Massivholz-CNC-Teil: Max. zul. Biegemoment & Kriechverhalten

[DanielJ]

Hallo zusammen,

ich wollte euch um Hilfestellung zum Thema Massivholz in Verbindung mit max. zul. Biegemoment & "Kriechverhalten" bitten, da ich eher aus dem Maschinenbau komme, und ihr das wahrscheinlich einfach beantworten könnt:

Anbei findet ihr einen Ausschnitt einer CAD-Zeichnung (CNC-Fertigung; siehe anbei "Kräfte_u_Lamellenbreite") eines 40mm starken Massivholz-Teils (Entwurf).

Material: Wildnuss, A/B-Qualität & 1-schichtig; Teil kann, soweit mir vom Tischler gesagt wurde, aus einer durchgehenden Lamelle gefräst werden!
Verwendung: Innenraum Wohnung/Haus

In den oberen Langlöchern (einseitig gefräst) findet über die beiden mittigen Bohrungen nach oben eine Fixierung dieses Teils an eine andere Massivholz-Platte mittels Schraube & Mutter statt (siehe anbei "MT_Fixierung").
Beide rote Pfeile nach oben zeigend = schematische Spannkraft der Schrauben.
Das Thema ist die unten eingezeichnete zusätzliche Kraft (ebenfalls roter Pfeil nach oben zeigend; rechnerisch ca. 2 kN), die dadurch den Teil mit einem Biegemoment belastet, und ev. auch eine Kriechbewegung.
Gem. dem Link (http://www.holzwurm-page.de/holzarten/holzart/nussbaum.htm) kann man von einer Biegefestigkeit von min. 119 N/mm² für dieses Material ausgehen, natürlich auch wieder variierend nach Luftfeuchte etc.
Zusätzlich ist ja auch die Faserrichtung für größeren Widerstand gegen die Biegung entscheidend, sowie die erwähnte einzelne durchgehende Lamelle, die geplant wäre.

Was mich interessiert hätte:

1. Ist dieser Min.-Wert der Biegefestigkeit für dieses Holz glaubhaft bzw. hättet ihr einen anderen/besseren?

2. Gibt es ev. eine pauschale Aussage, dass ein "Kriechen" - also eine schleichende Verformung des Stegs quer zur eingezeichneten Faserrichtung - des Teils unter einem gewissen %-Satz der min. Biegefestigkeit oder ab einer gewissen Steifigkeit auszuschließen ist? Oder muss man hier den gesamten Weg über Flächenträgheitsmoment & Steifigkeit gehen?

3. Wenn es einen pauschalen %-Satz gibt, wie viel ist dieser in diesem Fall, und gibt es einen Verweis auf eine Norm hierzu, auf den ich mich stützen kann?

Falls es wirklich Richtung detaillierte Berechnung zum Holz geht, könnte mir hier jemand klare Referenzen/Verweise zukommen lassen, da Metall einfach "was anderes" ist?

SG, Daniel

 

[uli2003]

Das Biegemoment ist sicherlich kein Problem.

Was vermutlich nicht halten wird ist die obere Verschraubung, oder wirkt die Kraft exakt in Richtung des Pfeils und kann nicht auslenken nach rechts?

 

[IngoS]

Hallo,

ohne das berechnet zu haben, sehe ich da auch gravierende Probleme bei den Langlöchern. Auch wenn da noch 8mm stehen bleiben, ist bei den Verschraubungen extrem kurzes Holz. Das kann man mit einer Hand wegbrechen. Die geplanten 2000N sind ja auch kein Pappenstiel. Beim unteren Langloch ist die Wandstärke nach unten hin so gering und auch noch Hirnholz, dass es da womöglich schon beim Fräsen Ausbrüche gibt. Kann man da nicht besser mit Querlochmuttern arbeiten?
Insgesamt natürlich stochern im Nebel, weil man die Gesamtfunktion nicht kennt.

Gruß Ingo

 

[carsten]

Hallo

der gemeine Holzwurm ( auch Schreiner oder Tischler genannt) rechnet bei sowas eher selten. Wenn im Holzbereich kommt das eher bei industriell gefertigten Serienmöblen vor, wo es tatsächlich um Einsparpotential geht.
Das ganze sieht nach einem Möbelfuß aus. Ich würde jetzt eher nach dem Gewicht des Möbels plus evtl Inhalt gehen.
Die Schwachstelle sehe ich eher im Bereich der Schrauben bzw Verschraubung als im Material ansich.

