Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

[Exepury]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Hallo,

habe schon vor einiger Zeit ähnliche ßberlegungen angestellt. Und da ich diese ganze Theorie häufig für nicht zielführend kennengelernt habe suchte ich eine pragmatische Lösung:


(Gegenüber der Abbildung konnte mittlerweile ein umgebauter Rex-Heckabtrieb eingesetzt werden, was das Teil nicht leichter, aber preiswerter machen wird)

Dabei wurde das Heckrohr (übelste CFK-Faser) sehr leicht aufgebaut und vor allem konisch gestaltet.
Nur billig geht das ganz sicher nicht und eignet sich nicht zum täglichen "Eintopfen" ;-)

Mittlerweile wird das ganze Teil ähnlich der Serienherstellung (Autoklav, Unterdruck, ßberdruck, Tempern) hergestellt. Die Versuche zur Serienproduktion laufen noch.

Beim Fliegen erfüllt es den Zwek, den ich haben wollte:
"Bocksteif", länger als Serienrohre, aerodynamischer und leichteres Systemgewicht als ein vergleichbares "Rex-Heck". Und zudem sollte es auch noch nett aussehen :-)



Und die Praxis zeigt, dass das kegelige Rechteckrohr deutlich torosionssteifer ist als ein 21er CFK-Heckrohr (mehrlagig mit unterschiedlicher Belegung ausgeführt/ ähnlich der Bansheebelegung).
Beim 800er können so problemlos 813 Hauptrotorblätter und 130er Hecklatten geflogen werden. Hier liegt dann das Systemgewicht auch niedriger als beim Original-Rex-System.
Passt auf alle Chassis mit 61mm Innenbreite und Rexabtrieb.
Und die Heckfinne wackelt nicht, bei keiner Drehzahl.

Das ist im Moment noch nicht der Stein der Weisen, aber es ist ein nach vielen durchgeführten Testflügen, ein dauerhaft funtkionierendes Heck.

Grüße
UWE

[Albert]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Hallo,
neben der Form (rechteck/rund) spielt auch das E-Modul eine entscheidende Rolle. Und zwar für die Durchbiegung und Torsion. Leider kommen CFK-Laminate aufgrund des Matrix-Werkstoffes (Harz) im Regelfalle nicht an das E-Modul von Aluminium heran. D.h. rein auf Zug ist natürlich reine Kohlefaser deutlich besser, aber leider lassen sich nur die wenigsten Faserbauteile rein auf Zug auslegen.

Für das Heckrohr habe ich folgende Erfahrung: Insbesonders die mangelnde Torionssteifigkeit führt zu Schingungen, wenn ein Alu-rohr durch ein CFK-Rohr mit gleicher Wandstärke ersetzt wird. Erst wenn die Wandstärke nahezu doppelt so hoch ist, ist die Steifigkeit wieder im Bereich eines Alurohres. Und damit ist auch das Gewicht wieder identisch.

[Uwe Caspart]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Insbesonders die mangelnde Torionssteifigkeit führt zu Schingungen

Volle Zustimmung!
(kann das nicht rechnen, aber die Praxis hat es immer wieder bestätigt)

[Daliali]

[Exepury]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

@Albert:

Für das Heckrohr habe ich folgende Erfahrung: Insbesonders die mangelnde Torionssteifigkeit führt zu Schingungen, wenn ein Alu-rohr durch ein CFK-Rohr mit gleicher Wandstärke ersetzt wird

Das stimmt so nicht, weil es dank unterschiedlicher Faserlagen/Gelegen in CFK-Heckrohren durchaus ähnliche Torosionswerte gibt. Auch Schwingungen können durch diesen Aufbau (und ich rede hier nicht von Heimwerkerlaminieren mit ein und der gleichen Faser und Gelegeart) weitestgehend kompensiert werden. Zudem kommen meiner Erfahrung nach die Schwingungen oft nur von gar nicht oder schlecht ausgewuchteten Heckrotor- und Antriebseinheiten. Und die sind auf Dauer auch am Alurundrohr nicht zuträglich.

