor 2 zu Deinen Gunsten liefert die Tatsache, dass keine Einzelkraft in der Mitte, sondern eine Flächenlast auf der Achse liegt.

Macht wieder 655 kg pro Rolle.

Aber nur, wenn Du die Gummirolle als biegesteif ansiehst, was wohl nicht der Fall ist.
In der Mitte liegt der Kiel auf, also eine punktuelle Last.

Gruß Alex

glumpo · #22 03.04.2014, 21:03

Zitat:

Zitat von Padrino

Hallo!
Wende mich hier an die Ingenieure und Techniker unter euch! Ich selber bin Industriemechaniker und deshalb in diesem Thema überfragt.
Ich möchte meinen Trailer auf Stoltz Rollen umbauen, momentan sind die Standard Gummirollen mit M14 Sechkantschrauben 8.8 montiert.
Diese Schrauben kann ich für die Stolz Rollen nicht verwenden, da die Soltz Rollen einen Innendurchmesser von 16 mm haben und außerdem verzinkt sind.

Ich wollte mir gerne aus nichtrostendem 15 er Rundstahl Achsen herstellen. Dabei sollen die Achsen seitlich mit einfachen Splinten, die durch eine Querbohrung gehen gesichert werden.

Ich stelle mir jetzt nur gerad die Frage was für einen nichtrostenden Stahl ich nehmen soll. Das hängt ja von der Belastung auf die Rollen ab.
Das Boot wiegt 1400kg und liegt auf 4 Rollen, dabei kriegt die hinterste Rolle ja die Meiste Belastung ab. Trägt zusammen mit den Langauflagen das Gewicht des Motors und wird beim aufslippen als erstes belastet.
Ich möchte halt nicht das Risiko eingehen irgendeinen Edelstahl zu kaufen, der sich hinterher bei Belastung verbiegt - Dann hab ich von den tollen Stoltz Rollen auch nichts mehr, da die Achse krumm ist und die Rolle sich auch wieder schwer dreht.

Wer kann mir helfen den richtigen Werkstoff zu finden?

Ich hatte damals auch umgebaut auf Edelstahlwellen mit Stolzrollen.
Als MAterial nahm ich 1.4404, die Enden mit M16 geschnitten... und weiter nicht nachgedacht.
Es hielt ohne Proleme meinen Einsätzen stand, incl Slippen im Salzwasser, dadurch viel LAst auf der ersten Welle.
Bootsgewicht ca 1400 kg