Kraftabsorber

Sigi 1 · Gast

Ich benötige Ideen für einen Kraftabsorber für meine Erfindung.

Die zu absorbiernde Kraft wird vertikal eingeleitet und hat die gleiche Richtung wie die Erdanziehung.
Der Kraftabsorber sollte einen halbsinusförmigen Kraftimpuls mit
F max = 20N und s = 20 mm absorbieren können.
Die Impulsdauer (Halbsinus) beträgt ca. 200 ms.

Als Beispiel für die Wirkungsweise:
Der Absorber befindet sich vertikal auf einem Kraftsensor mit Messverstärker und Oszilloskop. Nun leitet man den Impuls auf den Kraftsensor. Die Kraft sollte möglichst vollständig für die 200ms absorbiert werden.
Ich habe bereits verschiedene Versuche durchgeführt - ohne Erfolg.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Was stellst du dir unter einem "Kraftabsorber" vor?

Ein Stoßdämpfer wie zum Beispiel eine Feder oder ein Knetball kann helfen, einen Körper, der mit einem Impuls p auftrifft, mit einer kleineren Kraft und dabei einer längeren Stoßzeit abzubremsen, anstatt mit einer großen Kraft während einer kurzen Stoßzeit bei einem ungedämpften Stoß.

Oder meinst du etwas anderes als einen Stoßdämpfer?

Manches geht natürlich auch gar nicht, das weißt du sicher schon von den Newtonschen Grundprinzipien der Mechanik wie actio = reactio (Kraft=Gegenkraft).

Sigi 1 · Gast

Ich meine ein Gerät was eine vertikal eintretende Kraft nicht nur verzögert sondern tatsächlich nicht weiterleitet.
Wenn man so einen Absorber zB. in horizontaler Richtung auf ein Spielzeugauto setzen würde und an dem Absorber eine Kraft einleiten würde, so sollte sicht das leichtlaufende Auto nicht bewegen - das währe perfekt - nur in meinem Fall brauche ich es in vertikaler Richtung.

Folgenden Aufbau hatte ich mir überlegt und theoretisch könnte es funktionieren:
Ein Behälter mit 1 L Wasser steht auf einem Kraftsensor. Im Behälter schwimmt eine Boje. Die Boje wird mit 10N soweit untergetaucht, daß sie nur noch von 0,1N vor dem Untergehen gehindert wird.
Jetzt erfolgt der halbsinusförmige Kraftimpuls von 20N für 200 ms und stösst die Boje um 20mm tiefer unter Wasser.
Der Kraftsensor "sieht" natürlich die Krafterhöhung von 0,1N, aber da die Boje ab da komplett unter Wasser ist, muss sie kein weiteres Wasser verdrängen und der Sensor sieht nur die 0,1 N Gewichterhöhung.
Vorrausetzung hierbei ist, daß die Geometrie der Boje sehr strömungsgünstig ist, da durch einen schlechten Strömungswiderstand der Effekt zunichte gemacht würde. Als Geometrie dachte ich an viele Strohalme aneinandergeklebt die ca. 10 N Auftriebskraft haben und an beiden Seiten mit einer langen Spitze versehen - dicht sind.
Die dichten spitzen Halme, die den eigentlichen Schwimmkörper ausmachen sind umringt von normalen Strohhalmen, damit das Wasser ungehindert strömen kann. Die Krafteinleitung auf die Boje erfolgt durch einen dünnen Stab der zentrisch an der Boje befestigt ist. Die Boje wird leichtlaufend an 3 Seiten geführt um ein Ausweichen / Schiefstellen zu verhindern. Der Kraftaufnehmer sieht natürlich die zunehmende Wasserverdrängung des Stabes aber da es nur sehr wenig ist, fällt es nicht ins Gewicht.
Aber das meiste Gewicht von den 20 N wird er Kraftsensor nicht sehen, da die Boje ja kein zusätzliches Wasser verdrängen muss.

Was meinst Du - funktioniert so etwas ?

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Sigi 1 · Gast

In horizontaler Richtung geht es natürlich nicht.
Das sollte ja auch nur zur Veranschaulichung für meine Frage sein, da "dermarkus" fragte, ob es ein Stoßdämper sein sollte.

Meine Frage war auf die vertikale Richtung bezogen.
Da ich kein Physiker bin bräuchte ich mal eine Begründung weshalb mein vorgeschlagener Absorber funktioniert oder nicht.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3260

ganz verstehe ich nicht was du meinst oder vorhast.