Und zum Thema Gewicht:
Fakt ist, dass ein Heckrohr (hier konisches CFK-Rechteckrohr mit 5mm Eckenradien) verglichen mit einem Komplettsystem z.B. Rex 700, bestehend aus Schubstange, Torque Tube, Lagern, Heckabstrebung, Schellen und Heckrotoreinheit leicht schwerer ist als zuvor genanntes konisches Rechteckheckrohr - das ist auch keine Theorie sondern gewogen.
Beim 800er Vergleich fällt dieses dann sogar noch besser aus; hier sind die Gramms schon relevant.

Grüße
Uwe

[oky]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Stimmt da war doch mal was in der Schule...

Es geht um eine Heckrohr:
Es sollen ein kreisrundes und quadratisches Rohr gleicher Länge und Masse verwendet werden. Durchmesser bzw Breite sind variabel.

Wie verhält sich Biege- und Torsionsmoment beider Rohre jeweils zueinander (in Prozent)?

Wie war denn noch die Formel?

Der beste Kompromiss ist in jedem Fall rund.
Es werden nicht umsonst fast nur runde Profile genutzt, wenn es um "Rundherumbelastung" geht.
Bei nur Horizontalbelastung sieht die Sache dann anders aus...
mit Blick z.B. auf Masten und Traversen.
L.G. Oli

[Exepury]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

da die Biegekräfte wen Sie nicht im Winkel von 90° auf die Rohrflächen auftreten gleichzeitig auch eine Torsionsbewegung in das Rohr einbringen

mmhhh, das kann ich nicht nachvollziehen? Meines Wissens nach werden unter anderem im statischen Bau ganz besonders viele Rechteckprofile eingesetzt, weil sie genau das nicht ermöglichen. Hier stützen sich über die Eckradien doch die Flächen(Wände) ab, die es zum tordieren dann in der Diagonalen verspannen müsste(Sprich: verbiegen)?!?
Gruß
Uwe

[Exepury]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Ich denke der Hauptgrund für die bei Helis eingesetzten Rundrohre fürs Heck ist die einfache Beschaffbarkeit und der Preis.
Es gibt sie in allen Dimensionen schon bei jedem kleinen Händler zu kaufen. Alu eignet sich besonders gut um daraus dünnwandige Modelle zu erstellen. Es ist je nach Menge vom Preis her nicht zu topen.
Dann gibt es eine Menge Psydo-CFK-Rohre, die aber entweder nur unidirektional oder gar nur optisch auf Köperbasis gebaut werden. Ganz zu schweigen von den Blendern, die dann nicht einmal vollständig aus CFK sind, sondern noch GFK enthalten und teils auch noch als Harz billiges Polyester verwenden.
Aber auch bei CFK-Rundrohren gibt es auf dem Markt welche, die weil sie aufwändig gelegt wurden auch dem Vergleich mit Alurohren standhalten, obwohl sie leichter sind. Aber die sind dann auch teuer.
Rechteckrohre aus CFK in brauchbaren Dimensionen für Hecks habe ich nicht finden können. Entweder nur kleine Dimensionen oder keine brauchbare Länge. Auf einer Messe habe ich mit einem Copterhersteller gesprochen, der zwar brauchbare Rechteck-CFK-Profile baut, diese aber aus technischen Gründen nicht länger als ca. 70cm herstellen kann. Dafür braucht es dann schon 70T Auszugkraft beim Pulttrudieren.
Ich denke gegen brauchbare Rechteckheckrohre spricht eigentlich nur der Preis. Diese werden immer deutlich teurer ausfallen als vergleichbare Rundrohre.

