Titansteckung warum macht das eigentlich keiner?

Hallo,

Titan wiegt etwa die Hälfte weniger, als Stahl. Über die Bruchfestigkeit im Vergleich zu Stahl, Tests oder sowas habe ich bislang nichts finden können. Aber es muss doch einen Grund geben, warum Titan als Steckung so gut wie nicht angewandt wird... Hat jemand Erfahrung mit dem Einsatz von Titan?

Herzlichen Dank im voraus
Nurifan14

Hallo Nurifan14 ,
wir verwenden das bei einigen Modellen als Steckung, bei anderen als Fahrwerk,
das einig negative ist der Preis, alles andere nur Positiv
Es kommt aber je nach Einsatzzweck auf die richtige "Grade" Zahl an

nuri14 schrieb:

Aber es muss doch einen Grund geben, warum Titan als Steckung so gut wie nicht angewandt wird...

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Weil es meist mehr Sinn macht, preiswerteres CFK zu verwenden.

CFK:
Dichte etwa 1.5g/cm³
Zugfestigkeit bis etwa 900 N/mm²

Titan:
Dichte etwa 4.5 g/cm³
Zugfestigkeit (je nach Legierung) 800 N/mm²

Quelle:
https://www.r-g.de/wiki/Kohlefasern_(Carbon)

Kerbwirkung

Kerbwirkung

CFK ist aber anfälliger an der Oberfläche.
Da ist Titan deutlich widerstandsfähiger.
Kerben an CFK Steckungen, insbesondere quer zur Faser , sind zu vermeiden.
Wann eine Kerbe im CFK zum Bruch führt ist kaum vorhersehbar.
Aber zu Kerbwirkung von CFK gab's hier in RCN schon Mal einen Thread .


Gruß Jan

Moin Nuri14

Die einfachste Antwort ist die, dass Titan um ein vielfaches Teurer ist als Stahl. Wie Reiner schon geschrieben hat
Das Titan Grade2 ist "noch" das günstigste. Preise kann ich dir nicht nennen. Nur so viel, bei uns in der Firma schweissen wir Titan in allen möglichen Grade's, ich unter anderem auch. Da haben vor 4-5 Jahren mal zusammen 500Kg 2,4mm und 3,2mm WIG-Draht mal fast 10 000Euronen gekostet. Der Preis ändert sich fast Täglich.

Modelcrasher schrieb:

CFK ist aber anfälliger an der Oberfläche.

Kerben an CFK Steckungen, insbesondere quer zur Faser , sind zu vermeiden.

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Das sind völlig falsche Rückschlüsse!

CFK ist relativ spröde, was je nach Einsatz nur bei dünnwandigen Rohren von Bedeutung sein kann und nur hier wären Kerben, sowie jegliche Schläge in die Wandung tunlichst zu vermeiden. Und wenn ein CFK-Rohr bei normaler Belastung versagt, ist sein Querschnitt nun mal falsch dimensioniert, unabhängig davon, ob seine Oberfläche spiegelgtatt ist, oder ein Paar Risse aufweist. Denn bei einem (relativ) dünnwandigen CFK-Rohr knickt die Wandung bei Überbelastung schlagartig ein und führt zum sofortigen Verlust der gesamten Festigkeit, auch wenn seine Oberfläche sich im tadellosen Zustand befindet.

Mit "anfälliger Oberfläche" hat das allerdings überhaupt nichts zu tun, denn nicht die Oberfläche ist bei CFK anfällig, sondern ganz bestimmte Zusammenstellung der Material- und Querschnittseigenschaften führen bei einer Überbelastung zum sofortigen Bruch des gesamten Querschnitts. Eine Kerbe kann die Zerstörung höchstens an einer bestimmten Stelle ein wenig beschleunigen (sog. Kerbwirkung), mehr nicht.

Bei einer richtig konstruierten CFK-Steckung sollte man daher sinnvollerweise einen CFK-Steckungsstab als entsprechend dimensionierten Vollquerschnitt, oder zumindest (statisch effektivere Lösung) ein dickwandiges Rohr verwenden, dagegen das Seckungsrohr kann locker z. B. aus dünnwandigem Aluminium bestehen. Und bei einem CFK-Vollquerschnitt bzw. dickwandigem Rohr ist eine Entstehung der im Modellbau üblichen Oberflächenschäden für seine Festigkeit so gut wie bedeutungslos.

Über Kerbwirkung nur bezogen auf CFK zu sprechen ist doch völliger Unfug. Kerben in einer Größe, die zu Festigkeitsbeeinträchtigung des ursprünglichen Querschnitts führen, sind bei jedem Baustoff zu vermeiden. Auch bei Titan.