Wenn der 1L wasserkübel auf dem Kraftsensor steht dann spürt der KRaftsensor mal das Gewicht des Wassers wenn du noch ne Boje reintauchst dann spürt er auch das Gewicht der Boje wenn du die noch mit 10 Newton unterwasserdrückst dann spürt er das Gewicht der Boje +10N.

Wirkst du noch dazu mit einer Kraft von 200 Newton darauf dann spürt er während des Eintauch vorgangs 200 Newton weniger der Trägheitskraft der Boje da ja die Boje nach unten beschleunigen wird. die ganzen 200 Newton gehen aber nicht in die Boje beschleunigung, sondern ein Teil geht in die Wasser beschleunigung nach oben. diese Kraft muß der Boden sowie die Seitenteile des Behälters umlenken. irgendwann stößt aber die Boje mit der Kraft von 200 Newton auf den Boden und das ist der moment wer auch die 200 Newton komplett spürt plus den gewonnen Impuls der sich daraus errechnet das erzuvor weniger als die 200 Newton gespürt hat.

Wenn du das Auto bevor die Boje den Boden berührt hat wegbewegst dann hast du sowas wie einen Kraftabsorber.
Das könntest du aber auch erreichen wenn du die Boje einfach auf das Auto fallen lasst und das Auto bevor es von der Boje berührt wird wegschiebst Augenzwinkern

..

Also ich glaub das wird nix mit dem Kraftabsorber.

Sigi 1 · Gast

Du hast recht, mit 200N würde die Boje sofort auf den Boden stampfen.
Es sind aber nur 20 N und die Eintachtiefe ist nur 20mm.
Ich hatte nicht geschrieben, daß der Behälter so tief ist, daß die Boje bei Einleiten des Gewichts den Boden nicht berührt. Der Kraftimpuls dauert ja nur 200ms und dabei wird die Boje ja nur 20mm untergetaucht, da die Eintauchtiefe nicht von der Boje festgelegt wird, sondern ausschließlich vom Impuls ausgeht.
Also nochmal: Die Impulswerte werden komplett von dem krafteinleitenden Impuls festgelegt.
Bedeutet: Egal ob mit oder ohne Boje: Die Krafteinleitung dauert 200ms, ist halbsinusförmig, beträgt 20N und auch die 20mm gehen nur vom Kraftimpuls aus.
Und nur für diese festgelegten Werte soll der Absorber funktionieren.

Die Wasserverdrängung wird durch die benachbarten "hohlen" Strohalme und die spitzen "Schwimmhalme" optimal gehalten, so daß die Wände und der Boden des Eimers die Wasserströmung nicht sehen.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3260

Wie gesagt du kannsd während des Eintauchvorganges nur einen Teil der 20 Newton absorbieren. nämlich den Teil den die Boje zum nach unten beschleunigen benötigt. da mit dieser Faktor groß ist müßte die Boje eine hohe masse haben. Es wird schließlich machbar sein das über 200ms die KRaft geringer ist die der Kraftsensor spürt. Aber es muß dir klar sein, das der gewonnene Impuls entweder durch Wasserreibung oder durch Bodenkontakt wieder auf den Boden abgegeben wird.
Das heißt du wirsd irgendwann den Rest der KRaft zuspüren bekommen bzw die Arbeit die reingesteckt wurde und das wär bei einem Stoss ein Vielfaches der Kraft, weil der weg gering ist. per Wasserreibung gernger.
Ein langfristiges Absorbieren ist nicht möglich-

Aber was hast du im Endeffekt du hast trotzdem eine Kraft wirken die geringer ist als 20 N aber es wirkt eine und am Ende vielleicht sogar ein Vielfaches davon.

Eine Kraft kann man nicht ausschalten man kann sie nur dämpfen

Aber was hast du im Endeffekt du hast trotzdem eine Kraft wirken die geringer ist als 20 N aber es wirkt eine und am Ende vielleicht sogar ein Vielfaches davon.

Sigi 1 · Gast

Also meinst du, daß zumindest ein gewisser Teil der Kraft absorbiert wird.

Das kann man mit Sicherheit berechnen - nur wie?

Kannst du mir dabei helfen?

Ich könnte dir eine Skizze machen.

Den Absorber brauch ich für ein Fluggerät.

