Waarom gaat iets kapot? Oorzaak gevolg analyse

Een gegoten aluminium koelfan van een generator is van de rotoras afgebroken en heeft een dure generator gesloopt. Door nazuiging tijdens het stolproces in de gietmal is waarschijnlijk een holte ontstaan waar vanuit een vermoeiingsscheur zich heeft uit kunnen breiden tot deze fatale breuk. Meer hierover leest u op de pagina disciplines/generatoren.

In welke volgorde bezwijken de roeden bij de nokverstijver tijdens bezwijktest?

Op de bovenste foto ziet u het bezwijken van het nokprofiel (uitknikken) bij een sneeuwlast. Op de onderste foto ziet u de bezwijkvorm tijdens een windbelasting. Voor deze bewijkvorm wist men niet wat als eerste bezweek. De roede scheurt eerst, (punt B) of het lipje van de nokverstijver breekt als eerste af (punt A) waarna de roede bezwijkt.

De nokverstijver bestaat uit 2 driehoek vormige aluminium gietstukken die met 3 schroeven beide samenkomende roeden stijf inklemmen. Na de bezwijktest blijkt dat de roede gescheurd is en er een stukje aluminium van het einde van de nokverstijver is afgebroken. Dit is zichtbaar op de onderste foto. De vraag is nu wat er eerst kapot gaat; scheurt de roede eerst door (positie B in de onderste foto)? of scheurt als eerste het hoekje van de nokverstijver eraf. Het is een simpele redenatie. De roede gemaakt door aluminium in een profielvorm te extruderen heeft een andere samenstelling als het aluminium van nokverstijver. De nokverstijver wordt namelijk in een mal gegoten. Bij gieten of extruderen is sprake van totaal verschillende soorten aluminium. Gietmateriaal is veel stijver en daardoor ook brosser en kan dus weinig vervormen voordat het afbreekt. Het extrusie aluminium is veel flexibeler en dus buigzamer. De bezwijkvolgorde is nu duidelijk. De roede zal als hij in het einde van de nokverstijver ingeklemd blijft zitten maar weinig vervormen en dus nog niet breken. Dus breekt eerst het einde van de nokverstijver af. Dit ondanks dat daar waar de roede scheurt (links van de 7 ; positie B) de onderzijde van de roede ingezaagd is. Dit om te voorkomen dat de roeden bij windbelastingen in de nokverstijver heen en weer kunnen schuiven. Deze inzaging kunt u zien op de pagina disciplines/kassenbouw. 

Ruitbreuk in Cabrio kassen. Er bestaan een paar typen kassen om gewassen in te laten groeien. Één daarvan is de Cabrio kas. De Cabrio kas bestaat uit aluminium profielen waartegen de ruiten bevestigd worden. Een deel van de kas bestaat uit stalen spanten en C-profielen om de aluminium constructie en het glas en luchtramen te kunnen dragen. De luchtramen van een Cabrio kas openen zich vanuit de nok. Hierdoor ontstaat een open nok waardoor warmte snel wordt afgevoerd. De aandrijfmotor en aandrijfas om de luchtramen van een Cabrio kas te openen of sluiten zitten onder de nok bevestigd. De motor drijft een tandwiel aan en verplaatst zo de tandheugel. Het einde van de tandheugel zit bevestigd aan het luchtraam (zie de PDF). De ruit onder het luchtraam zit ingeschoven in het vaste scharnierprofiel en breekt vaak kapot.

Daarvoor kunnen 3 mogelijke oorzaken worden aangewezen met één simpele oplossing. Als eerste dient opgemerkt te worden dat het dwarskrachtenmiddelpunt van het meest torsiestijve constructie element, het stalen C-profiel, ligt in punt P (zie links onderin de 1e pagina van de PDF). Een kracht uitgeoefend op het C-profiel die niet door punt P gaat zal het profiel altijd torderen. De torsiestijfheid van het aluminium heeft maar een geringe bijdrage. Materiaaldikte, vorm en materiaalsoort en verbindingen bepalen hier de torsiestijfheid. Een kracht bijvoorbeeld het gewicht van het geopende raam moet eigenlijk precies door punt P gaan. We zien dat hier geen sprake van is. Vooral het effect van winddruk is erg groot. Deze kracht is horizontaal gericht en wil het luchtraam naar links of rechts duwen. We zien op de 2e pagina van de PDF dat de arm (afstand tussen dwarskrachtenmiddelpunt en het aangrijpingspunt van de kracht) voor de windkracht groter is als de arm voor het gewicht van het luchtraam. Als de windkracht precies gelijk is aan het gewicht van de luchtramen zal torsie door de windlast het C-profiel dan 3 keer meer roteren.

