Konstruktion - Z-Rahmen mit Schnitten - Scheibe im Schnitt

[jensNBG]

Hallo, nachdem es im https://www.velomobilforum.de/forum...fly-high-racer-in-l.65210/page-5#post-1404748
eine Diskussion darüber gab, ob in die Schnitte von Z-Rahmen (oder ähnliche) Scheiben gestellt werden sollten, hier das passende Thema dazu.

Bitte sachlich diskutieren. Alle Aussagen sollte verifizierbar sein. Also "bei meinem Rad hält es ohne Scheibe" ist nicht sachlich. Die Aussage "bei meinem Rad hält es seit 45.000km, 200W FTP, 85kg Körpergewicht hält es ohne Scheibe" ist sachlich.

Kurz noch was ist eine Scheibe im Schnitt:



Ohne Scheibe tritt durch die Verformung der Rohre Querkraftschub in der Schnittebene = Schweißnaht auf. Mit Scheibe kann das Rohr sich an dieser Stelle kaum verformen und die Belastungen sinken erheblich.

Ich hatte dazu eine FE-Rechnung gemacht. 500mm lange Rohre 60x1 mit 45 Grad Schnitt, 4mm Standard Netz mit Tetraedern mit Zwischenknoten, in der Schweißnaht auf 0,8mm verfeinert. Auf einer Seite ein Festlager (grün), auf der anderen Seite eine Kraft von 100N. Da nicht auf Konvergenz geprüft wurde, handelt es sich nicht um absolute Werte, sondern nur um Vergleichswerte die folgenden Rechnungen.

Modell 1 ohne Scheibe:



Detailansicht:



Modell 2 mit Scheibe (gleiche Skala)



Fazit: Max. Spannung ist ca. Faktor 7 mal geringer.

Modell 3 ohne Scheibe, aber mit zwei 5mm Streben 90 Grad zueinander in der Nähe der Schweißnaht





Fazit: Max. Spannung ist ca. halb so groß

 

[Kurbel]

Ich habe auch Schwierigkeiten mit dem Begriff Querkraftschub in dem Zusammenhang.

Habe aber kein Problem, mir vorzustellen, dass aus den Biegenormalspannungen in Zug- und Druckseiten der Rohre in der Schnittebene eine Verformung des Querschnitts resultiert.

Bei der Verformung des Querschnittes ist es dann auch nicht schwer, sich vorzustellen, dass in der Naht Zugspannungen auftreten, die sie auseinander ziehen.
(Im Kopf habe ich dabei das Bild eines Rohrendes mit 45 ° Gehrung am Ende. Wenn ich das platt drücke, ist das Ende nicht mehr eine Gerade mit 45 °, sondern sieht aus wie eine Tilde „~“. Daher muss da Druck und Zugspannung in der Naht sein.)

Ist das das gleiche, wie das, wovon Du sprichst, nur mit anderen Worten? Oder sprichst Du von etwas ganz anderem?

 

[alex123]

Streben 90 Grad zueinander

Sind im konkreten Fall ca.45Grad. Der Winkel macht doch auch einen Unterschied?

die Verformung der Rohre

Dann ist es doch eh zu spät wenn die Rohre sich verformen?

 

[Krischan]

Um mal ein Beispiel zu geben:
Meine erste Grille hatte so eine Verbindung, zwei stumpf im Winkel von 45° verschweißte Rohre, billige Rahmenrohre.
Probefahrt im Wohnzimmer, erste Kurve mit seitlicher Belastung der genannten Stelle: Verformung, Knick, Bruch.
Reparatur mit Schott/ Scheibe: Hielt das Rahmenleben lang, 6Mm, xxxwftp, 80kg
Gruß Krischan

 

[Tinker]

Dann ist es doch eh zu spät wenn die Rohre sich verformen?

Elastische, nicht plastische Verformung.
Der aktuelle Sturm/Orkan sollte den Unterschied ganz gut demonstriert haben.

 

[HeiSchu]

Modell 3 ohne Scheibe, aber mit zwei 5mm Streben 90 Grad zueinander in der Nähe der Schweißnaht

@jensNBG
Ich könnte mir in meinem laienhaften Verständnis des Problems vorstellen, dass man die vorgeschlagene "Reparatur"-Methode weiter optimiert, indem man die Lage der Stützstäbe in der Gehrungsebene um 45° dreht und den Winkel zueinander abweichend von 90° optimiert?

 

[Nemberch]

Unsachlich, seid ihr noch nicht mit Jens am Stammtisch gesessen. Das gibt manchmal Kopfweh, aber er weiß wovon er spricht.

 

[Janne]

OK, spannend.

Es ist also ausreichend, wenn ein Rohr mit Lochscheibe 'gedeckelt' wird vorm verschweißen der Rohre?

Und bei der Strebenmethode liegt jeweils eine innen in jedem Rohrstück, sehe ich das richtig anhand der 'Kräftekleckse' neben der Schweißnaht?

Könnte man dann auch versuchen, einen Rahmen, der einen Riss in der Schweißnaht aufweist bohren und zwei Stäbe durchstecken und die und die Schweißnaht verschweißen?

