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Forum: Offtopic Flächenträgheitsmoment bzw. Widerstandsmoment von Eisenbahnschienen?


Autor: L. H. (holzkopf)
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Hallo,

mein Spezl und ich müssen einen Rad-Bagger (6t max.) und einen Dumper
http://www.bing.com/images/search?view=detailV2&ccid=GggFM0ME&id=E523FDD75A836B0CDDCBDB02F4BDBFDC9F74900E&thid=OIP.GggFM0MEH1PBjgjfP8SGogHaFd&q=dumper&simid=608009750366126894&selectedIndex=0&ajaxhist=0
mit max. 8t in unwegsamem Gelände bewegen können.

Dabei müssen wir auch "Gräben" überbrücken können.
Beliebige Auflager für minimal zu überbrückende Spannweiten können wir 
dabei herstellen.

Berechnungen dazu sind auch kein Problem:
Größtmögliche Lastannahme dazu ist der Dumper.
Vierrädrig, also max. 2t bei "geteilter" Fahrbahn von ihm.

SF ist auch klar:
Bestenfalls einseitig schwellender Lastfall.
SF 2 genügt dazu, ist aber nicht unbedingt das Thema.
Ich bin ohnehin gewöhnt daran, mit SF >3 (entspricht dynamischer 
Belastung) Berechnungen zu machen:
St37 => 1000kg/cm^2.

Nun dachten wir daran, zwei "Fahrbahnen" für die schweren Geräte 
bereitzustellen.
Konkret aus mehr oder weniger Schrott, um das preisgünstig realisieren 
zu können.

"Umgedrehte" Eisenbahn-Schienen wären dazu eine Möglichkeit.
Genauer gesagt, der Teil von ihnen, der normalerweise an die Schwellen 
geschraubt wird, obenliegend verbaut.

Ich finde nur leider dazu nichts im Netz.
Musste auch feststellen, daß die mir gewohnten stinknormalen 
Koordinaten-Beziehungen x/y inzwischen offensichtlich verändert wurden:
https://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%A4chentr%C3%A4gheitsmoment

Was für ein total "bescheuertes" Unternehmen ist es denn eigentlich, 
neuerdings geläufige Koordinaten-Systeme "umschalten" zu wollen?

Aus meiner Sicht ist das alles total "hirnrissig":
Wir schauen uns einen Querschnitt an.
Wie sollte der denn anders (in seiner Ebene) definiert werden können als 
über die stinknormale Beziehung zwischen seinen Koordinaten:
x horizontal, und
y vertikal dazu

Was hat dabei z zu suchen?

Egal:
Konkret geht es mir um das Widerstandsmoment von Eisenbahnschienen.
In tradierter Schreibweise:
W_x = ? cm^3.
Denn nur W_x ist für seitliches "Ausknicken" maßgeblich.

Hat jemand Tabellenwerte bzgl. Eisenbahnschienen dazu?

Grüße

Autor: Clemens S. (zoggl)
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Miss bitte die höhe kopf und fussbreite und die kopfhöhe, wenn du die 
norm der schiene nicht kennst, dann schau ich nach, was passen könnte.

www.voestalpine.com/schienen/static/sites/schienen/.downloads/profillist 
e_2013.pdf

Ist ein überblick

Sg

Autor: Karl K. (leluno)
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L. H. schrieb:
> Hat jemand Tabellenwerte bzgl. Eisenbahnschienen dazu?


Schneider, Bautabellen, Eisenbahnbau

S49/149mm hoch:
Wz=240cm3
Wy=51cm3

: Bearbeitet durch User
Autor: L. H. (holzkopf)
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Clemens S. schrieb:
> ...wenn du die
> norm der schiene nicht kennst, dann schau ich nach, was passen könnte.

Danke für Dein Angebot. :)
Tatsächlich weiß ich noch nicht, welches Schienenprofil (als Schrott) 
verfügbar ist.

Früher gab es regional mehrere Gleisbaulager, wo man "ausgediente" 
Schienen bekommen konnte.
Das wurde inzwischen aber mehr und mehr zentralisiert - muß ich noch 
klären, wie jetzt die "Verschrottungs-Wege" laufen.

Karl K. schrieb:
> S49/149mm hoch:
> Wz=240cm3
> Wy=51cm3

Danke für die konkreten Werte. :)
Nachdem ich noch nicht weiß, welche Profile zur Verfügung stehen:
Könntest Du mir bitte auch noch die Werte zu S54 nennen und zu beiden 
Profilen auch noch die I_y-Werte (cm^4)?