Gruß
Uwe

[Hanss Axel]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Ich würde es so machen:

Nimm Pappe der Größe A4. ( Z.B. dickes Papier für'n Drucker). Schneide der Länge nach zwei 6cm Breite Streifen.
Den einen Streifen faltest du zum Rechteck, den anderen rollst du zum Rohr und klebst sie zusammen.
Dann hast du schonmal das gleiche Gewicht bei gleicher Wandstärke.
Dann Schau welches besser auf Torsion und welches besser bei Verbiegung ist.
Praktisch, einfach und anschaulich.

Grüßle, Axel

[wirbelwind]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Hallo,

...spielt auch das E-Modul eine entscheidende Rolle. Und zwar für die Durchbiegung und Torsion. Leider kommen CFK-Laminate aufgrund des Matrix-Werkstoffes (Harz) im Regelfalle nicht an das E-Modul von Aluminium heran

Beim Vergleich Quadrat/Kreis spielt der E-Modul keine Rolle, es sei denn, man verwendet Materialien, die in unterschiedliche Richtungen unterschiedliche E-Module aufweisen.
Bei billigen CFK-Rohren sind die Fasern längsorientiert (siehe Drachebau). Die sind gut für Längskräfte und bedingt für Biegekräfte.
Die bessere Lösung sind gewickelte Rohre. Die weisen einen relativ gleichmäßigen E-Modul auf. Gibt es als Rund- und Quadratrohr.

...Desweitern kommt der Vorteil, das ein Rundrohr in 360° die gleiche Biegesteifigkeit aufweist. Bei einem Vierkantrohr ist dies nicht der Fall....

Das ist richtig - bei Vierkantrohren. Verglichen wurden ein Quadrat und ein Kreis.
Rechne mal im Beispiel den Unterschied bei einer Verdrehung der Schwerachsen des Quadrats nach...

...da die Biegekräfte wen Sie nicht im Winkel von 90° auf die Rohrflächen auftreten gleichzeitig auch eine Torsionsbewegung in das Rohr einbringen.

Das musst du dir nochmals überlegen. Sowohl beim Kreis, als auch beim Quadrat liegen der Schwerpunkt und der Schubmittelpunkt auf einer Achse. Ein Torsionsmoment ist definiert durch die Kraftgröße und dem Abstand zum Schubmittelpunkt. Da gibt es zwischen Quadrat und Kreis keinen Unterschied.

...Der beste Kompromiss ist in jedem Fall rund.
Es werden nicht umsonst fast nur runde Profile genutzt, wenn es um "Rundherumbelastung" geht.

Kommt darauf an...
Ob man es mir nun glaubt oder nicht: Im Modellbau und besonders bei den Modellhubschraubern wird so gut wie gar nicht gerechnet. Auch nicht von den "namhaften" Herstellern. [SIZE="1"](Liegt sicher z. T. auch daran, dass die meisten gar nicht in der Lage sind die auftretenden Kräfte zu qantifizieren.)[/SIZE] Wers nicht glaubt, soll doch einfach mal einen Strang (z. B. Heckausleger) nachrechnen...

Praktisch, einfach und anschaulich.

... aber nicht korrekt. Da ist das Papier/Karton einfach zu labbrig und es kommt das Beulen und Biegen der Quadratrohrwände zum Tragen, das man bei üblichen Abmessungen nicht hat. Wenn man es probieren möchte, dann kann man das einfach auch mit einem (Voll-)Holzstab in Rechteck oder Quadratausführung machen. Da wird man sehen, dass die Unterschiede nicht so groß sind.

Grüße
Klaus.

[Daliali]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Hallo

Das ist richtig - bei Vierkantrohren. Verglichen wurden ein Quadrat und ein Kreis.
Rechne mal im Beispiel den Unterschied bei einer Verdrehung der Schwerachsen des Quadrats nach...

