Kräfte ermitteln < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 21:22 Sa 28.01.2006 | | Autor: | sv_t |
Hallo, ich möchte gern wissen, wie ich zu folgender Problematik die Änderung der Kräfteverhältnisse ermitteln kann?
[Dateianhang nicht öffentlich]
Das Bild zeigt folgende Aufgabe.
Zwei senkrechte Balken (einer grau, einer orange) sind drehbar gelagert.
Der linke Balken behält in den beiden nun folgenden Varianten die selbe Länge.
Der rechte Balken hat in Variante 1 die Länge L1 und in Variante 2 die Länge L2.
Der rechte Balken soll um die Antriebsachse (roter Punkt) gedreht werden,
die über einen Elektromotor und einem Schneckengetriebe angetrieben wird.
Die dafür aufzuwendene Kraft ist F4.
Über einen Verbindungsstab soll der rechte Balken den linken, größeren Balken ebenfalls um die Achse (schwarzer Punkt) drehen.
Dabei muss eine Gegenkraft (F3) überwunden werden.
Momentan habe ich die Variante 1 mit L1, F1, F3, F4.
Ich möchte nun mit der Variante 2 erreichen, dass die aufzuwendene Kraft F4 kleiner wird als in Variante 1, also der Motor weniger belastet wird.
F3 ist bei beiden Varianten gleich (und nicht bekannt).
Mein Gedanke war, dass die Kraft F2 kleiner ist als die Kraft F1,
denn je weiter ich von der drehbaren Achse des linken Balkens weggehe, umso weniger Kraft muss ich auf den Balken ausüben um ihn zu bewegen und F3 zu überwinden. Damit müsste doch auch F4 kleiner werden?
Welchen Einfluß hat nun aber die neue Länge L2 des rechten Balkens auf die Kraft F4?
Je länger der Hebel wird, um so mehr Kraft muss ich doch aufwenden.
Und die zweite Frage ist, wie die beiden Kräfte im Verhältnis stehen.
Also die Krafteinsparung beim linken Balken und der Mehraufwand beim rechten Balken.
Ich würde mich freuen, wenn mir hier jemand einen Lösungsansatz geben kann. Als Zahlenwert kann ich (wenn nötig) nur die Länge L1 des rechten Balkens, die Länge des linken Balkens und den Abstand zwischen Achse und Anschlag von F1 an den linken Balken angeben, sowie evtl noch die elektrische Leistung des Motors.
Für die, die sich fragen, was das eigentlich soll:
Der linke Balken ist eine elektrischer Kontakt in einer Hochspannungsanlage, der über eine Isolierstange von einem Antrieb (rechter Balken) bewegt werden soll. Da im geschlossenen Zustand die Kontakte ineinander geklemmt sind, so muss erst eine Gegenraft (F3) überwunden werden, bis die Kontakte getrennt sind.
Der Motor schafft das nicht immer und der Überlastschutz schaltet ab bzw. der Vorwiderstand brennt durch.
Bevor ich nun einen neuen Motor hole möchte ich wissen, ob ich das Gestänge umbauen kann (denn die Isolierstange drückt den Kontakt ziemlich nahe an der Achse).
Vielen Dank für Eure Hilfe,
Gruß Sven
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: png) [nicht öffentlich]
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Hallo!!Das ist eine sehr interessante Aufgabe  !!
Also ich kann dir leider keinen genauen Rechenweg angeben(Wäre toll wenn du die Variante 1 ind Netz stellen würdest).
ich möchte jedoch erwähnen,dass wenn du bei Variante 1 ein gewisses Drehmoment F1*L1 benötigst bzw aufwendest, und wenn du bei Variante 2 dasselbe Drehmoment benötigst, so ist deine Kraft F2 kleiner da ja der Hebelarm größer ist.
Viell war das eine klitze kleine Hilfe.mfg daniel
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 16:06 So 29.01.2006 | | Autor: | sv_t |
Hallo Daniel,
ich habe leider noch keine Zahlenwerte.
Das Ganze ist in der Praxis aufgebaut und das Problem ist reell vorhanden.
Um die Kräfte herauszufinden muss ich erstmal mittels Federkraftmesser bzw. Druckwaage vor Ort messen. Die Längen kann ich so ausmessen (bzw. die neuen optimalen Längen für L2 will ich ja errechnen).
Das Typenschild vom Motor kann ich nicht entziffern weil ich z.Z. nicht rankomme.
Ich muss hier erstmal warten, bis die ganze Anlage mal wieder freigeschaltet wird, damit ich die nötigen Werte ermitteln kann.
Gruß Sven
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 15:47 So 29.01.2006 | | Autor: | sv_t |
Nochmal Hallo,
ich habe mal versucht, die Aufgabe in zwei Teilaufgaben zu zerlegen.
Das wäre mein Ansatz:
[Dateianhang nicht öffentlich]
Linker Balken:
Da F3 in beiden Fällen gleich ist, betrachte ich diese Kraft hier nicht.
[mm]\bruch{F1}{F2} = \bruch{L2}{L1} \Rightarrow F2 = \bruch{L2}{L1}[/mm]
Weil L2 > L1 , so ist F2 > F1 (was ich ja erreichen will).
Allerdings gilt das meines Wissens nur, wenn der Drehpunkt zwischen L1 und L2 liegt.
Ist das bei mir (Drehpunkt außen) auch so?
