Hut aus Holz- oder Aluring Stabilität berechnen

Hallo Andreas,
auch ein Statiker wird dir nicht so leicht genaue Auskünfte geben können. Analytisch berechnen kann man das sowieso nicht wirklich. Wer ein CAD-Programm mit FEM-Statikmodul hat, kann aber eine numerische Näherungsrechnung durchführen.

Die Eigenschaften hängen sehr stark von der Konstruktion zwischen den Ringen ab (Streben, Beplankung, OAZ-Brett...) und der Verbindungstechnik (Löten, Schweißen, kleben, schrauben, dübeln...).
Löcher können speziell die Aluringe so stark schwächen, dass die Bruchfestigkeit ein Thema werden kann. Dagegen hilft z.B. Laschen anzunieten oder anzuschweißen.
Bei einer Drahtspinne mit sehr starkem Zug könnte schlimmstenfalls auch noch Knicken auftreten[B)].

Über die Widerstandsmomente der Materialquerschnitte auf Biegung und die Elastizitätsmodule von Holz und Alu kannst Du immerhin eine grobe Abschätzung für die Ringe allein machen. Dabei kommt dann heraus, dass der Holzring in der 15mm Richtung ungefähr so biegesteif ist wie der Aluring, und hochkant ungefähr doppelt so steif. Dafür ist der Holzring auch etwa doppelt so schwer.

Holz ist ein anisotroper Naturwerkstoff, deshalb stimmen diese Werte nur ganz grob. Das ist auch der Hauptgrund, warum Maschinenbauer mit dem Zeugs meist nix zu tun haben wollen[;)].

Gruß,
Martin

Ich sehe es wie Martin, den komplexen Lastfall kann man nicht so leicht berechnen. Man kann aber durch Analogiebetrachtung vergleichen:

Das steifere Bauteil ist dasjenige, bei dem das Produkt aus axialem Flächenträgheitsmoment I und Elastizitätsmodul E höher ist. Dies im Verhältnis zum Gewicht setzten und du bekommst das Bauteil mit dem besseren Steifigkeits- zu Gewichtsverhältnis.

Kannst du dein Beispiel mal rechnen? Das dünnwandige Alurecheckrohr sollte klar im Vorteil liegen.

Ich habe schon 25x15x2 mm und 30x15x2 mm um die 15 mm gebogen. Gefüllt mit Sand ging das recht gut, braucht aber einen kräftigen Schraubstock. 15x15x2 habe ich auch mit einem einfachen kleineren Schraubstock biegen können.

15x15x1 für einen 600 mm erscheint mir etwas filigran, hängt aber von der Gesamtkonstruktion ab.

Hallo,

15x15x1 hatte ich bei der ersten Version meines 24ers genommen. Das Ganze war von aussen komplett mit 1,5mm Birke-Flugzeugsperrholz beplankt und da konnte man schon richtig drauf drücken (Hut auf der Seite stehend) ohne das er sich verbog. War aber auch alles verschweißt. Mein Fehler lag aber an der Spinnenkontruktion. Ich hatte zum Schluß alles anders und komplett aus Birke Multiplex fertig gebaut. Leider noch keine Bilder auf der Webseite. Aber für einen 600er Hut würde 15x15x1 schon noch reichen, wenn es ausreichend versteift ist und man nicht zu hoch baut.
Ich hab das Ding noch im Keller liegen wenn du probieren willst [:D]...

Gruß,

Marcel

Hallo Stathis, <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Das steifere Bauteil ist dasjenige, bei dem das Produkt aus axialem Flächenträgheitsmoment I und Elastizitätsmodul E höher ist. Die im Verhältnis zum Gewicht setzten und du bekommst das Bauteil mit dem besseren Steifigkeits zu Gewichtsverhältnis.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Genauso habe ich das für meine obigen Angaben gemacht.

Alurohr ist gegenüber Holz-Vollmaterial mit gleichem Außenquerschnitt von der Steifigkeit her wohl leicht überlegen, wenn man die Alu-Wandstärke so wählt, dass das Gewicht gleich ist.

