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Hallo,
ich hoffe ich kann hier mein Frage verständlich formulieren. Dabei geht es um die Neukonstruktion eines Schlittens der auf zwei Schienen vor und zurück fährt.  Er wird dabei von zwei Seilen links und rechts, welche oben am Schlitten angebracht sind von einem Motor gezogen. In der Mitte der Konstruktion ist der Kraftangriffspunkt, erzeugt von einer von außen aufgebrachten Druckkraft. Die Kraft wird auf eine schräge Platte aufgebracht. Der Motor regelt so, dass die Seilzugskräfte einmal knapp über und einmal knapp unter der Druckkraft liegen. So dass der Schlitten alternierend nach vor und zurück geschoben/gezogen wird (Motor bremst und zieht abwechselnd). Die Konstruktion steht unter Dauerbelastung, hat aber deutliche Belastungsspitzen alternierend.
Das Problem liegt jetzt darin, dass das vordere linke Festlager gebrochen ist (Führungen haben links zwei Festlager und rechts zwei Loslager), weil die Druckkraft ziemlich außermittig (rechts unten) und viel zu hoch aufgebracht wurde. Dadurch hat es den Schlitten wohl leicht verdreht und so eine ungünstige Axialbelastung auf das Festlager gebracht.
Die Aufgabe liegt nun darin die Konstruktion allgemein stabiler/steifer zu machen damit der Schlitten auch höheren Belastungen standhält. Ich will und darf nicht mehr Details verraten, ist eine Diplomarbeit. Mir gehts nur darum eventuell ein paar Denkanstöße zu bekommen. Damit ist meine eigentlich Frage nur wie man solche Mehrkörperkonstruktionen stabiler/steifer machen kann (Die Konstruktion selbst ist eine recht komplizierte Leichtbaukonstruktion, man kann sie komplett flach zusammenklappen, verwendet wird sie dann ausgeklappt). Versucht man dabei die Einzelelemente wie zB. die Führungen über Konstruktionsänderungen zu versteifen oder stabilere Lager einzubauen oder ist es besser die gesamte Konstruktion so zu verändern um eventuell die Wirkungslinie der Druckkraft optimaler zu platzieren? Vielleicht hat wer nen Tipp wie man solche Probleme generell angeht.
lg

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Hallo Jimmy, willkommen bei CAD.de.

" Denkanstöße " Das nennt sich Festigkeitslehre, Technische Mechanik und Physik. Bei der Physik speziell die Mechanik.

Ohne das Ganze Gerät zu kennen ist es schwierig da einen Hinweis zu geben. Ich würde bei der größten Kraft anfangen und suchen wo die herkommt, vermutlich von der Beschleunigung.
Diese dann entsprechend reduzieren.

Die Bruchstelle verstärken bringt meistens nicht viel, weil es dann daneben bricht.

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Klaus

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>>Leichtbaukonstruktion, man kann sie komplett flach zusammenklappen, verwendet wird sie dann ausgeklappt

Das steht im Konflikt zu "stabiler/steifer".

>>die gesamte Konstruktion so zu verändern um eventuell die Wirkungslinie der Druckkraft optimaler zu platzieren?

Vermutlich wird es darauf hinaus laufen.
Aber zuerst würde ich untersuchen, ob die vorhandene Konstruktion "stimmig" ist oder ob sie offensichtliche Schwachstellen enthält.

>>Dadurch hat es den Schlitten wohl leicht verdreht und so eine ungünstige Axialbelastung auf das Festlager gebracht.

Unnötiges Spiel / zu hohe Toleranzen? Umgekehrt kann man die Toleranzen nicht beliebig eng setzen, weil die Fertigung sonst wesentlich verteuert oder gar unmöglich wird.

Ohne die Details und insbesondere die erforderlichen Randbedingungen zu kennen, ist es völlig unmöglich, einen zielführenden Rat zu geben.
Aber schließlich sollst Du ja mit der Diplomarbeit Deine Befähigung zu wissenschaftlichem Arbeiten unter Beweis stellen...
Das Konzept für die Verbesserung muss schon von DIR kommen. Dieses Forum will Dir nicht beim Mogeln helfen. Aber Du darfst gerne in weiteren Beiträgen konkrete Detailfragen klären. Wenn Deine Fragen unter Beweis stellen, dass es Dir nicht an Grundkenntnissen von "Festigkeitslehre, Technische Mechanik und Physik" (Zitat Klaus) fehlt, wirst Du vermutlich wertvolle Hilfe erhalten.

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Rainer Schulze

Hast Du ein CAD-Modell und steht Dir ein Programm für eine 3D-Toleranzanalyse zur Verfügung?
Und bei "Leichtbauweise" denke ich an eine FEM-Analyse zur Untersuchung, welche Teile eventuell zu schwach ausgelegt wurden und einen unverhältnismäßig hohen Beitrag zur Verformung des Zusammenbaus beitragen.

[Diese Nachricht wurde von Rainer Schulze am 27. Sep. 2014 editiert.]

