Metallring erwärmen - Außen/Innendurchmes ser?

Hartmut Mühlenbein schrieb:

Der nimmt auch zu.

Ja.

Dehnung = Wärmeausdehnungskoeffizient x Temperaturdifferenz

Beispiel: Stahlring: Wärmeausdehnungskoeffi = 11E-06 1/K Innendurchmesser: 100mm Außendurchmesser: 300mm Wandstärke: 200mm

Bei einer Temperaturerhöhung von sagen wir mal 20°C auf 120°C ergibt das eine Dehnung von 0,11%

--> neuer ID: 100,11mm

--> neuer AD: 300,33mm

--> neue Wandstärke: 200,22mm

passt alles.

vb

In einem kubischen Metall ist die Wärmeausdehnung isotrop. Rechne Dir mal aus, wie die Ringdicke bei Wärmeausdehnug zunimmt und was dann mit dem Innendurchmesser passiert.

Michael Dahms

^^^^^^

Michael Dahms

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begin quoting, Hartmut Mühlenbein schrieb:

Fein.

Stell Dir mal vor, daß das, was innen in dem Ring "fe lt", noch drin ist, und dann schau Dir an, was die Grenze zwischen Innenstück und Außenring dabei macht.

Andere Überlegung: stell Dir einen quadratischen "Ring" aus vier gleichlangen Stäben vor und überlege Dir die Konsequenzen, wenn sich diese Stäbe thermisch ausdehnen.

LÄnge mal Temperaturänderung mal (1 plus) Ausdehnungskoeffizient.

Gruß aus Bremen Ralf

Volker Borst schrieb:

Bis dahin OK.

Nich ganz --> Verbrennungsmotor, Kolbenfresser

Bei Dünnwandige Rohre: es dehnt sich Umfang der Materialmitte und die Wandstärke Linear. Es ergibt sich eine Dickere Wand (direkt), und ein Größerer Durchmesser (umfangsdehnung/Pi).

Bei einem 'Klotz mit kleinem Loch' dehnt sich wieder alles direkt (zumindest bis die Spannungen wieder irgendwohin ausweichen wollen).

Bei deinem Rohr, das dazwischen Liegt, ergeben sich Spannungen, da sich der Aussenumfang und Innenumfang Dehnen, die Wandstärke aber auch.

Die Wandstärke dehnt sich direkt, der Durchmesser aber nur U/Pi. Aussen ergibt es eine Zugspannung, weil eben der D nur zu einem Drittel dehnen will. Innen ergibt sich dadurch eine Zugspannung, es quengelt sozusagen.

Wenn die Spannungen ausweichen (plastische Verformung), bleiben nach dem Abkühlen innen eine Zug- und aussen eine Druckspannung übrig -> das Rohr ist krumm, ein Ring würde dann flügeln, genau wie eine Platte ohne Loch.

Beim Kolbenfresser dehnt sich also der Zylinderdurchmesser nur zu rund einem Drittel.

bye uwe

Ralf Kusmierz schrieb:

Hmm, jetzt ist mir das offenbar doch ziemlich unklar. Das ist recht anschaulich so. Hmm, ergeben sich mir einige Fragen:

Warum Quengelt nun der Zylinder? und Warum wird eine Platte mit großem Loch meim Erwärmen krumm, so das ich den Innendurchmesser mit dem Hammer wieder strecken muß? Hatte mir das eigentlich so erklärt, mit dem druck im Innenbereich.

bye uwe

Am Thu, 20 Jan 2005 15:17:01 +0100 schrieb Uwe 'hammernocker' Roßberg:

Das ist keine Frage der Ausdehnung. In dem Material bestehen Spannungen durch Walzen oder was auch immer und das macht dir das Ding krumm. Tipp: Vor dem Bearbeiten spannungsfrei glühen.

Mit freundlichen Grüßen Peter Nießen

Die Wärmeausdehnung kubischer Metalle ist isotrop. Da braucht man im isothermen Fall keine Spezialfälle zu betrachten.

Wein anisotropen Werkstoffen muß man den Wärmeausdehnungstensor kennen (Tensor 2. Stufe).

Michael Dahms

Weil Du nicht gleichmäßig erwärmst.