Verwendung von Titan für Steckungen halte ich für unnötige Geldverschwendung und Beweis für Mangel am konstruktiven Verständnis des Erbauers.

Meines Wissens sind Kerben in homogenen Werkstoffen (Metallen) wesentlich schlimmer, da sich dadurch Risse bilden und sich in diesen Werkstoffen fortpflanzen können.
Bei CFK ist aber jede einzelne Faser zu betrachten. Sind in einem Querschnitt nur 1.000 von 10.000 Fasern von der Kerbe betroffen, wird sich der Riss auch nicht über die
restlichen 9.000 Fasern im Querschnitt fortpflanzen.

Ich sehe hier die Vorteile eher bei den Faserverbunden!

mfG

Jarek schrieb:

Verwendung von Titan für Steckungen halte ich für unnötige Geldverschwendung und Beweis für Mangel am konstruktiven Verständnis des Erbauers.

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Wow, einen Gruß an alle Versager, welche Titansteckungen verwenden ...

Hallo,
binn einer dieser Versager, verwende Titan 10mm als Bugfahrwerksbügel,
da gibt es kein anderes Material was so leicht und stabil ist.
Auch biegt es bei Überlast nur, es gibt nichts besseres für diese Anwendungen,
das gleiche gilt auch bei Flächensteckungen wenn das Gewicht eines Stahlstabes
halbiert werden soll, da setzte ich sicherlich kein Kohle ein !
Natürlich kann bei einer Neukonstruktion auf einen passenden Querschnitt mit Kohle
gearbeitet werden, aber ein Austausch aus Gewichtsgründen geht nur mit Titan

5 Sekunden schrieb:

Wow, einen Gruß an alle Versager, welche Titansteckungen verwenden ...

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Naja, so böse war das nicht gemeint. Ich denke auch nicht, dass es sehr viele sind, die sich angesprochen sehen könnten. Falls doch, würde ich mich über nachvollziehbare Argumente freuen, welche für die Titanverwendung in einer Steckung sprechen. Ich lerne nämlich gern dazu. Natürlich gönne ich auch den Titananwendern diesen Luxus. Das ist wie sonst im Leben - nicht jeder Fährt einen Ferrari (oder ähnliches) und die überwiegende Mehrheit, die, sagen wir mal, einen Golf fährt, kommt schließlich auch zum Ziel, vermutlich sogar wesentlich effizienter.

Reiner_Pfister schrieb:

Hallo,
binn einer dieser Versager, verwende Titan 10mm als Bugfahrwerksbügel,
da gibt es kein anderes Material was so leicht und stabil ist.
Auch biegt es bei Überlast nur, es gibt nichts besseres für diese Anwendungen,
das gleiche gilt auch bei Flächensteckungen wenn das Gewicht eines Stahlstabes
halbiert werden soll, da setzte ich sicherlich kein Kohle ein !
Natürlich kann bei einer Neukonstruktion auf einen passenden Querschnitt mit Kohle
gearbeitet werden, aber ein Austausch aus Gewichtsgründen geht nur mit Titan

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Nun ja, du schreibst von einer Überlastung. Wenn ein Bauteil überlastet wird, ist sein Querschnitt falsch dimensioniert. Dann spielt es überhaupt keine Rolle, aus welchem Werkstoff es besteht. Und wenn man aus diesem Grund anstatt zum richtig dimensionierten Bauteil aus CFK, zum wesentlich teureren Titan greift, spricht das nicht gerade für seine Vernunft. Ein an sich ziemlich einfacher Zusammenhang.
Und noch etwas. Ursprüngliche Frage bezog sich auf Steckungen aus Titan, nicht auf Fahrwerke. Darauf zielen meine Antworten in diesem Thema. Wenn du dich deswegen als Versager sehen möchtest, kann ich nichts dafür.

Es wäre auch nett wenn du deinen letzten Satz mit ein Paar Zahlen belegen könntest. Denn soweit ich die Sache überblicke, ist CFK bei etwa vergleichbarer Festigkeit um 2/3 leichter als Titan.

Hallo Jarek,

wenn du glaubst eine Stahlsteckung gegen Kohle bei gleichem Durchmesser tauschen zu können
dann mache das, Stahl gegen Titan zu tauschen "Grade5" hätte ich überhaupt keine Bedenken das
sagt mit meine fast 40 jährige Ergahrung im Flugmodellbau
Im Umkerschluss vertraue ich Titan so viel wie Stahl, aber weniger als Kohle, alles bei gleichem Durchmesser,
Zahlen kann ich dir aber keine nennen, sorry.

