Wie viele Kilo wirken bei 55 Joule?
Hallo, ich möchte mit einer motorbetriebenen Pfahlramme ein paar Pfähle in den Boden rammen. Ich möchte gern wissen, am besten mit wie viel kg oder mit wie viel Kraft, die Pfosten in den Boden gerammt werden können.
Angegeben sind beim Gerät:
Leistung: 20-55 Joule
Drehmoment: 2,5 Nm
Gerätegewicht: 20.3 kg
Danke im voraus!
Sicher, dass da Leistung und dann Joule steht?
Ja, einmal steht dort bei Leistung 55J aber auch einmal bei Schlagkraft 55J.
2 Antworten
Das hängt davon ab, wie stark der Pfahl nachgibt.
Wenn er praktisch vollständig nachgibt (Schlamm), haben Leistung, gespeicherte Energie etc. nichts zu sagen - der Pfahl gibt so viel nach, wie der Schlagweg der Ramme ist (wenn die Ramme sehr viel schwerer ist als der Pfahl; wenn sie gleich schwer ist, nur halb so viel).
Wenn der Pfahl ein Betonpfeiler ist, der in einen Betonboden einzementiert ist, gibt er überhaupt nicht nach, und entweder der Pfahl oder die Ramme oder beide zersplittern - die Energie wird über einen praktisch unendlich kleinen Weg übertragen und das entspricht einer unendlich großen Kraft. Vermutlich ist die Ramme aber auf genau diesen Fall ausgelegt und hat genügend Eigenelastizität, um das abzufangen.
Generell gilt:
E = F * s
Energie = Kraft * Weg
also
F = E / s
Kraft = Energie / Weg
Die Energie ist gegeben: 20 bis 55 J.
Um hieraus eine Kraft ausrechnen zu können, brauchen wir noch den Weg. Nämlich den Weg, den (wie heißt das Ding? die Schlagplatte?) der Ramme zurücklegt.
Um ausrechnen zu können, wie sich die Energie bzw. der Impuls auf Pfahl und Ramme aufteilt, brauchen wir noch die Masse (das "Gewicht") des Pfahls.
Nehmen wir mal an, der Schlagweg sind 2 cm und der Pfahl ist ebenso schwer wie die Ramme (Holzpfahl ca. 1,5 m lang, quadratisch ca. 12 cm dick). Dann haben wir
F = 55 J / 2 cm = 2750 N (Newton)
entspricht ca. 275 kg
-- wenn der Pfahl überhaupt nicht eingetrieben wird.
Wenn der Pfahl 1 cm eingetrieben wird, steht nur die Hälfte der Kraft zur Verfügung, also die Gewichtskraft von ca. 137 kg. Bei 1/2 cm 3/4 der Kraft (1,5 cm Ramme (der andere Partner) : 2 cm gesamt), also die Gewichtskraft von ca. 206 kg.
(Hab die Formeln nicht genau überprüft - die Größenordnung stimmt jedenfalls.)
Wenn der Schlagweg größer oder kleiner als 2 cm ist oder der Pfahl leichter oder schwerer ist, verringert bzw. vergrößert sich die Kraft entsprechend.
Sehe ich im groben genauso außer:
die Energie wird über einen praktisch unendlich kleinen Weg übertragen
Ersetze "praktisch" durch "theoretisch" und wird sind uns einig. Denn praktisch gibt es nur elastische Stöße und damit auch keinen unendlich kleinen Weg.
Wenn der Pfahl 1 cm eingetrieben wird, steht nur die Hälfte der Kraft zur Verfügung,
Du sagst ja F = E/s. E ist konstant. Bei nur noch halben Weg, verdoppelt sich die wirkende Kraft. Ist ja auch logisch: Kam man vorher mit gleicher Energie 2 cm pro Schlag weit und nun nur noch 1 cm, dann muss die Gegenkraft (Reibung zwischen Pfahl und Boden) größer geworden sein.
Epot=m*g*h
F=m*g
Epot=F*h
F=Epot/h
Wir sehen die Kraft ist nun von der Höhe abhängig. Die Potentielle Energie kennen wir, wir berechnen nun die Höhe:
h=Epot/m*g=55J/20,3kg*9,81N/kg=0,28m
F=55J/0,28m=196,43N
Das ist jetzt natürlich alles ideal gerechnet. Sprich Verluste etc. sind nicht mit einberechnet und natürlich ist mir die genaue Funktion des Gerätes ebenfalls unbekannt weshalb ich schlecht sagen kann ob die Masse wirklich 20,3kg beträgt die hier mitwirkt.