Berechnung einer Kraft zum kippen einer Mulde

[Steffen Schröck]

Hallo zusammen,
ich habe eine eher Themenfremde Frage:
Unten seht ihr eine kleine Skizze. Ich müsste (grob) die Kraft errechnen, die benötigt wird, um die Mulde eines Schubkarren mit Hilfe eines Zylinders anzuheben.
Ich vermute ja, dass die benötigte Kraft am "Nullpunkt" am größten ist und nach oben hin abnimmt.
Könnte mir da jemand weiterhelfen?

Vielen Dank & Grüße
Steffen

 

[Patschke]

Hallo Steffen,

deine Skizze sieht so aus, als drehe sich die Mulde um den Fusspunkt
des schwarz gemalten Rechtecks links unten. Die Kraft die man braucht
um die Mulde anzuheben ergibt sich aus dem Momentengleichgewicht um diesen
Drehpunkt. Die Kraft die der Zylinder erzeugt hat lt. deiner Skizze
einen Hebelarm von ca. 60mm um diesen Drehpunkt. Die Skizze ist
an dieser Stelle nicht eindeutig vermasst man müsste genau wissen
in welchem Abstand die Zylinderkraft am Drehpunkt vorbei geht. Das
hängt aber davon ab wie die Befestigung der Kraftaufnahme (da wo der
Zylinder an der Mulde angreift) gestaltet ist. Für eine Schätzung
reicht die Skizze aber:

Es sind also ca. 375 Kg

Gruß
Heinrich

 

[Peter Stöhr]

Hallo Heinrich,

diese 375kg ergeben sich aber doch nur, wenn dieser Wert auch „senkrecht“ nach oben geht, oder?
Wenn man im Originalbild den blauen Zylinder betrachtet müßte man meiner Meinung nach ein „Kräftedreieck“ einzeichnen. Dabei gehen dan diese 375kg nach oben und ein entsprechender Anteil geht dann auch horizontal (also parallel zur Grundfläche). Dann bekommt man die Gesamtkraft über den Pythagoras, oder hab ich da jetzt ne fiesen Denkfehler drin?

 

[Hans Schelshorn]

Rechnen kann ich das nicht, Steffen,

...

Für eine Schätzung
...

Schätzen aber schon: wirst wohl deutlich über einer Tonne brauchen. Wäre mal interessant, wie die Schubkarre ausschaut, die das abkann ...
Interessant auch, wie man mit bedeutungsschweren Formeln daneben liegen kann ...
Mal schauen, was die Inschenöre hier liefern werden (wenn sie sich denn aus den Löchern trauen).

Servus
Hans

 

[robi]

circa 2,5t

 

[Steffen Schröck]

Guten Morgen,
vielen Dank für eure Antworten!
Heinrich, der "Kipppunkt" ist direkt oben an der Mulde. Quasi so, wie von dir eingezeichnet, nur 60mm weiter oben. Das wird aber vermutlich nicht soviel ausmachen.

Krass, wie weit die Werte auseinander gehen. Genau deswegen dachte ich, ich frage euch euch mal, bevor ich das Projekt irgendwie in Angriff nehme.
Alles über 500kg wäre leider unmöglich zu realisieren.
Das es sogar bis 2,5t sind, hätte ich niemals erwartet.
Schade!

Aber vielen Dank für eure Hilfe!

 

[mannikla]

Hallo Steffen,
Rechnen kann ich's auch nicht, hab aber einige Jahre im Autokranbau gearbeitet.
60 mm weiter oben ist ganz entscheidend.
Der Drehpunkt und der Kipppunkt dürfen nicht in einer Linie liegen, sonst Krumm oder mega schnalz.

Je weiter der Drehpunkt von die (Anfangs)Wirklinie des Zylinder auseinander liegen umso geringer die benötigte Kraft.
Da sich mit dem Kippen dieser Abstand vergrössert, wird die benötigte Kraft während des Kippens geringer.
Das ist entscheidend für das verwendete Kippmedium.
Mit Hydraulik oder einem Spindelantrieb sollte es funktionieren.
Mit Pneumatik macht es während dem Kippen wahrscheinlich wieder einen kräftigen Schnalzer, beinflusst durch 2 Faktoren
1. der Abstand der Wirklinie wird grösser
2. die benötigte Kraft wird schnell deutlich kleiner, weil die Ladung rutscht und die ganzen Kräftepunkte sehr schnell und sehr deutlich verändern.
Das lässt sich zwar mit der externen Beschaltung am Zylinder minimieren aber sicher nicht ganz verhindern.
Davon können dir die Besitzer von pneumatischen Einziehfahrwerken ein Klagelied singen.

Aber eine interessante Aufgabe.