 

[DanielJ]

Danke mal für Eure Antworten und Eure Expertise!!
Genau, alle Kräfte sind fix und bleiben auch so durch die gewählte Verbindungsart.
Da habt ihr schon recht, das mit den Langlöchern ist schon recht knapp, weswegen ich extra große Unterlegscheiben (Durchmesser) verplant habe, um die Flächenpressung zu reduzieren). Welche 8mm meinst du? Ist das etwas, wo man sagen kann, dass fix brechen wird, oder man das probieren müsste? (es handelt sich um eine reine Fixierung, also eine statische Last). Beim unteren Langloch hat mir der Tischler zu dem kleinen Abstand gesagt, dass dies auch mal während der Fertigung geprüft werden müsste. Ich begleite diese mit.
Die Querlochmutter ist eine gute Idee, jedoch kommt hier nur eine spezielle Verbindung in Frage.
Die 2kN wären nur Worst-case und sind eben bereits mit Sicherheit gerechnet....wollte mich im Vorhinein absichern (wenn's damit hält, dann ist alles gut).
Ich habe eben sehr oft gehört, dass man beim Werkstoff Holz manchmal einfach "probieren" muss, und sich langsam dem End-Design annähert.
Mir wäre eben wichtig gewesen, dass genug Biegesteifigkeit & "Dauer-Kriech-Widerstand" (ich schätze das ist die Fläche des Stegs) da ist, und hätte das (zumindest) gerne anhand einer groben Berechnung nachgewiesen, bevor "die Späne fliegen".
Wäre das Eurer Meinung nach möglich, und wenn ja, könntet ihr mich hier unterstützen?
Wäre für diese Art der eingezeichneten Belastung die Faserrichtung korrekt bzw. wie könnte man diese noch optimieren?

Ich bin für jede Auskunft/konstruktive Kritik dankbar!

 

[uli2003]

Genau, alle Kräfte sind fix und bleiben auch so durch die gewählte Verbindungsart.

Dann wird die obere Verschraubung ja nur auf Druck belastet. Da kann nichts passieren. Wenn es ein Möbelfuß wäre welcher unten aufstände, dann sähe das anders aus. Bei gerade gerichteten Kräften passiert da nichts - Knickbelastung wäre ein schnelles Ende des kurzen Längsholzbereichs der oberen Verschraubung.

 

[Daniboy]

Dann wird die obere Verschraubung ja nur auf Druck belastet....

@DanielJ - kannst Du das bitte klarstellen? Du schriebst ja am Anfang, dass ein Biegemoment durch die 200kg entsteht.

Durch die Hebelverhältnisse liegen dann an der oberen linken Schraube ja auch ca 100 bis 150kg die nur durch 16mm verbleibendes Holz (mit ungünstigster paralleler Faserlage) weitergeleitet werden.
In diesem Bereich besteht Abschergefahr.

Zu den Biegespannungsangaben laut Holzwurm-page: Nuss 119-147 N/mm²
Die sind meiner Ansicht nach Biegebruchspannungen die jeweils mit verschiedenen fehlerfreien Nuss-Hölzern in Versuchen (unter Idealbedingungen) ermittelt wurden.
Diese Werte weichen noch ganz erheblich nach unten ab durch div. Holzfehler und sonstige Einflüsse
und ergeben dann die diversen Festigkeitsklassen die die Holzlieferanten angeben.
Ich tät hier nicht mehr als 40N/mm² annehmen. Das gilt aber nur beim günstigsten Faserverlauf (wenn ungünstigster Fall, dann nur ca 1/10 davon!).

Effizientes Feedback ist natürlich schwierig beim "Stochern im Nebel", wie Ingo schon schrieb...
- Hebelverhältnisse optimieren
- Krafteinleitung verbessern
- Langloch-Nuten nicht so "großzügig"
- mehr Material um die Nuten herum (die 8mm erhöhen, die 16mm erhöhen)
- ev. Belastungsversuch bis Bruch mit vereinfachten Teil (30 Minuten mit Bandsäge und Oberfräse)