Nabendynamo mit Hohlachse oder Vollachse für Lastenrad?

[Mattann]

Hallo,

ich habe eine Frage: Ich möchte ggf. meinen Nabendynamo tauschen. Momentan ist eine Vollachse verbaut. Mein neuer Nabendynamo hat eine Hohlachse mit Schnellspanner.

Was verwendet Ihr im Lastenrad? Ist eine Hohlachse für ein Lastenrad stabil genug?

 

[easteregg]

also ich fahr sowohl hinten wie auch vorne am bullitt ne hohlachse und hab bisher keine probleme damit

 

[holzwurm]

Habe zwar keinen nabendynamo, dafür aber Schnellspanner, sprich Hohlachse. Also auch stark beladen hatte ich bisher noch keine Probleme. die halten mehr aus, als man glaubt. Zumal ein rohr schwieriger zu verbiegen ist, als Vollmaterial.

Mach dir keine sorgen das wird halten......

 

[rampe]

Bullitt mit Hohlachsen, auch im Dynamo (Schimano Alfine mit Pitlock)

Ich bin (leider) kein studierter Maschinenbauer, aber ich glaube zu wissen, dass Vollachsen eher brechen als Hohlachsen. Da hat wohl was mit den Kraftlinen zu tun (verjüngte Speichen sind wohl auch Bruchfester). Außerdem steht die Achse unter Druck und nicht unter Zug .... Vielleicht kann das Jemand kompetent erklären... auf jeden Fall funktionieren Hohlachsen hervorragend.

 

[RAD/CAM]

Vielleicht kann das Jemand kompetent erklären...

Anstatt es "kompetent zu erklären" verlinke ich lieber die Quelle:
http://www.smolik-velotech.de/technik/08naben.htm#Laufradbefestigung

Durch den Schnellspanner unter Vorspannung gesetzt, werden Hohlachsen resistent gegen Verbiegungen und Brüche.

Um das zu verdeutschen: Wenn man einen Stab biegt, streckt man ihn auf der "Kurvenaußenseite", staucht ihn innen und hat in der Mitte eine sog. "neutrale Faser", die zwar gekrümmt wird, aber ihre ursprüngliche Länge beibehält. Diese "Faser" ist also bei Biegung ein (im geraden Zustand) zweidimensionales Gebilde, kein "Haar" (wie bei Torsion) sondern ein "Band". Sie verläuft durch den Flächenschwerpunkt des Profils. Im gestreckten Bereich herrscht innerhalb des Materials eine Zugspannung, im gestauchten eine Druckspannung, beide um so höher, je weiter sie von der neutralen Faser entfernt liegen, also in den Randbereichen am höchsten.

Alle Maschinen-/Fahrradteile, die irgendwelche Kräfte übertragen, verformen sich dabei, sodaß man quasi jedes Maschinenteil als Feder betrachten kann, sei es nun eine Druckfeder, Zugfeder, Torsionsfeder oder Blattfeder (Biegefeder). Das liegt in der Natur der Sache. Die Verformung ist genau das, was eine Spannung im Bauteil bewirkt und weswegen im Bauteil eine Gegenkraft entsteht. Wenn du eine Schraube anziehst, dehnst du sie, und aus genau dieser Dehnung resultiert die Kraft, mit der sie anschließend das festgeschraubte Bauteil hält.

Metalle haben die Eigenschaft, bis zu einer gewissen Grenze, der sog. Streckgrenze, elastisch auf diese Kräfte zu reagieren, also wieder in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren, sobald die Kraft wieder verschwindet. Beim Überschreiten der Streckgrenze beginnt das Metall zu "fließen", sich plastisch zu verformen. Kennst du: Wenn du einen Draht biegst, spürst du in der Hand den Punkt, an dem er "pampig" wird, biegst weiter, löst die Kraft und kannst beobachten, wie er wieder ein Stück zurückfedert, aber nicht mehr bis in seine ursprüngliche Form. Wenn du mal eine Schraube in Bauhaus-Qualität abgerissen hast, kennst du das Gleiche aus dem Schraubenschlüssel. Sie wird weich, du drehst noch etwas weiter, ohne daß die Kraft dabei ansteigt und "peng!", abgerissen. Die Schraube wird dabei v.a. auf Zug belastet, einheitlich über den ganzen Querschnitt. Wenn du vorm Abreißen aufgehört und sie wieder ausgeschraubt hättest, wäre sie anschließen länger gewesen als ursprünglich.

