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[Textile Engineering · intelligentes Segeldesign]

Innovative FEM-Berechnung zum Design von Sonnensegeln

Spannmembranen sind vorgespannte Flächentragwerke. Deren Form kann nicht geometrisch festgelegt werden, sie entsteht vielmehr als Gleichgewichtsform in Abhängigkeit der jeweiligen inneren und äußeren Kräfte, die auf der Struktur liegen.

Die endgültige Definition der Form der fertigen Membran entsteht in unserem Konstruktionsbüro durch einen Prozess, den wir analytische Formfindung nennen. Wir arbeiten über die Methode der Bestimmung von Kraftdichten, mit deren Optimierung uns unsere Software innerhalb eines komplexen Berechnungsvorganges eine Gleichgewichtsfigur für die Struktur ermittelt. Diese Gleichgewichstsfigur wird dann im Rechenmodell verschiedensten Belastungsszenarien ausgesetzt, und die Auswertung dieser Lastfälle gibt uns exakte Daten zum Verhalten der Struktur in der Praxis.

Bei der Konstruktion ist das oberste Beurteilungskriterium ein immer und unter allen Umständen stabiler Stand der Struktur. 

Die sichere Gewährleistung dieses Umstandes ist einer der wesentlichen Gründe für uns, Reckmann Spannmembranen mit Hilfe modernster Textil Engineering Software zu konstruieren. Wir haben hierzu eine leistungsfähige Zusammenstellung von Software Modulen für das Design geometrischer, nicht linearer Flächentragwerke angeschafft, und aktualisieren diese nach dem Stand der Technik laufend. Diese Gleichgewichstsfigur wird dann im Rechenmodell verschiedensten Belastungsszenarien ausgesetzt, und die Auswertung dieser Lastfälle gibt uns exakte Daten zum Verhalten der Struktur in der Praxis.

Diese FE Brechnungen geben uns weiterhin exakte Informationen zu den tatsächlich auftretenden Kräften für jeden einzelnen Befestigungspunkt der Membran, geben uns Aussagen über die Verformung der Membran unter Last, untersuchen den Wasserfluss auf der Membran, und - wenn gewünscht - Schneelast-Szenarien. 

Bei der Konstruktion wird aus den äußeren Einwirkungen (Eigengewicht, Vorspannung, Wind, Wasser, Eis, Schnee) auf die inneren Spannungen und Verformungen geschlossen, und das Ergebnis optimiert. Bei der Berechnung textiler Membranen oder Folien kommt zur Vorbereitung der Herstellung abschließend noch die Zuschnittsermittlung hinzu.

Unsere Software ermöglicht es uns, individuelle Lastfälle frei zu konfigurieren. Sie liefert uns daraus FEM Berechnungen, innerhalb derer für jede Membran eine Gleichgewichtsfigur entwickelt wird, die das Segel an jedem Punkt ausgeglichen und kontrolliert spannt.

Spannmembranen

Bei der Konstruktion ist das oberste Beurteilungskriterium ein immer und unter allen Umständen stabiler Stand der Struktur. Die sichere Gewährlewistung dieses Umstandes ist einer der wesentlichen Gründe für uns, Reckmann Spannmembranen mit Hilfe modernster Spezialsoftware zu konstruieren.

Textile Überdachungssysteme bestehen aus einer tragenden skelettartigen Struktur, die mit Textilmembranen überdacht oder verspannt wird. Die tragenden Strukturen sind typisch aus Stahl / Edelstahl / Aluminium, oder aus GFK- oder CFK-Laminaten gefertigt.

Der Unterschied zwischen einem einfachen Sonnensegel und einer professionell konstruierten Spann-Membran ist, dass letztere nicht einfach ein flaches Stück Textilmaterial ist. Modernes Textil-Engineering basiert auf der Erkenntnis, dass textile Oberflächen, wenn man sie in 2 Ebenen verformt, außerordentliche Stabilitätswerte erreichen. Um dieses zu erreichen, gibt es vier traditionelle Verfahren, siehe Systemschaubilder links.

Sonnensegel und Wasser

Sonnensegel und Wasser? Absolut ein Thema! Für permanent eingesetzte Strukturen ist es erforderlich, dass sie unter allen Wetterbedingungen gesicherten Wasserablauf gewährleisten, um die Bildung von Wasseransammlungen auszuschließen.


Die Abbildungen zeigen Wasserablauf-Darstellungen eines Sonnendaches. Das Sonnensegel wird von oben gezeigt, und ist in den Abbildungen so verformt, wie dieses bei einer Windbelastung und mit zusätzlich Regen auf der Membran in der Wirklichkeit auftreten wird. Die kleinen grauen Pfeile zeigen abfließendes Wasser. Die Länge der Pfeile beschreibt die Ablauf-Geschwindigkeit.

Das obere Bild zeigt die kundenseitig zunächst vorgegebene Konstruktion. Die durchgehende handgezeichnete graue Linie verdeutlicht hier eine Wasseransammlung. Das untere Bild zeigt die gleiche Struktur von uns optimiert, mit 4 eingebrachten Unterstützungs-Rohren für die Membran. Diese Rohre sorgen dafür, dass das Wasser sauber über die Außenkante abläuft.

Mit dieser kleinen Veränderung ist das System nun langfristig und unter allen Bedingungen sicher einsetzbar.

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