Noetige Federkraft von Schenkelfeder?

Liebe Leute,
ich hoffe, ihr könnt mir weiterhelfen, ich bin kein ausgebildeter Mechaniker, muss aber dennoch derzeit einen Mechanismus entwerfen, der einen Hebel über ein Stahlseil dämpft. Ich habe mich durch verschiedene Mechanikbücher und die Online-Hilfestellungen von gutekunst de für Schenkelfedern durchgelesen, aber ich weiss immer noch nicht, ob ich es richtig verstanden habe.

Hier die Skizze: Federrolle.png
Ich benötige einen Auslenkungswiederstand am Hebel von ca 200N im Ruhezustand und bei 60° Auslenkung ca 600N. (Beispielwerte, mir geht es ja darum, die Rechnungen zu verstehen :-))
Der Hebel bewegt die Rolle mit einem Radius 30mm, die über Umlenkrollen die Spule mit Radius 40mm bewegt. Die Spule soll mit einer Schenkelfeder mit Hebelarm von ca 30mm gedämpft werden, um die oben beschriebenen Kräfte am Hebel zu erreichen.
Was ich bis jetzt glaube, verstanden zu haben: den Zug, den der Hebel auf das Stahlseil auf der Rolle verursacht, kann ich mit Fr = Fh + Lh / rr berechnen, dh vor Auslenkung: 200 * 100 / 30 = 666 nmm. Ist das richtig? Oder muss ich hier über den Drehmoment rechnen? Kann ich dafür rechnen:
Drehmoment Hebel in Nmm = 200 / 100 = 2Nmm? und dann:
Zug Rolle auf Seil = 2 Nmm * 30mm = 60N?

Wenn ich nach diesem Prinzip weiter vorgehe, berechne ich die Federkraft bzw das nötige Drehmoment an der Spule mit 60N / 40mm = 1,5 Nmm
Daraus das Moment, dass die Feder aufbringen muss: 1,5 Nmm * 30mm = 45 N?

Ist diese Berechnung korrekt? Kann ich die dann genauso auf die Berechnung für die höhere Kraft bei Auslenkung anwenden? Machen die Umlenkrollen was aus?


Vielen Dank für's Lesen,
Niels
 
Liebe Leute,
ich hoffe, ihr könnt mir weiterhelfen, ich bin kein ausgebildeter Mechaniker, muss aber dennoch derzeit einen Mechanismus entwerfen, der einen Hebel über ein Stahlseil dämpft. Ich habe mich durch verschiedene Mechanikbücher und die Online-Hilfestellungen von gutekunst de für Schenkelfedern durchgelesen, aber ich weiss immer noch nicht, ob ich es richtig verstanden habe.

Hier die Skizze: Den Anhang 58271 betrachten
Ich benötige einen Auslenkungswiederstand am Hebel von ca 200N im Ruhezustand und bei 60° Auslenkung ca 600N. (Beispielwerte, mir geht es ja darum, die Rechnungen zu verstehen :))
Der Hebel bewegt die Rolle mit einem Radius 30mm, die über Umlenkrollen die Spule mit Radius 40mm bewegt. Die Spule soll mit einer Schenkelfeder mit Hebelarm von ca 30mm gedämpft werden, um die oben beschriebenen Kräfte am Hebel zu erreichen.
Was ich bis jetzt glaube, verstanden zu haben: den Zug, den der Hebel auf das Stahlseil auf der Rolle verursacht, kann ich mit Fr = Fh + Lh / rr berechnen, dh vor Auslenkung: 200 * 100 / 30 = 666 nmm. Ist das richtig? Oder muss ich hier über den Drehmoment rechnen? Kann ich dafür rechnen:
Drehmoment Hebel in Nmm = 200 / 100 = 2Nmm? und dann:
Zug Rolle auf Seil = 2 Nmm * 30mm = 60N?

Wenn ich nach diesem Prinzip weiter vorgehe, berechne ich die Federkraft bzw das nötige Drehmoment an der Spule mit 60N / 40mm = 1,5 Nmm
Daraus das Moment, dass die Feder aufbringen muss: 1,5 Nmm * 30mm = 45 N?