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Erstmals Danke für die schnellen Antworten. Ich weiß es ist schwer hier einen Rat zugeben, aber ich will auch keine konkreten Tipps zur Vorgehensweise, weil ich das Problem natürlich alleine angehen will. Ich will nur eine entsprechende Diskussion starten weil es mir so leichter fällt das ganze besser zu verstehen. An Grundkenntnissen fehlt es mir nicht, aber ich bin kein 100%iger Konstrukteur, ich studiere Biomechanik, meine Grundausbildung liegt im Maschinenbau.
So nun zu ein paar Details:

@Klaus: Beschleunigungskräfte vom Schlitten selbst sind nahezu null, bzw. sehr gering, er bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit, außer im Umkehrpunkt. Das Problem ist die Größe und Position der Druckkraft. Sie wird von der Ferse des Beines einer Person eingeleitet. Abwechselnd wird dabei mit der Oberschenkelmuskulatur gedrückt und gebremst. In den Umkehrpunkten, wo der Schlitten kurzzeitig steht, können so recht große, ungünstig wirkende Kräfte entstehen. Die Führungen rollen mittels Gleitlagerbuchsen auf einem T-Profil und sind unten mittels Rollen gegen Abheben gesichert. Gebrochen ist dabei der axiale Anschlag eines Festlagers. Daher ist das vermutlich einmal die erste Schwachstelle und ich werde hier die Konstruktion verbessern. Aber ich will auch die Gesamtkonstrukion stabiler machen.

@Rainer: Die Konstruktion ist grundsätzlich stabil, da sie über einen Mechanismus einrastet. Ich bin gerade dabei die Konstruktion auf Schwachstellen zu untersuchen, was aber mit fehlender Erfahrung rein vom Betrachten her nicht so leicht ist. Ja ich besitze die CAD-Daten, deswegen wollte ich sowieso mit einer FEM-Analyse beginnen. Ich habe auch alle genauen Information bezüglich Kraftgrößen, Position, Geschwindigkeiten in dem Moment als die Lagebuchse gebrochen ist. Ich kenne mich auch ganz gut aus mit finite Elemente Berechnungen. Aber ich habe es immer nur bei einzelnen Konstruktionselementen gemacht. Ist das bei komplexen Baugruppen überhaupt möglich, die aus zig Gelenken bestehen, schon mal rein vom Rechenaufwand her? Wär vielleicht besser ein vereinfachtes Modell zu zeichnen und da ne Analyse zu machen um mögliche Schwachstellen zu erkennen und unnötige Rechenzeit zu verhindern.

Christoph

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>> Ist das bei komplexen Baugruppen überhaupt möglich, die aus zig Gelenken bestehen, schon mal rein vom Rechenaufwand her?

Es kommt darauf an, was Du untersuchen willst.
Bei Gelenken denkt man natürlich an Bewegung und somit an eine transiente Analyse. Da braucht man bei einer komplexen Baugruppe sicher eine gute Workstation - aber eine Uni sollte so etwas haben.

Gerade aber, wo Du angibst, Daten über die Ausfallsituation zu haben, sollte eine statische Festigkeitsanalyse völlig ausreichen. Da mag es vielleicht am mangelnden Arbeitsspeicher im Notebook eines armen Studenten scheitern, aber an einem guten Rechner ist das kein Problem.

>>Wär vielleicht besser ein vereinfachtes Modell zu zeichnen

Im Prinzip ja.
Aber zwei Anregungen:
1) Vor dem Einsatz von FEM würde ich mit analytischen Betrachtungen (Handrechnung oder Excel oder MathCad) versuchen heraus zu finden, ob Spiel oder Verformung oder ein ungünstiger konstruktiver Ansatz entscheidend ist. Hinsichtlich des konstruktiven Ansatzes müsstest Du dann aber schon Erfolg versprechende alternative Konzepte haben. Zahllose Varianten zu kalkulieren kann Dir zu viel Zeit rauben.
>> weil die Druckkraft ziemlich außermittig (rechts unten) und viel zu hoch aufgebracht wurde...
Wie kann es dazu kommen? Im ungünstigsten Fall sind die Randbedingungen, die der Konstruktion zu Grunde liegen, unzureichend definiert. Auch diese Möglichkeit muss man bei der Ursachenforschung in Betracht ziehen...
2) Jede Simulation arbeitet mit Modellen, die eine vereinfachte Abbildung der Realität sind. Man muss sich halt darüber im Klaren sein, an welcher Stelle weitere Vereinfachungen zulässig sind und wann man in Gefahr gerät, das Fehlerbild auf unzulässige Weise zu verfälschen.

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Rainer Schulze

[Diese Nachricht wurde von Rainer Schulze am 27. Sep. 2014 editiert.]

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Ich kann mich nur anschließen:
Ohne Kenntnisse der Belastugnen ist eine Optimierung nicht möglich.
Damit kannst Du Spannnungen (Biegung, Torsion, etc.) and den Stellen berechnung und mit zulässigen Werten vergleichen.
Oder mal Belastungen an den Stellen messen, Dehnungsmeßstreifen, Kraftaufnehmer, ......

Die Prinzipielle Vorgehensweise hast Du ja im Studim gelernt?

Bunte Bildchen mit FEM zu erzeugen ohne überschlägiche Kontrollrechnung per Hand halte ich für nicht sinnvoll....

Gruß Alex

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