 

[jensNBG]

Wir müssen hier zwischen mehrern Fällen unterscheiden:

- Überschreitung der Streckgrenze = plastische Verformung = durchgebogen
- Überschreitung der Zugfestigkeit = Rissbildung
- Überschreitung der Zeitfestigkeit = Rissbildung nach x Kilometern

 

[jensNBG]

Jetzt mal die Version mit den Rechteckrohren:

Ich habe 40x40x1,5 gewählt, weil ähnliches Gewicht wie 60x1 Rundrohr. Ansonsten gleichen Randbedingungen in der FE

Version 1 ohne Scheibe


Fazit: Es entstehen Spannungsspitzen in den Ecken

Version 2 mit Scheibe



Fazit: Immer noch Spannungsspitzen in den Ecken, allerdings nur noch halb so groß

 

[alex123]

Fazit: Es entstehen Spannungsspitzen in den Ecken

Fürs Verständnis bitte nochmal mit 135Grad Rohrwinkel.

 

[jensNBG]

OK, spannend.

Es ist also ausreichend, wenn ein Rohr mit Lochscheibe 'gedeckelt' wird vorm verschweißen der Rohre?

Und bei der Strebenmethode liegt jeweils eine innen in jedem Rohrstück, sehe ich das richtig anhand der 'Kräftekleckse' neben der Schweißnaht?

Könnte man dann auch versuchen, einen Rahmen, der einen Riss in der Schweißnaht aufweist bohren und zwei Stäbe durchstecken und die und die Schweißnaht verschweißen?

Alle Fragen kann ich mit Ja beantworten:

Es kommt EINE Scheibe rein und die wird mit beiden Rohren zusammen verschweißt oder bei mir auch verlötet

Die Strebenmethode ist ein Fix und dadurch entstehen die Kräftekleckse. Da die Streben sich nicht durchdringen können, ist eine Strebe auf der einen Seite und die andere Strebe auf der anderen Seite der Schweißnaht

Ja, kann man so reparieren, nicht so gut wie die Scheibe, aber besser als nichts...

 

[Krischan]

Querkraftschub

Gruß Krischan

 

[jensNBG]

Was passiert beim Rundrohr ohne Scheibe:

Durch die Belastung werden die Rohre in der Schnittebene oben nach innen gestaucht und an der Seite nach außen gewölbt. Ich nenne den Vorgang immer "Atmen". Versuch: Daumen und Zeigefinger von rechter und linker Hander berühren sich, also Daumenspitze auf Daumenspitze und Zeigefingerspitze auf Zeigefingerspitze. Jetzt so versuchen ein rundes Rohr zu erzeugen (so wie die Merkel immer ihr Herz gemacht hat).
Jetzt das Rohr oben und unten stauchen, die Hände gehen auseinander.

 

[HeiSchu]

Unsachlich, seid ihr noch nicht mit Jens am Stammtisch gesessen. Das gibt manchmal Kopfweh, aber er weiß wovon er spricht.

Meinst Du meinen Beitrag?

 

[HFKLR]

Er meint mein Kopfweh, das ich bekomme, wenn ich den Faden hier zu intensiv verfolge : )

 

[HeiSchu]

Durch die Belastung werden die Rohre in der Schnittebene oben nach innen gestaucht und an der Seite nach außen gewölbt.

Für mich ist damit meine Frage zum Drehen der Stützstäbe beantwortet. Das Drehen würde die Wirkung verschlechtern. Richtig?

Oder ist es eher so, dass die Verlängerung der kurzen Achse der Ellipse eine Folge der Verkürzung der langen Achse ist und es darum geht, als erstes diese Verkürzung zu verhindern. Also ein Drehen der Stäbe und Änderung des Winkels zueinander doch sinnvoll sein könnte?
Kopfweh aber hat sich bei mir bisher nicht eingestellt dank der klaren Darstellung von jensNBG!

 

[Racertje]

Meinst Du meinen Beitrag?

Nein, er kennzeichnet seinen eigenen Beitrag als unsachlich im Sinne des Fadeneröffners, um diesem dann das Kompliment auszusprechen, dass es zwar nicht immer einfach ist, ihm zu folgen, dass seine Aussagen aber sehr fundiert sind. Und das kriegt man im direkten Gespräch, z.B. beim Stammtisch ganz gut mit.

Gruß,
Martin, der erstaunt ist, dass Vierkantrohr auch noch so viel von so einem Blech profitiert, dort nehmen ansonsten die stehenden Rohrwände ja schon viel von der Last auf, aber besser geht wohl immer...

 

[BeWe]

Die Scheibe in der Mitte der beiden Rohre kann dann ja nicht rund sein? Oval feilen/ flexen/dremeln? Oval treiben? Nach dem schweißen Überstände abflexen? Oder den Abstand aufschweissen?

 

[jensNBG]

Fürs Verständnis bitte nochmal mit 135Grad Rohrwinkel.

Ohne Scheibe

Fazit: Spannungsspitze zu 90 Grad ist etwas gesunken

Mit Scheibe (Edit: Skala angepasst):



Fazit: Spannungsspitze nur noch 33% von der Version ohne Scheibe