Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

[MrMaJo]

Hallo zusammen,

ich mache aktuell die ersten Flüge mit meinem MaJoCo 460 Eigenbauheli.
Heligröße ist ca. Trex500.
Heck ist etwas länger.
Ich fliege 500mm Blätter.

Hauptrotor ist vom Trex500X.

Ich habe die Rotorwelle selbst gemacht.
Ausgangsmaterial ist das hier von Smalltec
Smalltec GmbH Co. KG*-*Präzisionsstahlwelle, Linearwelle in Cf53, W08

CF53 (gehärtet) in 8mm.
2,5mm Loch für Jesusbolt habe ich selbst gebohrt.

Heute ist mir beim insgesamt 10ten Flug die Rotorwelle an der Jesusbolt im Zentralstück gebrochen.

Ich weiß aktuell nicht woran es lag.
Angefangen hat es mit einen dummen Fehler. Ich habe versehentlich einen leeren Akku noch mal geflogen. Im Flug ist die Drehzahl eingebrochen. Ich denke der Regler hat wegen Unterspannung langsam auf Null runtergeregelt.

Ich habe versucht den Heli noch mit der immer weniger werdenden Drehzahl zu landen. In ca. 1,5m Höhe fing der Heli an sich sehr aufzuschütteln.
Dann flog der Rotorkopf komplett ab und der Heli fiel zu Boden.

Nun weiß ich nicht was zuerst war, Welle gebrochen und daher aufgeschaukelt, oder aufgeschaukelt und daher Welle gebrochen.

Anbei ein paar Bilder.
Kann man an der Bruchstelle sehen, was passiert ist? Eventuell flaches Material, oder durchgehärtet (vielleicht wegen meine Bohrung)?

Ich habe hier im Forum etwas gesucht. Manche nehmen CF53 als Wellenmaterial, andere lieber X90CrMoV18... Hätte beim CF53 besser das CF53-Chrom genommen werden sollen?

Aktuell bin ich etwas unsicher und befürchte, dass die Welle wieder aufgibt, wenn ich mir einfach eine neue aus dem gleichen Material mache...

ßber jeden Tipp bin ich sehr dankbar.


Danke und Gruß,
Marco

[rudi6698]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Kann es sein das die Welle etwas viel Spiel in dem Zentralstück hatte ?
Sowas hab ich mal bei meinem 550er V2 Trex gehabt...
Beides neue Originalteile, selbst beim festziehen des Zentralstücks hat es noch minimal gekippelt.
Bin so aber nur 2 - 3 Flüge geflogen und hab dann eins von KDE verbaut mit zusätzlicher Klemmung im unteren Bereich.
Anders könnte ich mir die Belastung in dem Bereich nicht vorstellen.

[Thomas Geisel]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Die Bruchfläche sieht merkwürdig aus, innen sehr grobkörnig, aussen sehr glatte Bereiche und ein Stück unter 45°abgebrochen. Frage ist halt, liegt's am Material, an der Bohrbearbeitung? Mit Stahl kenn ich mich leider nicht so aus.

[masterste2000]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Mit was wurde das Loch gebohrt?
Zu einem Ende hin sieht das etwas komisch aus.

[Heli87]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Stahl für die Rotorwelle ist immer Glaubensfrage.
Dein Material ist natürlich Außen sehr hart, aber Innen drin steckt billiges Material.
Verchromte Welle auf keinen Fall nehmen.

Ich würde hier ETG 100 in geschliffener h6 Qualität nehmen. Die Welle muss nicht unbedingt gehärtet sein. Besser flexibel wie Glashart.
Jan Henseleit verbaut sogar sehr erfolgreich Eloxierte Aluwellen bei seinen Helis.

[Wolfgang B.]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Moin, warum ist das Zentralstück 90° zur Blattachse geschlitzt?
Normalerweise ist der Klemmschlitz in Richtung der Blattlagerwelle, oder?
Somit kann der Kopf auf der Rotorwelle kippeln..............
ßbrigens verwende ich seit Jahren geschliffene Silberstahl Wellen von Mädler für alle Arten von Wellen.

[MrMaJo]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Vielen Dank für die Antworten...
Spiel im Zentralstück ist mir keins aufgefallen.
Mir ist der Heli beim Erstflug wegen Heckausfall herunter gekommen. Recht sanft im Matsch gelandet, aber da könnte was am Zentralstück oder an der Welle vorgeschädigt worden sein.
Eine Kugelpfanne von der Blattanlenkung war gebrochen und Heckrohr leicht verbogen. Sonst war nichts zu sehen.
Als ich mir heute das Zentralstück genauer angesehen habe, war ich auch verwundert, das Align den Spalt nicht über die Schrauben des Taumelscheibenmitnehmers spannt. Kannte ich so von meinen anderen Zentralstücken nicht.