Denn das würde es mir erleichtern, das Ganze überschlägig richtig 
einordnen zu können.
Damit meine ich die grobe Überprüfung über die Trägheitsmomente, weil ja 
nur diese additiv gehandhabt werden dürfen.

Der grundsätzliche Gedanke beim evtl. Schieneneinsatz basiert auf 
dreierlei:

1) die (obenliegenden) Schienenfüße sind ungehärtet, also problemlos 
zusammenschweißbar, und sie sollen die eigentliche "Fahrbahn" 
bereitstellen.
37,5cm sollten dazu theoretisch ausreichend sein.
Nachdem aber exakt gerades Fahren v.a. bei Dumpern (sind "Knicklenker") 
etwas schwierig ist, dürfte es besser sein, die (Einzel-)Fahrbahnbreite 
gleich auf 50cm Breite auszulegen.

2) die Schienen werden in der neutralen Zone (ihren mittigen Stegen) 
durchbohrt und mit Distanzstücken (zwischengelegte Rohre) 
zusammengezurrt.

3) wodurch ihre "dicksten" Teile aggregierte Unterzüge der Fahrbahnen 
bilden können.

@ zoggl:
Ich weiß zwar, wie die "Nutzseite" von Schienen beim Warmwalzen gehärtet 
wird, habe jedoch keine Ahnung davon, wie tief diese Härtung in das 
"dickste" Teil der Schienen eindringt.
Was meinst Du dazu:
Ist das in etwa vergleichbar mit induktiven Härtungen von Nocken- und 
Kurbelwellen bei Verbrennungs-Motoren?

Bzw. anders gefragt:
Könnte sich die Härtung bei 3) irgendwie kontraproduktiv auswirken?
Im Sinn von evtl. Rißbildung in den Unterzügen.

Grüße

: Bearbeitet durch User
Autor: Karl K. (leluno)
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s49:
Jx=1819cm4
Wz=240cm3

s54:
Jx=2073cm4
Wz=262cm3

Mein Tabellenbuch stammt von 1976. Die Verwendung von x,y,z kommt mir 
auch merkwürdig vor, kann ich dir aber nicht erklären, da meine 
Stahlbaukenntnisse auch aus dieser Zeit stammen. (Ich rechne immer noch 
mit kp, geht einfach nicht raus.)

Wie willst du sowas denn ohne Tabellenbuch berechnen? Gebraucht gibts 
die für 20 € bei ebay. Wenn du mit 1000kp/cm2 rechnest, brauchst du dir 
über Härtung wohl keine Gedanken machen. Du hast dann ja 
1,8x3,7=6,7-fache Sicherheit. Welche Spannweiten hast du denn? 
Vielleicht wären Baumstämme eine Alternative?

Autor: Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne) Benutzerseite
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Soweit ich das überreisse wird in den verlinkten Koordinatesystemen x 
für die Längsachse, y für,die Breie/Tiefe und z für vertikale Achse 
verwendet, was schon zu meiner Schulzeit in den 70ern üblich war.

Namaste

Autor: Clemens S. (zoggl)
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L. H. schrieb:
> Ich weiß zwar, wie die "Nutzseite" von Schienen beim Warmwalzen gehärtet
> wird, habe jedoch keine Ahnung davon, wie tief diese Härtung in das
> "dickste" Teil der Schienen eindringt.

halte ich für unbedenklich. dein Problemfall dürfte ausdrehen 
(Schweißung gibt auf und die Schiene dreht sich quer und wird über die 
Schmalseite gebogen) sein, da geht nur der E Modul rein.

wenn ich deinen Lastfall mit 5t 5m Spannweite und einer Scheine annehme 
komme ich auf 260N/mm² (ohne Gewähr).

geh auf Nummer sicher und rechne zur Sicherheit mit dem Wx der "falsch" 
stehenden Schiene als Kontrolle, dann gibt es Drehknicken nicht.

sg

Autor: L. H. (holzkopf)
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Ausgebaute Eisenbahnschienen bekommt man am besten bei kleineren 
Gleisbau-Unternehmen, die sowohl für die Bahn als auch für andere 
Unternehmen Gleise erneuern.
Wie z.B. in meiner 
Region:http://www.sanirail-nuernberg.de/html/kontakt.html

Bekam dort die Infos:
- meistens fällt S49 an. Entspricht St37.
- Schrottpreis liegt derzeit bei ca. 140 Euro/t
- 1t entspricht bei S49 ca. 20m Schienenlänge

Karl K. schrieb:
> Mein Tabellenbuch stammt von 1976. Die Verwendung von x,y,z kommt mir
> auch merkwürdig vor, kann ich dir aber nicht erklären, da meine
> Stahlbaukenntnisse auch aus dieser Zeit stammen. (Ich rechne immer noch
> mit kp, geht einfach nicht raus.)

