Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

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DenkMal
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Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von DenkMal » 04 Dez 2015, 00:11

Hallo,

ich hab eine Schrägseilbrücke (viele dünne Tragseile im Gegensatz zur Hängebrücke) in Planung. Ordentliche Konstruktion für den Fahrbahnträger hab ich, für die Pylone hab ich ne Idee, Prototyp steht noch aus. Nur bei den Tragseilen sitz ich in der Patsche :?

Die kritischsten Seile soll etwa 30m lang sein. Bei Belastung der Brücke durch ein Fahrzeug (z.B. 5kg) soll die Brücke weniger als 10cm durchhängen. Das Seil darf sich demzufolge aufgrund des flachen Seilwinkels nur etwa 3cm bzw. 0,1% dehnen. Bruchlast sollte minimal 30kg (gut 300N) sein.

Zuerst hab ich das blaue ft-Seil betrachtet: Nylon, unter 1mm Durchmesser, vom Gewicht her ... Bruchlast 15kg?! Müsste ich doppelt legen, ok. Aber es dehnt sich bei Arbeitslast (= 50% Bruchlast) rund 10%. 10% von 30m sind 3m ... da setzt die Brücke lange vorher auf dem Boden auf :lol: (oder zerbricht :o ). Bei z.B. Sicherungsseilen ist die hohe Dehnbarkeit von Nylon vorteilhaft, da sie den Ruck reduziert.

Dann ft-Streben (also mehr Kette als Seil): Ab 2-3kg Zuglast verrutschen die S-Riegel in den Ösen nach außen, spätestens bei 7kg verformen sich die Ösen plastisch. Bei 17kg haben die Streben noch gehalten, sahen aber nicht mehr gut aus. Dazu hohe Kosten, viel Arbeit und hinterher sehr, sehr viele zerstörte Streben.

Schließlich doppelt gelegte WT120 (wie bei meinem 20m-Turm massenhaft im Einsatz): Zugfestigkeit reicht nun problemlos. Aber das Eigengewicht auf 30m ist jetzt mit 4,2kg größer als das des zu haltenden Brückensegments. Kettenlinie heißt das hässliche Wort. Das Seil hängt mangels Zugspannung sehr deutlich durch. Wenn nun ein Fahrzeug die Brücke befährt, dehnt sich das sehr massive Seil zwar fast nicht, aber der Durchhang reduziert sich, wobei das Seil effektiv doch wieder länger wird, und die Fahrbahn absackt

Dann hatte ich noch die Idee, ft-Seile mehrfach legen: für die gewünschte 0,1%-Dehnung müsste ich irgendwo zwischen 40 und 80 Seile parallel legen. Unklar ob das nicht doch schon wieder zu schwer wird. Ergibt aber für die ganze Brücke 65-130km Seil ... Abgesehen vom astronomischen Preis, was für ein Aufwand, das zuzuschneiden und keine ungewollten Knoten reinzubekommen.

Damit scheint mir das ft-Teileuniversum am Ende, was mich betrübt :? Oder wer weiß noch was?

Was gibt es außerhalb von ft?

4-6mm dickes Nylonseil. Gewichtsverhältnis Seil zu Brückensegment ist bei 30m sicher zu schlecht. Ich hab den Durchhang der Kettenlinie noch nicht gerechnet (ist nicht ganz einfach), zum Probieren fehlt mir das Material. Preise über Stahl, wird also auch noch zu teuer. Dicker als 4mm ist schlecht zu befestigen. Eine der ganz großen Schrägseilbrücken hat bis zu 150mm dicke Stahlseile. In 1:20 wären das noch 7,5mm Stahl. Optisch würden die dicken Nylonseile also ganz gut passen, aber es reicht halt technisch nicht.

Dyneema: Fast perfekt für meinen Zweck ... 1mm Durchmesser, 12x geflochten, wiegt 90g pro 100m, fast 200kg Bruchlast, dehnt sich bei 65kg Last nur ca 1%. Das ist nicht mal 1/50 des vergleichbar dicken Nylonseils. Kostet aber 0,30€/m. Im Alltag spielt noch die Wärmeempfindlichkeit eine Rolle, hier nicht.

1-2mm dünnes Drahtseil: Deutlich schwerer als Dyneema. Aber bezogen auf das Brückensegment noch ok. Höhere Dehnung als Dyneema, deshalb bei hoher Belastung mehr bzw. dickeres Seil nötig. Dann immer noch etwas billiger als Dyneema.