Gruss und schönen ersten Mai
Klaus

 

[S_a_S]

Steffen,
Wenn die Zylinderstange durch den Muldendrehpunkt zeigt, kann er gar kein Drehmoment aufbringen. Dann reichen auch die ~25000N (@robi) nicht.
Das kann aber auch passieren, wenn sich die Mulde etwas weiter absenkt. Auch ist die Lage des Drehpunkts vom Zylinder nicht eindeutig in der Höhe bemaßt. Aber zeichne das mal wirklich genau auf, ob Du mit der Verlängerung vom Zylinder einen wirksamen Hebelarm hinbekommst.
Kipppunkt Mulde unten am Wagen (wie von Heinrich angenommen) und kürzerer Zylinder verbessern die Hebelverhältnisse.

Abgesehen davon ist das der statische Lastfall. Um die Mulde zu beschleunigen, brauchst Du zusätzlich Kraft. Und leider auch nicht unerheblich Kraft, um zunächst die Haftreibung (z.B. im Zylinder oder Lager) zu überwinden. Und die Rechnung kannst Du auch für schiefen Untergrund wiederholen.

Grüße Stefan

 

[Steffen Schröck]

Hallo,
danke für die weiteren Antworten!
Ich habe nun mal kurz im CAD etwas laienhaft neu skizziert und kleine, mögliche Änderungen übernommen.
Zylinder habe ich schon den kürzst möglichen gewählt. Dieser soll übrigens ein Spindelzylinder sein. Keine Hydraulik oder Pneumatik.
Den Kipppunkt der Mulde könnte ich, wenn es was bringen würde, noch nach unten ans Fahrgestell verlegen.
Die Karre ist halt leider von ihrer Bauart so vorgegeben und lässt nicht viel Veränderung zu (klar, ist ja auch nicht vorgesehen......aber wer bastelt nicht gerne :-D )
Ein Neubau wäre der letzte Schritt ;-)

Viele Grüße
Steffen

 

[robi]

Pi x Daumen komme ich immer noch auf 0,65t

Hat schon ein Grund, warum bei Muldenkippern der Zylinder mittig
oder sogar ganz vorn angreift und circa unter 90 Grad.

 

[Middle]

Sollten in dieser Konfiguration ca. 650 kg sein:

Kraft F_orth am Verbindungspunkt Zylinder-Kippmulde in senkrechte Richtung aus dem Hebelgesetz (F_orth*130 mm != F_gew*300 mm):
F_orth = 75 kg*9.81 m/s^2 * 300 mm / 130 mm = 1.697,9 N

Winkel des Zylinders zur Kippmulde:
alpha = asin((60 mm + 50 mm) / 424.5 mm) = 15°

Kraft im Zylinder:
F_zyl = F_orth/sin(alpha) = 1.697,9 N / sin(15°) = 6.552 N

Die Kraft lässt sich z.B. reduzieren durch:
- Zylinder möglichst senkrecht zur Kippmulde
- Zylinder nach rechts verschieben
- Drehpunkt der Kippmulde weiter nach unten
Alle diese Maßnahmen zielen darauf ab, den (orthogonalen) Abstand der (verlängerten) Zylindermittellinie zum Drehpunkt zu maximieren.

Viele Grüße,
Malte

 

[Hans Schelshorn]

...
Schätzen aber schon: wirst wohl deutlich über einer Tonne brauchen.
...

Wieder was gelernt, man sollte zu so später Stunde nicht mehr schätzen ...

Was Malte gerechnet hat, schaut sehr gut aus, so sollte das passen!

Servus
Hans

 

[Claus Eckert]

Die Karre ist halt leider von ihrer Bauart so vorgegeben und lässt nicht viel Veränderung zu (klar, ist ja auch nicht vorgesehen......aber wer bastelt nicht gerne :-D )

Mal eine blöde Frage.
Wäre es möglich den Zylinder genau anders herum einzubauen?
Also den Muldendrehpunkt vorne oben (auf der Zeichnung rechts) und den Fahrgestelldrehpunkt hinten unten (auf der Zeichnung links)
Könnte das so einfacher funktionieren?

 

[Patschke]

Wieder was gelernt, man sollte zu so später Stunde nicht mehr schätzen ...

Da hast du recht. Habe glatt vergessen, dass die Zylinderkraft noch die Lagerreibung überwinden muss und die 75Kg ja auch noch in Bewegung versetzt (beschleunigt) werden müssen also brauchts noch mehr Kraft.