Gebohrt habe ich mit einem 2,5mm VHM Bohrer auf meine CNC Fräse.
Drehzahl vermutlich zu hoch (9000rpm), aber ist mit der Fräse nicht anders machbar. Kann also heiß geworden sein beim Bohren... Könnte das das Material schwächen?

Mit Material kenne ich mich dummerweise nicht so wirklich aus.
Werde eure vorschläge noch mal genauer ansehen.

Wenn jemand einen Heli mit 8mm Hauptrotorwelle kennt, die mindestens 135mm lang ist...
Würde die Welle dann nehmen und bearbeiten.
So habe ich es beim MaJoCo 800 und 580 auch gemacht (Trex Wellen). Die halten ohne Probleme.


Danke und Gruß,
Marco

[Christian480]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Ich habe genau die gleiche Welle von Smalltec als Zwischenwelle in meinem Eigenbau (auch 500er Größe). Hält seit über 50 Flügen, sieht allerdings auch weniger Drehmoment.
Wenn sie beim Bohren heiß wird, kann das definitiv das Material schwächen. Hast du die Möglichkeit mit Kühlschmiermittel zu Bohren? Ich habe auch selbst mit einem VHM Bohrer gebohrt.
Der Schlitz der Klemmung ist doch so gemacht, dass die M2.5 Schraube das Zentralstück klemmt? Ob das parallel oder senkrecht zur BLW ist, ist ja egal. War die Schraube ordentlich angezogen? Die Bruchfläche sieht so aus, weil die Welle außen hart (glatte Fläche) und innen weich (rauhe Fläche ist). Anhand von dem Bild ist aber schwer zu sagen, ob es sich um einen Ermüdungs- oder Gewaltbruch handelt. Kann natürlich sein, dass zunächst die harte Oberfläche gerissen ist, er dann angefangen hat zu taumeln, während er noch am inneren weichen Teil der Welle hing und der dann schließlich auch abgerissen ist. Den ultimativen Tipp habe ich jetzt leider auch nicht. Optimal wäre natürlich, wie du schon schreibst, eine Rotorwelle von einem anderen Heli, bei der du am besten auch die Bohrung übernehmen kannst.
Wovon ich aus eigener Erfahrung abraten kann ist eine abgesetzte weiche Welle mit Freilaufhülse. Hatte ich so im ersten Versuch und die ist ruck zuck am Absatz gebrochen. Abgesetzt geht prinzipiell auch (wird z.B. auch beim Goblin 570 gemacht), ist aber selbst gedreht problematisch, wegen Oberflächenrauheit und Materialqualität.

Gruß Christian

[Heli87]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Wäre die Welle beim Bohren heiß geworden, also Nennenswert heiß so das eine Gefügeänderung eintritt, so wären zumindest mal Anlauffarben in der Bohrung zu sehen, das ist aber nicht der Fall.

Selbst wenn die Welle warm geworden wäre, wobei Weichglühen bei etwa 700°C passiert.
Wäre sie ja nur nicht mehr Randschichtgehärtet in dem Bereich.
Was sie dann nicht mehr so Spöde machen würde wie Original.

[der RC-Hubiflieger]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Mit Material kenne ich mich dummerweise nicht so wirklich aus.

Das ist bei so einem Projekt nicht dumm, sondern grob fahrlässig !

[Paramedic_LU]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Ich hab mich mal mit einem Kollegen von mir aus der Metallographie unterhalten.
Da kommen echt sehr viele Faktoren zusammen.
Die dünne feinkörnige Struktur in der Randschicht ist das Gefüge des gehärteten Materials im Oberflächen/Randbereich der Welle. Das gröbere strukturierte in der Mitte der Welle ist das weichere Grundgefüge.
Der Absatz hinten ist die Restbruchfläche die durch den Gewaltbruch so aufgeworfen wurde. Die haben meist 45°
Auf alle Fälle war das ein Dauerschwingversagen mit Gewaltbruch, ausgelöst durch eine Kerbwirkung mit Einfluß von Last, Vibration, Eigenfrequenzen.
Nur wo jetzt der Ausgang des Ganzen war, kann man auf den Bildern nicht erkennen. Dazu bräuchte man die Bilder hier unterm Mikroskop oder dem REM.