Blumendraht: 0,65mm Durchmesser. Den billigsten hab ich für 0,013€/m gesehen, ein Bruchteil der Kosten der anderen Lösungen. Dehnung wie Dyneema. Bruchlast (Sorge vor schlechter Qualität oder Schäden vom Auf-/Abwickeln) muss ich noch testen. Aber bei dem Preis kann ich auch doppelt oder dreimal soviel Draht verarbeiten.

=> Bleibt eigentlich nur Blumendraht oder Dyneema. Wegen des Preises werde ich erstmal den Blumendraht versuchen.

So wie es aussieht kann ich mit ft allein nur eine große Schrägseil-Brücke bauen, die fast nicht belastet werden darf. Weil sie sonst lächerlich stark durchhängt. Fremdmaterial für die Seile (welches?) oder anderes Modell? Bisher hab ich meine Modelle nur aus Standard-ft aufgebaut.

Was meint ihr?

Vielen Dank fürs Lesen und Mitdenken!
Michael

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H.A.R.R.Y.
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von H.A.R.R.Y. » 04 Dez 2015, 01:42

Hi, ja sag mal gibt es Dich auch noch. War da nicht was mit "weit weg" oder hab ich das geträumt?

Was mir bei Deinen Betrachtungen zur Brücke so in den Sinn kommt: Wie sieht es denn mit den Pylonen aus, die neigen sich doch zueinander hin wenn das Tragseil dazwischen stärkere Zugspannung bekommt. Da kann die Seildehnung noch so klein sein. Ich habe Deine Brücke von der Convention 2013 gerade vor Augen, oder bin ich da falsch unterwegs?

Der Blumendraht ist irgendein recht weiches, magnetisches, Zeug. Eisen oder Stahl der billigen Sorte. Aber vielleicht hilft dir das um die Daten abzuschätzen. In dicker und recht widerborstig gibt es das Zeug als Spanndraht für Maschendrahtzäune. Ist dann dunkelgrün ummantelt.

Du hast geschrieben, daß 4mm Durchmesser akzeptabel wären um im Maßstab zu bleiben. Was hältst Du von massiven Stangen anstelle Seil? Bei etlichen Brücken sind die Seile zum Schutz gegen witterungsbedingte Korrosion in Rohre eingeschlossen. Hat was von Stangen. 4mm Material (Stahl, Messing, Alu) Massiv oder Rohr gibt es im Baumarkt bis 2m, im Internet bestimmt auch als Coil mit 30m. Der Preis pro Meter ist allerdings höher als bei Seil.

Mehr fällt mir jetzt nicht ein. Erst recht keine pure ft-Lösung.

Gute Nacht
H.A.R.R.Y.
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DenkMal
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von DenkMal » 04 Dez 2015, 08:52

Moin H.A.R.R.Y.!

Bin noch hier zum Geld verdienen, aber schon ab und zu dort ... irgendwann 2017 dann umgekehrt ...

Zunächst noch: http://www.wabricksociety.org.au/2013/0 ... -show.html
Reines Lego, 40m lang, absolut beeindruckend und wundesschön. Aber hat nicht wirklichfunktioniert, hat schon leer durchgehangen.

Die Brücke 2013 hatte den großen Mangel, dass die Brückenenden nicht an Widerlagern befestigt waren. Inzwischen hab ich auch mehr gelesen :ugeek: . Grundsätzlich sollen die Pylone bei Hängebrücken wie auch Schrägseilbrücken die horizontale Komponente der Seilzugkräfte gar nicht in den Boden ableiten (sondern nur die vertikalen Gewichtskräfte).

Ein Punktlast nahe der Brückenmitte wird unmittelbar nur von einem oder sehr wenigen Seilpaaren gehalten. In der Pylonspitze verteilt sich der Horizontalzug dieses Seils aber auf alle anderen Seile (z.B. 50). Der Pfeiler muss sich hier also nur rund 1/50 der Dehnung des Einzelseils bewegen.

Danke für die Warnung bzgl. Blumendraht! Hm ... die 4mm Metall werden auch relativ zu schwer und hängen zuviel durch. Wollte meinen Brückenträger nicht mit Beton ausgießen ;)

Dennoch Danke! Michael

BVBauz
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von BVBauz » 04 Dez 2015, 08:58

Hallo,

vom Preis her eine andere Liga, aber die besten Miniaturstahlseile die ich kenne, gibt es von Steba Modellbau http://www.steba-modellbau.de/. 190kg Bruchlast bei 1,5mm Durchmesser ist nicht schlecht. Die haben auch Xcelonseile die enden aber bei 0,6mm Durchmesser und 24kg Bruchlast.