Ist diese Berechnung korrekt? Kann ich die dann genauso auf die Berechnung für die höhere Kraft bei Auslenkung anwenden? Machen die Umlenkrollen was aus?


Vielen Dank für's Lesen,
Niels
Eine Schenkelfeder erzeugt ja ein Moment. Mir ist im Augenblick nicht so direkt ersichtlich, was die das Moment an der Rolle nützen sollte;-)
 
Hallo,

die 200N am 100mm Hebelarm erzeugen in der Rolle ein Moment von 20Nm.
Da Du zwischen Rolle und Spule eine Übersetzung von 0,04m/0,03m = 1,333 hast, ergibt das für die Spule ein Moment von 26,666Nm. Bei 600N dann entsprechend 80Nm.
Die Übersetzung sorgt auch dafür, dass eine Drehung an der Rolle von 60° an der Spule eine Drehung um nur 45° ergeben.
Du brauchst also eine Schenkelfeder mit einem Moment M1 von 26,666 Nm (vorgespannt), und nach 45° einem Moment M2 von 80Nm.

Die Umlenkrollen werden aufgrund von Reibung auch ein Moment erzeugen, welches Du über die Schenkelfeder vorhalten musst. Dieses Reibmoment der Umlenkrollen ist in der Rechnung oben nicht berücksichtigt.

Gruß
 
Hallo,

die 200N am 100mm Hebelarm erzeugen in der Rolle ein Moment von 20Nm.
Danke für diese Antwort! Ich bin noch nicht hundertprozentig sicher, ob ich es korrekt verstehe, gibt mir aber neue Denkansätze. Ich melde mich nochmal, wenn ich noch Fragen habe :)

@Derfnam: im Prinzip will ich einfach einen Widerstand am Hebel H via einer Schenkelfeder erzeugen und war mir unsicher, wie ich die nötige Federkraft berechnen muss :)


EDIT: Okay, ich glaube, ich verstehe es, aber dann weitere Frage: sind diese Kräfte so ungewöhnlich hoch für eine Schenkelfeder? Wenn ich die Federkraft auf Nmm umrechne (für den gutekunst-Federkatalog), bin ich bei 45° Auslenkung bei 80000 Nmm, korrekt? Wenn ich das bei gutekunst in den Katalog eingebe, finde ich nichts - da sind nur Schenkelfedern mit Mn von so 10-20Nmm maximum?! Hab ich hier einen Denk- oder Umrechnungsfehler?
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo,

die 200N am 100mm Hebelarm erzeugen in der Rolle ein Moment von 20Nm.
Da Du zwischen Rolle und Spule eine Übersetzung von 0,04m/0,03m = 1,333 hast, ergibt das für die Spule ein Moment von 26,666Nm. Bei 600N dann entsprechend 80Nm.
Die Übersetzung sorgt auch dafür, dass eine Drehung an der Rolle von 60° an der Spule eine Drehung um nur 45° ergeben.
Du brauchst also eine Schenkelfeder mit einem Moment M1 von 26,666 Nm (vorgespannt), und nach 45° einem Moment M2 von 80Nm.

Die Umlenkrollen werden aufgrund von Reibung auch ein Moment erzeugen, welches Du über die Schenkelfeder vorhalten musst. Dieses Reibmoment der Umlenkrollen ist in der Rechnung oben nicht berücksichtigt.

Gruß
Ist mir unklar.
Der Hebel spannt doch m.E. nur die obere Rolle, so dass sich die untere, rechte Rolle lediglich axial bewegt und sich nicht dreht.
Ich verstehe das ganze System u. die Aufgabe (noch) nicht.
Hat der obere Hebel links seinen Drehpunkt oder wie funzt der gesamte Klapperatismus?
Wo dreht sich denn etwas? Welche Rolle ist angetrieben (wenn überhaupt)?
 
