Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug 15g Falltest


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von Markus W. (kornbanane)


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Hallo Leute,

ich will einem Gerät einen Falltest unterziehen. Dabei soll ein Schock 
mit 15g entstehen. Also sozusagen soll das Gerät mit 15g aufprallen.

Das Gerät wiegt 5kg. Natürlich spielt bei der Sache ja auch der 
Untergrund auf dem das Gerät aufprallt eine Rolle. Sagen wir mal ich 
würde es auf einen Betonboden aufprallen lassen, wie kann ich jetzt 
berechnen aus welcher Höhe ich das Gerät fallen lassen muss?

In meiner Internetrecherche bin ich auf

http://jumk.de/formeln/beschleunigung-zeit.shtml

und

http://jumk.de/formeln/beschleunigung-weg.shtml

gestoßen, aber ich glaube das bringt mich auch nicht weiter ...

von Wilhelm F. (Gast)


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Markus Wi*** schrieb:

> ich will einem Gerät einen Falltest unterziehen. Dabei soll ein Schock
> mit 15g entstehen. Also sozusagen soll das Gerät mit 15g aufprallen.

Hattest du im Studium kein Fach Physik? Das wäre schlecht!

Ein Aufprall auf den Betonboden könnte einige 100g hervor bringen.

Ansonsten würde ich mir für die definierte Beschleunigung eine geeignete 
Feder am Boden Aufprallort überlegen.

Selbst spontan in Sekunden sofort zu rechnen beginnen, bekomme ich 
indessen jetzt auch nicht hin, Physik ist schon länger her. Aber man muß 
ja nur wissen, wie man es an geht.

von Teo D. (teoderix)


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Die Zeit, in der diese Kräfte einwirken, spielt eine entscheidende Roll.
Lies Dich mal etwas in die allgemeine Problematik von 
Beschleunigungskräften ein. Dann kannst Du besser spezifizieren was die 
genauen Anforderungen an Dein Testobjekt sind.

von und (Gast)


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Bei Bremsdistanz Null wird die Kraft unendlich. Also erst mal fuer eine 
definierte Distanz schauen...

von Markus W. (kornbanane)


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und schrieb:
> Bei Bremsdistanz Null wird die Kraft unendlich. Also erst mal fuer eine
> definierte Distanz schauen...

Ich denke du meinst damit den Untergrund? Naja deshalb bin ich ja davon 
ausgegangen das ich es auf einen Betonboden fallen lassen muss.

Es geht mir eigendlich nicht darum das ich ganz exakt auf 15g komme, 
sondern mehr darum ein Gefühl dafür zu bekommen, was denn das Gerät 
aushalten muss. Und da es eben im täglichem Einsatz auch mal fallen 
gelassen werden kann soll es halt diese 15g aushalten.

Teo Derix schrieb:
> Die Zeit, in der diese Kräfte einwirken, spielt eine entscheidende Roll.
> Lies Dich mal etwas in die allgemeine Problematik von
> Beschleunigungskräften ein. Dann kannst Du besser spezifizieren was die
> genauen Anforderungen an Dein Testobjekt sind

Ok, dann werde ich mal ein bisschen weiter googeln .. hast du schon 
einen Tipp?

von Florian R. (Firma: TU Wien) (frist)


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Hi,
eigentlich ists ganz einfach, wenn man mal die Luftreibung 
vernachlässigt und einfach annimmt, dass die Verzögerung konstant ist:

Lass Ding aus 150 cm Höhe fallen und sorg dafür, dass es der Bremsweg 10 
cm beträgt, also z.B. in dem Du es auf eine fester Schaumstoffmatratze 
wirfst (da ist die Verzögerung leider nicht konstant) vielleicht besser 
in den Schlamm da dürfte die Verzögerung gleichmäßiger sein.

Analog gehen natürlich auch 15 cm, dann muss das Gerät eben innerhalb 
von 1 cm gebremst werden.

Grüße
Flo

von Kai S. (kai1986)


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Hallo,

die von dir gewünschten 15g sind eine Beschleunigung, die hat erstmal 
überhaupt nichts mit der Fallhöhe zu tun. Was bei einem Absturz die 
interessantere Größe ist, ist die Energie. Diese muss nämlich am Ende 
des Falls von dem Gerät in Form von elastischer- und plasitscher 
Verformung aufgenommen werden. Von daher wäre ein Falltest, bei dem das 
Gerät aus einer definierten Höhe fallen gelassen wäre besser. Das ganze 
dann am Besten auf einen harten Untergrund wie Beton, damit nicht der 
Untergrund sondern das Gerät die Energie aufnehmen muss. Die 
Beschleunigung, die auf die einzelnen Komponenten des Gerätes wirken 
sind auch stark vom Gehäuse und der Montage abhängig. Lässt du das Gerät 
auf eine unendlich harte Oberfläche (was für nach meinem Gefühl ein 
massiver Betonboden ist) fallen und das Gehäuse ist ebenfalls unendlich 
hart, so ergibt sich eine unendlich hohe Beschleunigung und das Gerät 
wird zerstört. Am Betonboden kannst du nichts ändern, wenn es also 
unbeschadet bleiben soll muss das Gerät selbst dafür sorgen, das die 
Strecke für das Abbremsen größer wird. Am besten funktioniert das mit 
plastischen Verformungen, was allerdings einen Schaden am Gerät 
hinterlässt (z.B. Knautschzone beim Auto). Um unbeschadet das ganze zu 
überstehen dürfen nur rein elastsiche Verformungen auftreten (z.B. 
Luftpolsterkissen beim Versand).

