Konstruktion - Z-Rahmen mit Schnitten - Scheibe im Schnitt

[jensNBG]

Habe gerade eines meiner Lieblingsbücher durchstöbert: "Claus Mattheck, Denkwerkzeuge nach der Natur"

Da würde mir noch der Bambus einfallen, der hat auch Aussteifungen im Rohr und außen.

 

[Gasi]

Und kann irgendjemand einen Schadensfall nennen, der ein Schadensbild hat, wie das anfangs hier erwähnte? Ich kenne keines..

Der Knick unterm Flevositz. Der Riss ist zweimal entstanden.
Beim Fahren immer die Druckseite. Meine Bremsaktionen scheinen hier aber noch höhere Zug-Lasten aufzubringen.

 

[Gasi]

Es wäre sowohl einfacher als vermutlich sogar effizienter anstatt einer Scheibe im Querschnitt eine Fläche im Längsschnitt einzubringen.
So hätte man über den gesamten Kurvenbereich die Abstützung der Tragenden Zug und Druckflächen.
Das kann man auch noch gut nachträglich einbringen.
Optima hat das am Baron so gemacht.

 

[jensNBG]

Noch eine Verständnisfrage von einem Laien: wenn die Schottbleche die Verformung der Rohre im Bereich der Stoßstellen so effektiv verhindern, wird die Rahmenkonstruktion dann auch insgesamt deutlich steifer, sprich: der Rahmen federt viel weniger und die Stöße ins Kreuz beim Fahren werden härter?

Das wäre ja unter Umständen ein unerwünschter Zusatzeffekt (jedenfalls solange der Rahmen auch ohne Schottbleche halten würde).

Gruß

Fetzer

Ja wird steifer. In dem Beispiel 20%. (1,165/0,9768=1,193). Hilft aber auch gegen den Rahmenflex.

 

[HoloDeck]

Da würde mir noch der Bambus einfallen, der hat auch Aussteifungen im Rohr und außen.

Ja kommt vor, aber auch ein Bananenblatt und ein "in Seilen denken" dh. im runden Querschnitt Verstärkungen als Zugseile andenken und nicht als Druckstreben, die abgeschnittenen Ecken sind Faulpelzecken...

 

[jensNBG]

Was mich an der Aussteifung durch Scheiben wundert ist das darüber unter diversen Stichworten keine Informationen im Internet zu finden sind.

Stimmt. Ich habe auch nichts gefunden. Stand 15 Jahre auf meiner Homepage, die ist aber schon einige Jahre offline. Erfunden habe ich das auch nicht, ich weiß von Frank L. von der Liegeradgruppe Hannover. Der hatte vor mir Z-Rahmen gebaut und habe ihn gefragt, wie man das macht.

Hast Du eine Idee, warum mit der achteckigen Scheibe die Spannungen niedriger sind als mit der quadratischen? Ich kann mir noch keinen Reim drauf machen, auch nicht mit der Faustregel, dass Spannungen sich an den Stellen mit der höchsten Steifigkeit konzentrieren. Die Seitenwand ist ja nach wie vor da.

Gute Frage, aber zu spät heute. Hier das Bild mit den Spannungen im Blech in der Schnittebene. Die Verformungen wurden 1000fach überhöht, damit sie sichtbar sind.

 

[jensNBG]

Ja kommt vor, aber auch ein Bananenblatt und ein "in Seilen denken" dh. im runden Querschnitt Verstärkungen als Zugseile andenken und nicht als Druckstreben, die abgeschnittenen Ecken sind Faulenzerecken...

Seile sind schon ziemlich optimiert, weil sie nur Zugkräfte aushalten, können sie dünn sein. Bei dünnen Strukturen und Druckkräften bekommt man Probleme mit Knicken, braucht also mehr Material.

 

[HoloDeck]

Matthecks Ideen sind zur Gestalt und Formfindung, aber kein Festigkeitsnachweis, dafür kommen dann nur Berechnungen oder Prototypen in Frage...

 

[HeiSchu]

Habe mir bei "booklooker" gerade den Mattheck "geschossen", für 30,- Euronen.
Es gibt da noch zwei weitere Exemplare, für ca. 80,- oder 140,- €! Für die langen Winternächte, wenn man gerade keinen Einspurer-Lieger baut.

 

[Zimt]

"Claus Mattheck, Denkwerkzeuge nach der Natur"

Tolles Buch. Der Vorgänger "Warum alles kaputt geht" ist auch super.

