Biegesteife Ecke

biegesteife Ausführung
Baustatik: Stabverbindungen
biegesteife bzw. gelenkige Ecke
Baustatik:
Biegesteife Ecken zwischen horizontalen und vertikalen Teilen von Parkbänken und -tisch
Maschinenbau:
PKW-Verbundlenkerachse; radtragende Schwinge ecksteif mit Querbalken zusammen geschweißt; Balkenende zur Verbesserung der Biegefestigkeit im Eck-Bereich verbreitert[1]

Als biegesteife Ecke (auch biegesteifes Eck, biegesteife Eckverbindung, biegesteife Eckausführung) wird in der Baustatik die Verbindung zweier Stäbe oder Platten bezeichnet, die eine Ecke bildet, jedoch nicht drehbeweglich ist wie ein Gelenk, (s. nebenstehende Abbildung).[2][3][4] Die Verbindung ist biegestarr und kann – anders als ein Gelenk – ein Drehmoment (Biegemoment) übertragen.

Bei Fachwerken brauchen Eckverbindungen (Knoten) i. d. R. keine Biegung verursachenden Drehmomente übertragen.[5]

Im Maschinenbau allgemein und vorwiegend in der Automobilbranche ist der Begriff Ecksteifigkeit[1][6] gängig. Mit ihm wird generell ausgedrückt, dass Ecken bildende Bauteil-Verbindungen durch zusätzliche konstruktive Maßnahmen (Voute, Verstrebung u. a.) besonders biegesteif gestaltet sind. Eine Abgrenzung zum Gelenk – wie mit biegesteife Ecke in der Baustatik – wird nicht vorgenommen.

Vergleich zwischen biegesteifer Ecke und biegesteifem BalkenBearbeiten

Die in der Baustatik gemachte Beurteilung einer Ecke in einem Bauteil als biegesteif unterscheidet sich grundsätzlich von der z. B. für einen Balken häufig gebrauchten Kenngröße Biegesteifigkeit. Die Steifigkeit eines Balkens ist eine quantitative Größe, während die biegesteife Ecke als qualitativer Begriff gebraucht wird. Die Biegesteifigkeit eines Balkens hat einen bestimmten Wert, der aus dem Produkt   (mit dem Elastizitätsmodul   und dem Flächenträgheitsmoment   an der betrachteten Schnittstelle) errechnet wird.

Anwendung der BalkentheorieBearbeiten

 
Balkentheorie und biegesteife Ecke

In der Stabtheorie ist der Relativdrehwinkel im Schnittpunkt der beiden Stabachsen gleich Null. Das heißt, dass der Stabsehnenwinkel zwischen zwei Stabachsen im Schnittpunkt konstant ist.

SymbolBearbeiten

Eine biegesteife Ecke kann einen beliebigen Winkel einschließen und wird oft mit einem schwarz ausgemalten Dreieck dargestellt.[2]

Gestaltung biegesteifer VerbindungenBearbeiten

 
Balken-Ecke an einer Stahlbrücke, aufgrund der großen Biegemomente, die in Ecken auftreten, müssen häufig besondere Maßnahmen getroffen werden um die Kraftumleitung von einem Bauteil in das andere Bauteil zu bewerkstelligen, insbesondere Verstärkungen durch Bleche, die das Ausbeulen verhindern
  • Betonbau: Wenn ein Bauteil in einer Betonage betoniert wird und entsprechend bewehrt ist (z. B. im Stahlbetonbau[7]).
  • Betonbau: An Arbeitsfugen wenn nass auf nass bzw. rau auf rau betoniert wird und die Bewehrung durchgehend und beidseits verankert ist.[8]
  • Stahlbau und Aluminiumbau: genietete, geschraubte und geschweißte Verbindungen.
  • Stahlbau: Bei gleitfest vorgespannten und mehrfach vorhandenen Schrauben (GV-Verbindung).

Eckverrundungen, -materialzufügungenBearbeiten

Eine Ecke „aus einem Guss“ hat im Allgemeinen die gleiche Festigkeit wie die anschließenden Stäbe, jedoch treten lokal erhöhte Spannungen infolge der Kerbwirkung am Inneneck auf. Durch Ausrunden werden diese verringert. Dies ist aber eine lokale Festigkeits- und keine Steifigkeitsfrage. Bei in die beiden Stäbe hinein ausgedehnteren Materialzufügungen wird zudem die Biegesteifigkeit außerhalb des Eckbereichs erhöht.

Einzelnachweise und AnmerkungenBearbeiten

  1. a b Wolfgang Matschinsky: Radführungen der Straßenfahrzeuge: Kinematik, Elasto-Kinematik und Konstruktion, 3. Auflage, Springer Verlag Berlin Heidelberg 2007, ISBN 978-3-540-71196-4, Abschnitt über Verbundlenkerachsen
  2. a b Löbel, Gerhart: Große Biegeverformungen bei schlanken geraden und kreisförmigen Trägern. In: Wiley Online Library (Hrsg.): ZAMM-Journal of Applied Mathematics and Mechanics/Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik. Band 43, Nr. 1–2, 1963, S. 25–46, doi:10.1002/zamm.19630430104.
  3. Franke, Wolfram, and Thorsten Kunow: Kleines Einmaleins der Baustatik: Wissenswertes für Neu- und Wiederlerner. kassel university press GmbH, 2007 (books.google.at).
  4. Trautz, Martin and Koj, Christoph: Mit Schrauben Bewehren. In: Wiley Online Library (Hrsg.): Bautechnik. Band 85, Nr. 3, 2008, S. 190–196, doi:10.1002/bate.200810016.
  5. Theoretisch können die Fachwerkknoten in erster Näherung als drehbewegliche Eckverbindungen bzw. Gelenke behandelt werden, weil in ihnen i. d. R. nur vernachlässigbare, im Zusammenhang mit “verhältnismäßig kleinen Nebenspannungen” auftretende Biegemomente zu übertragen und auch störungsfrei übertragbar sind (vgl. Fritz Stüssi: Baustatik I, Birkhäuser Verlag, 1971, Seite 116.)
  6. Heinrich Dubbel, G. Glage, W Gruhl, R. Hänchen, O. Heinrich, M. Krause, E. Toussaint, H. Winker K. Woters: DUBBEL – Taschenbuch für den Maschinenbau. Hrsg.: Heinrich Dubbel. 1. Auflage. Springer, Berlin 1914, ISBN 978-3-642-64910-3, doi:10.1007/978-642-64925-7 (google.ch).
  7. Rinke, Mario and Kotnik, Toni: Der entfesselte Baustoff. In: Wiley Online Library (Hrsg.): Beton- und Stahlbetonbau. Band 107, Nr. 9, 2012, S. 635–644, doi:10.1002/best.201200031.
  8. Beer, Klaus: Bewehren nach DIN 1045-1. Hrsg.: Springer. 2007, 6 Bodenplatten, doi:10.1007/978-3-8351-9113-6_6.