Ist bei mir ähnlich gelagert:
Im Betonkalender 1970 beziehen sich alle Querschnitte auf das 
Standard-xy-Koordinatenkreuz.
Ich habe es längst aufgegeben, über den Sinn anderer (auch räumlicher 
Achsen) nachzudenken bzw. mich daran gewöhnt, daß halt mit 
unterschiedlichen Achsen in unterschiedlichen Gewerken gearbeitet wird.
Ist ja alles nur eine Frage der Sichtweise. ;)

Auch ich berechne prinzipiell überhaupt nichts in N und schon gleich gar 
nichts in N/mm^2, weil mir das in viel zu große Zahlen "ausartet", mit 
denen es schwierig wird, mal schnell per Kopfrechnung etwas überschlägig 
einordnen zu können.

> Wie willst du sowas denn ohne Tabellenbuch berechnen?...

Über das Flächenträgheitsmoment I kann man das schon machen.
Ist aber schon etwas Rechenaufwand - egal ob man aus einem angenommenen 
Massivteil, hier bei S49 12,5 x 14,9cm, nicht vorhandene Flächen abzieht 
oder die Einzelteile (Fuß + Mittelsteg + "dicke Laufbahn für die Räder") 
additiv zusammenstückelt.

Weshalb ich Dir auch danke, daß Du mir die relevanten Werte nanntest. :)

> ...Wenn du mit 1000kp/cm2 rechnest, brauchst du dir
> über Härtung wohl keine Gedanken machen. Du hast dann ja
> 1,8x3,7=6,7-fache Sicherheit. Welche Spannweiten hast du denn?
> Vielleicht wären Baumstämme eine Alternative?

Nimmst Du den Faktor 1,8 für den einseitig schwellenden Lastfall an?
Also "über den Daumen" 50% sigma-Minderung?

Die Spannweite ist mir/uns noch unbekannt.
Natürlich werden wir versuchen, sie zu minimieren.

Baumstämme kommen als Alternative nicht in Frage.
Weniger deshalb, weil man nicht auch mit "gewachsenem Rundholz" durchaus 
(locker) Tragfähigkeiten von Doppel-Trägern erreichen kann, sondern viel 
mehr deshalb, weil das Gelände bei Regen "schmierig" werden kann.

Erfahrungsgemäß lebt nichts länger als Provisorien.
Und mit Stahl gibt's nun mal dabei keine Qual. ;)

Clemens S. schrieb:
> wenn ich deinen Lastfall mit 5t 5m Spannweite und einer Scheine annehme
> komme ich auf 260N/mm² (ohne Gewähr).

Danke, daß Du das mal überschlägig berechnet hast.
Schon klar, daß es nur ohne Gewähr sein kann, aber dennoch sind solche 
"Hausnummern" hilfreich und weiterführend, weil sie ungefähre 
Größenordnungen verdeutlichen können.

5m Spannweite werden wir nicht haben.
Denke eher, daß sie nach noch zu schaffenden (sicheren) Auflagern 
zwischen 3 bis 4m liegen wird.

St37 wird ja inzwischen anders bezeichnet.
Als S235, worin seine Streckgrenze mit 235N/mm^2 "geschlüsselt" ist.
Insoweit wären die von Dir gen. 260N/mm^2 bereits unzulässig. ;)

Durch Verringerung der Spannweite verringert sich dieser Wert natürlich.
Ich gehe von folgender max. Lastannahme aus:
Dumper 8t max.
Der hat vier Räder, wodurch pro Rad max. 2t (jeweils) auf eine der 
beiden "Fahrbahnen" einwirken können.

Diese Lastannahme ist zunächst die "ungünstigste":
Mittig zwischen den Auflagern.
Verglichen werden muß sie mit dem anderen Fall, wenn der Dumper mit 
beiden Rädern zwischen den Auflagern steht.
Erst danach kann der "ungünstigste" Fall genauer umrissen werden.
Und nur der ist maßgeblich für sichere Auslegungen.

> geh auf Nummer sicher und rechne zur Sicherheit mit dem Wx der "falsch"
> stehenden Schiene als Kontrolle, dann gibt es Drehknicken nicht.

Ja, mit Sicherheit lasse ich mich dabei auf gar nichts Unwägbares ein.
Wenn ein Dumper in einen Graben gefallen ist, sind schwere 
"Bergungs-Kräne" "angesagt".
Kosten dafür liegen mit Sicherheit über erhöhtem Materialeinsatz auf 
Schrottpreis-Niveau, um einen Dumper-Absturz in den Graben von 
vornherein unterbinden zu können.

