Engineering
Kniehebelpresse
Drücken Sie mit einigen hundert Newton gegen das Kniegelenk und beobachten Sie, wie die Presskraft wächst, während sich die Glieder strecken. Bei Stahl bleibt das Kniegelenk kurz vor dem Totpunkt stehen; drücken Sie stärker oder pressen Sie Holz, dann geht es über den Totpunkt hinweg und verriegelt sich – schalten Sie den Stellantrieb ab, und die Presse hält trotzdem.
Was passiert
Zwei 0,5 m lange Glieder hängen am oberen Gelenkbolzen: Das obere reicht bis zum Kniegelenk, das untere vom Kniegelenk zum Stößel, der in senkrechten Führungen über einer Probe läuft, deren Oberseite um einen Spalt höher liegt als der tiefste Punkt des Stößels. Die Stange eines Stellantriebs drückt das Kniegelenk seitlich auf die Linie durch den oberen Bolzen und den Stößel zu. Je weiter sich die Glieder strecken, desto stärker presst dieselbe Schubkraft: Stehen die Glieder um θ von dieser Linie ab, nimmt die Probe S = F/(2·tan θ) auf, dazu die Gewichtskräfte des Stößels und eines Glieds.
Bei Stahl (k = 5·10⁶ N/m), 2 mm über dem tiefsten Punkt des Stößels, bringen 300 N das Kniegelenk bei 3,0° zum Stehen, mit 3,07 kN auf der Probe – eine Kraftübersetzung von 10; mit 10 mm Spalt bleibt es bei 8,0° stehen, mit 1,29 kN. Ab 471 N geht das Kniegelenk über den Totpunkt hinweg bis an seinen Anschlag 2° dahinter, und die Presse verriegelt sich: Schalten Sie den Stellantrieb ab, und der Stahl trägt immer noch 6,95 kN. Beim weicheren Holz bringen schon 300 N das Kniegelenk direkt über den Totpunkt. Die Arbeit des Stellantriebs geht schließlich in die elastische Energie der Probe und die potenzielle Energie von Stößel und Gliedern über.
Modell: starre Glieder, Stößel und Stange, verbunden durch Drehgelenke und einen Schlitz; die Probe ist eine Feder mit Dämpfung; der Stellantrieb schiebt mit eingestellter Geschwindigkeit und begrenzter Kraft. Ohne Reibung.
Zum Ausprobieren
Pressen Sie Stahl mit 300 N und lesen Sie die Presskraft ab. Erhöhen Sie die Schubkraft über 470 N: Das Kniegelenk schnappt über den Totpunkt und verriegelt sich; schalten Sie den Stellantrieb ab.
Gleichungen des Moduls
Gleichungen y_ram = T − 2L·cos θ S = F/(2·tan θ) + (m_ram + m_link)·g S = k·δ W_F = k·δ²/2 + ΔE_p
