Experimentelle Fassung. Nicht an realen Messwerten erprobt, von keiner Prüfstelle begutachtet; die hinterlegten Werkstoffkennwerte sind Literaturstartwerte ohne eigene Prüfung. Nutzung auf eigene Verantwortung, ohne Gewähr für die Richtigkeit der Ergebnisse.
Neben Rechteck, Vollzylinder und Rohr stehen drei offene Profile zur Verfügung. Sie werden aus Rechteckflächen zusammengesetzt: Schwerachse, Flächenträgheitsmoment und Randfaserabstand rechnet das Modul selbst, Bezug ist die Unterkante.
Zusätzliche Eingabe ist die Schenkeldicke t. Sie entscheidet über mehr als die Fläche: Ist sie kleiner oder gleich dem doppelten Wandmaterial (Wandlinien × Bahnbreite), besteht der Schenkel vollständig aus Wandlinien — kein Infill im Lastpfad, der günstigste Fall. Darüber hinaus wird der Kern gefüllt und trägt nur anteilig.
Beispiel Winkel 40 × 40 aus PETG, drei Wandlinien bei 0,4er Düse (2,6 mm Wandmaterial):
| Schenkeldicke | Nennfläche | tragende Fläche |
|---|---|---|
| 2 mm | 156 mm² | 148 mm² (95 %) |
| 4 mm | 304 mm² | 198 mm² (65 %) |
Der dickere Schenkel bringt zwar mehr, aber längst nicht proportional. Dünner und mit mehr Wandlinien ist fast immer die bessere Wahl.
Zusätzlich zu Winkel, T- und U-Profil kennt LASTWERK jetzt die drei Bauformen, die LEICHTWERK vorschlägt: Kastenprofil, I-Profil und Rippenplatte. Bei der Rippenplatte kommt die Rippenzahl als Eingabe hinzu.
Damit lässt sich ein Leichtbauvorschlag direkt nachweisen, statt die Gegenprobe von Hand über das Widerstandsmoment zu führen. In LEICHTWERK gibt es dafür die Schaltfläche in LASTWERK nachweisen — sie übergibt Querschnitt, Maße, Werkstoff, Kraft, Hebelarm und geforderte Sicherheit.
Warum das nicht optional ist: LEICHTWERK rechnet statisch. Im durchgerechneten Beispiel hält sein I-Profil-Vorschlag statisch mit Sicherheit 2,04 und dynamisch nur mit 0,57.
Torsion beim Kastenprofil wird nach Bredt gerechnet, nicht nach Saint-Venant. Der Unterschied ist keine Feinheit: derselbe Querschnitt einmal geschlossen und einmal offen gerechnet, gleiches Moment — 0,58° gegen 73° Verdrehung.
Beide Fälle werden jetzt gerechnet, als eigene Lastfälle:
Ist die Verwölbung am Einspannende behindert — durch eine angeschraubte Platte, einen Flansch, eine eingegossene Aufnahme —, trägt ein offenes Profil mehr Verdrehung, als die Rechnung nach Saint-Venant ergibt. LASTWERK weist das als Zusatzangabe aus, rechnet die Bewertung aber weiter auf dem ungünstigeren Wert.
Der Grund für diese Zurückhaltung: eine Einspannung, die sich im Betrieb doch als nachgiebig erweist, wäre sonst ein Ausfall. Wer den Gewinn ausnutzen will, muss die Einspannung nachweisen — und dort entstehen zusätzliche Längsspannungen, die hier nicht gerechnet sind.
Wie viel es ausmacht (Moment 15 N × 150 mm, Querschnitt 40 × 40, t = 3):
| Querschnitt | Wölbwiderstand | frei | eingespannt | Faktor |
|---|---|---|---|---|
| U-Profil | 15 340 708 mm⁶ | 26,1° | 3,8° | 6,9 |
| I-Profil | 10 952 000 mm⁶ | 26,1° | 5,0° | 5,2 |
| Winkel, T-Profil | 96 000 mm⁶ | 38,6° | 33,5° | 1,15 |
Bei Winkeln und T-Profilen bringt die Einspannung fast nichts: ihre Schenkel treffen sich in einem Punkt, der Wölbwiderstand ist verschwindend klein. Das ist kein Rechenartefakt, sondern der Grund, warum man für Verdrehung keine Winkel nimmt.
Die Länge entscheidet mit — beim I-Profil: Faktor 37 bei 50 mm, 5,2 bei 150 mm, 1,7 bei 400 mm. Bei sehr kurzer freier Länge (Kennzahl unter 0,5) meldet das Werkzeug, dass der Ansatz den Gewinn überschätzt: dort bestimmen Einspannung und Krafteinleitung das Verhalten, nicht die Stabtheorie.
Offene Profile nehmen Verdrehung praktisch nicht auf. Ein Winkel 40 × 40 × 4 kommt auf J = 1621 mm³, ein Vollzylinder gleicher Baugröße auf 251327 mm³ — Faktor 155. Bei gleichem Moment verdreht sich der Winkel um 14,3°, ein Rohr um 0,1°. Wo Verdrehung auftritt, gehört ein geschlossenes Profil hin.
Bei Torsion ist meist die Steifigkeit das Kriterium, nicht die Festigkeit: die Spannung kann reichen, während sich das Teil um zwanzig Grad verdreht.
Winkel und T-Profil liefern bei gleichen Maßen dieselben Kennwerte; sie sind gespiegelt. Der Unterschied liegt darin, welche Randfaser auf Zug steht — bei spröden Werkstoffen und bei stehendem Druck ist das erheblich.
Der Abschnitt zeigt links den Querschnitt, rechts die Spannung über seine Höhe. Blass eingefärbte Bereiche tragen wenig.
Ausgegeben wird der Wirkungsgrad des Querschnitts: der Anteil der Fläche, gewichtet mit der Spannung, die dort herrscht. Bei Zug und Druck ist er 100 % — jeder Punkt trägt gleich. Bei Biegung fällt er deutlich ab:
| Querschnitt unter Biegung | Wirkungsgrad | Fläche unter einem Drittel Randfaserspannung |
|---|---|---|
| Rohr d20/di14 | 55 % | 27 % |
| Rechteck 20 × 12 | 50 % | 35 % |
| Vollzylinder d20 | 43 % | 44 % |
| Winkel 40 × 40 × 4 | 38 % | 49 % |
| T-Profil 60 × 25 × 4 | 25 % | 83 % |
Wichtig zur Deutung: Material nahe der neutralen Faser ist nicht sinnlos. Es hält den Querschnitt zusammen und nimmt Schub auf. Aber es trägt zur Biegung kaum bei — dort lohnt Aushöhlen, eine Rippe oder mehr Bauhöhe am meisten.
Der niedrige Wert des T-Profils ist kein Fehler der Rechnung: liegt der große Gurt oben, wandert die Schwerachse zu ihm hinauf, und die weit entfernte Randfaser ist die Stegunterkante. Ein T-Profil in dieser Lage ist für Biegung eine schlechte Wahl — genau das soll die Anzeige zeigen.
Keine FEM, keine örtliche Kerbspannung, kein Kriechen unter Dauerlast, keine Chargenwerte. Belastbare Zahlen entstehen nur aus eigenen Probekörpern nach ISO 527 und ISO 178, gedruckt mit demselben Profil wie das Bauteil.
Keine Anwendung für sicherheitskritische, tragende, personenschützende oder medizinische Bauteile. Lohnfertigung: Produktverantwortung und Eignungsprüfung liegen beim Auftraggeber.
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