Kegelstumpf

Eine Kegel ist ein geometrischer Körper mit einer runden Grundfläche, wobei der Seitenrand der Grundfläche zu einem bestimmten Punkt verläuft. Wird der obere Bereich des Kegels abgeschnitten und entfällt somit, entsteht ein Kegelstumpf. Den abgeschnittenen Teil des Kegels nennt man Ergänzungskegel.

Kegelstumpf

Durch den Schnitt verändert sich gleichzeitig die Mantelfläche. Bei einem Kegel hat die Mantelfläche in abgewickelter Form 3 Ecken. Wickelt man einen Kegelstumpf ab, erhält man als Mantelfläche eine Form mit 4 Ecken.

Berechnungen am Kegelstumpf

Bei einem Kegelstumpf werden häufig folgende Dinge berechnet:

  • Grundfläche: Formelzeichen G
  • Schnittfläche: Formelzeichen S
  • Volumen: Formelzeichen V
  • Höhe: Formelzeichen h
  • Mantelhöhe: Formelzeichen m
  • Mantelfläche: Formelzeichen M

Berechnung der Grundfläche G und Schnittfläche S

Wie bei einem normalen Kegel ist auch beim Kegelstumpf keine einheitliche Formel vorhanden, um die Grundfläche oder die Schnittfläche zu berechnen. Diese Flächen können Kreise, Ellipsen oder eine andere geschlossene Formen sein.

Ist die Grundfläche bzw. Schnittfläche ein Kreis, ist die Formel Durchmesser² · Pi : 4. Sind die Flächen Ellipsen oder andere geschlossene Formen, muss man sie mit den hierfür notwendigen Rechenmethoden ausrechnen.

Grundfläche und Schnittfläche vom Kegelstumpf

Formel zur Volumenberechnung beim Kegelstumpf eines Kreiskegels

Formel für Volumen beim Kegelstumpf

Beispiel für einen Kreiskegel:

Durchmesser Grundfläche (D): 100mm

Durchmesser Schnittfläche (d): 50mm

Höhe (h): 50mm

Gesucht: Volumen V

Berechnung: 50 · 3,14 : 12 · (100² + 50² + 100 · 50) = 228958,33mm³

Berechnung der Höhe und Mantelhöhe eines Kegelstumpfes

Die Höhe und die Mantelhöhe können mit den Winkelfunktionen oder mit dem Satz des Pythagoras berechnet werden, wenn die notwendigen Längen bzw. Winkelangaben verfügbar sind. Die in den Kegelstumpf eingezeichneten Dreiecke könnten wie nachfolgend abgebildet aussehen.

Höhe eines Kegelstumpfes
Mantelhöhe eines Kegelstumpfes

Formel für die Höhe eines Kreiskegelstumpfes, wenn das Volumen sowie die Durchmesser bekannt sind

Formel für die Höhe eines Kegelstumpfes

Man kann die Höhe auch berechnen, wenn das Volumen sowie die beiden Durchmesser bekannt sind.

Beispiel:

Volumen (V): 228958,33mm³

Durchmesser für die Grundfläche (D): 100mm

Durchmesser für die Schnittfläche (d): 50mm

Gesucht: Höhe h

Berechnung: 228958,33 · 12 : ((100 · 100 + 50 · 50 + 100 · 50) · 3,14) = 50mm

Formel für die Mantelhöhe eines Kreiskegelstumpfes

Formel für Mantelhöhe eines Kegelsstumpfes

Wenn die Höhe sowie die beiden Durchmesser bekannt sind, kann die Mantelhöhe berechnet werden.

Beispiel:

Höhe (h): 50mm

Durchmesser der Grundfläche (D): 100mm

Durchmesser der Schnittfläche (d): 50mm

Gesucht: Mantelhöhe m

Berechnung: 50 · 50 + (100 - 50 : 2)² = 3125, Wurzel aus 3125 = 55,90mm

Berechnung der Mantelfläche eines Kreiskegelstumpfes

Die gesamte Oberfläche setzt sich zusammen aus Mantelfläche + Grundfläche + Schnittfläche (M + G + S). Die Mantelfläche eines Kegelstumpfes von einem Kreiskegel kann mit einer Formel berechnet werden. Hierfür muss die Mantelhöhe sowie die beiden Durchmesser bekannt sein.

Formel für Mantelfläche eines Kegelstumpfes

Beispiel:

Durchmesser der Grundfläche (D): 100mm

Durchmesser der Schnittfläche (d): 50mm

Mantelhöhe (m): 50mm

Gesucht: Mantelfläche M

Berechnung: 50 · 3,14 : 2 · (100 + 50) = 11775mm²