Aber schon bei sorgfältiger Holz-Sandwichbauweise mit Hartschaumkern unter Berücksichtigung des Faserverlaufs steht das Holz gar nicht so schlecht da. Allerdings sind die Profilquerschnitte dann tendenziell größer, was etwas zu Lasten der Kompaktheit geht. Dafür ist die Verbindungstechnik wieder einfacher (Kleben).
Punktförmige Krafteinleitung (z.B. Stangenbefestigung, Aufhängung einer vorgespannten Fangspiegelspinne) ist in Holz-Vollmaterial einfach, bei Alurohr und vor allem Holz-Sandwich erfordert sie dagegen Hirnschmalz und sorgfältiges Bauen.

Ich halte die Unterschiede in der Steifigkeit (gute Konstruktion vorausgesetzt) zwischen Holz und Alu für so gering, dass in der Praxis eher andere Kriterien die Materialwahl beeinflussen sollten.
Eins davon ist der Kenntnisstand und die Verarbeitungsmöglichkeiten des Teleskopbauers. Ein Spengler wird eher in Metall bauen, ein Schreiner eher in Holz. Aber auch die Witterungsbeständigkeit oder möglichst kompakte Abmessungen könnten ein Thema sein.

Gruß,
Martin

Hallo zusammen,

man kann bei einem Holzring das Gewicht optimieren, indem man ihn nicht überall gleich dick macht.

Wenn eine Drahtspinne an vier Punten verspannt ist, ist das Biegemoment an den 4 Befestigungspunkten besonders hoch (Biegung nach innen) und an den 4 Stellen genau dazwischen auch (Biegung nach außen). Zwischen diesen 8 Punkten wird das Biegemoment null.

Man kann also Gewicht sparen, wenn der Ring innen rund und außen achteckig (Spinne mit vier Befestigungspunkten) oder sechseckig (Spinne mit drei Befestigungspunkten) geformt ist. Dann ist dort die Stabilität am größten, wo auch die größten Biegekräfte auftreten.

Gruß,
Martin

Hallo Andreas,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Also gleiche Länge der Stücke sagen wir 500 oder 1000mm. Links rechts was unterlegen und in der Mitte ein Gewicht drauflegen und messen wie stark es sich durchbiegt. (also das 15x15x1mm Aluvierkantrohr gegen 35x15mm Multiplex) Das Holz hochkant!<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
das ist die schnellste und allereinfachste Methode.[^]
Rein gefühlsmäßig sage ich 15x15x1mm ist zu labil. Ich würde eher Richtung 20x20x2mm gehen, vielleicht auch nur 1,5mm Wandung.
Selbst bei 2mm Wandung wird Dein Ring beim Spannen der Spinne nicht mehr rund sein.
Soll es ein Monoring werden? Wenn ja, würde ich noch fetter rangehen.
Viele Grüße
Jörg

Hi Andreas,

du bist doch hier bei mir aus der Gegend!? Wie schon geschrieben, ich habe sowas, nur leider etwas zu hoch gebaut, bei mir im Keller liegen.
15x15x1 mit 1,5mm Flugzeugsperrholz beplankt. Kannst du gerne mal dran biegen...

Gruß,

Marcel

Hallo Andreas,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">an einen Monoring hatte ich gar nicht gedacht sondern schon an etwas Klassischeres zwei Ringe und außen mit etwas beplankt (z.B. 1-1,5mm Flugzeugsperrholz)<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
das klassische Design hat in meinen Augen viele Vorteile: stabiler und der Fangspiegel ist sehr gut geschützt.
Nur der Zweck der Beplankung mit Flugzeugsperrholz, wie Marcel es gamacht hat, erschließt sich mir nicht. Außer für die Optik, dass es nach Holz aussieht, dürfte es für die Stabilität nicht viel bringen.
Dann gleich die Wandungsstärke etwas dicker wählen und gut ist es.
Viele Grüße
Jörg

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: PeJoerg</i>
Nur der Zweck der Beplankung mit Flugzeugsperrholz, wie Marcel es gamacht hat, erschließt sich mir nicht. Außer für die Optik, dass es nach Holz aussieht, dürfte es für die Stabilität nicht viel bringen.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hi Jörg,

