Frage bzgl notwendiger Stabilität von Metallrahmen

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hallo,

ich bin neu hier im Forum und habe eine Frage bzgl. der Stabilität einer Konstruktion, die ich gerne realisieren würde. Damit das alles auch funktioniert würde ich mir vorher gern Rat bei einem Experten holen :smile:

Zu meiner Frage: Ich plane als Teil eines größeren Projekts einen Metallrahmen in Form eines Rechtecks zu bauen. Die Seitenmasse werden 1600mm x 2000mm betragen. Innerhalb des Rahmens wird eine Stoffmatte gespannt werden, die mit Seilen in regelmäßigen Abständen (ca. 50mm) ringsherum am Rahmen befestigt wird. Auf dieser Matte sollen zwei Personen sitzen können (max. Annahme: 180kg).

Die 4 Seitenteile des Rahmens werden jeweils miteinander verschraubt. Die ganze Konstruktion soll auf 4 Stützen stehen, jeweils in den Ecken des Rechtecks angebracht (Höhe: etwa 200mm).

Was ich gerne wissen möchte:

  • Ist Aluminium oder Stahl als Werkstoff sinnvoller? Die gesamte Konstruktion sollte möglichst leicht sein. Keine spezielle Legierungen nötig - einfache, gängige und günstige Konstruktionsrohre eben.

  • Welches Rohrprofil ist am Besten geeignet? Rundrohr? Vierkant (quadratisch/rechteckig)?

  • Welche Maße sollten die Konstruktionsrohre in etwa besitzen? (Wandstärke und Durchmesser bzw. Breite+Höhe

Ich hoffe meine Beschreibung ist verständlich und dass du mir mit einer Schätzung oder ungefähren Berechnung weiterhelfen kannst.

Ich würde mich sehr über deine Antwort freuen.
Vielen Dank und freundliche Grüße,
JuliusG

#2

Hallo,

tut mir leid, kann zurzeit nicht antworten.

mfg
canuma

#3

Hallo JuliusG,

für eine Berechnung habe ich leider keine Zeit.
Ich kann dir aber aus meiner Erfahrung folgende Hinweise geben:

Die 4 Seitenteile des Rahmens werden jeweils miteinander
verschraubt.

Falls Du keine Winkelversteifung einplanst, sind mindestens 2 Schrauben je Überlappung zu verwenden.

Die Frage nach dem Werkstoff:
Wenn es günstig sein soll, nimmst Du 4 Baumstämme mit Durchmesser von etwa 10 cm -Verbindung über Knoten (Seile).
Ob Stahl oder Alu ist erst einmal zweitrangig. Stahlrohre können auch einfach verschweißt werden. Aber: Stahlprofile sind sehr schwer, würde daher Alu bevorzugen.
Es gibt sog. Alu-Montageprofile - die sind einfach miteinander zu verbinden. Ein Querschnitt von min. 6x6 cm wird sicherlich erforderlich sein. Für eine Kaufquelle bitte googeln.

Kritisch solltest Du auch den verwendeten Stoff sehen - Reißfestigkeit sollte gut sein. Die Anbindung des Seiles am Stoff ist am besten über Metallösen zu realisieren.

Gruß,
Pascal

#4

Hallo, ich würde ein Rechteck Stahlrohr suchen 100 x 50, 2 m lang. Würde das Stahlrohr an den Enden abstützen und mit 180 kg belasten. Wenn die Durchbiegung stimmt, den Rahmen daraus machen. Alles andere ist eine Konstruktion die berechnet werden sollte. Gebe keine Gewährleistung auf diese Aussage. Nur für den Privatgebrauch.

Gruss J. Elges

#5

Hallo,
hört sich nach einer Art Hängematte an. Die Belastung könnte man auch Berechnen, allerdings würde ich das für den ersten Versuch mal „pi*Daumen“ versuchen.
Grundsätzlich werden die Rahmenrohre ja auf Biegung beansprucht. Da bietet sich eigentlich ein Rundrohr an, da die Hauptlastrichtung ja teilweise nach innen zeigt. Ein Rohr mit quadratischem Querschnitt wäre meine 2. Wahl. Ich zitiere mal kurz Wikipedia:

Die Biegesteifigkeit ist das Produkt aus Elastizitätsmodul und Flächenträgheitsmoment I des Querschnitts. Das Flächenträgheitsmoment hängt wesentlich von der Form des Querschnitts ab.

Wie stark die Durchbiegung bzw. Absenkung eines biegebeanspruchten Bauteils bei gegebener Last ist, hängt neben der Biegesteifigkeit auch von dessen Länge und den Lagerungsbedingungen ab…

Ich hätte ein gutes Gefühl bei einem Alurohr 50x5 (Aussendurchmesser 50, 5mm Wandstärke) Rein rechnerisch sollte sich das ca. 5-10mm in der Mitte durchbiegen.

Stahlrohr aus „Feld-Wald&Wiesen-Stahl“ könnte auch 50x3 sein.

