Mathematik im Beruf / Blechzuschnitt — vom geraden Kanal zum 90°-Bogen: Wie viel Blechfläche braucht ein Bauteil?
Als Isolierspengler/in musst du wissen, wie viel Blechfläche ein Bauteil benötigt — der Rechenweg ist beim geraden Kanal und beim Bogen derselbe.
Wir stellen uns vor, dass wir die vier Seitenflächen des Kanals flach abwickeln: Es entsteht ein Rechteck mit der Breite U (Umfang des Querschnitts) und der Höhe L (Kanallänge).
Umfang des Querschnitts:
U = 2 · (a + b) — einmal rund um den Kanal.
Mantelfläche:
A = U · L — Umfang mal Kanallänge.
Wir rechnen mit demselben Kanalquerschnitt, den auch der Bogen später hat — so siehst du später direkt den Vergleich.
Masse umwandeln:
a = 500 mm = 0,5 m · b = 300 mm = 0,3 m
Umfang:
U = 2 · (0,5 m + 0,3 m) = 1,6 m
Oberfläche:
A = 1,6 m · 1,0 m = 1,6 m²
Ergebnis: Ein Meter gerader Kanal mit den Massen von 500 × 300 mm benötigt 1,6 m² Blech.
Ein Kanal misst 600 × 400 mm und ist 2,5 m lang.
Berechne den Umfang U und die Oberfläche A in m².
Lösung auf der Lösungsfolie am Ende der Präsentation.
Für den Bogen gilt derselbe Querschnittsumfang U wie beim geraden Kanal. Neu ist die Länge: Das Blech folgt der Krümmung, wir rechnen mit der Mittellinie.
Umfang des Querschnitts:
U = 2 · (a + b)
Mittellinienradius:
rm = ri + a/2 — die Mittellinie liegt genau in der Mitte der Breite a.
Mittellinienlänge:
Lm = rm · π/2 ≈ rm · 1,57 — bei 90° ist es ein Viertel des Kreisumfangs.
Oberfläche:
A = U · Lm
Der Kanal aus Schritt 1 — jetzt um 90° gebogen.
Masse umwandeln:
a = 0,5 m · b = 0,3 m · ri = 0,25 m
Umfang:
U = 2 · (0,5 + 0,3) = 1,6 m
Mittellinienradius:
rm = ri + a/2 = 0,25 m + 0,25 m = 0,5 m
Mittellinienlänge:
Lm = rm · π/2 = 0,5 m · 3,14/2 = 0,785 m
Oberfläche:
A = 1,6 m · 0,785 m = 1,256 m² ≈ 1,26 m²
Ein Kanalbogen (90°) hat die Masse 600 × 400 mm (a × b); der Innenradius beträgt ri = 300 mm.
Berechne U, rm, Lm und die Oberfläche A in m².
Lösung auf der Lösungsfolie am Ende der Präsentation.
Gleicher Querschnitt — aber der 90°-Bogen benötigt rund 1,26 m² statt 1,6 m² pro Meter.
Die Mittellinie des Viertelkreises (0,785 m) ist kürzer als ein gerades Meter.
Warum berechnet man die Länge über den Mittellinienradius und nicht über den Innen- oder Aussenradius?
(Denke ans Biegen: Welche Linie bleibt gleich lang?)
U = 2 · (0,6 + 0,4) = 2 m
A = 2 m · 2,5 m = 5 m²
U = 2 · (0,6 + 0,4) = 2 m
rm = 0,3 + 0,6/2 = 0,6 m
Lm = 0,6 m · 1,57 = 0,942 m
A = 2 m · 0,942 m = 1,884 m² ≈ 1,88 m²
Beim Biegen wird die Innenseite gestaucht und die Aussenseite gedehnt. Nur in der Mittellinie, also in der neutralen Faser, ändert sich die Länge des Materials nicht — deshalb ist die Berechnung über rm für den Materialbedarf am genauesten.
Quelle der Zeichnungen: Lehrmittel Isolierspengler/in EFZ