Dome 2.0: Unterschied zwischen den Versionen
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Laserzuschnitte und Blechbieger: | Laserzuschnitte und Blechbieger: |
Version vom 27. April 2018, 21:12 Uhr
Language: | English |
---|
Dome 2.0 | |
![]() | |
Gestartet: | 27.02.2018 |
Involvierte: | ripper, Eisbaer |
Status: | in progress |
Beschreibung: | like PVCdome but made from metal |
Shutdownprozedur: | |
Zuletzt aktualisiert: | 2018-04-27 |
Metalab Dome 2.0
Eine neuer, besserer(TM) Dome für das Metalab, als Ersatz für den PVCdome.
Zu klären sind:
- Material (Aluminium vs. Stahl)
Größe- Art der Eckverbinder
- Planen für Outdoor-Einsatz
- Kristalluster
- etc.
Abmessungen
Domegröße
Verschiedene Daten, Rohrlängen und Anzahl für einen Dome mit 4,5m Radius in unterschiedlichen Frequenzen:
Domeform | 3V 5/9 | 4V 1/2 |
---|---|---|
Domehöhe | 5,344m | 4,5m |
Bodenfläche | 59,588m2 | 62,577m2 |
Rohranzahl x Länge | 30 x 1,484m | 30 x 1,139m |
35 x 1,720m | 30 x 1,329m | |
80 x 1,897m | 60 x 1,325m | |
20 x 1,985m | 70 x 1,408m | |
- | 30 x 1,462m | |
- | 30 x 1,344m | |
Gesamtanzahl | 165 Stk. | 250 Stk. |
Gesamtlänge | 296m | 336m |
Gewicht bei Alurohr 45x2,5mm | 266kg | 302kg |
Gewicht bei Alurohr 50x2mm | 240kg | 272kg |
Gewicht bei Stahlrohr 35x2mm | 485kg | 551kg |
Gewicht bei Titanrohr 35x1mm ;-) | 140kg | 159kg |
Daten von 3V 5/9 Rechner und 4V 1/2 Rechner.
Berechnung als .ods: Datei:Dome Maße und gewichte.ods
Verbinder
Benötigt werden folgende Verbinder:
- 65 Stk. 6-fach
- 6 Stk. 5-fach
- 20 Stk. 4-fach (am unteren Rand)
Für das Design wurden mehrere Möglichkeiten mit unterschiedlicher Komplexität gefunden:
V1
Die erste Version besteht aus einem relativ komplexen Blechteil aus 5mm Aluminium, an welches die Rohre mit jeweils 2 Schrauben befestigt werden. Durch die runde Biegung ergibt sich ein Formschluss zwischen dem Verbinder und dem Blech.
- Vorteile:
- Komplexität der Verbindung am Rohr ist sehr gering
- Nachteile:
- Hochkomplexes Blechteil
- Nicht für Stahlrohre geeignet (Korrosion innen)
Rohteile sind in Datei:Verbinder-Model.pdf zu sehen
V2
Die zweite Version sieht den Verbinder als einfaches Blechteil (5mm für Aluminium, 3mm für Stahl) mit nur einer geraden Biegung pro Rohrende vor. An jedes Rohrende soll ein Dreh- und Frästeil angeschweißt werden. Durch einen Flächenkontakt zwischen Verbinder und Rohrende ergibt sich ebenfalls ein Formschluss.
- Vorteile:
- Wenig Komplexes Blechteil
- Nur eine Schraube pro Rohrende
- Für Stahlrohre geeignet
- Nachteile:
- Kosten- und Materialaufwand für die Rohre
- Schweißen erforderlich
Das Design für Aluminium hat einen Abstand vom Rohrende zum Knotenmittelpunkt von 100 mm, alle Rohre können somit um 200 mm gekürzt werden. Bei Stahl beträgt dieser Abstand xx mm.
Datei:Rohrende Alu.stp
Datei:Zeichnung Rohrende Alu.pdf
Datei:Rohrende Stahl.stp
Datei:Zeichnung Rohrende Stahl.pdf
Auslegung
Beim aufgebauten Dome treten verschiedene Belastungen an den Rohren auf, diese sind nachfolgend ähnlich wie auf [1] ermittelt. Für die Berechnung werden die folgenden Rohrvarianten herangezogen:
- 45x2,5mm Aluminium EN AW-6060 T66
- 50x2mm Aluminium EN AW-6060 T66
- 35x2mm Stahl S355J2H
- Bonus: 35x1mm Ti6Al4V ;-)
Aluminium EN AW-6060 T66 weist laut [2] eine Streckgrenze sowie ein E-Modul von auf.