Vorteil der Stahlseile ist ihre sehr hohe Flexibilität, durch die 49 Einzellitzen. Also wie ein richtiges Stahlseil nur viel kleiner.(ab 0,27mm Durchmesser mit 6kg Bruchlast)
Ich verwende die beim Modellbau und bin hoch zufrieden damit.


Gruß Markus

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H.A.R.R.Y.
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von H.A.R.R.Y. » 04 Dez 2015, 12:37

DenkMal hat geschrieben:[...] Die Brücke 2013 hatte den großen Mangel, dass die Brückenenden nicht an Widerlagern befestigt waren. Inzwischen hab ich auch mehr gelesen :ugeek: . Grundsätzlich sollen die Pylone bei Hängebrücken wie auch Schrägseilbrücken die horizontale Komponente der Seilzugkräfte gar nicht in den Boden ableiten (sondern nur die vertikalen Gewichtskräfte). [...]
... und dermaßen zwischen den zwei Widerlagern verspannt hören sie auch auf sich nennenswert gegeneinander zu neigen, wenn die Last auf der Fahrbahn herumfährt oder -läuft.
DenkMal hat geschrieben:[...] Wollte meinen Brückenträger nicht mit Beton ausgießen ;) [...]
Mach die Schalung aus grauem ft, dann fällt das gar nicht auf. :lol:

Noch was zur Fahrbahn: bei vielen Hängebrücken (also die Bauart wie 2013) ist die in der Mitte leicht nach oben gewölbt. Wenn da Last draufkommt biegt sie sich gerade und rückt deren Enden auseinander. Geschickt mit den Widerlagern der Spannseile kombiniert wäre das eine Option für eine Hängebrücke, oder? Die Last drückt die Enden der Fahrbahn etwas auseinander, zieht dadurch die Seile stärker straff und wirkt der Last auf der Fahrbahn so entgegen. Aber für Schrägseilbrücken (ich habe mittlerweile auch mal ein bißchen gelesen) wohl keine Idee.

Mit dem Satz: "Rohr ist bei gleichem Aussendurchmesser biegesteifer als Vollmaterial" brauche ich Dir wohl nicht kommen. Würde mich wundern, wenn Du das noch nicht wüßtest.

Jetzt noch für mein Verständnis: Bauart wie die zweite von oben in der ganz rechten Spalte (http://www.shutterstock.com/cat.mhtml?a ... =267314738)? Dann käme ich auf 60m Spannweite (kritisches Seil 30m) und das zwischen den Pylonen? Wie hoch soll sie werden? 20m ein Pylon?

Grüße
H.A.R.R.Y.
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DenkMal
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von DenkMal » 04 Dez 2015, 22:31

Hallo,

steba: Interessant was es "unten rum" alles gibt. Mein Modell ist aber zu groß :)

Blumendraht ist aus dem Rennen. Ich hab endlich "ordentlichen" verzinkten Draht gefunden. Ab 2mm Durchmesser auch offziell "Spanndraht". 2mm wird aber wieder zu schwer. Aber die Bruchlasten sind eh unkritisch (solange nicht weichgeglüht wurde). Und die Dehnung hängt bei Draht nur vom E-Modul und Querschnitt ab.

Stahlseile sind teurer (ca. 2,5- bis 6,0-fache) und dehnbarer als Draht. Ihre Vorteile (z.B. Robustheit, reversible Biegbarkeit) helfen mir hier vmtl. wenig?
- Evtl. weil Seil freiwilliger gerade wird als der Draht?
- Hm, Drahtbruch ist ein echtes Risiko (für die Besucher, die die wegschnellenden Enden ins Auge bekommen könnten).

Das meine Hängebrücke 2013 wenige cm hoch hing war nicht wirklich Absicht, ich hatte es nur nicht noch gerader hinbekommen. Und ich wollte dem Verdacht entgehen, sie hinge durch.
Auseinander drückt sich da aber nix. z.B. 8,5m lange Fahrbahn, 3cm hoch. Drückt sich gerade. a² + (0,03m)² = 8,5m² => a = 8,499947m². Die 53µm überschreiten schon die Längentoleranzen der WT120 zueinander. Dazu staucht sich der Fahrbahnträger ...