 

[Christian Lucas]

Hi,
man kann sich das auch unnötig erschweren. Schubkarre ist ja eigentlich schon das Millionenfach bewährte System dass durch „ unglaublich wird des Schmiedes Kraft, wenn Er mit verlängerung schaft“ funktioniert. Der Zylinder muss möglichst weit weg vom Drehpunkt angreifen. Dann reicht ein kleiner , dünner alber halt längerer Zylinder völlig aus. Ein langer Hebelarm an der Mulde erleichterert sogar soweit dass einfache Handkraft ausreicht. Der Zylinder müsste mitkippen und per Kette an der Mulde befestigt werden wenn er höher wie die Mule ist.
Einfach Hebelarm X Last ist Drehmoment im Drehpunkt. Drehmoment / Hebelarm ist daraus die Kraft die zum Heben aufgewendet werden muss.
Also wenn vorne an der Mulde gehoben wird sind es nur noch 37,5 kg , bei einer normalen Schubkarre sind die Griffe noch weiter hinter der Mulde und die Kraft deshalb noch geringer.

Happy Amps Christian

 

[ROL4ND]

Genau, denn die geplante Einbau- und Wirkrichtung des Zylinders sorgt dafür, dass erstmal der Grossteil der Kraft auf Lager, Gegenlager und die Drehachse wirkt. Das müsste schon extrem stabil gebaut werden um das dauerhaft abzukönnen.

VG Roland

 

[Steffen Schröck]

Guten Abend zusammen,
vielen Dank für die weiteren, konstruktiven, Vorschläge.
Die Lösung mit dem "mitkippenden" Zylinder ist mir auch schon durch den Kopf gegangen. Da ich die Mulde aber über 90° kippen muss, damit sie auch leer wird, sehe ich hier ein Problem.
Mit der Karre wird täglich 2x Pferdemist gefahren. Die 75kg sind daher eher etwas höher angesetzt, aber viel weniger wird es bei nassem Wetter tatsächlich nicht. Die Mulde hat vorne so einen steilen Schüttwinkel, dass der Mist erst bei über 90° wirklich ins rutschen kommt. Ich könnte natürlich anfangen, die Mulde umzubauen. Da diese aber aus PE ist, verliert die wahrscheinlich massiv an Stabilität, die ich wieder irgendwie reinbringen muss. Da würde wohl wieder der komplette Neubau ins Spiel kommen.
Sehr verzwickt das ganze ;-))

Wünsche euch einen schönen Abend und viele Grüße,
Steffen

 

[jduggen]

Hi Steffen,

bei 90° und mehr....da wird das mit Zylinder und einfachem Hebel nichts mehr werden, in den Endstellungen ist der wirksame Hebel zu gering.
Das siehst Du an jedem Bagger....schau Dir mal die Schaufel Antriebe an.

Vg Jörg

 

[mannikla]

Hi Steffen,
so ein Mist!!!
Wie war deine Absicht, die Zylinderkraft in den Boden der PE Mulde einzuleiten?
Hast du mal ein Bild von der "Mistkarre"?
Wie wird die Spindel angetrieben - von Hand?

Ich kenne die Gegebenheiten nicht, aber eine Mulde hat am oberen Rand normalerweise eine Verstärkungssicke.
Da eine Stahlrahmen darunter - hast du die Krafteinleitung in die Mulde, die Wirkpunkte deutlich weiter oben und ganz andere Hebelverhältnisse.
Eine Spindel rechts und eine links, dann hast du nochmal die Höhe der Mulde zu deinem Wirkweg dazugewonnen.

Ein mehrfacher Scherenantrieb wie bei einem Wagenheber oder einer Scherenhubbühne könnte auch eine Antriebsmöglichkeit sein.
Irgendwo hab ich auch so einen Wagenheber mit einer doppelten Schere, finde den aber gerade nicht.

Wenn die Mulde erst einmal 70 - 80 Grad gekippt ist, liegt das meiste Gewicht auf dem Drehpunkt. Dann müsste eigntlich ein Schubs mit der Hand für den Rest ausreichen.

Gruss Klaus

 

[Steffen Schröck]

Guten Morgen in die Runde,
@mannikla : Ich hänge mal 2 Bilder an, die ich aufm Handy habe. Sie sind noch vor dem Umbau. Inzwischen hat sie andere Reifen und die Mulde ist 50mm höher gesetzt, damit sie weiter kippen kann.
Die Mulde sitzt auf einem relativ stabilen Rohrrahmen. Mein ursprünglicher Plan war, diesen mit ein paar weiteren Vierkantrohren zu versteifen (einschweißen). Daran dann die Zylinderaufnahme.

Als Spindel wollte ich einen 12V Zylinder mit 6000N nehmen.
An einen Rahmen unter diesem oberen "Falz" hatte ich auch schon gedacht. Allerdings nicht weiter verfolgt, weil ich keine, von der Länge, passenden Zylinder gefunden habe.

Viele Grüße und danke fürs "Brainstormen"
Steffen