Stahl S355J2H weist laut [3] eine Streckgrenze sowie ein E-Modul von auf.
Titan Ti6Al4V weist laut [4] eine Streckgrenze sowie ein E-Modul von auf.
Biegung
Diese Belastung tritt beim Klettern auf dem Dome auf. Die höchste Spannung tritt dabei beim längsten Rohr bei mittiger Belastung auf. Ausgehend vom Widerstandsmoment des Alurohrs sowie des maximalen Biegemoments für einen beidseitig eingespannten Stab laut [5] ergibt sich die maximale Biegespannung .
Für die Berechnung wird eine Last von angenommen, da diese auch bei der Auslegung von Leitern üblich ist.
Zug- und Druckbelastung
Infolge des Eigengewichts, Windlast und anderer Belastung wirken Zug- und Druckkräfte auf die Rohre. An den Schraubverbindungen tritt die größte Belastung auf. Die maximale Last ergibt sich aus den zulässigen Spannungen und der Querschnittsfläche an der Schraubverbindung, welche der Einfachheit halber als 2 Rechtecke mit der Fläche angenommen wird zu
Annahme: M8-Schraube
Knickung
Wird das Rohr durch das Eigengewicht und andere Lasten auf Druck belastet, so ist auch die Knickung zu berücksichtigen. Entsprechend Belastungsfall 4 laut [6] beträgt die maximale Last mit sowie .
Übersicht aller Belastungsfälle
Die maximalen Belastungen für alle Lastfälle für die beiden Dome-Varianten:
VORSICHT: In der Festigkeitslehre wird üblicherweise ein Sicherheitsfaktor von 2 verwendet!
Domeform | 3V 5/9 | 4V 1/2 |
---|---|---|
Längstes Rohr | 1,985m | 1,462m |
Aluminiumrohr 45 x 2,5mm | ||
Biegespannungen | ||
Zugbelastung | ||
Knickung | ||
Aluminiumrohr 50 x 2mm | ||
Biegespannungen | ||
Zugbelastung | ||
Knickung | ||
Stahlrohr 35 x 2mm | ||
Biegespannungen | ||
Zugbelastung | ||
Knickung | ||
Titanrohr 35 x 1mm | ||
Biegespannungen | ||
Zugbelastung | ||
Knickung |
Die Berechnungen sind hier als .ods zum Überprüfen: Datei:Dome 2.0 Festigkeitsberechnung Rohre.ods
FE-Analyse
Aufgrund der bisherigen Ergebnisse wird die FE-Analyse mittels LISA FEA (Bei Verwendung und insbesondere Vergabe der Einheiten das Manual beachten!) nur für die Domeform 4V 1/2 in den Rohrvarianten Aluminium 45x2,5mm und Stahl 30x2mm durchgeführt.
Es werden die auftretenden Zug- und Druckkräfte (Tensile Force - Element values) sowie Verformung (Displacement Magnitude) wie folgt betrachtet:
Domeform | Aluminium 45x2,5mm | Stahl 30x2mm |
---|---|---|
Voll aufgebauter Dome | Datei:4V 1 2 Aluminium.liml | Datei:4V 1 2 Stahl.liml |
Eigengewicht | ||
max. Zugkraft | 0,127 kN | 0,200 kN |
max. Druckkraft | 0,202 kN | 0,322 kN |
max. Verformung | 0,09 mm | 0,10 mm |
3 Personen + mittige Last | ||
max. Zugkraft | 0,839 kN | 0,945 kN |
max. Druckkraft | 1,446 kN | 1,574 kN |
max. Verformung | 0,96 mm | 0,66 mm |
Windlast 20 kN | ||
max. Zugkraft | 2,427 kN | 2,668 kN |
max. Druckkraft | 2,430 kN | 2,647 kN |
max. Verformung | 2,3 mm | 2,2 mm |
Halb aufgebauter Dome | Datei:4V 1 2 Aluminium halb.liml | Datei:4V 1 2 Stahl halb.liml |
Eigengewicht | ||
max. Zugkraft | 0,063 kN | 0,101 kN |
max. Druckkraft | 0,064 kN | 0,096 kN |
max. Verformung | 0,8 mm | 1,8 mm |
3 Personen | ||
max. Zugkraft | 0,709 kN | 0,901 kN |
max. Druckkraft | 1,020 kN | 1,441 kN |
max. Verformung | 3,2 mm | 4,1 mm |
Scherung der Schrauben
Treten Zug- und Druckkräfte normal auf die Mittelachse der Schraubverbindung aus, so wird die Schraube auf Scherung belastet. Die zulässige Kraft ergibt sich laut [7] aus der zulässigen Scherspannung und dem Spannungsquerschnitt laut [8]. Die Scherspannung (für diese Berechnung wird der Faktor 0,8 angenommen) wird von aus Zugfestigkeit abgeleitet, welche sich wiederum aus den Festigkeitsangaben der Schraube nach [9], für nichtrostende Schrauben nach [10] ergibt.