Dann dreh mal ein Quatrat um 45° Dann das kein Rechteck sondern ein Quatratische Rohr gemeint war darauf bin ich auch allein gekommen

Das musst du dir nochmals überlegen. Sowohl beim Kreis, als auch beim Quadrat liegen der Schwerpunkt und der Schubmittelpunkt auf einer Achse. Ein Torsionsmoment ist definiert durch die Kraftgröße und dem Abstand zum Schubmittelpunkt. Da gibt es zwischen Quadrat und Kreis keinen Unterschied.

Belastund ist wie Strom und Wasser, Sie lieben den Weg mit dem geringsten Widerstand. Wenn eine Kraft diagonal auf ein Quatratische Rohr trifft dann, wird die Kraft nich ausreichen das Rohr zu Verdrehen, das ist klar, aber es wird eine auf em Bauteil lastende Torsionskraft unterstützen wenn sich durch diese Torsionskraft ein leichterer Weg für die Belastung ergibt.

Kommt darauf an...
Ob man es mir nun glaubt oder nicht: Im Modellbau und besonders bei den Modellhubschraubern wird so gut wie gar nicht gerechnet. Auch nicht von den "namhaften" Herstellern. (Liegt sicher z. T. auch daran, dass die meisten gar nicht in der Lage sind die auftretenden Kräfte zu qantifizieren.) Wers nicht glaubt, soll doch einfach mal einen Strang (z. B. Heckausleger) nachrechnen...

Da magst Recht haben, ein Modellbauer rechnet vermutlich nicht so in Detail, aber der Bauer eines F1 Boliden schon. Und da wirst kein Gitterrohrramen aus Quatratischen Streben finden.

Mit freundlichen Grüßen
Daniel

[wirbelwind]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Dann dreh mal ein Quatrat um 45°

Es war schon klar, was du gemeint hast. Deshalb der Hinweis: Rechne doch mal den Unterschied nach.

Wenn eine Kraft diagonal auf ein Quatratische Rohr trifft dann, wird die Kraft nich ausreichen das Rohr zu Verdrehen, das ist klar, aber es wird eine auf em Bauteil lastende Torsionskraft unterstützen wenn sich durch diese Torsionskraft ein leichterer Weg für die Belastung ergibt.

Nein. Grundgesetz der Physik: Aktion = Reaktion bzw. die Summe aller Kräfte bzw. Momente ist 0.
Eine Kraft die durch die Schwerlinie des Rohres geht (egal, welche Position das Rohr hat), erzeugt keine Torsion und hilft auch nicht mit, eine zu erzeugen.
Sie kann nur dann einen Beitrag zur Torsion liefern, wenn das verformte System betrachtet wird und dadurch ein entsprechender Hebelarm entstanden ist. Gilt aber wiederum für alle Querschnittsformen.
Was du vielleicht meinst: Der Schubmittelpunkt eines Querschnitts kann neben der Schwerlinie liegen (z. B. Winkel- oder U-Profile oder geschlitzte Rohrquerschnitte). Dann entsteht immer durch eine Kraft auf die Schwerlinie auch ein Torsionsmoment...

... aber der Bauer eines F1 Boliden schon. Und da wirst kein Gitterrohrramen aus Quatratischen Streben finden.

Der Vergleich hinkt aber nun schon ein bischen, oder?
Selbst wenn tatsächlich nur Rohrquerschnitte verwendet werden (würden), liegt hier die Situation völlig anders. Es werden hochfeste Stahlprofile (bzw. CFK, ...) verwendet mit sehr geringen Wandstärken (Gewicht). Die Profile werden zu ganz erheblichen Anteilen auch mit Normalkräften beansprucht (Stichwort: Knicken). Bei solchen Verhältnissen, muss man eine ganze Reihe anderer Aspekte, wie z. B. das Beulverhalten berücksichtigen. Diese Betrachtungen sind aber bei den Geometrie- und Kraftverhältnissen am Modellheli wirklich nicht von Bedeutung.
Wäre ungefähr so, als wenn du für Modellhelis nur Getriebegehäuse aus Leichtmetallguss als sinnvoll erachten würdest, weil bei den Großen solche verwendet werden.

