Unter dem stumpfen Schwert: Wie Wirbel Kraftkegelmethode nutzen

Formoptimierung Von der Faulpelzecke zum Zugkegel

04.09.2023 Aktualisiert am 11.09.2023 Ein Gastbeitrag von Prof. Dr. Claus Mattheck, Dr. Klaus Bethge 1 min Lesedauer

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Unter dem stumpfen Schwert: Wie Wirbel aus Faulpelzecken einen Zugkegel erschaffen, welche Rolle die Kraftkegelmethode spielt und was das für die Optimierung von Bauteilen bedeutet, zeigen Experten vom KIT hier.

Unter dem stumpfen Schwert: Wie Wirbel aus Faulpelzecken einen Zugkegel erschaffen.(Bild: Mattheck) — Unter dem stumpfen Schwert: Wie Wirbel aus Faulpelzecken einen Zugkegel erschaffen.
(Bild: Mattheck)

Eine zähelastische Probe, entnommen aus einem Karateschlagpolster, wird durch eine stumpfe Schneide senkrecht belastet und extrem deformiert. Dabei bilden sich zwei ausgeprägte elastische Wirbel beidseitig der Schneide. Die anfangs unbelasteten oberen Faulpelzecken werden dadurch einwärtsgedreht und somit wieder zu tragenden Elementen resozialisiert. Sie bilden schließlich einen Zugkegel über der Schneidkraft. Die finale Deformationsfigur lässt sich mit der Kraftkegelmethode verstehen.

Dies wird hier mittels selbsterklärender Abbildungen aufgezeigt:

Bildergalerie

Abb. 1: Aus [1] ist bekannt, dass man bei kleinen Deformationen die unbelasteten Faulpelzecken einer rechteckigen Platte unter mittiger Einzellast gemäß der Kontur der Zugdreiecke abschneiden kann. Die Last wird praktisch allein durch den Druckkegel unter der Einzelkraft abgetragen. Die Kontur ähnelt einem Bachkieselbug.(Bild: Mattheck)

Abb. 2: Diese Sequenz aus durch mittigen Klingendruck deformiertem zähen Kunststoffplatten zeigt, wie beidseitige Wirbel die bislang unbelasteten Faulpelzecken einwärtsdrehen und somit oberhalb der Schneidenkraft überhaupt erst Material für einen Zugkegel bereitgestellt wird. Die Faulpelzecken werden zu Nützlingen im Bauteil durch das druckausgleichende Wirken der Wirbel im Festkörper.(Bild: Mattheck)

Abb. 3: Passt man unsere Kraftkegelmethode [1] an die Abmessungen der Probe als Designraum an, erkennt man, dass die durch Extremdeformation entstandene Kontur dem Kraftkegeloptimum recht nahekommt.(Bild: Mattheck)

Fazit:

Wirbel in festen Körpern können bei großen Deformationen bislang unbelastete Bereiche als Lastträger aktivieren. Diese Erkenntnisse könnten auch bei Belastung freier Oberflächen unter schräger und tangentialer Last greifen [2].

Tipp

Mehr Informationen zu Büchern und Seminaren finden Sie auf:

www.mattheck.de

Literatur:

[1] Mattheck C, (2017), Die Körpersprache der Bauteile – Enzyklopädie der Formfindung nach der Natur, Karlsruher Institut für Technologie

[2] Mattheck C, Greiner C, Bethge K, Tesari I, Weber K. The Force Cone Method Applied to Explain Hidden Whirls in Tribology. Materials. 2021; 14(14):3894. https://doi.org/10.3390/ma14143894

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* Prof. Dr. Claus Mattheck, Distinguished Senior Fellow, und Klaus Bethge, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, KIT Karlsruher Institut für Technologie, Institut für Angewandte Materialien, Karlsruhe.

(ID:49677356)

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