Die maximale Scherkraft für einige in Frage kommende Schrauben:
Festigkeitsklasse | M6 | M8 | M10 |
---|---|---|---|
4.6 | 6,43 kN | 11,7 kN | 18,6 kN |
8.8 | 12,9 kN | 23,4 kN | 37,1 kN |
50 | 8,04 kN | 14,6 kN | 23,2 kN |
70 | 11,3 kN | 20,5 kN | 32,5 kN |
Verbinder
Für die Simulation des Verbinderblechs wurde ein Knoten des halb aufgebauten Domes (im Bild markiert) gewählt. An diesem Verbinder wirken an 2 Stäben Druckkräfte mit ca. 1000 N sowie Zugkräfte an den restlichen Rohren mit ca. 500 N. Auf dieser Basis wurde der Verbinder Variante 1 aus 5mm Aluminium sowie Variante 2 in 5mm Aluminium sowie 3mm Stahl simuliert. Die Kräfte wurden an den Bohrungen in das Blech eingebracht, wobei eine Bohrung als Festlager angenommen wurde.
Die Werkstoffdaten lauten wie folgt:
- Aluminium EN AW-5754 H22: laut [11] eine Streckgrenze sowie ein E-Modul von
- Stahl S355J2H, Kennwerte siehe oben.
- ...
Die Ergebnisse:
Verbinder | max. Spannungen | Buntes Ergebnisbild |
---|---|---|
V1 Aluminium | ||
V2 Aluminium | ||
V2 Stahl |
Es ist zu erkennen dass beide Aluminiumvarianten auch mit EN AW-5754 Auslieferungszustand H111 mit einem umsetzbar sind. Die Stahlvariante lässt sich bei gleicher Blechstärke auch aus 1.4301 laut [12] mit einem umsetzen.
Bezugsquellen für Material
(Groß)Händler für Aluminium im Großraum Wien:
Händler/Hersteller für Planen und Stoffe:
- stoff4you (Online de)
- Segelmacher Weber (Wien 19)
- Mehgies (Hersteller)
- Twitchell (Hersteller, ripper hat dort beruflich mal viele Muster kostenlos bekommen)
Schrauben und Verbinder:
Laserzuschnitte und Blechbieger:
- ...
Lohndrehereien:
- ...
Anfrageliste
Um die unterschiedlichen Varianten vergleichen zu können werden folgende Positionen angefragt:
- Rohre:
- Aluminium 45x2,5mm - 360m
- Stahl 35x2mm - 360m
- Rohrenden:
- Aluminium laut Zeichnung - 520 Stk. (?)
- Stahl laut Zeichnung - 520 Stk. (?)
- Verbinder:
- 6er Aluminium - 70 Stk.
- 5er Aluminium - 8 Stk.
- 4er Aluminium - 22 Stk.
- 6er Stahl - 70 Stk.
- 5er Stahl - 8 Stk.
- 4er Stahl - 22 Stk.
- Schrauben:
- Sechskantschrauben M8x35 - 600 Stk.
- Muttern M8 - 600 Stk.
- Unterlegscheiben M8 - 1200 Stk.
- ...
Planungstreffen
2018-03-24
Diskussion zu Werkstoff und Verbinderdesign, Festlegung auf angeschweißte Rohrenden mit flachem Blechconnector. ALternativplan: Einfach flachpressen und eine Schraube.
Einkaufs-/Stückliste:
- Rohre
- Endstücke für die Rohre
- Schrauben + Muttern + Unterlegscheiben
- Verbinder
- Bodenanker
- Klettersteigset (als Absturzsicherung)
- Plane
- Ösen
- Schnüre
Angefragt/Zusammengestellt werden die Stahl- und Aluvariante.
2018-03-15
- Anfrage für Preise für Planen an Mehgies ging raus.
- Generelle Diskussion zu Material, Dimensionierung und Verbindern
2018-03-08
- Anfrage für die 4V 1/2 Variante in 40x2mm Alu geht an verschiedene Händler.