Zum Modell selbst möchte ich derzeit öffentlich nicht noch mehr verraten :D

Herzliche Grüße, Michael

DenkMal
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von DenkMal » 05 Dez 2015, 15:58

Hallo,

hab zu den Stahlseilen noch etwas recherchiert. Bei 30m Seillänge sollte die Zuglast im Seil (unbelastete Brücke) ca. 80N/mm² nicht unterschreiten. Angenommen ich nehm ein doppelt so starkes Seil und hab nur noch 40N/mm², nimmt das real nutzbare E-Modul aufgrund Seildurchhang um mehr als die Hälfte ab. Der Durchhang der Brücke wird dann mit Verkehrslast sogar schlechter als mit dem dünnen Seil :o

Ist das Seil stärker belastet dehnt es sich mehr, ist es weniger belastet hängt es mehr durch ... Die Brücke müsste leer schwerer sein, damit das Tragseil genug vorgespannt ist, um bei gleicher Verkehrslast weniger durchzuhängen. Ist in der Realität auch so, schwerere Brücken schwingen nun mal weniger.

Draht behagt mir immer noch nicht, falsch angefasst und Knick drin. Werde mit dünnem, verzinkten Stahlseil experimentieren, scheint mir sicherer. Mehrpreis wäre noch verkraftbar.

Schönes Wochenende! Michael

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H.A.R.R.Y.
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von H.A.R.R.Y. » 05 Dez 2015, 16:57

Hallo zusammen, DenkMal,
DenkMal hat geschrieben:[...] Das meine Hängebrücke 2013 wenige cm hoch hing war nicht wirklich Absicht, ich hatte es nur nicht noch gerader hinbekommen. Und ich wollte dem Verdacht entgehen, sie hinge durch.Auseinander drückt sich da aber nix. z.B. 8,5m lange Fahrbahn, 3cm hoch. Drückt sich gerade. a² + (0,03m)² = 8,5m² => a = 8,499947m². Die 53µm überschreiten schon die Längentoleranzen der WT120 zueinander. Dazu staucht sich der Fahrbahnträger [...]
Der Punkt geht an Dich, so genau hatte ich da gar nicht drüber nachgedacht. Aber der dezente Aufwärtsbogen in der Mitte war doch gut Vorbildgetreu.

Die Sache mit dem Peitscheneffekt wenn der Draht/ ein Seil reißt ist natürlich im Auge zu behalten. Ich frage mich gerade, ob Seil oder Draht da gefährlicher ist. Natürlich ist ein Seil in der Verarbeitung angenehmer als massiver Draht.
DenkMal hat geschrieben: Bei 30m Seillänge sollte die Zuglast im Seil (unbelastete Brücke) ca. 80N/mm² nicht unterschreiten. Angenommen ich nehm ein doppelt so starkes Seil und hab nur noch 40N/mm², nimmt das real nutzbare E-Modul aufgrund Seildurchhang um mehr als die Hälfte ab. Der Durchhang der Brücke wird dann mit Verkehrslast sogar schlechter als mit dem dünnen Seil
Ein interessanter Gesichtspunkt. Das dickere Seil/Draht hat dann aber auch mehr Eigenmasse und hängt deswegen auch unbelastet mehr durch. Da bleibt Dir wohl nichts anderes übrig als Dich durch die Mathematik und Physik der Kettenlinie durchzukämpfen und rauszufinden ob es einen für Dich geeigneten optimalen Durchmesser gibt. Oder an strategisch gewählten Punkten die Masse (Gewicht) der Fahrbahn zu erhöhen. Metallbolzen in 60er-Kassetten, wie von den Power-Machines - und wer weiß welchen Kästen noch - bekannt. Alternativ denk mal (entschuldige das Wortspiel) drüber nach ob eventuell die Fahrbahn selbst aus Metallblechen bestehen könnte. Zwar nicht ft pur und kostspieleig, aber möglicherweise eine Idee das Gewicht zu erhöhen ohne das es auffällt.

Grüße
H.A.R.R.Y.
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von giliprimero » 05 Dez 2015, 19:32

Hallo Denkmal,

um die Brücke an gewissen Stellen zu beschweren würde ich Walzblei benutzen. 1mm dick und richtig schwer. Es ist leicht den Gegebenheiten anzupassen und dadurch recht unauffällig anzubringen. Doppelseitiges Klebeband ist da sehr hilfreich. Bei besonders kniffligen Lösungen, kann man das Blei einschmelzen und und in passende Formen giessen.
Viele Grüsse, giliprimero

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Harald
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von Harald » 07 Dez 2015, 07:50

Hast du schon mal nach Kevlar- oder Aramid-Seilen geschaut?

