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Warum rollt sich eine Luftschlange oder ein zusammengerollter Gartenschlauch ab (möchte sich gerade strecken).
Kennt jemand den physikalischen Effekt und eine Berechnungsmethode für die dabei enstehenden Kräfte die beim hineinpusten in die Luftschlange das ausrollen bewirken.

Luftschlange: spiralförmiges Gebilde, mit einem Mundstück zum hineinpusten.

Danke für die Info

Werner

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Moin!

Luftschlange nennen würde ich die gerne im Karneval und zu Silvester verwandten, ohne Kern lose aufgerollten Papierstreifen, etwa 7mm breit, mehrere Meter lang, Wickeldurchmesser innen etwa 3cm, Wickeldicke etwa 5 mm, die man durch axiales Pusten abrollt. Die neigen aber nicht dazu, sich "gerade zu strecken" und die haben auch ganz sicher kein "Mundsstück".

Meinst Du also diese Dinger, die zwar auch im Karneval zu beobachten sind, aber IMHO mehr auf Jahrmärkten zu Hause sind, die aus einem flachgedrückten Schlauch aus imprägniertem Papier bestehen? Die _haben_ ein Mundstück.

Im Inneren des flachgedrückten Papierschlauchs ist ein schmales vorgespanntes Federblech, das sich aufrollen will und den flachgedrückten Papierschlauch dabei mitnimmt, also einrollt. Die äußere Papierlage wird dabei jeweils gedehnt und die innere Seite gestaucht, und zwar gerade so viel, wie es dem Radiusunterschied, also der Papierdicke entspricht. Aufgrund der geringen Dicke auch des flachgedrückten Papierschlauchs ist die Rückstellkraft in dem Papier gering.

Wenn man aber in den Papierschlauch hineinbläst, kann er nicht mehr flach liegen, der Querschnitt vergrößert sich und damit auch sein Flächenträgheitsmoment, und die unterschiedliche Dehnung der Innen- und Außenlage entwickelt ein viel größeres Biegemoment, das dann viel stärker ist als das eingelegte Federband.

Beim Gartenschlauch ist es etwas anders und auch bei technischen Bälgen, auf die Du, wie ich vermute, da Du im Maschinenbauforum postest, hinauswillst. Die haben diagonal liegende Zugfasern, was bei Tangentialzug eine axiale Spannung hervorruft. Eine axiale Spannung wird auch durch den Innendruck hervorgerufen, aber diese ist bekanntlich nur halb so groß wie die tangentiale (Kesselformel, Wursthautvergleich).

Bei einer Biegebelastung könnte man ein Gleichgewicht zwischen dem axialen Fluiddruck, der Zugkraft auf der strammen Seite und dem Biegemoment ansetzen. Im unbelasteten Zustand hat so ein Fluiddruckträger rundum gleiche Axialspannung im Mantel. Ein Biegemoment führt zu einer Verungleichmäßigung der Axialspannung in der Form, dass sich ein dem Biegemoment entsprechendes Spannungsprofil dem über dem Querschnitt konstanten Zug überlagert.

Wenn die Biegedruckspannung die aus dem Fluid folgende Zugspannung erreicht, treten die ersten Falten auf.

[ergänzt:]
Die Berechnung beim Abrollen selber ist sehr viel schwieriger, da es dabei auch Druckkräfte und Falten im Material gibt, was formelmäßig nur schwer zu fassen ist.
[/)

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

[Diese Nachricht wurde von Doc Snyder am 30. Mrz. 2008 editiert.]

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Hallo Doc, ich glaube mit dem Gartenschlauch liegst Du etwas daneben.
Das funktioniert bei gebogenen Metallrohren genauso.
Ich habe schon Druck-Meßumformer gesehen die arbeiten nach diesem Prinzip, die wurden als Prozessgeräte verkauft.
( Meine Kollegen haben die gebaut )
Hydraulikrohre bewegen sich auch unter Druck.
Ich glaube durch den Druck ensteht eine Kraft in Längsrichtung des Rohres und biegt es auf.
Eine konkrete physikalische Erklärung kenne ich auch noch nicht.

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Klaus           Solid Edge V 18 SP6  Acad LT 2000

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Zitat:

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Original erstellt von N.Lesch:
Das funktioniert bei gebogenen Metallrohren genauso.
Hydraulikrohre bewegen sich auch unter Druck.

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Ja, da hast Du Recht, das mit der Diagonalfasern ist nicht die einzige Erklärung. Ein interessantes Problem, was?

Die Spiralrohre in den Druckmessgeräten, die ich bisher in meinem Leben angesehen habe, hatten alle auch einen flachgedrückten Querschnitt; bei einem solchen erklärt die druckbedingte Querschnittsveränderung die "Abwickel"-Bewegung vollständig: ra-ri wird größer, li und la bleiben gleich, dann müssen ri und ra auch größer werden.

Ist diese Streck-Bewegung bei wirklich runden Rohren auch tatsächlich beobachtbar, oder beruht der Effekt darauf, dass der Querschnitt an den Biegungen nicht rund ist?

Rein dehnungstechnisch bliebe nämlich bei ideal runden Rohren nur der Effekt, dass sie bei sehr hohem Druck auch ihren Durchmesser ein wenig vergrößern und dann der "ri-ra wird größer"-Effekt eintritt. Aber in Hydraulikleitungen herrscht ja auch sehr hoher Druck.

Sicher entsteht eine Kraft in Längsrichtung, aber da denke ich zunächst mal, dass die in Außen- und Innenfaser gleich wirkt.

Ich denke, dass das Diagonalgewebe durchaus eine Rolle spielt. Bei gewebeverstärktem Schlauch ist der Streck-Effekt meiner Meinung nach besonders groß, und das wäre folgendermaßen erklärbar: Durch die unterschiedliche Dehnung in den Schlauchbögen strecken sich die Quadrate des Gewebes in verschiedener Orientierung zu Rauten, außen längs, innen quer. Die Außenfasern zeigen also mehr in Längsrichtung als die Innenfasern und wirken daher stärker. Wenn der Wasserdruck kommt, gibt es eine Längsdehnung, und der gestauchte Innenbereich lässt sich leichter dehnen als der bereits gedehnte Außenbereich. Ausgeglichen ist das nur beim vollständig geraden Schlauch.

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

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