- Planen: 1,5 oder 3m Stoffbreite ist ideal Aufgrund der Rohrlängen, folgende Mengen wären notwendig:
- 50m x 3m
- 150m x 1,5m
- ripper hat Materialmuster von verschiedenen Herstellern, nimmt die mit.
- Eisbaer macht Zeichnungen von den Konnektoren
Anmerkungen
Rohrlängen
- Da die meisten Händler Rohrlängen von 3 bzw. 6 m anbieten, würde ich empfehlen, die Längen in etwa soweit anzupassen, daß pro Langrohr möglichst viele Abschnitte entstehen mit möglichst minimalen Restverschnitt.
Hobbes (Diskussion) 21:59, 8. Mär. 2018 (CET)
Belastungsberechnung
- Statt der Zugfestigkeit, würde ich die Streckgrenze bzw. R verwenden, da wir hier ja auch einen Sicherheitsfaktor einplanen sollten (Bei Bespannung und Montage von schwereren Sachen im Freien, dann kommen noch Winddrücke, dynamische/statische Belastungen, etc. dazu). Die Annahme von m= 100 kg erscheint mir daher für die Berechnung als zu gering.
- EN AW-6060 T6 besitzt ein R und ein R. Daraus folgt, daß in der oberen farbigen Tabelle weitere zwei grüne Felder wegfallen würden und nur noch der Wert übrigbleiben würde.
- Obige Berechnung wurde unter der Annahme getroffen, daß die Kraft mittig auf der Rohrlänge angreift. Greift die Kraft jedoch extrem nahe bei einem Knotenpunkt an, ist zu überlegen, wie dieser Knoten auszuführen ist (Montagepunkt direkt am Rohr z.b: duchgesteckte Schraube), damit es nicht zu einem Ausleiern am Rohrende kommt.
- Diverse Statikberechnungen auf dieser Seite auch ein wenig beachten [14]
Hobbes (Diskussion) 21:59, 8. Mär. 2018 (CET)
Ich find das ja auch cool
doch bei der angedachten Belastungsdimensionierung von geräumigen 9m ist halt auch darauf zu achten, dass das beträchtliche Gewicht von Stangen, Schrauben, Planen erstmal verbracht werden muss. Im Freien will man eine Bodenverankerung, die weiteres Gewicht bedeutet (ggf. auch Boden) und zB bei einer MFVIE ist ungeklärt ob uns soviel Platz zur Verfügung steht und ob die das dem Boden dort antun wollen bzw was dazwischengelegt werden muss. Für den Aufbau sind statt schlichten Leitern schon eher fahrbare Arbeitsplattformen angesagt (oder gleich eine Arbeitsbühne wie beim 10m Leih-Dome).
- wir rechnen mit einem Gewicht von 230 kg für die Alu Rohre und 50-100 Kg für die Plane. eine Bodenverankerung ist nicht erforderlich. einzelne Streben wiegen nur ca.1Kg, und man kann auf bestehenden teilen kann man klettern. --Eisbaer
€2k als Budget ist toll aber in der Größe/Stabilität wirds dann schnell wieder eng.
Macht sicher ein cooles LeiwandVille Hackzelt, bei der MF wär es programmatischer Standbau aber für eine typische Stadtflucht mit effektiv eher 3 statt 4 Tagen ist es schon wieder recht viel Aufwand. Es dann gleich etwas länger rumstehen zu lassen würde bedeuten es ist dann auch unbeaufsichtigt, Passanten, Haftung bla. Lagerung im Container könnte man mit Kurt vllt arrangieren.
- Lagerung sollte im Keller ohne Probleme Möglich sein, Platzbedarf ca. eine Europalette. --Eisbaer
PS: Umgedreht auch für die MetaFunker als dish interessant: für EME and beyond :) --pk (Diskussion) 18:59, 14. Mär. 2018 (CET)
Bonusprojekte
anlumo: Es wäre cool, den Dome mit Solarpanelen zu bestücken, und damit die Beleuchtung drinnen autonom betreiben zu können.
Ich habe das mal für 200W LED-Beleuchtung berechnet. Wenn wir annehmen, dass diese 5h lang pro Tag läuft, brauchen wir ca. 1000Wh an Akku (nachdem die Beleuchtung nur genau dann läuft, wenn die Solarpanels keinen Strom liefern).
Kostenplan:
- 1024Wh LiFePO-Akku mit BMS €835+shipping
- 200W flexible Solarpanels €161
- Charge Controller €24
- Diverse Kabel
- LED-Beleuchtung selber (to be discussed)