Mal ganz abgesehen davon, daß auf dem Dumper auch ein ihn lenkender 
Mensch sitzt, der bei einem Absturz zu Schaden kommen könnte.
Wegen ein paar Euro Materialeinsatz hin oder her??

Wenn es um "Leib und Leben" geht, bin ich keinesfalls bereit dazu, für 
"grenzwertige" Auslegungen irgendeine Verantwortung übernehmen zu 
wollen.
Es kann jederzeit sonstwas passieren.
Auch aus menschlichem Fehlverhalten.

Doch dem vorbeugend können auch Maßnahmen ergriffen werden.
Z.B. bei den angedachten beiden "Fahrbahnen" seitlich angeschweißte 
Stege, die verhindern können, daß ein Fahrzeug überhaupt "aus der Bahn" 
laufen kann.

Grüße

Autor: Karl K. (leluno)
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> 1,8x3,7=6,7-fache Sicherheit.

Das war Mist. Streckgrenze ist nur 2,4. Da kommt dann 1,8 als 
Sicherheitsbeiwert drauf.

Du hast bei Annahme 1,0 also nur 2,4-fache Sicherheit gegenüber 
Streckgrenze.

L. H. schrieb:
> Diese Lastannahme ist zunächst die "ungünstigste":
> Mittig zwischen den Auflagern.

Dafür gibt es das Tabellenbuch:
Einzellast: Pxl/4
zwei Einzellasten: P x a(Abstand vom Auflager)
Da sieht man bei gleichem P dann sofort, dass der 2.Lastfall maßgeblich 
ist.


> dann gibt es Drehknicken nicht.

Wenn das Auflager unter die Druckzone kommt, gibt es den Lastfall 
Knicken m.E. nicht.

Autor: L. H. (holzkopf)
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Karl K. schrieb:
>> 1,8x3,7=6,7-fache Sicherheit.
>
> Das war Mist. Streckgrenze ist nur 2,4. Da kommt dann 1,8 als
> Sicherheitsbeiwert drauf.
>
> Du hast bei Annahme 1,0 also nur 2,4-fache Sicherheit gegenüber
> Streckgrenze.

Ja, gut. Keiner von uns ist frei davon, sich auch mal zu vertun.
Deshalb reden wir ja hier auch miteinander.

Mir ist es "in Fleisch und Blut" übergegangen, prinzipiell bei St37 
"NUR" mit 1000 kg/cm^2 zu rechnen.
"Basis-Minderungs-Faktor": 3,7.
Du wunderst Dich evtl. über die kg/cm^2?
Als Bauigel interessiert mich nur, welche Lasten (in kg oder t) ich auf 
welche Querschnitte stellen kann, ohne daß dabei irgendetwas 
"zusammenkracht"
Die "Gleichgewichts-Bedingung" von kg impliziert dabei, daß 1 kg der 
Fallbeschleunigung unterliegt.

Wozu sollte ich mich mit kp oder N aufhalten?
Die ursprüngliche Einheit des Druckes lautet:
kg/cm^2.
Was eindeutig definiert ist und sich beliebig "umrechnen" läßt.


Grüße

Autor: L. H. (holzkopf)
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Karl K. schrieb:
> Dafür gibt es das Tabellenbuch:
> Einzellast: Pxl/4
> zwei Einzellasten: P x a(Abstand vom Auflager)
> Da sieht man bei gleichem P dann sofort, dass der 2.Lastfall maßgeblich
> ist.

Ja, hast recht damit. :)
Ist auch ganz gut, daß Du von gleichen P sprachst.
Weil mich das veranlasst, zu hinterfragen, ob bei dem Dumper tatsächlich 
auf beiden Achsen/pro Rad realistisch 2t anzusetzen sind.

Denn die 2t/Rad sind meinerseits nur eine Annahme, abgeleitet aus dem 
zulässigen GG des Dumpers.
Es könnte aber durchaus sein, daß der Dumper auf der Vorderachse mehr 
Gewicht hat als auf seiner Hinterachse.
V.a. dann, wenn er mit Bruchsteinen "vollgeknüppelt" und überladen wird. 
;)

Ist kein Problem:
An der Abladestelle wird der Abraum nach Gewicht in Rechnung gestellt.
Da können wir auch mal darum bitten, beim absichtlich vollgeknüppelten 
Dumper die beiden Achsen getrennt bzgl. ihres Gewichtes zu messen, um 
das klären zu können.

Danke für die indirekte Anregung dazu. :)

Grüße

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