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Thema: Kraft-, Impuls- oder Energiemessung

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Kraft-, Impuls- oder Energiemessung

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    Hallo zusammen,

    irgendwie passt es nicht nur in Mechanik und auch nicht nur in Elektronik, hier gehts eher um das Physik-Verständnis...

    Ich möchte von einem sich bewegenden Schlagbolzen die Energie messen.
    Es geht in erster Linie darum, zu messen, ob die Energie immer gleich ist, oder irgendwann schwächer oder stärker wird.

    Der Ablauf ist folgender:
    Eine Feder spannt einen Schlagbolzen mit einer Masse von etwa 150g. Danach wird die Feder ausgelöst und der Schlagbolzen geht in die Ausgangslage.

    Die Spannenergie zu berechnen ist nicht das Problem (ca. 0,4J), aber wie kann ich das am besten Messen?
    Bei Schlagschraubern z.B. muss das doch auch irgendwie gehen.

    Zur Verfügung stehen würde ein Kraftmesssensor, auf den ich mit dem Schlagbolzen draufschlagen könnte. Einfach nur der Spitzenwert der Kraft wird wohl kaum eine Aussage haben, oder?

    Vielleicht ist auch der Ansatz, die Energie messen zu wollen falsch und ich sollte den Impuls messen. Also p=F*t. Dann hätte ich halt Ns [Newtonsekunden] als Einheit.

    Irgendwie steh ich auf dem Schlauch...
    kann mir jemand den Weg in die richtige Richtung zeigen?

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie
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    Re: Kraft-, Impuls- oder Energiemessung

    Zitat Zitat von BlooD
    .
    Es geht in erster Linie darum, zu messen, ob die Energie immer gleich ist, oder irgendwann schwächer oder stärker wird.
    Das müsstest Du nochmal genauer beschreiben.
    Prinzipiell gilt folgendes:
    Die einfachste Methode, die Energie Deines Bolzens zu bestimmen, ist seine Geschwindigkeit zu messen. Denn es gilt:
    E=0,5mv²
    Damit kannst Du auch sagen: Solange die Masse m eine konstante Geschwindigkeit hat, hat sie auch eine konstante Energie.
    Diese Art der Messung hat keine Einwirkung auf den Versuch.
    Wenn Du es über die Kraft messen willst, dann kannst Du die Masse auf eine 2. Feder schießen und deren Auslenkung messen. Sind beide Federn identisch, wirst Du zum Erstaunen feststellen, dass die Auslenkung (fast) identisch ist.
    Ist ja auch irgendwie trivial.
    Wenn Du es unbedingt mit Deinem Kraftmesser messen willst, kannst Du folgendes machen:
    E=0,5mv²; v=at; a=F/m -> E=0,5F²t²/m
    ...wenn ich mich jetzt nicht verrechnet habe. Du musst also noch die Zeit messen.
    Das gilt allerdings nur, wenn sich alles sehr linear abspielt. Anderenfalls darfst Du die Integrale nicht vereinfachen und musst den zeitlichen Verlauf mitberücksichtigen. (v ist Integral a dt)
    Gruß

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Re: Kraft-, Impuls- oder Energiemessung

    Danke schon mal. Es geht mir nicht unbedingt darum, die Energie zu messen, sonder ich möchte eher eine Referenz schaffen und dann hin- und wieder vergleichen, ob sich was geändert hat.
    Wenn z.B. die Feder nachgelassen hat oder die Reibung größer geworden ist (durch weniger/falsches Schmiermittel) etc.

    Also deine Formel E=1/2 F²t²/m stimmt, wenn ich auch richtig zusammengfasst hab
    Leider hab ich da ein Problem noch zusätzlich die Zeit zu messen, in der die Kraft wirksam ist. Die ist ziemlich kurz...

    Zitat Zitat von Gock
    Das gilt allerdings nur, wenn sich alles sehr linear abspielt.
    Linear ist die Kraft aber nicht, denn die kurze Kraftspitze ist nur im Bereich von Millisekunden wirksam.

    Die Geschwindigkeit dagegen nimmt bei einer normalen Feder doch linear zu?

    Ich denk nochmal drüber nach...

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Visionär
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    Es geht nicht darum die Geschwindigkeit wärend der beschleunigung durch die Feder zu messen, sondern Geschnindigkeit danach. Wenn es nur darum geht eine machlassende Feder oder zu viel reibung zu erkenne, reicht ntürlich auch die Zeit vom Auslösen, bis der Anschalt erreicht wird. Die Schwierigkeit ist dann nur noch passende Sensoren zu finden um das Auslösen und die Zeilpostion zu erkenn. Das Könnten Pizeo elemente als Mikrofon, Lichtschranken oder elektrische Kontakte sein. Die eigentliche Zeitmessung sollte relativ einfach zu realiesieren sein.

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Zitat Zitat von Besserwessi
    Es geht nicht darum die Geschwindigkeit wärend der beschleunigung durch die Feder zu messen, sondern Geschnindigkeit danach.
    Also, wenn die Feder nicht mehr wirkt? Geht nicht, denn der Schlagbolzen schlägt an, bevor die Feder loslässt. Die ist also immer um ein paar Milimeter vorgespannt.

    Das schwierigste an der Geschwindigkeitsmessung ist das rankommen an den Schlagbolzen; der ist relativ gut "eingepackt".
    Kann ich denn alleine durch die Geschwindigkeit einen Rückschluss auf das was vorne ankommt ziehen?

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Das schwierigste an der Geschwindigkeitsmessung ist das rankommen an den Schlagbolzen; der ist relativ gut "eingepackt".
    Kann ich denn alleine durch die Geschwindigkeit einen Rückschluss auf das was vorne ankommt ziehen?
    Zweck eines Schlagbolzens ist es im allgemeinen, Energie durch einen Impuls zu übertragen.
    Energetisch betrachtet wird zunächst durch Spannen der Feder potentielle Energie in der Feder gespeichert, die nach Auslösen der Hemmung in Bewegungsenergie (des Bolzens und anteilig der Feder) umgesetzt wird.
    Nachdem der Schlagbolzen aufgeprallt ist, wird die Bewegungsenergie teilweise durch den Impuls übertragen. Die Energieübertragung durch den Impuls kann groß oder klein sein, das hängt auch von dem Teil ab, auf das geschlagen wird.
    Um den Energieübertrag abschätzen zu können, ist insbesondere die Masse des Teils interessant, auf das geschlagen wird, außerdem die Frage, ob es zu bleibenden Deformationen kommt oder nicht (elastischer / plastischer Stoß, näheres dazu weiß z.B. wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Stoß_(Physik) ).
    Nur wenn das Teil, auf das geschlagen wird, gleichbleibende Eigenschaften hat, dann kann die Geschwindigkeit des Schlagbolzens unmittelbar vor dem Auftreffen ein Maß für die übertragene Energie darstellen.

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