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Die Auswirkung der Schrägstellung eines Aquariums ist tasächlich sehr gering. Warum ?

Schrägstellung eines Aquariums

Es treten 2 Effekte auf.

Zunächst verringert sich der maximal mögliche Wasserstand, weil eine der Seitenscheiben sich um den Winkel der Bodenschräge aus der Vertikalen dreht. Zudem addiert sich bei der „unteren“ Seitenscheibe die dem Schrägenwinkel entsprechende Gewichtskomponente der Scheibe zum Wasserdruck und so ergibt sich eine höhere Belastung. Bei der „oberen“ Seitenscheibe wirkt diese Komponente gegen den Wasserdruck und die Belastung ist sohin geringer.

Dazu ein paar Zahlenspiele, um die Größenordnungen zu benennen.

Angabe: AQ 1800x600x600 mm

Das Modell für das Glas ist einfachheitshalber als einzelner Solid ausgeführt, der halbe Maximaldruck wird unter Einbeziehung der Gewichtskomponente des Glases auf die Innenflächen aufgebracht. Ein reales AQ hätte elastisches Silikon als Lastüberleiter und einen ansteigenden Druckverlauf, der Zahlenwert der Spannung wäre ein anderer. Die gewählte Näherung ist wegen des reinen Vergleichs von gerader und schräger Aufstellung aber realistisch.


Gerades Aquarium

Als Vergleich zunächst ein Aquarium, das normal in der Waage steht.

Gerades Aquarium
Gerades Aquarium
Gerades Aquarium, Vergleichspannung
Gerades Aquarium, Vergleichspannung


Schräges Aquarium

Dazu das selbe Aquarium um 15° nach vorn geneigt.

Diese Neigung ist unrealistisch groß gewählt um ein möglichst klares und anschauliches Belastungsbild zu generieren.

Schräges Aquarium
Schräges Aquarium
Schräges Aquarium, Lastbild
Schräges Aquarium, Lastbild

Die Simulation für ein AQ mit 15° Querschräge zeigt keinen nennenswerten Anstieg der maximalen Spannung trotz zusätzlicher Last aus Eigengewicht der Glasscheibe.

Die Vergleichspannung erhöht sich um gerade mal 4%.



Rechnerische Lösung

Längsneigung:

AQ steht 5mm aus der Horizontalen auf 1800mm Länge.

Winkel der horizontalen Abweichung:   f =  actan (5 / 1800) = 0,159°

Höhe Seitenwand um f  geneigt:   600mm * cos(f) = 599,999mm

Bei der gegebenen geringen Neigung ist ein Unterschied erst an der 13. Stelle nach dem Komma gegeben.

Gewichtskomponente der Seitenwand:

Angenommen wird eine Glasstärke von 12mm, spez. Gewicht von Glas sei 2,4 kg/dm3

Gewicht Scheibe G =  5,76 * 5,76 * 0,12*2,4 = 9,555 kg

Lot-Komponente Gk = 9,555kg * sin f = 0,0265 kg = 0,265 N

Wasserdruck:

Die Wassersäule von 600mm gibt einen mittleren Druck von 3000 Pa.

Die Kraft auf die Seitenfläche daraus:   3000Pa * 0,576m * 0,576m = 995,328 N

Mehrbelastung aus Längsneigung: 0,265N*100/995N=0,03%


Querneigung:

AQ steht 5mm aus der Horizontalen auf 600mm Breite.

f =  actan (5 / 600) = 0,477°

600mm * cos(f) =599,98mm -> zu vernachlässigen

G =  5,76dm * 17,76dm * 0,12dm*2,4 = 29,5 kg

Gk = 29,5kg * sin f = 0,246 kg = 2,46 N

3000Pa * 0,576m * 17,76m =3068,93 N

Mehrbelastung aus Querneigung: 2,46N*100/3068N=0,08 %


Fazit:

Die Verringerung des Wasserstandes wird erst bei Neigungen merkbar, die in der Aquaristik keine Rolle spielen. Die zusätzliche Gewichtskomponente der Seitenscheibe  macht sich zwar bemerkbar, jedoch beträgt hier die Mehrbelastung in Druckrichtung lediglich 0,03% bzw. 0,08 % der regulären Belastung. Die FEA zeigt eine Zunahme der mechanischen Spannung um 4% weil für die Spannung auch die Feldweite zusätzlich in Rechnung gestellt werden muß.

Noch größere Neigung wird zwar größere Zusatzlast hervorrufen, diese sollte aber im unteren einstelligen Prozentbereich bleiben. Man muß aber auch sehen, dass mehr Neigung ohne Rutschsicherung gar nicht möglich ist. Die gewählte Neigung ist in etwa das Maximum bevor das Aquarium wegrutscht.

Zum Vergleich: 1% von 600mm Wasserstand sind 6mm.

Und nicht zu vergessen:

Aquarien sind auf Gebrauchstauglichkeit ausgelegt und weisen doch recht beachtliche Sicherheiten gegen den reinen Wasserdruck auf.

Eine andere Baustelle ist der Unterbau. Da kann die Neigung ein zusätzliches Kippmoment hervorrufen, das entsprechend abgefangen werden muß.

Es zeigt sich auch in der FEA, dass die waagrechte Ausrichtung eines Aquariums keinen nennenswerten Gewinn an Betriebssicherheit bringt. Ein geneigt aufgestelltes AQ ist nicht nennenswert mehr belastet. Es sieht weniger elegant aus, wenn der Schiefstand zwischen Beckenrand und Wasserlinie sichtbar ist. Eine andere Baustelle ist der Unterbau. Da kann die Neigung ein zusätzliches Kippmoment hervorrufen, das entsprechend abgefangen werden muß.

Für das Glasbecken selbst ist die waagrechte Ausrichtung eines Aquariums ein rein optisches Problem.


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