Grundsätzlich würde ich sagen, dass für die Auslegung eines Bauteils immer eine ganze Reihe von Parametern zu beachten sind (z. B. Verfügbarkeit, Bearbeitbarkeit, Gewicht, Verhalten unter Belastung usw.). Sofern sich der Konstrukteur Gedanken bei seiner Arbeit macht, setzt er bestimmte Schwerpunkte und so ist entweder ein Kreis- oder Quadratrohr oder ein ganz anderes Profil interessant. Aus dem Bauch raus würde ich bei käuflichen Modellhelis sagen: Ganz oben auf der Liste steht "billige Herstellung".

Schöne Grüße
Klaus.

[Daliali]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Guten Morgen,

*gähn* Du bist aber schon früh Wach und hast Zeit Dir darüber den Kopf zu zerbrechen.

Nach dem ersten Kaffee bin ich nun auch so weit.

Es war schon klar, was du gemeint hast. Deshalb der Hinweis: Rechne doch mal den Unterschied nach.

Au Mist bin ich doof, ja Du hast da natürlich Recht, das hab ich tatsächlich ein Verwechslung. Die Schule ist manchmal doch schon länger her als man Denkt

Nein. Grundgesetz der Physik: Aktion = Reaktion bzw. die Summe aller Kräfte bzw. Momente ist 0.
Eine Kraft die durch die Schwerlinie des Rohres geht (egal, welche Position das Rohr hat), erzeugt keine Torsion und hilft auch nicht mit, eine zu erzeugen.
Sie kann nur dann einen Beitrag zur Torsion liefern, wenn das verformte System betrachtet wird und dadurch ein entsprechender Hebelarm entstanden ist. Gilt aber wiederum für alle Querschnittsformen.
Was du vielleicht meinst: Der Schubmittelpunkt eines Querschnitts kann neben der Schwerlinie liegen (z. B. Winkel- oder U-Profile oder geschlitzte Rohrquerschnitte). Dann entsteht immer durch eine Kraft auf die Schwerlinie auch ein Torsionsmoment...

Ja, meine Aussage ist das Produkt von Zusammenhänge die sich auf eine falschen Basis stützen und somit falsch. Aber Du hast mit dem was ich meinte ganz Recht, denn an das habe ich dabei gedacht.

Der Vergleich hinkt aber nun schon ein bischen, oder?

Ich finde nicht das der Vergleich sehr hinkt denn es geht hier um Maximale Steifigkeit bei geringstmöglichem Gewicht. Welche Materialien verwendet werden ist zweitrangig.

Wenn man das Rundrohr im Durchmesser so groß macht wie die Seitenlänge des Quadratrohrs dann ist das Quadrat besser, wird aber der Durchmesser so groß gemacht wie die Diagonale des Quadrats, dann ist das Rundrohr besser.

Das Quadratische Rohr hat dann Vorteile wenn der Platz wirklich nicht riechen sollte, das Rohr nur eingesteckt wird und ein Verdrehen verhindert werden soll oder wenn man die Flächen des Rohrs noch für etwas Nutzen will.

Da keines dieser Eigenschaften für einen Heli Heckrohr wichtig sind, und man ein Heckrohr ruhig auch in dem Durchmesser mit der Diagonale von dem Quadratischen Kandidaten verwenden kann dann hat das Rundrohr die bessere Steifigkeit

Mit freundlichen Grüßen
Daniel

[Heli-Anfänger Düsseldorf]

wer kann FEM?

Hallo Jungs,


sehr interessante Gedanken hier

Jetzt mal [SIZE="4"]Hosen runter[/SIZE],

wer von Euch kann [SIZE="4"]FEM[/SIZE]?


Erbitte PM.
Danke

LG
Wolfgang

[JMalberg]

AW: Biege- und Torsionssteife von Rund- und Rechteckrohr

Konnte, aber das ist eben 27 Jahre her (so um 1985).