Ich hatte schon mal eine Flugzentrifuge gebaut aber die schwebte nur 10s und war danach kaputt weil die Mechanik versagte.
Ich suche jetzt nach einer besseren Lösung.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3260

hm ich weiß ned vielleicht kann ich das nicht gescheit erklären, vielleicht sollte da jemand anders ran.
Ich wollte damit nur sagen das man eine Kraft nicht absorbieren kann.
Jediglich eine Dämpfung ist möglich.
Das heißt auf der einen Seite große Kraft auf der anderen Seite geringe Kraft.
dabei gilt F1*s1=F2*s2.
Das ganze System mit Wasser ist Unfug, da wird nix absorbiert.
Mit Absorbieren meinst du ja das auf einer Seite die Kraft wirkt und die andere seite kriegt nie und nimmer was von der Kraft zu spüren. das geht nicht.

Sigi 1 · Gast

Du hast natürlich recht mit Aktio = Reaktio.
Aber in diesem Fall verstehe ichs nicht, da ja die Wasserströmung ungehindert stattfindet und somit der Wasserdruck sich weder nach unten noch zur Seite aufbauen kann (must mal meinen Versuchsaufbau lesen).

Der Strömungswiderstand der Boje ist ja extrem gering - bedingt durch den Aufbau - und somit erhöht sich der Wasserdruck nicht bzw. nur minimal.

Ich hatte mal in einem kleinen Versuch einen geschlossenen Behälter unter Wasser getaucht (Eimer Wasser auf Waage) und die Gewichtkraft hatte sich trotz tiefem Untertauchen nicht erhöht - natürlich ab dem Punkt wo der Behälter komplett untergetaucht war.

Demnach ist nur noch der Strömungswiderstand von Bedeutung und wenn der gering ist oder Null, würde ich nicht verstehen warum es nicht klappt.

Sigi 1 · Gast

Hallo "dermarkus",

schliesst du dich der Meinung von "VeryApe" an oder hast du eine andere Meinung?

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3260

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

ich bin zwar nicht derMarkus, aber kann mich VeryApe in jedem Detail nur anschliessen.

Du wirst zwar für die Zeit während die Boje nach unten beschleunigt wird lediglich die Auftriebskraft messen, aber dann? Irgendwann prallt die Boje unten auf und überträgt den Impuls schlagartig.

OK, Dämpfung:

Aber bei Dämpfung wird schon während der Beschleunigungsphase eine Kraft gemessen, die grösser ist als die Auftriebskraft.

In Summe kannst du den Kraftstoss nicht für alle Zeiten absorbieren. Wenn du das könntest, so wärst du ungeschaut der nächste Physiknobelpreisträger und würdest mit deinem Patent Billiarden schäffeln: Die Impulserhaltung ist ein fundamentales Gesetz - da kommst du mit noch so raffinierten Aufbauten nicht drum herum. So einfach geht das leider nicht mit deiner Idee...

Big Laugh

Das heisst aber keineswegs, dass deine Idee völliger Unsinn war, und hier nun abfällig als Humbug abgetan wird. Wir wollen dir nur helfen zu verstehen, weshalb es nicht funktionieren kann und dass du dich gedanklich verrannt hast!

Thumbs up!

Sigi 1 · Gast

Ich hatte ja schon um 12:26 folgendes geschrieben:

Egal ob mit oder ohne Boje: Alle Werte werden nur vom Kraftimpuls erzeugt, nichts an den Werten wird von der Boje beeinflusst.
Die Krafteinleitung dauert 200ms, ist halbsinusförmig, beträgt 20N und auch die Eintauchtiefe von 20mm geht nur vom Kraftimpuls aus.

Das heisst: die Boje berührt nie den Boden, weil sie fest verbunden ist mit der Stange die den Impuls erzeugt.

Unter der Boje ist genügend viel Platz, so daß das Wasser direkt an den holen Stellen neben den spitzen Schwimmkörpern nach oben strömen kann.
Es wird also gar kein Wasserstau entstehen. Weder zum Boden noch zur Seite.

Und nur für diese festgelegten Werte soll der Absorber funktionieren.

Hab doch mal eine Skizze gezeichnet aber man lässt mich nicht euch diese zu senden. Bin kein Mitglied - nicht eingeloggt: helft mir bitte damit ich euch eine Skizze senden kann.

para · Moderator Anmeldungsdatum: 02.10.2004 Beiträge: 2874 Wohnort: Dresden

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich würde sagen,

Stöße kann man dämpfen,

aber Kräfte kann man nicht dämpfen.