Hallo Reiner,

Glaube hat damit nichts zu tun. Ich habe es bereits oben mit Zahlen und (hoffentlich) nachvollziehbaren Erklärungen belegt.
Ich habe auch verzweifelt nach plausibler Begründung deiner Theorie gesucht, leider ohne Erfolg. Tut mir Leid, aber in diesem Zusammenhang stellt für mich deine 40 jährige Erfahrung keinen nachvollziehbaren Argument dar. Ich bin pragmatisch veranlagt und vertraue lieber auf Zahlen, nicht auf Behauptungen anderer. Und wenn du keine Zahlen nennen kannst, versuche bitte zumindest anhand oben genannter richtige Schlüsse zu ziehen.

Um es kurz zu wiederholen: bei CFK bekommst du mit gleichem Querschnitt (und damit auch Gewicht) eine etwa 3-Fache Festigkeit eines Titan-Bauteiles. Und das wesentlich preiswerter. Das trifft sogar auf deine Fahrwerke zu und beantwortet gleichzeitig die Frage des Themenstarters.

Die Vorteile des Titans gegenüber CFK liegen wo anders - Stichwort: Temperaturen. Das ist aber bei Steckungen ohne Bedeutung.

Hallo Jarek,

ich glaube, nein ich binn mir fast sicher das bei einer Steckung oder Fahrwerk
es nicht alleine auf die Zugfestigkeit ankommt, habe aber keine Zahlen, auf die
du auch vertrauen kannst.

Und nein ich würde meine Modelle nicht auf einen 10mm CFK Stab stellen, das hällt
zu 100% nicht, auch keine schlechten Landungen, die sollen ja mal vorkommen, das
Titan hällt aber, "Garantiert", mit Selbstversuch herausgefunden !

P.S. den Versuch habe ich mit einem 10mm CFK-Stab gemacht, der ist lange gebrochen,
erst später hat sich der Titanstab bleibend verformt !

Reiner_Pfister schrieb:

ich glaube, nein ich binn mir fast sicher das bei einer Steckung oder Fahrwerk
es nicht alleine auf die Zugfestigkeit ankommt.

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Bei einer Steckung (die Problematik der Fahrwerke lasse ich dem Thema treu außen vor) reden wir von einer Biegebeanspruchung. Und diese verursacht bei einem Querschnitt Druck- und Zugspannungen, vereinfacht gesagt.

Reiner_Pfister schrieb:

Und nein ich würde meine Modelle nicht auf einen 10mm CFK Stab stellen, das hällt
zu 100% nicht, auch keine schlechten Landungen, die sollen ja mal vorkommen, das
Titan hällt aber, "Garantiert", mit Selbstversuch herausgefunden !

P.S. den Versuch habe ich mit einem 10mm CFK-Stab gemacht, der ist lange gebrochen,
erst später hat sich der Titanstab bleibend verformt !

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Es tut mir Leid, aber das ist nicht nachvollziehbar. Die Zahlen sagen nämlich etwas anderes. Was du mit deinen Modellen anstellst, bleibt letztendlich dir überlassen. Ich halte allerdings für bedenklich, dass nicht nachvollziehbare Behauptungen von manchem weniger informierten Kollegen weiter getragen werden können. So entstehen Mythen.

Hallo Jarek,

das sind meine eigenen Versuche, das kann jemand glauben oder nicht, mir stellt sich nur die Frage:

Mein verwendeter Titan-Stab Grade 5 hat eine Zugfestigkeit von ca. 895 N/mm² ( Herstellerangabe )
Hatte mein verwendeter Test - CFK-Stab viel weniger Zugfestigkeit ?

Das könnte natürlich meinen ganzen selbst duchgeführten Test mit sehr einfacheln Mitteln stark
beeinflusst haben, die Frage ist nur: Sieht jeder bei jedem CFK-Stab der gekauft wird die stark das
dieser belastbar ist, ich sehe das nicht

Lasen wir es aber gut sein, klinke mich hier aus,
danke

Hallo Sportsfreunde,

ein Aspekt, der hier noch nicht zur Sprache kam:
Titan hat, je nach Legierung einen EModul von 110GPa. Stahl liegt bei 210GPa. Das bedeutet dass Stahl steifer ist als Titan.
Die Biegesteifigkeit z.B. ist das Produkt aus EModul und dem Flächenträgheitsmoment aus ExI. Bei gleicher Steifigkeit müsste z.B.
ein kreisrunder Titan-Vollstab den 1,17fachen Durchmesser haben wie ein Stahlbauteil (wenn ich mich nicht verrechnet habe). Wäre
aber in diesem Fall immer noch leichter. Was ist daraus vereinfacht zu folgern? Als Tauschlösung für Stahl zur Gewichtseinsparung
jedenfalls weicher. Bei gleicher Steifigkeit grössere Bauhöhe erforderlich. Im Vergleich zu CFK ist Titan auch weicher, CFK hat aber
Schwächen quer zur Faser. Das kann ich aber nicht quantifizieren, kenne mich da nicht so aus.