Frage zum Feierabend:
Wirkt sich denn der Winkel, in dem die zwei Rohrstücke verschweißt werden, auf die entstehenden Spannungspitzen aus?

 

[rikschaprofi]

...in Braunschweig. Da wurden 10 vollgefederte Kurzlieger gebaut. ....

Vielleicht weiß Heiko @rikschaprofi noch was.

leider nein.

 

[Gasi]

Wirkt sich denn der Winkel, in dem die zwei Rohrstücke verschweißt werden, auf die entstehenden Spannungspitzen aus?

Generell lassen sich solche Fragen durch die Extremsituation beantworten.
Was ist, wenn der Winkel gegen 0 geht, dann wird das Rohr zunehmend gerade. Auswirkung geht gegen 0.
Bei 90 Grad ist vermutlich das Maximum, weil die Zug-Druck-Kräfte der Randfaser zu 100% in Querkraft übergeht.

 

[Fanfan]

Hier das Bild mit den Spannungen im Blech in der Schnittebene.

Danke. Hatte heute morgen schon sowas vermutet, denn es muss ja eine Bewegung sein, die durch die Ecken der Scheibe gehemmt wird.
Sehe ich das richtig, dass in den Ecken der ausgesparten Dreiecke auch hohe Spannungen auftreten? Evtl. wäre sowas noch interessant:

Es wäre sowohl einfacher als vermutlich sogar effizienter anstatt einer Scheibe im Querschnitt eine Fläche im Längsschnitt einzubringen.
So hätte man über den gesamten Kurvenbereich die Abstützung der Tragenden Zug und Druckflächen.
Das kann man auch noch gut nachträglich einbringen.
Optima hat das am Baron so gemacht.

Das Problem ist ähnlich wie beim Knick: Unter Belastung wollen Ober- und Unterseite ein- bzw. ausbeulen. Aber beim Knick sind diese Ausweichbewegungen auf einen sehr engen Raum konzentriert, während sie in einem Bogen über den gesamten Bogen verteilt sind. Deshalb halt beim Knick eine Scheibe und beim Bogen eine Längswand (statt 20 Ringe oder hauchdünne Scheiben über den Bogen zu verteilen).
Ich würde erwarten, dass so eine Längswand im Knick die lokalen Spannungen ähnlich reduziert wie die über Kreuz eingeschweißten Stäbe, und davor und dahinter das Rohr ungefähr so aussteift wie sie das bei einem auf Biegung belasteten geraden Rohr auch tut.

 

[jensNBG]

Also zur Frage bei dem Winkel bei dem Quadratrohr OHNE Scheibe sind die maximalen Spannungen:

90 Grad = 224 MPa
120 Grad= 185 MPa
135 Grad= 151 MPa
150 Grad= 117 MPa

Fazit: Je flacher der Winkel, desto geringer die maximalen Spannungen.

Dann habe ich beim Quadratrohr MIT Scheibe die Fase (Aussparung) größer gemacht, Achtung Skala ist auf 30MPa begrenzt wie bei dem vorherigen Eckenbild. Darstellung ohne Verformungsfaktor. Die maximalen Spannungen sind fast 3mal so groß, war also keine Verbesserung.

 

[jensNBG]

Richtig old school ist dann wohl die Methode, so lang wie die belastete Querschnittshöhe einen Schuh diagonal über die Stelle zu schweissen. Biegeoffen durch verschweissen nur in Längsrichtung auf der neutralen Faser, steifer durch komplettes Verschweissen ringsum. Auch Festigkeitseinbussen z.B. von Ch Mo Rohren in der Schweissnaht werden so überbrückt. 1 x1 aus dem Fahrzeugbau, natürlich schwerer als ein Blechsteg. Gibt es für sowas auch so bunte Darstellungen? FLEVO Rahmen reißen gerne in dem 90 Grad Knick. Hab ich schon paar mal so eine Diagonale eingeschweißt, keine Beschwerden mehr. Vielleicht unsachlich...

Mach mal eine Skizze. Ich habe gerade anhand der Beschreibung kein Bild im Kopf.