Wenn Du mit einer Kraft F auf eine Boje drückst, die im Wasser schwimmt, das in einem Behälter ist, der auf einer Waage steht, dann wird die Waage die volle Kraft F anzeigen. Denn damit die Kraft F von oben nach unten drücken kann, muss von unten nach oben dagegengedrückt werden.

Man könnte höchstens eine Kraft woanders auffangen. Beispiel
Eine Holzplatte liegt auf einem Ball. Wenn du mit einer Kraft auf die Holplatte drückst, dann wirkt die Kraft auf den Ball und drückt ihn zusammen.

Wenn du aber Stuhlbeine an die Holzplatte dranmachst, und dann auf die Holzplatte mit der Kraft F von oben (auf den "Sitz des Hockers") draufdrückst, dann wirkt diese Kraft nun nicht mehr auf den Ball, sondern durch die Stuhlbeine auf den Boden.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3260

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ach so, du meinst also Fälle, in den die Boje nach unten beschleunigt wird? Stimmt.

Damit könnte man in der Tat zum Beispiel den Zeitpunkt der Krafteinwirkung auf die Waage verzögern (die Waage spürt dann die Kraft nicht (oder nur abgeschwächt), während die Boje die Kraft erfährt und nach unten beschleunigt wird, sondern später, wenn die Boje im Wasser wieder abgebremst wird und damit auf die Waage drückt.)
Je nachdem, ob die Boje dann heftig unten am Gefäß aufschlägt (stärkere Kraft in kürzerer Zeit) oder insgesamt sanfter vom Wasser abgebremst wird als sie beschleunigt wurde (kleinere Kraft in längerer Zeit) verändert sich dann die Form des Kraftstoßes.

Aber die Größe des Kraftstoßes, die von oben einwirkt, muss auch in diesem Fall unten an der Waage ankommen.

Das mit dem Wassergefäß und der Boje ist vom Prinzip nicht anders als ein Stoßdämpfer mit einer Feder:
Mit beweglichen Teilen, die einen Kraftstoß (= einen Impuls) für eine Zeit lang aufnehmen, bevor sie ihn weitergeben, kann man einen Stoß dämpfen. (= aus einer großen Krafteinwirkung für kurze Zeit eine kleinere Krafteinwirkung über eine entsprechend längere Zeit machen).

In dem Sinn kann man also "Kräfte" "dämpfen".

Ein bewegliches (weiches, elastisches, ...) Zwischenmaterial kann also die Weiterleitung eines Kraftstoßes verzögern. (im Vergleich zu einem harten, starren Zwischenmaterial, das einen Kraftstoß ziemlich schnell und unverändert weitergibt.)

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Sigi 1 · Gast

Hallo Leute, hab es endlich geschafft das ihr euch mal das Bild vom Kraftabsorber anschauen könnt. Hab deshalb ne Internetseite gemacht:
sigiseins.npage.de.
Da findet ihr den Absorber.
Also - da ich mich ja für Erfindungen interessiere und alle Erfinder immer wieder das gleiche Problem haben, daß sie nun mal meistens gegen geltende physikalische Gesetze verstoßen, bleibe ich hartnäckig.
(Die Erde war ja früher mal ne Scheibe usw. ... Prost

)
Also nochmal (sorry): Schaut euch bitte mal mein Bildchen an:
Ich meine, da ja die Schwimmkörper oben und unten mit Spitzen versehen sind und aus sehr vielen 8 mm dünnen aneinandergeklebten Stohhalmen bestehen und rund um den "Schwimmstrohhalm" "Durchflusstrohhalme" geklebt sind, sehe ich keinen Grund warum der Impuls nach unten weitergeleitet werden sollte.
Das Wasser kann ungehindert strömen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Nun ja, Erfinder würde ich eher diejenigen nennen, die etwas durch Ausprobieren entdecken, wenn etwas wirklich funktioniert. Oft haben Erfinder sogar eher ein ausgeprägt gutes Verständnis von den physikalischen und technischen Grundlagen, bevor sie etwas weiterentwickeln oder neu entdecken können.

