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Ingenieurwesen » Technische Mechanik » Auslegung Gasdruckfeder (Deckelöffnung)
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Beruf Auslegung Gasdruckfeder (Deckelöffnung)
tobias155
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Themenstart: 2020-09-21


Hallo,
ich habe gerade die Aufgabe, einen Deckelöffnungsmechanismus zu konstruieren.
Es handelt sich vereinfacht um einen großen Topf, der um 30 ° geneigt steht und mit einem Griff von Hand geöffnet werden soll.
Dabei soll eine Gasfeder verhindern, dass der Deckel zufällt.
Im Idealfall soll der Deckel an jeder Position in seiner Lage stehenbleiben und nicht zufallen können. Bereich wären 0-90%. Gewicht des Deckels ca. 110 kg, Durchmesser 1425 mm



Hat jemand eine Idee, wie ich an die Aufgabe herangehen kann?
die Position unten am Scharnier ist ja fix, Spielraum gibt also nur die Anbringung auf dem Deckel und die Federdaten selbst.
Ich habe schon versucht, mit Excel ein Sheet aufzubauen (Schwerpunkt in Abhängigkeit von Öffnungswinkel).. Aber so richtig weiter komme ich noch nicht und würde mich daher über ein bisschen Hilfe freuen. Vielleicht hat ja jemand von euch auch schon einmal eine Gasdruckfeder ausgelegt oder Tipps/Formeln?
Ich bin über jede Hilfe dankbar! 🙂



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haribo
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.1, eingetragen 2020-09-21


moin tobias,

deine gasfeder-anordnung verstehe ich gar nicht, von wo nach wo soll die feder reichen und wie bewegt sich das grüne bauteil oder steht das fest?



ich würde erstmal nur einen schnitt zeichnen und nicht 3D, dafür mit schwerpunkt/ abmessung/ masse/ scharnier
und 3-4 positionen des deckels

z.B. ganz auf; 45° geneigt; waagerecht; geschlossen

und dafür jeweils die deckel-schliess-momente ausrechnen

und dann eine prinzipielle gasdruck (oder zug?) konstruktion/auslegung für waagerecht machen...

und erst danach weiter überlegen wie man diese anordnung verändern kann/muss dass es auch für die anderen positionen brauchbar wird

haribo




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tobias155
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2020-09-22


Das grüne Bauteil steht fest. Die Scharniere sitzen auf Gleitlagern.
Die Feder ist an dem grünen Bauteil befestigt. Oben auf dem Deckel kommt dann das "Gegenstück" dazu, nur da ist ja noch die Frage nach der Position.

Aber okay, ich werde erst mal so anfangen, wie du sagst.
Was genau meinst du mit Deckelschließmoment? Einfach Summe aller Momente in der Position?



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haribo
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.3, eingetragen 2020-09-22


ich kenne dein vorwissen nicht,

moment = kraft x hebelarm
einheit normalerweise [Nm]

der deckel übt z.B. in seiner waagerechten öffnungsposition ein errechenbares moment aus, da dieses moment den deckel schliessen möchte nenne ich es schliess-moment

und damit der deckel in der position stehen bleibt, möchtest du eine gasfeder-kraft mit einem zu konstruierenden hebelarm dagegenwirken lassen, musst also als erstes eine idee haben über welchen hebel die gasfeder wirken soll und danach ihre für dieses gegen-moment erforderliche kraft ausrechnen



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haribo
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.4, eingetragen 2020-09-23



ungefähr in diese richtung würde ich es konzipieren...
aber achtung da lauern noch etliche konstruktionsklippen

ein einfaches gegengewicht kommt nicht in frage?