Gruß,
Harald
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von geometer » 07 Dez 2015, 09:53

Hallo Michael,

ich würde in die gleiche Richtung wie Harald gehen und Dir "Orvis Dacron Backing" empfehlen. Die genauen Daten habe ich nicht mehr im Kopf, aber es gibt sehr wenig nach und ist extrem stabil. In orange sieht es auch gut zum fischertechnik-Gelb aus. Es war vom Preis her noch gerade akzeptabel (es gibt natürlich noch deutlich teurere High-End-Schnüre im Angelbereich).

Ich habe für meinen Seilcomputer mehrere verschiedene Seile getestet. Am Ende bin ich beim Leinenzwirn geblieben, weil keine Faser weniger nachgibt, und das war für mich das Wichtigste. Das Dacron dürfte für Deine Zwecke aber ziemlich ideal sein.

Generell gibt es beim Angelsportbedarf oder bei Bogenbauern interessante Seile.

Viele Grüße

Thomas
fischertechnik-Roboter mit Arduino: https://youtu.be/GpBXRTh9SYY

DenkMal
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von DenkMal » 07 Dez 2015, 20:18

Hallo,

freut mich, dass noch weitere Anregungen kommen, Danke! :D

Blei möchte ich nicht nutzen. Zu giftig, um als Laie damit umzugehen. Notfalls leih ich mir paar Stahlachsen oder die Gewichte aus Super Cranes ;)

Orvis Dacron Backing finde ich keine richtige Spezifikation. Dacron (Trevira oder einfach Polyester) hat mit 10-16% leider eine zu hohe Bruchdehnung, ansonsten echt interessant.

Für "Plastik"-Seile hab ich mich bisher bei kanirope orientiert. Verzinkte Stahlseile bau-deko24.

Code: Alles auswählen

0,30€/m, Dyneema    1  mm, Bruchlast 195kg,  0,9g/m, Arbeitsdehnung (1/3 Bruchlast) < 1  %, Wärme-empfindlich, kriecht
0,14€/m, Aramid     1  mm, Bruchlast 100kg,          Arbeitsdehnung (1/2 Bruchlast) < 1,5%, UV-empfindlich
0,06€/m, Polyester  2  mm, Bruchlast  75kg,  2,2g/m, Arbeitsdehnung (1/2 Bruchlast) < 8  %, sehr robust
0,10€/m, Polyester  3  mm, Bruchlast 150kg,  6,1g/m, Arbeitsdehnung (1/2 Bruchlast) < 8  %, sehr robust
0,07€/m, Stahl 1x7  1  mm, Bruchlast  94kg,  2,8g/m
0,08€/m, Stahl 1x19 1,5mm, Bruchlast 209kg, 11  g/m
Wenn die Stahlseile genug Vorspannung haben, sollte die Arbeitsdehnung (1/2 Bruchlast) unter 0,5% liegen (selbst errechnet). Bei Dyneema/Aramid ist die nötige Vorspannung sehr viel kleiner, da wegen des geringeren Gewichts der Durchhang entsprechend kleiner ist. Aber, mal abgesehen vom hohen Preis, die High-Tech-Fasern haben alle so ihre Probleme.

Ich hab mir mal vier Sorten Stahlseil (1mm 1x7 und 1x19 sowie 1,5mm 1x19 und 6x7) bestellt, damit ich die Dehnung praktisch messen kann (und die Handhabung ausprobieren).

Viele Grüße, Michael

geometer
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Re: Schrägseilbrücke - Grenzen von Nylon

Beitrag von geometer » 07 Dez 2015, 23:25

Hallo,

eine für Anfänger (nicht für Dich, Michael) geeignete Übersicht über die verschiedenen Aspekte, die bei Seilen eine Rolle spielen, findet man unter http://www.animatedknots.com/rope.php?PageOptio. Dort findet man auch die wesentlichen Daten. Zu den "Gel-spun fibers" gibt es die Dissertation http://alexandria.tue.nl/extra2/9903223.pdf, aus der ich die Entwicklungsgeschichte dieser Fasern, die Zielsetzungen und die erzielten Eigenschaften gut entnehmen konnte.

VIele Grüße

Thomas
fischertechnik-Roboter mit Arduino: https://youtu.be/GpBXRTh9SYY

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