Wenn du allerdings wirklich nur mit definierten Beschleunigungen testen 
willst benötigst du einen Aufbau, der zuverlässig eine Beschleunigung 
erzeugt. Das kann ein Aufprall nicht leisten, da es dabei zu viele 
Variablen gibt. Als Aufbau für definierte Beschleunigungen würde mir 
Kreisbewegung einfallen, die in einen Linearbewegung umgesetzt wird 
(z.B. Kurbelwelle auf Kolben). Dabei kannst du mir einer definierten und 
einfach zu messenden Drehzahl drehen und erhälst über die Geometrie 
daraus eine sinusförmige Beschleunigung.


Gruß Kai

von Jetzt hab' ich's auch verstanden. (Gast)


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Kai S. schrieb:
> Autor:
>
>         Kai S.
>         (kai1986)

-> Klasse Beitrag!

von Kris M. (kristijan_m)


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Joar Kai hat das schon ganz gut beschrieben. Also ich komme aus der 
Automobilbranche (nicht ganz. eigentlich Maschinenbau zum Test von 
Automobilen aber egal).

Es kommt jetzt ganz stark auf das Gewicht und die größe deines "Gerätes" 
an (lach). Ist es relativ schwer oder leicht? Elektrisch/Pneumatisch 
dürftest du bei einem leichten Gerät eideutig einfacher ans Ziel kommen. 
Sollte es jedoch en Brocken von 100kg sein kannst du auch auf Hydraulik 
umswitchen.

Unsere Maschine fährt die Beschleunigungen, die bei einem Autounfall 
auftreten nach. Dies wird durch eine lineare bewegung (Kolben) 
realisiert, und durch durch eine Wegregelung(Servo Hydraulik) geregelt. 
Wenn du an Hydraulik Aktoren ran kommst würde ich das mit einem Zylinder 
versuchen. Über den Druck, die Strömungsgeschwindikeit, die Kolbenmasse 
und die Kolbenfläche kannst du wunderbar die beschleunigung ausrechnen 
bzw. umgekehrt.

Somit kannst du dann auch den Test mehrfach, mit immer dem selben 
Beschleunigungsverlauf widerholen.

P.s. in Automobilen werden etwa 100ms des Beschl.Signals (10g-70g) 
betrachtet. Anstieg->Spitze->Abstieg. Hat zwar was mit dem Unfall selbst 
zu tun, aber Elektronik und Mechanik werden so konzipiert dass sie die 
in dem Zeitraum auftretenden Kräfte aushalten.

: Bearbeitet durch User
von MarcusW (Gast)


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Hallo

In Testlabors würde man ein definierten Falltest mit einer 
Schocktestmaschine simulieren, z.B. so etwas:
http://www.rms-testsystems.de/index.php/de/schockmaschinen
(Bild rechts oben)

Da wird der Prüfling auf einen Stahltisch befestigt, welcher pneumatisch 
in die Höhe gefahren wird (z.B. 20cm) und auf einen weiteren Stahlkörper 
fallengelassen wird. Dadurch entstehen kurzzeitig sehr sehr hohe 
Beschleunigungen (>>1000g).
Man verringert in diesem Fall die Beschleunigung, indem man die Fallhöhe 
verringert sowie spezielle Dämpfungskissen, aus unterschiedlichen 
Materialien, zwischen die Stahlkörper befestigt.
Dabei ändert sich nicht nur die Amplitude, sondern gleichzeitig auch die 
Schockbreite (=Zeit). Die Beschleunigungskurve ist halbsinusförmig und 
der Flächeninhalt unter der Kurve entspricht der von Kai angesprochenen 
Energie.
Das heisst, du brauchts zwingend neben der Angabe der maximalen 
Beschleunigungsamplitude tatsächlich noch die Schockzeit!
Praktisch macht man das dann an einer Schocktestmaschine so, das man 
solange Kombinationen aus Dämpfungskissen und Fallhöhe variiert, bis man 
die gewünschte Kurvenform hat, erst dann wird der Prüfling befestigt und 
getestet. Diejenigen, die behaupten man könne sowas berechnen, sind 
vielleicht promovierte theoretische Physiker, haben aber mit der Praxis 
rein gar nichts am Hut. Ermittelt wird die Schockkurve mit 
Beschleunigungssensoren auf dem Prüftisch.

Zu deinem Fall: 15g bei einer Prüflingsmasse von 5kg sind nicht viel. 
Wenn man z.B. eine halbsinusförmige Schockbreite von 5ms annimmt, würde 
man sowas eher mit einer Vibrationsanlage wie dieser testen:
http://www.rms-testsystems.de/index.php/de/schwingungstechnik/luftgekuehlt/erreger30-35kn
Da kann man nämlich nicht nur Vibrationen mit testen (Sinus und 
Rauschen) sondern auch Shockkurven genau per Software vorgeben und 
reproduzierbar abtesten.

