Leibungsschlag bei Fenster

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hi,

ich möchte einen Versuchsaufbau rechnerisch verifizieren.
Bei dem Versuch handelt es sich um einen sogenannten Leibungschlagversuch der wie folgt abläuft:

  1. Fenster bis zum Anschlag (Leibung) öffnen
  2. eine Masse von 10 kg über eine Stahlseil und eine Umlenkrolle am Fenster, direkt neben dem Griff) besfestigen.
  3. Fenster soweit schließen damit die Masse 32cm vom Boden angehoben wird
  4. 2cm Holzplatte unter die Masse auf den Boden legen damit das Fenster den letzten Weg nicht mehr beschleunigt wird
  5. Fenster loslassen und gegen Anschlag (Leibung) schlagen lassen

Bei dem Versuch darf das Fenster nicht abstürzen, d.h. die sogenannten Ecklager in denen sich das Fenster dreht dürfen nicht reissen. (Dabei kommt es hauptsächlich auf das untere Ecklager an). Eine plastische Verformung ist durchaus erwünscht.

So jetzt zu meinen Problemen:

a. Es gibt verschiedene Behauptungen wie die Fenstermasse den ganzen Versuch beeinflusst:

  1. Leichtere Fenster beschädigen das Ecklager stärker
  2. Leichtere Fenster beschädigen das Ecklager weniger stark
  3. die Fenstermasse spielt keine Rolle

b. Welche Energie bzw welche Kraft wird in dem Ecklager abgebaut.

Ich habe das ganze schon statisch durch gerechnet, was hier ja aber völlig hinfällig ist da es sich ja eindeutig um ein dynamisches Problem handelt.
Mit Energie- und Impulserhaltungssatz habe ich mich auch schon versucht doch leider Erfolglos, da ich da so gut wie keine Ahnung und Übung habe.

Ich weiss das das ganze, wenn man mal etwas genauer drüber nach denkt, ein durchaus komplexer Sachverhalt ist. Trotzdem wäre ich sehr froh wenn mir jemand zumindest einen Lösungsansatz geben könnte. Am Anfang reicht es auch das ganze erstmal nur zweidimensional zu betrachten.

Viele Grüße
Wilpe

#2
  1. Fenster bis zum Anschlag (Leibung) öffnen
  2. eine Masse von 10 kg über eine Stahlseil und eine Umlenkrolle am Fenster, direkt neben dem Griff) besfestigen.
  3. Fenster soweit schließen damit die Masse 32cm vom Boden angehoben wird (…)

Hallo Wilpe,

die Berechnungen möchte ich nicht vorwegnehmen; nur ein paar logische Gedanken zum Ablauf des Versuchs:

  1. Wenn das Fenster in der (halb) geschlossenen Stellung losgelassen wird, wirken da im ersten Moment zwei Kräfte gegeneinander: Erstens die Massenträgheit - abhängig vom Gewicht des Fensters und der Reibung im Drehlager. Zweitens die Zugkraft durch das Gewicht.

  2. Wenn das Fenster in Bewegung ist, wird es durch das Gewicht beschleunigt (freier Fall des Gewichtes). Hinzu kommt nun noch die Massenträgheit des Fensters, das ja nun in Bewegung ist und auch in Bewegung bleiben „will“ - das ist dann auch wieder vom Gewicht des Fensters abhängig abzüglich der Reibung im Lager (…falls man das nicht vernachlässigen kann).

  3. Der Aufschlag des Fensters auf die Leibung: Das Fenster hat dann eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht. Das Gewicht des Fensters erzeugt dann zusammen mit dem Zuggewicht eine Kraft auf das Drehlager, die du mit dem Hebelgesetz berechnen kannst.

Ich hoffe, damit kannst du in die Berechnung einsteigen.

Freundliche Grüße,
Markus

#3

Hi.

  1. und 2. waren mir schon klar… trotzdem danke.

bei 3. hab ich so meine Probleme, wenn ich die Geschwindigkeit hab, wie kann ich die dann mit der Kraft verbinden?

denn wie wohl allen bekannt ist, ist F=m*a

oder F=m*dv/dt bzw F=m*[DELTA]v/[DELTA]t

da fehlt mir dann zur Berechnung der Kraft ja noch das dt bzw [DELTA]t , was meiner Denke nach die Zeit sein sollte in der das Ecklager verformt wird.
Weisst du da Rat? oder steh ich grad auf m Schlauch?

Viele Grüße
Wilpe

#4

Hi.

  1. und 2. waren mir schon klar… trotzdem danke.
    bei 3. hab ich so meine Probleme, wenn ich die Geschwindigkeit hab, wie kann ich die dann mit der Kraft verbinden? denn wie wohl allen bekannt ist, ist F=m*a (…)

Hallo Wilpe,

im Grunde ist es meiner Meinung nach relativ einfach.
Mit F=m*a bist du schon auf dem richtigen Weg.
Diese F mußt du dann nur noch in das Hebelgesetz „einsetzen“ um die Belastung an der Leibung (F2) bzw. in die Belastung des Drehlagers (F3) umzurechnen.

 ^ F3=F\*x/y
 | [Belastung des Lagers]
 |
 | x | y |
 |
 G=======fenster========O======D [Drehlager]
 | |
 | |
 v F=m\*a |
 |
 v F2=F\*(x+y)/y
 [Aufschlagkraft auf die Leibung]

X = [Abstand Leibung \> Fenstergriff]
y = [Abstand Drehlager \> Leibung]
G = [Griff]
O = [Leibung]
D = [Drehlager]

Diese zugegebenermaßen vereinfachte Betrachtung geht für die Berechnung davon aus, dass das ganze Gewicht des Fensters im Punkt G liegt.

Freundliche Grüße,
Markus

#5

Hi…
nochmal danke für die Antwort…
genau das habe ich ja schon gemacht und auch ohne große Probleme hin bekommen. Das Problem ist nur das ich damals genau wie du jetzt statische an die Sache ran gehen… das is aber leider falsch, da das ganze ja nicht statisch ist sondern höchst dynamisch, da ich ja die Verformung des Ecklagers betrachte.
Ich hab den Ansatz mal durch gerechnet und dann mit dem Programm Model Maker nach geprüft. Da kommt was völlig anderes raus… nur ne Rechnung fehlt mir eben…

Gruß