Innere Kräfte & Belastungsarten

Der Konstrukteur eines Fahrrads muss schon bei der Konstruktion die Rohre des Rahmens so dick machen, das das Rad trotz aller möglichen Belastungs-Arten nicht zusammenbricht. Aber woher weiß der Konstrukteur, wie groß die Spannungen werden, wie dick die Rohre sein müssen? Er berechnet die Inneren Kräfte, die in den Bauteilen auftreten. Aha. Was sind “innere Kräfte”? Gibt es auch “äußere Kräfte”? Und mit welcher Methode kann man die Kräfte ermitteln? Und überhaupt - was sind Belastungs-Arten? Wie viele oder welche Belastungs-Arten gibt es? Ein Material kann auf vier Arten beansprucht werden kann. Diese vier Arten kann man sich leicht merken, weil sie mit den Richtungen der inneren Kräfte gekoppelt sind. Es gibt also Beanspruchungen, bei denen die inneren Kräfte senkrecht zur Schnittfläche sind, und solche, bei denen sie in der Schnittfläche liegen. Und außerdem unterscheidet man Beanspruchungs-Arten danach, ob die inneren Kräfte an derselben Schnittfläche in dieselbe Richtung wirken, oder entgegengesetzt zueinander. Diese Aufteilung wird als 2 mal 2 Matrix gezeigt. Ins Elment oben links gehört eine Beanspruchung, bei der die Kraftvektoren senkrecht zur Schnittfläche wirken. Das trifft auf alle Bauteile zu, die auf Zug oder Druck beansprucht werden. Ins obere rechte Feld der Matrix gehört die Beanspruchung auf Schub, denn für eine Scherung müssen die Kräfte entlang der Schnittebene wirken, und nicht senkrecht zu ihr. Unten rechts sieht man, was passiert, wenn die Kräfte an derselben Schnittebene in entgegen gesetzte Richtungen wirken. Der Stab wird verdreht, man sagt, er werde auf Torsion beansprucht. Bleibt noch zu klären, welche Beanspruchungsart unten links stehen müsste. Es ist die Beanspruchung auf... Biegung. Am Balken wirkt eine äußere Kraft, die die oberen Fasern auf Zug beansprucht, die unteren dagegen auf Druck. Zum Schluss dieses Videos hast Du die Gelegenheit, Dein neu erworbenes Wissen zu testen, mit dem Zusammenfassungs-Quiz.