Gruß, Michael

#6

Hallo Julius,
eine perfekte umfassende Antwort kann ich dir nicht geben eher ein paar Hilfestellungen.
Wenn du ein Metallgestell/Träger entwerfen willst, musst du dir eine maximale Durchbiegung für die einzelnen Träger vorgeben.
Bsp. Längsseite: Vereinfachte Annahme: Träger auf 2Lagern, l=2000mm; F=900N(halbe Gewichtskraft); a=b=1000mm; E=210000MPa(Stahl); gewählte Durchbiegung in der Mitte f=5mm
I=(900N*1000mm^2* 1000mm^2)/(3*210000MPa*2000mm*5mm)=
I=14,28*10^4mm^4
In der Realität hast du keine Punkt, sondern eine Linienlast, damit würde die Durchbiegung noch geringer ausfallen.
Mit dem Wert schaust du in die Übersicht eines Stahlhändlers bspw. http://www.ruukki.de/Produkte-und-Losungen/Stahlprod…
Damit solltest du mind. ein 50x50x2,5 Rohr nehmen.
Warum nicht Alu? Weil E nur 81000MPa, häufig wesentlich teurer, schweißen schwieriger usw.
Viereckige Rohre machen es hinsichtlich Anschlüssen, Gewinde usw. einfacher.
MfG,
Stefan

#7

Unverbindliche Schätzung:
Quadrathohlprofil 80x80x5

unbedingt von Statiker berechnen lassen!

#8

Sorry, kann leider nicht weiterhelfen. Gruß.

#9

Vielen Dank für deine schnelle Antwort.
Du hast mir sehr bei meiner weiteren Planung geholfen.

Schöne Grüße,
Julius

#10

Vielen Dank für deine Antwort, sie wird mir bei meiner weiteren Planung sicherlich behilflich sein.

Grüße
JuliusG

#11

Vielen Dank für deine schnelle Antwort! Deine Schätzung hat mir sehr geholfen, mir schwebten bereits ähnliche Ausmaße vor.

Schöne Grüße,
Julius

#12

Vielen Dank für deine schnelle Antwort!
Du hast mir sehr geholfen bei meiner weiteren Projektplanung.

Schöne Grüße,
Julius

#13

Vielen Dank für deine schnelle Antwort!
Du hast mir sehr geholfen bei meiner weiteren Projektplanung.

Schöne Grüße,
Julius

Unverbindliche Schätzung:
Quadrathohlprofil 80x80x5

unbedingt von Statiker berechnen lassen!

#14

Hallo,

ich würde Stahl bevorzugen.
(Aber nur weil ich mich in der Aluminiumkonstruktion nicht gut auskenne.)
Natürlich ist Alu leichter.
Beim Rohrprofil ist das so eine Sache. Ich denke Rechteckprofile sind leichter zu verarbeiten. Wenn der Rahmen draussen steht und schraubbar ausgeführt werden soll, musst du dir konstruktiv noch Gedanken machen wie das ganze dann verbunden werden soll (wegen Rost etc.). Wenn die Rohre angebohrt werden, werden diese auf Dauer von innen/aussen anfangen zu rosten…
Eventuell sollte der Rahmen dann komplett verzinkt werden.
Das Gewicht für zwei Personen würde ich etwas höher ansetzen. Schliesslich bewegt ihr euch auch auf dem Teil. Mit zweifacher Sicherheit ist das ganze dann mehr als ausreichend dimensioniert.
Rechteckrohr 60x60x5 oder 80x80x4 o. ä. ist meiner Meinung nach ausreichend.
Knackpunkt wird aber die Aufhängung des Tuchs sein und nicht die Rohre.
(Es sei denn dieses soll direkt einfach um das Rohr gewickelt werden…)
Das ganze ist nicht gerechnet und unter Angabe ohne jegliche Gewähr…

mfg

#15

Hallo,

ich bin leider kein Experte auf diesem Gebiet.
Ich arbeite im Bereich Feinmechanik.

Da die Konstruktion möglichst leicht sein soll, würde ich Aluminium verwenden. Ich habe Balkonmöbel aus Aluminium, die einen sehr stabilen Eindruck machen.
Ich sehe kein Problem bei den 180 kg.

Die Wahl des Profils ist wohl eher eine Frage des Designs.

Bei der genauen Auslegung kann ich leider nicht helfen.

Freundliche Grüße
Jens Klingelhöfer

#16

Hallo Julius, da kann ich dir leider nicht weiterhelfen. Ich kenne mich mit Motoren und Getriebe aus. Vielleicht findest du ja einen anderen Experten.

Gruß Andreas

#17

Moin JuliusG,

eine interessante Aufgabe, auch für einen Baustatiker:
Im Prinzip ein kleines Seiltragwerk, bei dem die Seilkräfte von einem horizontalen Rahmen aufgenommen / abgetragen werden müssen.

Das System lässt sich mit den heute verfügbaren EDV-Programmen berechnen. Wichtig sind jedoch der zulässige / auftretende Durchhang der Stoffmatte und die Dehnsteifigkeit des Stoffes (ich gehe davon aus, dass die Seile nur zum Anschluss dienen und nicht durchgehend gespannt werden).

Rund- oder Rechteck- / Quadratrohr? Anschlüsse sind bei Rundrohren komplizierter, dies gilt auch für die Eckverbindungen.

Ich schlage Dir vor, die Aufgabe empirisch zu lösen; denn ein statischer Nachweis kostet richtig Geld.

Mit einem Holzrahmen aus Kanthölzern 90 / 90 mm würde ich beginnen und die Stoffmatte in 2 Stufen mit 180 und 400 kg in Feldmitte belasten. Stahl- bzw. Alu-Profil lassen sich dann durch Umrechnung der Materialkennwerte einfach ermitteln.

Freundliche Grüße, Horst.