Rechter Balken:
Hier wollte ich mit dem Drehmoment arbeiten, aber nach 2-3° ist F3 überwunden und dann = 0.
Mit welcher Verhältnisgleichung muss ich hier arbeiten?
Welche Werte muss ich überhaupt in Betracht ziehen?
Vielen Dank für Eure Hilfe,
Gruß Sven.
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: JPG) [nicht öffentlich]
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 20:42 So 29.01.2006 | | Autor: | leduart |
Hallo Sven
Wenn ich das Prinzip richtig durchschaut habe, kannst du nicht von einer Kraft F4 ausgehen, sondern von einem Drehmoment M das dein Motor und Getriebe ausübt. Dann ist aber M gegeben, bzw. beschränkt, und damit F1*L1=F2*L2=M, also F2<F1.
links übst du jetzt ein Drehmoment aus, M=F2*L2=F1*F2.
Das scheint aber noch nicht so zu stimmen, denn es fehlt in deiner Angabe ja, wo dieser Kontakt sitzt, dessen Widerstand überwunden werden muss. Ich wunder mich also, dass du F3 als konstant ansiehst. Ich hoff, ich seh das Problem richtig.
Wenn du es einfach als Drehmomentvergrößerung bezüglich des untersten Drehpunktes siehst, geht mit Verlängern nichts, da du ja keinen Drehmomentwandler baust.
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 11:55 Di 31.01.2006 | | Autor: | sv_t |
Hallo,
also in der Praxis ist es so angeordnet wie in meiner Kräftezeichnung.
Ich habe mal vor Ort die Längen grob geschätzt:
- Der Kontakt (links) ist ca. 50cm lang.
- F1 wirkt ca. 20cm (=L1) über dem Drehpunkt des Kontaktes.
- F2 soll irgendwo zwischen 30cm und 40cm (= F2) über dem Drehpunkt des Kontaktes liegen.
- Der rechte Hebel ist original ca. 12cm lang (=L1)
- Der Motor hat die Angaben F= 1,2, Drehmoment Bremse = 1,5Nm (mehr steht leider nicht da
- Angaben zum Schneckengetriebe habe ich keine
- Der Verbindungsstab (Schubstange) ist ca. 40cm lang
Die Kraft F3 wirkt nur auf die Spitze des Kontaktes (also bei L= 50cm).
Wenn der Kontakt geschlossen ist (senkrecht) wird er in Metallfedern geklemmt, um eine sichere Energieübertragung zu gewährleisten.
Beim Öffnen (Kontakt wird von senkrecht nach links gedrückt) muss diese Klemmung überwunden werden (bei mir als Gegenkraft F3), danach fährt der Kontakt nur noch in seine Endlage. Diese ist doch immer gleich, weil der Kontakt immer 50cm lang bleibt. Das diese Kraft F3 = die Gegenkraft des rechten Antriebshebel ist habe ich jetzt mal so angenommen (ist aber warscheinlich nicht richtig).
Meine Überlegung war nun, das die aufzuwendende Kraft auf den Kontakt kleiner wird, je weiter ich vom Drehpunkt weggehe. Also F2<F1.
Das kann man noch leicht nachvollziehen.
Schwer wird es bei dem rechten Antriebshebel.
Damit ich die neue Kraft F2 wieder im rechten Winkel auf den Kontakt ausübe, muss ich den Antriebshebel verlängern.
Tue ich das nicht, drücke ich in einem Winkel auf den Kontakt und damit geht mir wieder Kraft verloren.
Wird der Antriebshebel aber länger, muss doch der Motor mehr Kraft auf die Antriebswelle ausüben, um den Antriebshebel zu bewegen.
Leider weiß ich nun mit den Kräfteverhältnissen nicht mehr weiter.
Welche Gegenkraft wirkt den auf die Spitze des rechten Antriebshebel?
Ist das auch F3?
Statt F4 kann ich ja das Drehmoment M verwenden.
Wenn ich mit dem Drehmoment arbeite, müsste ich ja rechnen:
M = F * r = 1,2 * 12cm = 14,4 (aber welche Einheit?)
Da das Drehmoment in Nm angegeben wird, müsste ich Newton * Meter rechnen. Also r = 0,12m, aber bei F weiß ich nicht weiter.
Ich hoffe ich konnte das einigermaßen verständlich erklären.
Eine ganz neue Überlegung von mir wäre noch, den rechten Antriebshebel so lang zu lassen wie er ist und einfach nur höher setzen.
Dann hätte ich beim Antrieb keine Veränderung der Kräfte und könnte auf den linken Kontakt mit der neuen Kraft F2 einwirken?
Geht das so einfach?
(Ich kann ja mal versuchen ein Bild einzufügen)
Nochmals vielen Dank für Eure Hilfe.
Gruß Sven
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(Antwort) fertig | | Datum: | 21:45 Mi 01.02.2006 | | Autor: | leduart |
Hallo
Ich glaub dass die einzige Lösung des Problems ist, den rechten Schalterstab nach oben zu verschieben. Das Verschieben des Angriffspunktes kann nichts bringen, weil das Drehmoment ja gleich bleibt, d.h. wie du richtig schreibst die Kraft in grßerer Entfernung kleiner wird.
Wenn das also vom Aufbau her geht, vergrößerst du die Kraft auf den linken Hebel, wenn du den Drehpunkt des Motors mit Stange nach oben verlegst. je höher, desto mehr.
Gruss leduart
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