Ist mir unklar.
Der Hebel spannt doch m.E. nur die obere Rolle, so dass sich die untere, rechte Rolle lediglich axial bewegt und sich nicht dreht.
Ich verstehe das ganze System u. die Aufgabe (noch) nicht.
Hat der obere Hebel links seinen Drehpunkt oder wie funzt der gesamte Klapperatismus?
Wo dreht sich denn etwas? Welche Rolle ist angetrieben (wenn überhaupt)?
Ich habe es so interpretiert, dass jede Rolle einen festen Drehpunkt hat. Der Hebel ist am Drehpunkt der oberen Rolle gelagert. Die geforderten Kräfte (200N und 600N) greifen am linken Ende des Hebels an.
Aber natürlich kann es auch ganz anders gemeint sein.
 
Hallo,
ok, ich hoffe, das hier erklärt es:
Hebel und Rolle oben links sind kraftschlüssig verbunden und im Mittelpunkt aufgehängt. Umlenkrollen und Spule unten rechts sind genauso in ihrer Position aufgehängt, alle Teile können also nur eine radiale Bewegung vollziehen und sind mit einem durchgehenden Drahtseil kraftschlüssig miteinander verbunden. Ziel ist es, der Betätigung des Hebels eine Kraft x (200N bei 0 Grad, 600N bei 60° Auslenkung) entgegenzusetzen als Wiederstand. Das soll durch eine Schenkelfeder an der Spule unten rechts, die in die Spule eingehängt wird, realisiert werden. Erklärt das es etwas weiter?

//EDIT: @bahu: genau.
 
EDIT: Okay, ich glaube, ich verstehe es, aber dann weitere Frage: sind diese Kräfte so ungewöhnlich hoch für eine Schenkelfeder? Wenn ich die Federkraft auf Nmm umrechne (für den gutekunst-Federkatalog), bin ich bei 45° Auslenkung bei 80000 Nmm, korrekt? Wenn ich das bei gutekunst in den Katalog eingebe, finde ich nichts - da sind nur Schenkelfedern mit Mn von so 10-20Nmm maximum?! Hab ich hier einen Denk- oder Umrechnungsfehler?
Federn gibt es in allen möglichen Größen. Nicht jeder Hersteller deckt die volle Palette ab. Mag sein, dass Gutekunst keine Schenkelfedern in diesem Größenbereich anbietet. Du könntest natürlich auch die Radien der Rollen oder den Hebelarm ändern, um auf kleinere Momente bei der Feder zu kommen.
 
Hallo,
ok, ich hoffe, das hier erklärt es:
Hebel und Rolle oben links sind kraftschlüssig verbunden und im Mittelpunkt aufgehängt. Umlenkrollen und Spule unten rechts sind genauso in ihrer Position aufgehängt, alle Teile können also nur eine radiale Bewegung vollziehen und sind mit einem durchgehenden Drahtseil kraftschlüssig miteinander verbunden. Ziel ist es, der Betätigung des Hebels eine Kraft x (200N bei 0 Grad, 600N bei 60° Auslenkung) entgegenzusetzen als Wiederstand. Das soll durch eine Schenkelfeder an der Spule unten rechts, die in die Spule eingehängt wird, realisiert werden. Erklärt das es etwas weiter?

//EDIT: @bahu: genau.
Erkläre mal bitte, was das für ein kompliziertes Ding ist. Wozu brauchst du die Rollen u. das Seil?
Weshalb machst du nicht einen "Gegenhebel" mit einer Zugfeder?
Deine Beschreibung ist "suboptimal" für einen Techniker (wie mich);-)
 
