Leichtbau an der Fachhochschule Aachen

Karteikarten und Zusammenfassungen für Leichtbau an der Fachhochschule Aachen

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Bionik

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Beispiel Baumdesign
Spannungen

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Beispiel Baumdesign
Wind
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Beispiel Baumdesign
Innere Belastung

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Die Säulen des Leichtbaus und Handlungsrichtlinien

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Bewertung unterschiedlicher Konstruktionen

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Die 8 Regeln des konstruktiven Prinzipes des Leichtbaus. 
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1. Regel: Möglichst direkte Krafteinleitung und Kraftausgleich

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2. Regel: Realisierung eines möglichst großen Flächenträgheits- bzw. Widerstandsmomentes

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3. Regel: Realisierung einer Feingliederung von Strukturen

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4. Regel: Nutzung der natürlichen  Stützwirkung durch Krümmung
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6. Regel: Bevorzugung der Bauteilintegration

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Leichtbau

Bionik
Bionik = Biologie + Technik
Biologie: Ideengeber
Technik: Realisierung auf der Basis vorhandener Technologien

Vorteile:
- Geschlossene Kreisläufe mit Nutzung von Abfällen
- Minimierung der erforderlichen Energie
- Erneuerung von Teilen bei unveränderter Grundstruktur
- Geringe Anzahl von Grundelementen mit hoher Zuverlässigkeit

Leichtbau

Beispiel Baumdesign
Spannungen
- Ast- / Stammübergang nie kreisförmig, immer parabelförmig
- Hohe Spannungskonzentrationsstellen werden durch einseitiger Wachstum an der Oberfläche ausgeglichen

Baumdesign beruht auf dem Axiom der konstanten Oberflächenspannung

Kräfte:
- Druck vom Baum ( senkrecht zum Boden) = F / A
- Kraft durch Biegung (durch einen Ast), Zug auf der Ast abgewandten Seite, Druck auf der Ast zugewandten Seite 
- Gesamtspannung aus Druck und Biegung, Min. an der abgewandten Seite, Max. an der zugewandten Seite 

Leichtbau

Beispiel Baumdesign
Wind
- Innere Belastungen werden durch Oberflächenwachstum ausgeglichen, bis eine gleichmäßige Spannungsverteilung vorliegt
- Bei geringer Belastung bildet sich ein exakter Kreisquerschnitt aus
- Bei stark einseitiger Belastung passt sich der Baum durch ausgerichtetes Widerstandsmoment dem an. (Oval und Mittelpunkt der Ringe wandert zu belasteten Seite)

Leichtbau

Beispiel Baumdesign
Innere Belastung
Bei ausgeprägter innerer Belastung, z.B. durch mehrere ausladende Kronen, besteht die Tendenz eine Fachwerkstruktur durch Astverschweißung zu bilden.
Hohes Widerstandsmoment über den Querschnitt bei möglichst minimalem Eigengewicht 

Leichtbau

Die Säulen des Leichtbaus und Handlungsrichtlinien
1. Konstruktion + Bauweise
2. Berechnung + Auslegung
3. Alternative Werkstoffe
4. Erprobung

Handlungsrichtlinien:
- Wie kann etwas konstruktiv ausgeführt werden?
- Welcher Werkstoff ist dafür geeignet?
- Wann tritt etwas Unerwünschtes ein?
- Warum ergeben sich Abweichungen zur Vorhersage?

Leichtbau

Bewertung unterschiedlicher Konstruktionen
- Gerade Stabwerke: Seile, Zug- / Druckstäbe und Fachwerke (leichtbaugünstig); biege- und torsionsbelastete Balken und Rahmen (ungünstig bei Vollquerschnitt)
- Gekrümmte Stabwerke: Seile, Zug- / Druckbögen und Netze (lecihtbaugünstig); biege- und torsionsbelastete Bögen, Spante und Feder (ungünstig bei Vollquerschnitt)
- Ebene Flächenwerke: Scheiben in Faltwerken, Sandwich und Kastenträger (günstig); Plattenbiegung und -torsion (ungünstig bei Vollquerschnitt)
- Gekrümmte Flächenwerke: Membranschale und -behälter (günstig); Biegeschalen bei nicht idealer Form oder konzentrierte Belastung (ungünstig)

Leichtbau

Die 8 Regeln des konstruktiven Prinzipes des Leichtbaus. 
1. Möglichst direkte Krafteinleitung und Kraftausgleich
2. Realisierung eines möglichst großen Flächenträgheits- bzw. Widerstandsmomentes
3. Realisierung einer Feingliederung von Strukturen
4. Nutzung der natürlichen Stützwirkung durch Krümmung
5. Gezielte Versteufung von Konstruktionen in den Hauptbelastungsrichtungen
6. Bevorzugung der Bauteilintegration
7. Absolute Ausschöpfung einer Konstruktion
8. Erreichung einer vorgegebenen Nutzungsdauer

Leichtbau

1. Regel: Möglichst direkte Krafteinleitung und Kraftausgleich
- direkte Einleitung der Kraft in die Hauptstruktur
- keine Umleitung von Kräften
- möglichst großflächige Einleitung von Kräften
- möglichst direkte Unterstützung von Kräften
- offene Strukturen sollten möglichst geschlossen werden

Leichtbau

2. Regel: Realisierung eines möglichst großen Flächenträgheits- bzw. Widerstandsmomentes
Einsatz von dünnwandigen Profilen (Flanschen) mit leichtem Stützkern bzw. dünnwandigen Steg bei großem Profilformfaktor f
Bei Biegung (Knickung) und Torsion maßgebend: Profilformfaktor fp= I / A^2 = i^2 / A

Leichtbau

3. Regel: Realisierung einer Feingliederung von Strukturen
Versteufung einer Platte durch dünnwandige Stützquerschnitte (Rippen, Untergurte oder spezielle Bauweisen, wie z.B. Gitter-, Noppen- oder Höckerbleche 

Leichtbau

4. Regel: Nutzung der natürlichen  Stützwirkung durch Krümmung
Erhöhung der Tragfähigkeit und der Biege-, Knick- und Beulsteifigkeit durch vorgekrümmte Bauteile (Erhöhung Flächenträgheitsmoment, Ausnutzung von Membrankräften) 

Leichtbau

6. Regel: Bevorzugung der Bauteilintegration
Zusammenfassen von Einzelteilen zu Bauteilen aus einem Stück (Vermeidung von Verbeidungsaufwand)


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