Leute, die sich im Internet als "Erfinder" bezeichnen und dort ihre vermeintlichen Erfindungsideen vorzustellen versuchen, zeigen oft eine andere Gemeinsamkeit: Viele von ihnen haben ihre "Maschine" einfach nur kompliziert genug gemacht, dass sie mit dem, was sie selbst bisher schon wissen, nicht mehr verstehen können, warum sie nicht funktionieren kann.

Von vielen dieser "Erfinder" im Internet scheinst du dich schonmal in der Hinsicht zu unterscheiden, dass du selbst schon experimentell ausprobieren konntest und festgestellt hast, dass deine "Erfindung" in diesen Experimenten nicht so funktioniert, wie du es vielleicht gedacht oder gehofft hattest. smile

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Dass sich das Wasser durch deinen Schwimmer hindurch frei nach oben bewegen kann, bedeutet nicht, dass sich die Kraft auf den Gefäßboden nicht verändert. Denn um Wasser nach oben zu beschleunigen, muss der Druck im Wasser größer sein als normal, folglich ist dabei auch die Kraft auf den Gefäßboden erhöht.

Sigi 1 · Gast

Du hast recht wenn das Wasser seine Position ändern müsste - also von unten nach oben strömen müsste. Dem ist aber meiner Meinung nach nicht so.
Denn die Schwimmkörper sind ja spitz und lenken das Wasser nur um. Und der Wasserstrom eines jeden Schwimmkörpers kann ungehindert am Schwimmkörper vorbeiströmen, da ja jeder seinen eigenen Stömungskanal hat und somit die benachbarte Strömung nicht sieht, entsteht auch keine komprimierung des Wasser. Lediglich eine Umlenkung - keine Komprimierung. Eine Komprimierung würde entstehen, wenn ein zusätzlicher Gegenstand ins Waser eintaucht - der würde das gesamte Wasser nach oben strömen lassen. Oder wenn die Schwimmhalme keine eigenen Strömungskanäle hätten, dann würden sich die Strömungen gegenseitig behindern und der Wasserdruck würde sich erhöhen. In meinem Fall behindern sich die Strömungen aber nicht und das Wasser braucht nur umgelenkt zu werden, was meiner Ansicht nach nicht zur Erhöhung des Wasserdruckes beiträgt.
Ich möchte mich an dieser Stelle bei Dir und allen anderen für die freundliche Unterstützng bedanken, auch wenn ich immer noch nicht verstehe warum sich der Wasserdruck bei meiner Konstruktion erhöhen soll und deshalb der Kraftsensor beim Tiefertauchen des Schwimmers eine erhöhte Kraft anzeigen soll.
Ich weiß aus leidvoller Erfahrung das sich die meisten Physiker nicht mit solchen trivialen Dingen befassen und einfach nur lachen oder kein Bock auf sowas haben. Ich habe in den letzten 2 Jahren duzende Versuche mit den wildesten Konstrukten gemacht.
Bei einem Patent von mir, was angemeldet wurde, bekomme ich mittlerweile Geld dafür, da es sich in über 130.000 PKW's befindet.
(Erfindervergütung bei der Fa. in der ich arbeite).
Lange Rede kurzer Sinn: durch Eure Unterstützung bin ich bestärkt worden einen solchen Absorber mal zu bauen, es sei denn daß es doch noch einer schafft mir klar zu machen warum sich der Wasserdruck bei meiner Konstruktion erhöht und den Druck nach unten aufbaut, so daß sich die Kraft nach unten erhöht.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ist ein Umlenken des Wassers nach oben nicht gerade eine Beschleunigung nach oben? Die Kraft, die dieses Wasser nach oben beschleunigt, muss ja von irgendwem ausgeübt werden. Und dieser irgendwer ist der Wasserdruck im Gefäß.

Sigi 1 · Gast

Jetzt hab ichs.
Der Wasserstrom wird beschleunigt - erst zur Seite und dann nach oben und muss schneller fließen als das übrige Wasser. Durch die seitliche Ablenkung wird es ja zur Seite verdichtet / gedrängt und die darunter befindlichen Wassermoleküle erfahren ja dann auch den Druck von oben und leiten diesen auf den Boden.
Ich glaub jetzt hast Du's geschafft - Schade.
traurig

Ich hätte den Versuch so gern mal gemacht im kleine Maßstab nur für den Beweis.
Und da gibt es keinen Zweifel oder eine Idee zur Umkonstruktion ?