Schöne Grüsse Tom

tomson schrieb:

CFK hat aber Schwächen quer zur Faser.

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Diese sind aber nur bei dünnwandigen Querschnitten, nicht bei Steckungen aus Voll- bzw. dickwandigen Querschnitten von Bedeutung. Das habe ich weiter oben versucht zu erklären - möglicherweise nicht ganz verständlich...

Jarek schrieb:

möglicherweise nicht ganz verständlich...

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Hallo Jarek,

doch doch, dass dünnwandige Querschnitte ein Stabilitätsproblem haben können ist klar. Die Frage hier bezog sich auf Titan.
Ich hatte Titan mal mit Stahl verglichen, rein von der Steifigkeit. Die Festigkeit ist je nach Typ bei Titan im Vergleich zu Stahl
kein Problem, auch bei der Querkraft nicht, da isotropes Material. Dass CFK als anisotropes Material auf Querkraft nicht dieselbe
Leistungsfähigkeit wie in Faserrichtung haben kann ist klar. Deshalb wird ja gerne bei Tauschlösungen von Stahl auf CFK ein Hybrid
verwendet, also ein Edelstahlrohr oder Aluminiumrohr mit Kohlefüllung. Oder man verhindert durch schwimmende Holmbrücken die
Querkraftbelastung--das ist dann die gute konstruktive Auslegung, aber im Tausch nicht möglich.
Es ist sehr schwer, belastbare Materialdaten/Infos für CFK quer zur Faser zu erhalten. Man kann jeden Querschnitt so dimensionieren,
dass er die geforderte Beanspruchung erträgt. Mich würde interessieren, wie das Querschnittsverhältnis Stahl-Titan/CFK aussehen muss
um dieselben Querlasten zu ertragen. Es wäre super, wenn Du dies mal an einem einfachen Beispiel darstellen könntest.

.... ach, die erwähnten Kerben (mikroskopische) stellen in kristallinen Werkstoffen (ALU/Stahl) im Kerbgrund bei zyklischer Belastung den
Ausgangspunkt von Ermüdungsrissen dar. Hier sind Faserbauteile sogar toleranter da, die Kerbe ja nur einen Faserbereich betrifft.

Beste Grüße Tom

Hallo Tom,

das Schubproblem lässt sich mit einfacher Geometrie lösen. Man muss nur den Hebelarm des Kräftepaares ausreichend lang halten. Wenn man auf Nummer sicher gehen möchte, baut man zwischen Steckungsstab und Aufnahmerohr zwei Distanzringe in einem gewissen Abstand von einander ein. So reduziert sich der Schub maßgeblich zu Gunsten des Biegemomentes. Festigkeit des CFK bietet dafür genug Reserven. Alles eine Frage der richtigen Konstruktion.



Auf meiner unbeholfenen Skizze sind diese Ringe natürlich viel zu übertrieben dargestellt. Bei etwas labberigen Steckungen, also wenn bereits ein minimaler Spiel zwischen Stab und Rohr vorhanden ist, funktioniert das sogar ohne Ringe ganz gut. Absurderweise wäre das ein Argument für etwas ungenauere Bauweise...

Hallo Jarek,

man möchte meinen, dass Du diese Woche Mittwoch beim Stammtisch warst wo ich genau dies vorgeschlagen habe.
Wir hatten die Diskussion beim Entwurf der Steckung eines großen Pendel- HLW.
Da alle immer Angst vor dem Abscheren haben (Schubkraft) werden ja alle möglichen Versionen gebaut wie CFK mit Schutzrohr. Mein Einwand, dass jeweils am Rohrübergang Rumpf- Fläche aber die Schubkraft immer noch zu 100% anliegt.

Ich habe dann vorgeschlagen nur im Rumpf auf den CFK Stab zwei Messingringe als Lagerringe außen aufzubringen um eine Durchbiegung in Rumpfmitte zuzulassen. In den Flächen erachte ich dies dagegen nicht für notwendig.
Das größte Moment entsteht ja in Rumpfmitte wo hingegen am Stabende jeweils das Moment 0 ist. (gehen wir mal davon aus, dass normalerweise beide Flächenhälften die gleiche Belastung erfahren.)