Erkläre mal bitte, was das für ein kompliziertes Ding ist. Wozu brauchst du die Rollen u. das Seil?
Weshalb machst du nicht einen "Gegenhebel" mit einer Zugfeder?
Deine Beschreibung ist "suboptimal" für einen Techniker (wie mich);-)
Der selbe Mechanismus ist in der Realität auf die rechte Seite gespiegelt, sodass dort ein weiterer Hebel genauso betätigt werden kann, und der Abstand zwischen den Hebeln muss unter dem Bodenniveau in einem Schacht überbrückt werden - es ist ein Lenkungsmechanismus, der eine Neutralrückstellung bzw Lenkwiederstand geben soll, und an der Spule unten wird zusätzlich über die Drehung der Spule und ein Potentiometer der Winkel als Lenkeingabe abgenommen :-)
Das System existiert halt an sich schon, aber die Wiederstände sind bis jetzt über einige lineare Zugfedern realisiert, die nachträglich mehr schlecht als recht irgendwie verschraubt und mit dem Stahlseil verbunden wurden, sodass alles ziemlich unsauber ist, und ich soll das nun aufklaren und durch eine gefederte Spule ersetzen. Das Ziel ist es, dass dem Lenkhebel oben Kräfte entgegengesetzt werden, beispielsweise ca 2kg in Neutralstellung und ca 6kg bei Auslenkung.

Bezüglich der Federn frage ich mich halt, ob ich einen Denkfeder im Kopf habe - alle Federshops, die ich online finde, bieten solche Federn mit Momenten von maximal ca 20nmm an. Angenommen, ich montiere da eine Feder mit einem Moment von 15nmm bei einem Federarm von 30mm - was für eine Kraft würde ich dann oben rausbekommen? Irgendwie stehe ich grade völlig auf dem Schlauch...
 
(Irgendwie kann ich grade bei meinem vorigen Post nicht auf editieren drücken?)
Angenommen, ich habe folgende Feder:
https://www.federnshop.com/de/datenblatt/gk-federnshop_schenkelfedern_t-16815r.pdf
Wenn ich es recht verstehe, hat die bei 48° alpha_n maximaler Auslenkung einen Moment von ca 1000Nmm. bei meiner 40mm-Spule heißt das, es ist ein Wiederstand von 40mm * 1000Nmm = 40.000N auf dem Seil? Dann 40.000 / 1,333 = 30.000 Nmm (ca) auf der Rolle bei einer maximalen Auslenkung von 36°. Dann ist das bei einem 100mm-Hebel die Rechnung: 30.000 / 100 = 300N? Ist das so korrekt?
 
bei meiner 40mm-Spule heißt das, es ist ein Wiederstand von 40mm * 1000Nmm = 40.000N auf dem Seil?
Wie bitte???
Schau Dir doch bitte mal die Einheiten an. Wenn Du Nmm mit mm multiplizierst, kommen N*mm^2 heraus. Soll das etwa eine Kraft sein?
Eine Drehfeder mit 1000Nmm Moment erzeugt bei einer Rolle mit 40mm Radius natürlich eine Seilkraft von 1000Nmm/40mm = 25N
An der Rolle mit 30mm Radius ergibt das ein Moment von 25N * 30mm = 750Nmm oder 0,75Nm.
Das ergibt bei dem 100mm Hebel eine Kraft von schlappen 7,5N.

Ich möchte Dir wirklich nicht zu nahe treten, und das ist auch nicht böse gemeint, aber das sind wirklich die simpelsten der simplen Grundlagen. Mehr als Moment = Kraft * Hebelarm braucht man dafür nicht zu wissen.
Wie bist Du denn an diese Aufgabe gekommen???

Gruß
 
Hey,
die Rechnung hatte ich in der Form am Anfang, aber irgendwie schienen mir die Größen in der völlig falschen Größenordnung zu sein, das hat mich verunsichert, danke...
Naja, ich bin ausgebildeter Informatiker und betreue einen Apperatus, bei dem aber nun was mechanisch kaputt ist - bis jetzt konnte ich immer autodidaktisch was zurechtbasteln bei mechanischen Problemen, aber das hier geht einfach über meine Fähigkeiten hinaus, und ich habe viel Verständnisprobleme beim Grundlagenlernen, sobald Formeln/Berechnungen involviert sind - da sitz ich teilweise ewig vor und versuche es zu verstehen, aber da funktioniert mein Gehirn irgendwie nicht so gut :-/ Bräuchte mal n simples Mechanikbuch, was mir anwenderfreundlich Schritt für Schritt die Basics beibringt und die Formeln erklärt...
 
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