Häufige Konstruktionsfehler und wie Sie sie vermeiden #2

Dies ist eine Fortsetzung meines Blogs über häufige Konstruktionsfehler.

Fehler #2: Steifigkeitssprünge

Die Natur zeigt uns z.B. bei Bäumen, dass Stabilität und Festigkeit bei der Belastung durch Eigengewicht, Wind, Schnee und Regen durch weiche Übergänge erreicht wird.

Ein Baum wird von einem massiven Stamm ausgehend, gleichmäßig immer schlanker. Die Bereiche mit den höchsten Belastungen haben die größten Querschnitte, die leichten Blätter werden nur noch durch dünne Ästchen getragen.

Die Lastabtragung ins Erdreich erfolgt durch eine Vernetzung von Wurzeln, die meistens die gleiche Dimension wie die Krone haben.

Es sind keine großen Steifigkeitssprünge vorhanden, die Übergänge sind eher fließend.

Dadurch ist der Spannungsverlauf im Stamm und in den Ästen gleichmäßig.

Steifigkeitssprünge, wie sie in der Natur kaum zu finden sind, führen dagegen zu lokalen Spannungsspitzen, von denen bei wechselnden Belastungen Risse ausgehen.

Konstruktionsfehler, die mir bei Schadensfällen häufig begegnen, sind dünne Bauteile, die ohne weiche Übergänge mit vergleichsweise dicken Bauteilen verbunden sind.

Typische Konstruktionsfehler sind nachstehend skizziert:

Schweißkonstruktionen mit Blechen

Bleche, die über Schweißverbindungen mitten auf anderen Blechen befestigt sind und Kräfte tragen, besitzen an den gekennzeichneten Stellen Steifigkeitssprünge und damit unnötige Spannungsspitzen (rot eingekreist).

Dies kann dadurch vermieden werden, dass die Anschlussbleche auslaufen.

Steifigkeitssprünge sind aber auch überall dort zu finden, wo massive Bauteile mit vergleichsweise weichen Bauteilen verbunden werden und Lasten übetragen.

Wellen und Rotoren mit großen Durchmessersprüngen

Bei gebrochene Wellen und Rotoren liegt oftmals die Schadensursache darin, dass die Verrundungsradien oder ggf. der Welleneinstich zu klein ausgeführt ist.

Dies kann durch eine Anpassung der Durchmesser, ev. auch eine Zwischenabstufung und großzügige Verrundungen bzw. Einstiche vermieden werden.

Fazit: Steifigkeitssprünge führen an den Übergangsstellen zu hohen Spannungsspitzen, von denen bei wechselnden Belastungen schnell Risse ausgehen.

Der aus Sicht der Festigkeit ideale Körper hat bei der Belastung überall das gleiche Spannungsniveau.

Dagegen sind Spannungen an den Kanten von Presssitzen eher unkritisch, da es sich hier im Wesentlichen um Druckspannungen handelt. Hier kommt es zu einer Plastifizierung an der Kante, die der Dauerfestigkeit keinen Abbruch tut. Dadurch wird die Spannung vergleichmäßigt.

Ich freue mich auf Ihre Fragen 🙂

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