Michael Dahms

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begin quoting, Uwe 'hammernocker' Roßberg schrieb:

Ja, was ist daran denn unklar?

Tut er das denn?

Ungleichmäßige Erwärmung oder ungleichmäßiges Gefüge (z. B. Schmiede- oder Walztextur oder innere Spannungen).

Druck und Zug wechseln sich bei thermischen Plastifizierungen ab - die Reihenfolge bestimmt die Auswirkungen.

Gruß aus Bremen Ralf

Im Zinkbad beim Feuerverzinken. Das ist so die Hauptsächliche Anwendung bei mir. Oder ist das immernoch unleichmässig?

bye uwe

Ralf Kusmierz schrieb:

Meine Bisherige Vorstellung ist hier gerade grundlegend gekippt ;o))

Ich meine wenn ich in dem Rohr vom OP einen Zylinder habe und beides zusammen erwärme klemmt das doch fest wie beim Kolbenfresser am Auto. Warum nun, bzw. wenn ich mir deinen Quadrahtischen Ring vorstelle dürfte es ja nicht klemmen. Warum frisst der Kolben im allgemeinen trotzdem bei Überhitzung?

bye uwe

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begin quoting, Uwe 'hammernocker' Roßberg schrieb:

Das ist nicht meine Schuld.

Ach, wirklich? So eine Anordnung forciert zu erwärmen ist doch i. a. ein ziemlich gutes Mittel, um aufgeschrumpfte Zylinder von Wellen usw. wieder abzukriegen. Der Mantel wird nämlich schneller warm als das Innere und dehnt sich daher stärker aus (der Innendurchmesser auch) als das Innenteil und löst sich damit praktisch freiwillig.

Ausnahme: Der Wärmeausdehnungskoeffizient des inneren Teils ist sehr viel größer als der des Zylinders. In dem Fall erwärmt man nicht, sondern kühlt (TK-Fach, evtl. LN2). Wenn man Glück hat, gehen die Teile dabei freiwillig und von alleine auseinander (oder einfach kaputt: Kaltversprödung).

(Hinweis: alles Theorie. Praktisch kriegt man solche "trauten Verbindungen" doch nicht mehr zerstörungsfrei geschieden, da kann man machen, was man will.)

Du redest jetzt von Verbrennungsmotoren? Der Zylinder wird gekühlt und ist daher i. a. kälter als der Kolben und dehnt sich weniger aus, und wenn sich der Kolben thermisch verformt, wird er auch schon mal unrund, und das gibt dann fiese Kolbenklemmer. Hat der Kolben dagegen im kalten Zustand zu viel Spiel, dann treten geräuschvolle Kolbenkipper auf (hatte der VW-Käfer-Motor früher ganz gerne mal).

Beim "Fressen" spielen aber die Kolbenringe und die ggf. überbeanspruchte Schmierung (Übertemperatur durch Klopfen und zu mageres Gemisch, zu hohe Drehzahl, fehlender Öldruck) auch eine ganz entscheidende Rolle. Der Spalt zwischen Zylinder und Kolben ist nämlich gar nicht so winzig, normalerweise berührt der Kolben selbst die Zylinderlaufbahn überhaupt nicht.

Gruß aus Bremen Ralf

Eben, so bin ich das ja auch gedanklich angegangen. Was ist, wenn die Stegbreite größer ist als die lichte Weite des Rahmens? Ich habs mal aufgezeichnet:

B wird zwar an sich durch die Ausdehnung b größer, nimmt aber doch durch die Ausdehnungen a um 2*b wieder ab, oder nicht?

Hartmut

Ja. Je schneller Du ein Teil erwärmst und je größer es ist, desto ungleichmäßiger wird es erwärmt.

man Wärmeleitung

Michael Dahms

Nur, wenn Du die Ausdehnung durch äußere Kräfte behinderst.

Michael Dahms

Hartmut Mühlenbein schrieb:

Nein. Rechne es doch einfach nach, so wie ich es für den runden Ring gemacht habe. Auch bei mir war die Wandstärke doppelt so groß wie der Innendurchmesser.

vb

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begin quoting, Hartmut Mühlenbein schrieb:

Spielt keine Rolle.

Genau.

ACK

Wieso sollte es?

Vorher (kalt):

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Nachher (warm):

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Gruß aus Bremen Ralf