Mogelijke oorzaken van ruitbreuk zijn;

  •  Te lage torsiestijfheid van het scharnier, het C-profiel en hun bevestigingspunten
  • De aandrijfmotor trekt via de tandheugel te lang aan het al gesloten raam (1e pagina PDF)
  • Torsie van het C-profiel bij een windlast op de geopende ramen

1                                              Te lage torsiestijfheid

 Het gebruikte stalen C-profiel en hoe dit profiel met 1 strip op zijn einde vast zit aan de stalen hoofd draagconstructie, blinkt niet uit in torsiestijfheid. Bovendien zijn het vaste- en roterende scharnierprofiel zelf ook slap door de dunne einden en dunne profiel. De horizontale krachten op het open staande luchtraam ontstaan door wind kunnen dit totale systeem dus gemakkelijk roteren. We zien dat deze krachten zeker niet door punt P lopen en dus veel tordering van het C-profiel kan veroorzaken. Vergelijk de lengte van de torsiearm A voor het gewicht met die van torsiearm B voor de windlast.

De onderliggende ruit die vaak breekt zit natuurlijk rondom in aluminium profielen ingeklemd. Als dan één van deze profielen gaat roteren, in dit geval het vaste scharnierprofiel, kan de onderliggende ruit ombuigen en afbreken. De ruit zit tenslotte ingeschoven tussen 2 lippen van het vaste scharnierprofiel.

2                            Aandrijfmotor trekt te lang aan het luchtraam

Als de motor na het sluiten van het raam maar even aan blijft staan trekt de motor het raam naar de nok toe. De torsieslappe constructie (zie hierboven) roteert dan. Doordat de aluminium lippen van het vaste scharnierprofiel mee roteren, breekt de onderruit bij deze inklemming. De drie andere zijden waar deze ruit zit ingeklemd kunnen namelijk niet mee vervormen. Op pagina 2 van de PDF zien we dat de torsiearm C (afstand dwarskrachten-middelpunt tot draaipunt van het scharnier) ongeveer even groot is als de torsiearm B voor de windbelasting. Als de sluitmotor van de luchtramen dus te lang aan blijft staan, en krachtig genoeg is, wordt het luchtraam naar de nok toe getrokken en wordt dus ook het vaste scharnier naar de nok toe getrokken. Omdat dit scharnier met bouten vast zit aan het stalen C-profiel gaat het scharnierprofiel roteren met ruitbreuk tot gevolg.

3                           Windbelasting en tordering van het C-profiel

De ramen van een Cabrio kas staan bij matige windcondities in geopende positie bijna vertikaal. Hierdoor heeft de wind behoorlijk vat op deze ramen. De wind genereert horizontale krachten op het raam waardoor het vaste scharnierprofiel weer zal verdraaien. Het onderliggende glas rondom ingeklemd kan niet verdraaien waardoor het breekt. U ziet in de PDF dat de torsiearm behorend bij de windbelasting (afstand B) zo een factor 3 groter kan zijn. Omdat de arm groter is kan ook het ontstane torsiemoment groter zijn.

De oplossing kan zijn het torsieslappe C-profiel te vervangen door een torsiestijve koker. Deze koker moet dan op beide einden met 2 strippen aan de stalen spanten bevestigd worden. Dan kan al een hoop gewonnen worden. Het aluminium scharnierprofiel is natuurlijk nog steeds slap.

De meest simpele oplossing is echter een verjonging in de aluminium lippen van het vaste scharnierprofiel aan te brengen. Deze lippen worden daardoor slapper en kunnen makkelijker elastisch weg buigen. Deze verjonging kan in het extrusie proces (waarmee deze profielen worden gemaakt) worden meegenomen. Het stalen C-profiel kan dan wegdraaien zonder dat er gelijk ruitbreuk ontstaat.

Het leuke hier is dat je als oplossing de torsiestijfheid kan verhogen, (C-profiel en bevestigingen) of de buigstijfheid verlagen (verjonging van de lippen).

Een Z-profiel zou overigens onder deze dakhelling van 21,6 graden veel minder de neiging hebben weg te draaien. Een Z-profiel blokkeert echter meer licht en wordt daarom niet toegepast. Uiteraard is een kokerprofiel dat door zijn gesloten vorm zeer torsiestijf is een veel betere oplossing. Z-profielen worden veel als dakprofielen in hallen met een puntdak toegepast. Het gewicht van het dak loopt precies door het dwarskrachtenmiddelpunt van de Z-profielen. Dit zijn de meest effectieve dragers in deze situatie. Je hebt een minimum aan staalgewicht nodig om het dak te dragen. Elk ander gekozen profiel heeft tot gevolg dat je meer kilo’s aan staal op je dak moet leggen en duurder uit bent.

Er wordt geen misbruik gemaakt van uw eventueel achtergelaten email adres. Het email adres wordt alleen gebruikt om u maximaal 2 keer per jaar een nieuwsbrief te sturen.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

HTML tags are not allowed.

*