Marcus

von Kris M. (kristijan_m)


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> Zu deinem Fall: 15g bei einer Prüflingsmasse von 5kg sind nicht viel.

Huch wo stehten das ? Ach da .. ach mist... :D Ok mein Beitrag war 
überflüssig.. Was solls ^^ 10 minuten näher am Feierabend

von Rüttler (Gast)


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Um bei unserem Rütteltisch eine Beschleunigung von 15g zu erreichen sind 
folgende Einstellungen nötig:

5 kg Prüflingsgewicht
7 mm einfache Auslenkung
1000 mm/s Geschwindigkeit
Schwingfrequenz: 23,4 Hz

Nur mal so um sich das Vorstellen zu können.

von Utschitelnitza (Gast)


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Markus Wi*** schrieb:

>> Bei Bremsdistanz Null wird die Kraft unendlich. Also erst
>> mal fuer eine definierte Distanz schauen...
>
> Ich denke du meinst damit den Untergrund? Naja deshalb bin
> ich ja davon ausgegangen das ich es auf einen Betonboden
> fallen lassen muss.

Du wirst Dich wundern.

Es gibt einen klassischen physikalischen Schulversuch, bei
dem eine Stahlkugel auf eine Stahlplatte fallengelassen
wird. Fallhöhe ist vielleicht 30cm. Über verschiedene Kniffe
werden Stoßzeit, Stoßkraft, Beschleunigung usw. ermittelt.

Auf die Kugel wirken x-tausende g ein. Tausende!

> Es geht mir eigendlich nicht darum das ich ganz exakt
> auf 15g komme, sondern mehr darum ein Gefühl dafür zu
> bekommen, was denn das Gerät aushalten muss. Und da es
> eben im täglichem Einsatz auch mal fallen gelassen werden
> kann soll es halt diese 15g aushalten.

15g im Zusammenhang mit "fallen lassen" ist sehr wenig.

[...]

> Ok, dann werde ich mal ein bisschen weiter googeln .. hast
> du schon einen Tipp?

Stichworte: Kraftstoß, Impuls, elastischer/plastischer Stoß.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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http://www.axtal.com/data/buch/Kap3.pdf#page=52
...ist für Schwingquarze eine Prüfung nach DIN IEC 68-2-32 Prüfung Ed 
vorgesehen...

von Henrik V. (henrik_v)


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Als Ergänzung zu(m) Rüttler:
50Hz Sinus und 1,5mm Amplitude (3mm PP) -> 150m/s² lass brummen mann!

F=m*a = 5kg*150m/s²= 750N

Feder nehmen und mit dem 15fachen der Testmasse (75kg) belasten und 
arretieren. Gerät auf die Feder stellen und Arretierung lösen...
ggf. Auffangen nicht vergessen ;)
Variation: Gerät an der Feder befestigen
Je nach Federkonstante wird das System jetzt mit einer Frequenz und 
Amplitude schwingen z.B mit 50Hz und s_pp=3mm, v_peak=0,466m/s oder bei 
2,72Hz und etwa s_pp=1m, v_peak=8,6m/s

(nix Masse und Verluste in der Feder)

von Newton (Gast)


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Markus Wi*** schrieb:
> Und da es eben im täglichem Einsatz auch mal fallen
> gelassen werden kann soll es halt diese 15g aushalten.

Warum nur die 15G, siehe den schönen Beitrag von MarcusW.
Eine zulässige "Schockangabe" findet sich in den Betriebsanleitungen 
wenn der Hersteller von einer möglichen "Vibrationsbelastung" ausgeht...

Für handgehaltene Geräte gibt es in Normen häufig eine Anforderung 
"Falltest" mit Höhenangabe (typisch 1m), als Untergrund wird gerne 
Betonboden angegeben.
Ansonsten wird die mechanische Beständigkeit -bzgl. der Sicherheit- 
durch Energiewerte bei einem Schlagtest bestimmt (früher der 3. 
Buchstabe bei der IP-XX Schutz Angabe), zu finden in der EN 62262, 
IK-Klassifikation, 1-, 2-, 5, ... Joule. Geschlagen wird immer auf die 
Stellen welcher der Prüfer als kritisch betrachtet (Sichtfenster, 
Schalter, Gehäuse-Ecken!).

von Johannes O. (jojo_2)


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Markus Wi*** schrieb:
> ich will einem Gerät einen Falltest unterziehen.

Professionell oder nur zum "ausprobieren"?
In ersterem Fall solltest du dich an eine Firma wenden die sowas 
anbietet. Denen kannst du genau sagen was du haben willst (siehe 
vorherige Beiträge), dann wird das eingestellt, dein Gerät draufmontiert 
und gerüttelt. Das ist relativ schnell erledigt. Den Preis kenn ich 
leider nicht, sollte sich aber im Rahmen halten, da deine Anforderungen 
nicht allzu hoch sind.

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