 

[jensNBG]

Danke. Hatte heute morgen schon sowas vermutet, denn es muss ja eine Bewegung sein, die durch die Ecken der Scheibe gehemmt wird.
Sehe ich das richtig, dass in den Ecken der ausgesparten Dreiecke auch hohe Spannungen auftreten? Evtl. wäre sowas noch interessant:

Ich habe es gerechnet. Achtung, die Skala ist eine andere als bei den anderen Scheiben mit Aussparung. Die maximale Spannung ist deutlich angestiegen, Faktor 3. Außerdem hätte diese Version wahrscheinlich Nachteile durch die seitlich wirkenden Kettenzug, wurde bisher ja nicht betrachtet.

 

[Fanfan]

Ich habe es gerechnet. Achtung, die Skala ist eine andere als bei den anderen Scheiben mit Aussparung. Die maximale Spannung ist deutlich angestiegen, Faktor 3.

Danke. Das ist schlechter als Vierkantrohr mit vollflächiger Scheibe, oder? Ich verstehe wohl noch nicht wirklich, worauf es ankommt.
Nach meinem bisherigen Verständnis ist der Grund für die hohen Spannungen im Rohr ohne Scheibe der Sprung von der vertikal sehr steifen senkrechten Wand auf die ausbeulenden oberen und unteren Wände, die der Kraft einfach ausweichen. Die vollflächige Scheibe und auch der Schwalbenschwanz hemmen nicht nur das Ausweichen dieser beiden Wände und übernehmen damit die Zug- und Druckkräfte in diese hinein, sondern sie hemmen auch irgendwelche anderen Ausweichbewegungen der Ecken so sehr, dass sich die Spannungen doch wieder dort konzentrieren. Lässt sich aus der Richtung der Spannungen erkennen, was für Bewegungen das sind?

Außerdem hätte diese Version wahrscheinlich Nachteile durch die seitlich wirkenden Kettenzug, wurde bisher ja nicht betrachtet.

Kann gut sein. Kettenzug über so einen Knick hinweg wäre bestimmt ein eigenes Thema wert.

 

[HoloDeck]

Habe mir bei "booklooker" gerade den Mattheck "geschossen", für 30,- Euronen.
Es gibt da noch zwei weitere Exemplare, für ca. 80,- oder 140,- €! Für die langen Winternächte, wenn man gerade keinen Einspurer-Lieger baut.

Hab meine (Denkwerkzeuge und Warum alles kaputt geht) neu am großen Fluss gekauft und noch eines dazu, "Die Mechanik der Schleuder" man weiß ja nie...

 

[jensNBG]

Also für Quadratrohre bringt die Aussteifung durch Bolzen, die mittig eingeschweißt werden fast nichts. Ist also keine Reparaturlösung. Hier hilft nur Scheibe oder Flevoaussteifung etwas

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[HeiSchu]

Wenn Du einen Winkel aus Rohren zusammenbiegst, wird der Querschnitt verformt, das Oval wird breiter und kürzer (beim Auseinanderbiegen schmaler und länger, das ist der Fall, den man in den Darstellungen mit übertriebenen Auslenkungen sieht). Die Streben liegen jetzt genau in den Hauptrichtungen dieser Verformung.

Genau das habe ich genau so verstanden, hatte aber dann Zweifel geäußert, ob diese Interpretation nicht zu vereinfachend ist.

Denn die Ursache der Verkürzung des großen Ellipsendurchmessers ist eine direkte Folge der Biegebeanspruchung der verschweißten Rohre, die Verlängerung der kurzen Achse aber ist nur indirekt eine Folge dieser Biegebeanspruchung, direkt eine der Verkürzung des großen Durchmessers. Das gestauchte Material muss irgendwohin ausweichen.
Verhindere ich diese Verkürzung weitgehend durch eine Abstützung z. B. durch zwei im Winkel von 45° oder sogar nur 30° zueinander stehende Stäbe, symmetrisch zum langen Ellipsendurchmesser, gibt es nahezu auch keine Verlängerung des kurzen Durchmessers, ohne dass dieser direkt fixiert wird.

Ich fände es immer noch sehr interessant, wenn Du, @jensNBG eine wie oben beschriebene Abstützung mit der waagerechten/senkrechten 90°-Anordnung der Abstützung rechnerisch vergleichen könntest. Das Ergebnis im Voraus korrekt einzuschätzen, scheint mir keineswegs trivial.
Ich verstehe aber auch, dass Du bei der Vielzahl der interessanten Fragestellungen nicht alles berechnen und beantworten kannst. Ich hätte keinerlei Problem, mindestens einen weiteren, theoretisch möglichen, aber praktisch nicht sinnvollen Lösungsvorschlag zur Spannungsreduzierung zu unterbreiten.