Dieses elastische Verhalten unterhalb der Streckgrenze ist genau so auf der Druckseite vorhanden. D.h. eine Kraft, die einen gegebenen Stab um ein gewisses Maß dehnt, würde ihn mit umgekehrtem Vorzeichen um genau das selbe Maß stauchen.
"In WKP I (Anm: WKP = Werkstoffkunde und -prüfung) haben Sie gelernt, daß der Zugstab unter Zug länger wird. Hier, in WKP II, erfahren Sie nun, daß er dabei auch dünner wird, denn sein Volumen bleibt konstant." (Über diesen Satz meines Prof. grinse ich heute noch.)
Wenn der Stab, den du biegst, einen quadratischen Querschnitt hätte, würde sich nach dem Biegen an der Biegestelle ein trapezförmiger Querschnitt einstellen. Auf der Druckseite wäre er also breiter geworden, auf der Zugseite hätte er sich eingeschnürt. Das folgt aus dem obigen Zitat, nach dem das Volumen konstant bleibt. Spannung ist definiert als Kraft pro Flächeneinheit und sie korreliert mit der Dehnung, also bei Biegung mit dem Abstand von der neutralen Faser. Sie ist also in den Randfasern am höchsten. Da sich der Querschnitt an der Außenseite jedoch einschnürt, während er sich auf der Innenseite in die Breite staucht, verlagert sich der Profilschwerpunkt nach innen, zur Druckseite hin. Folglich wird außen auch zuerst die Bruchgrenze überschritten. Der Bruch unter Biegung geht deswegen immer von der Zugseite, der gedehnten Seite aus. Dort wird auch aus dem gleichen Grund zuerst die Streckgrenze überschritten.

Wenn man nun vor dem Biegen den gesamten Stab unter Druckspannung setzt - und genau das tut ein Schnellspanner mit der Achse - dann addieren sich die Spannungen vorzeichengerecht. Auf der Druckseite wird die Druckspannung also um diesen Vorspannbetrag erhöht, auf der Zugseite um den gleichen Betrag vermindert. Das bewirkt, daß die Achse bei Biegespannungen noch im elastischen Bereich bleibt, die ohne diese Vorspannung bereits ein Überschreiten der Streckgrenze auf der Zugseite zur Folge hätten. Die Bohrung in der Mitte tut dem ganzen keinen Abbruch, denn das dort entfernte Material hat ja nur einen sehr geringen Abstand zu neutralen Faser und trägt somit kaum was zur Biegefestigkeit bei.

Ist eine Hohlachse für ein Lastenrad stabil genug?

Die Achse ist also nicht nur stabil genug, sie ist sogar stabiler. Was du jedoch berücksichtigen solltest, ist, daß die Schnellspannachse eine weitaus geringere Klemmkraft(*) hat, als eine Schraubachse. An den Gabelausfallern von Gabeln, die für Scheibenbremsen vorgesehen sind, findet sich deshalb immer eine Ausfallsicherung, z.B. in Gestalt einer tiefer gesenkten Auflagefläche für den Schnellspanner. Am Hinterrad wird meist darauf verzichtet, aber am Hinterrad kann die Bremskraft auch nicht uferlos wachsen. Vorne kann es jedoch passieren, daß die Achse aus dem Ausfaller herausgerissen wird, weil sich das Rad um den Berührpunkt Bremsbelag/Bremsscheibe dreht, statt um die vorgesehene Achse. Ich weiß nicht, wie das Bullitt an der Stelle aussieht. Im Zweifel, stell mal ein Foto ein.


Gruß,

Clemens



* Ich habe meiner Alltagsschlampe kürzlich ein neues Hinterrad spendiert, mit Schnellspann- statt Schraubachse. Das Rad hat nach vorne offene Ausfallenden. Es ist jetzt schon wiederholt passiert, daß es sich bei starkem Antritt auf dem kleinen Kettenblatt in den Aufallenden verschoben hat, bis der Reifen an der linken Kettenstrebe dem Treiben ein Ende gesetzt hat. Mit Schraubachse war das nie ein Thema.

 

[cubernaut]

Super erklärt!!! Danke dafür!

 

[rampe]

ungefähr genau so hätte ich das auch (gern) gesagt
Danke!