ich wollte eigentlich nicht beplanken, sondern nur das berühmte "Segel" aus Iso-Matte ranmachen. Man konnte den Ring (auf der Seite stehend) leicht oval stauchen. Die Spinne (damals Draht) macht das ja nicht, sondern zieht gleichmäßig nach außen, oben und unten. Das wirkliche Problem war die Verwindung. Wenn ich den Hut an der Spinne (Fangspiegelhalterung) packte konnte ich ihn heben, in der Luft rumschwenken usw. und es war alles schön stabil. Als ich ihn dann aber mal am unteren Ring gepackt habe, hat er sich leicht verwinden/verdrehen lassen. Durch die Beplankung war das anschließend nicht mehr. Auch hat er sich dann ohne Spinne auch nur noch mit "viel" Kraftaufwand oval stauchen lassen. Für meine damals geplante Stangenkonstruktion (6er) wäre das tötlich gewesen, daher habe ich alles von grund auf überdacht. Die letzte Diskussion hier zwecks 6 oder 8 Stangen hatte mich im meiner Entscheidung bestätiget. Aber Andreas baut bestimmt eh mit 8 oder?

Gruß,

Marcel

Hallo Andreas,
es muss ja nicht immer Alu Vierkant Rohr sein.
Ich biege Alu T-Profil bis 25 x 2 im Schraubstock mit Hilfe
von 2 Formen aus Hartholz oder Multiplex. Der Ring unten
hat einen I.D. von 330mm und ist aus 15x15x2 - Gewicht 160g!
(für Doppelring - Hut, 12" Reisedobson)
Beste Grüße, Joachim

15x15x1.5 ist für einen 600 mm Hut in Doppelring ausreichen, jedenfalls für meine Ansprüche. Habe ich bei meinem Lowrider auch.

Ich weiss nicht, was ihr für Drahtspinnen baut, aber so hoch ist die Spannung auch nicht. Warum auch? Wenn man die Spinnen nicht so baut, dass sie von sich aus steif ist (und damit in Dicke investier), brauch eine Drahtspinne doch nicht mehr Spannung als eine andere Spinne.

Ein Aspekt bei Multiplex vs. Alurohr ist auch die relativ geringe Stabilität des Multiplexrings senkrecht zur Ringebene.

Versteifung bei Doppelring durch Flugzeugsperrholz: Das bring schon was. Es erhöht nicht die Steifigkeit eines einzelnen Rings, aber die Stabilität des Doppelrings gegen Verschiebung der Ringe gegeneinander. Das ist ein wichtiger Punkt, den wir doch schon mal vor kurzem hatten bei der Kollimationsstabilität.

Viele Grüße
Reiner

Hallo Hans,

sehr interessant! Reisst das Alu da nicht außen ein? Ist das ein L oder ein T-Profil?

Viele Grüße
Reiner

Hallo Andreas,

das Flächenträgheitsmoment I deines 15x15x1 mm Quadrahtrohres ist
I= 1/12 * (B^4-b^4)= 1/12 *(15^4-13^4)= 1.839 mm^4 (siehe Wikipedia die Tabelle unter Kastenprofil.

Ich habe mal die Stoffdaten gesammelt und gerechnet:

| Alu 15x15x1 | Sperrholz 35x15 mm
--------------------------------------------------------
E-Modul E [kN/mm^2]      |      70     |   10 (7...12)
--------------------------------------------------------
Trägheitsmoment I [mm^4] |    1.839    |  I35= 53.594
                                          I15=  9.844
--------------------------------------------------------
IxE [kN*mm^2]            |    128.730  | I35xE= 535.940
                                         I15xE=  98.440 
--------------------------------------------------------
Dichte rho [g/cm^3]      |     2,7     |     0,7
--------------------------------------------------------
Gewicht [g/lfd. Meter]   |     151     |     368

Dein 35x15 mm Multiplexstab wird sich somit um die 35 mm (hochkant) ca. 4x weniger durchbiegen (128.730/535.940) als dein Alu Vierkantrohr, um die 15 mm jedoch um 1,3x mehr (128.730/98.440)
Das Alu wiegt jedoch nur das 0,4-fache (151/368).

Wenn ich mich nicht verrechnet habe, fällt die Geschichte für diesen hochkant Fall doch zugunsten des Holzstabs aus. Das Alu Vierkantrohr gewinnt erst, wenn man den Außenquerschnitt vergrößert, wie MartinB bereits geschrieben hat.

p.s. ==&gt; martin.c
Einen variablen Querschnitt halte ich nicht für sinnvoll, da der Lastfall in der Praxis komplexer ist. Der Hut muss ja nicht nur die Zugkräfte der Spinne auffangen. Bei exzentrisch gebauter Blech- oder Drahtspinne muss man ja gar nicht so stark spannen. Vielmehr muss der Hut auch die Stangen in Position halten, das Moment durch den Okularauszug+ fettem Okular abfangen, den Nachführkräften in allen Lagen widerstehen..., dabei soll alles möglichst wenig schwingen.