Auffallend ist die scharfe Kante am Bohrloch. Hier musst Du in Zukunft dringend was ändern und das Abrunden . Vielleicht mit einem Rundkopfschleifer. Mit dem Senker bringt das auch nicht viel. Das gibt auch wieder nur Kerbwirkung. Rechnet man die Herstellerhärte nach Vickershärte um, landet man bei fast 900 HV. Das ist schon enorm, und schon fast an der Bohrgrenze. Dann sieht man im Bohrloch noch einige abgesetzte Linien. Das kommt wohl vom Nachdrücken des Bohrers ins harte Metall. Wahrscheinlich hast Du ab und an abgesetzt und dann wieder mit Kraft den Bohrer reingedrückt. Somit hast mit jeder Rille wieder eine Kerbwirkung erzeugt.
Wenn man die Größe der Bohrung umrechnet hat man ca. 40% der Gesamtquerschnittsfläche plus jede Menge Kerben. Da bleibt nicht viel Puffer übrig.
Zudem weiss man nicht ob die Welle nicht schon selbst einen Defekt hatte. Entweder Fehler im Werkstoff, das könnte man bei einer Untersuchung der Bruchfläche erkennen, da von Lunkern , Poren etc., immer die Brüche beginnen. Oder Aussen an der Oberfläche. Hier könnte man mit einer Oberflächenrißprüfung im Vorfeld Risse erkennen. Prüfmittel gibt-s mittlerweile auch ausserhalb des Fachhandels zu kaufen. Völkner oder Conrad hat das glaub auch.

Also bei einer neuen Welle sollte man folgende Punkte beachten:
- Oberflächenrißprüfung
- Das gebohrte Loch mit einer Reibahle auf höchste Güte bringen um Kerben vom Bohren/Fräsen zu beseitigen
- Das Bohrloch abrunden, am besten Rundschleifen so fein wie möglich.
- Die Welle in Längsrichtung fein schleifen, dann ist die äussere Kerbwirkung so gut wie weg

Falls Du noch Fragen hast, kannst dich melden. Du kannst die Teile auch schicken, dann können wir mal im Labor drüberschauen was man findet.

[rudi6698]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Wieso sollte es aber zum Bruch dort an dieser Stelle kommen?
Die Last sollte dort doch eigentlich am kleinsten sein wenn die Passung und Klemmung einwandfrei ist...
Aber wie ich schon selbst feststellen musste ist das Zentralstück ne Fehlkonstruktion.
Bitte mal ein Bild machen in welcher Höhe der Jesusbolzen
sitzt, das ist nämlich dort wo der Schlitz aufhört.

[Paramedic_LU]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Das ist die Frage die sich nur unterm REM eigentlich eindeutig klären lässt.
Irgendwo war eine Schwachstelle/Kerbe. Von dort aus beginnt dann der Bruch. Das kann transkristallin oder interkristallin geschehen. Also durch die Gefügekörner oder entlang der Korngrenzen. Daher kann sich die Restbruchfläche an einem anderen Ort befinden. Je nach Rißverlauf innerhalb des Gefüges.

[Mettwurst]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Hallo,

ich stimme Paramedic zu.
Das war primär ein Ermüdungsbruch.
Auf Bild 2 sieht man es: Ausgehend von der rechten Kante der Bohrung ist der Bruch nach links gewandert.
Die raue Fläche ist der Restbruch, das graue, feine der Schwingbruch. Ganz rechts die silbrigen Bereiche im grauen (sehr klein) sind Bereiche, an denen es den Riß wiederholtl aufeinandergedrückt hat. So wurde die Fläche und Bruchstruktur "plattgedrück", silberne, helle Farbe.

Wenn Dein Rotorkopf auf Höhe der Querbohrung aufhört, sind in der Nähe dieser Stelle die höchsten Biegespannungen der Welle zu finden. Genau dort ist aber auch eine scharfe Kerbe (Umlaufende Kante der Kopfstücks + Querbohrung).
Das Material ist dann zyklisch überlastet und ein Riß wandert durch, bis die Restfläche so klein ist dass sie plötzlich versagt.
Abhilfe:
1) besser kontruierten Kppf nehmen
2) keine gehärteten Oberflächen (Kerbempfindlich)
3) Querbohrung des Kopf nach oben verlegen?

Merke: höherfeste Werkstoffe sind nicht unbedingt besser, da empflindlicher auf Kerben. Evtl. ist ein weniger fester, zäherer Stahl insgesamt besser, da toleranter auf konstruktive Kerben.

Gruß

Tim

[Derfnam]

AW: Eigenbau Rotorwelle gebrochen - falsches Material?

Evtl. ist ein weniger fester, zäherer Stahl insgesamt besser, da toleranter auf konstruktive Kerben.

Wenn ich das richtig verstanden habe werden die oberflächengehärteten Wellen verwendet (für mich sieht der Bruch nach einer Randschichthärtung aus), weil sich da der Innenring des Kugellagers nicht darauf einläuft. Wenn das auf Welle/Bohrung-Passung gefertigt ist läuft da nichts ein wenn das Kugellager 2/100 Pressitz hat.
Ich würde hier eine Welle aus C45 (Kohlenstoff-Stahl mit 0,45% Kohlenstoffanteil, wenn mich meine Erinnerungen an Werkstoffkunde nicht im Stich lassen) einbauen.

Wenn die Welle 900HV wird die dadurch nach meiner Meinung viel zu spröde und wenn dann noch Schwingungen auftreten...