Hallo Marcel, Reiner,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Durch die Beplankung war das anschließend nicht mehr. <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Versteifung bei Doppelring durch Flugzeugsperrholz<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Ihr meint mit Beplanken die Innenauskleidung des Zweiringkorbes mit Flugzeugsperrholz, ja das bringt was.
Ich hatte den Begriff Beplankung eher als Rundumverkleiden eines einzelnen Ringes mit Flugzeugsperrholz verstanden, weil ja ursprünglich nur vom Aluring gesprochen wurde. Das wäre nun wirklich nur dem Aussehen zuträglich.
Viele Grüße
Jörg

Hallo Andreas,
ich benutze nur AlMgSi T-Profil - durchmesserabhängig.
Die "hohe Kante" ist selbst bei 20x20x2, I.D. 200mm nicht
eingerissen. Bei den i.A. wesentlich grösseren Durchmessern
überhaupt kein Problem. Die geschlitzte Biegebacke muss
das seitliche Abkippen der hohen Kante verhindern und
dementsprechend stabil ausgeführt sein. Für I.D. 600mm
würde ich auf 25x25x2 gehen. Einfach versuchen; der
Materialeinsatz und Werkzeug ist ja minimal. Der
Schraubstock sollte allerdings sehr stabil sein (Industriequalität)
CS, Joachim

Hallo Reiner,hatte übersehen dass die Frage von dir
kommt.
Beste Grüße, Joachim

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: reiner</i>
Ich weiss nicht, was ihr für Drahtspinnen baut, aber so hoch ist die Spannung auch nicht. Warum auch? Wenn man die Spinnen nicht so baut, dass sie von sich aus steif ist (und damit in Dicke investier), brauch eine Drahtspinne doch nicht mehr Spannung als eine andere Spinne.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Das hatte ich in dem Fall selber verbockt. War definitiv falsch konstruiert! Am 17,5er von Kollegen habe ich's glaube ich richtig gemacht[:o)]. Da ist fast keine Spannung drauf, sie greift symetrisch am unteren und oberen Hutring und es funtioniert seit über einem Jahr ohne Probleme...

Gruß,

Marcel

Hallo Hans,

danke für die Info! Muss ich auch mal ausprobieren.

Was heisst für Dich Industriequalität beim Schraubstock? In welcher Preisklasse bewegt man sich da? Bei meinem 125mm Stahlschraubstock (80 Euro-Klasse) trau ich mich über 15x15x1.5 nicht mehr hinaus. Das ist für den schon grenzwertig.

Ist AlMgSi das gleiche wie AlMgSi0.5?

Viele Grüße
Reiner

Hallo Reiner,
AlMgSi05 ist wohl das gängigste - hatte ich von "Gemmel" Metalle.
Mit viel Übung lässt sich das auch hartlöten; Al-Stäbe mit
Ummantelung (Flussmittel), Fließtemperatur der Lötstäbe ist
nur ca. 60°K niedriger als die der Teile - das ist das Problem.
Wenn die Temperaturen stimmen gibt das aber eine schöne, glatte Verbindung.
Ich habe auch nur einen 125er Grauguss - Schraubstock; besser
wäre ein Stahlguss Schraubstock (Werkzeugmacher) in der Größe.
Bei 20x20x3 und I.D. 400mm geht das dann ohne Spindelknirschen.
Beste Grüße, Joachim

Hallo Hans,

danke für die Info zum Schraubstock.

Meine Frage hatte folgenden Hintergrund: Ich hatte bisher (Betonung liegt auf hatte) einen 150mm Grauguss, der allerdings beim Biegen von 15x15x1.5 auf 550mm Durchmesser nach ein paar Ringen den Geist aufgab.

Jetzt habe ich einen geschweißten Stahlschraubstock, der stabiler zu sein scheint. Aber ich wills halt irgendwie nicht drauf ankommen lassen, dass ihn dasselbe Schicksal ereilt.

Viele Grüße
Reiner