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MontyPythagoras
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.5, eingetragen 2020-09-23


Hallo zusammen,
ungeachtet der mathematischen Herausforderung, den Deckel in jeder Stellung regungslos stehen zu lassen, rollen sich mir hier diverse Fußnägel hoch:
* Einen Deckel von 110kg möchte man nicht von Hand hochheben, selbst wenn er vollständig gewichtskompensiert ist.
* Man bedenke auch den Radius für den Werker von gut 1,5m und damit den Weg, den der Werker dabei mit seinen Armen zurücklegen muss. Unter ergonomischen Aspekten gar nicht zulässig.
* Darüber hinaus besteht die Gefahr des Hineinfallens bei dem riesigen Schlund, der sich da auftut.
* Wenn die Gasdruckfeder versagt (was sie mit Sicherheit irgendwann tut, ist nur eine Frage der Zeit), knallen 110kg scharfkantiges Metall auf den Werker. Schon allein deshalb ist eine solche Konstruktion nach ISO 12100 und weiteren sicherheitsnormen gar nicht zulässig. Daher wäre ein Gegengewicht und eine automatisierte Öffnung nicht nur ratsam, sondern eigentlich die einzige Alternative.

Und weil ich es selbst schon für deutlich kleinere Deckel durchexerziert habe, weiß ich, dass es mathematisch unmöglich ist, das sich über den Öffnungswinkel cosinusförmig verhaltende Schließmoment des Deckels mit einer progressiven Gasdruckfeder vollständig zu kompensieren. Abgesehen davon drückt in dieser Skizze die Gasdruckfeder den Deckel zu, nicht auf.

Ciao,

Thomas



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haribo
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.6, eingetragen 2020-09-23




@monty, das ist ungefähr die dimension, der radius alleine scheint dabei noch nicht alzu problematisch gesehen zu werden

(dieser traveler blockiert die druckfedern im offenen zustand mit drübergestülpten u-profilen... und das dürfte auf jeden fall ziemlich gefahrenbelastet sein)

und ja, mir ging es eher um die geometrische herausforderung zumindest für zwei positionen die regungslosigkeit zu erreichen, hier die waagerecht und 45° öffnung, (und ich wäre gespannt wie weit der bereich durch reibung der gasdruckfeder erweiterbar wäre)

und nein bei meiner skizze drücken die gas-druck-federn auf nicht zu, auch wenn sie evtl oben ungewöhnlich gelagert wären



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MontyPythagoras
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.7, eingetragen 2020-09-23


Hallo haribo,
mein Beitrag bezog sich natürlich nur auf den vom TS skizzierten Fall in einem industriellen Umfeld. Stelle den VW-Bus jetzt mal senkrecht auf die Nase, und schon sieht es mit der Ergonomie der Heckklappe ganz anders aus. Der Werker muss ja über einen Schlund hinweg den Deckel bewegen, so dass, wie beschrieben, die Gefahr des Hineinfallens besteht. Auch wiegt die Heckklappe des VW-Bus keine 110kg (vielleicht mit 4 Fahrrädern), und scharfkantig ist sie auch nicht. Darüber hinaus sind diese Gasfedern an Heckklappen meistens so ausgelegt, dass sie von einer Mittelstellung aus betrachtet den Deckel immer aufdrücken, denn Zudrücken ist wegen Verletzungsgefahr ohne Sensorik (wie bei der elektrischen Seitenscheibe) nicht zulässig. Und beim VW-Bus drücken die Gasfedern von innen, nicht von außen.
Mit anderen Worten: der VW-Bus ist ein komplett anderes Setup, sowie ein Endverbraucher-Produkt. Für die Deckelkonstruktion in der Skizze oben ist das nicht anwendbar, und der Threadstarter sollte sich mal ernsthaft mit den ISO-Richtlinien und den Gesetzen rund um die Maschinensicherheit auseinandersetzen. Dieses Thema ist unter "B" wie beruflich eingeordnet, es ist keine Uni-Rechenaufgabe. Eine solche Fehlkonstruktion könnte in einem realen Umfeld gravierende Konsequenzen nach sich ziehen (bis hin zur persönlichen Haftung).

Ciao,

Thomas



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haribo
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.8, eingetragen 2020-09-23


ja weiss ich, ne bulli klappe mit einem rad drauf wird nicht mehr hochgedrückt, obwohl manche die federn austauschen gegen 2 mal >900 N

mich interessiert ansich wie nahe man an ausgeglichenheit herankommen könnte, aber dazu braucht man eben auch die genaueren druckwerte und die reibung... angegebenes N1 ist ja meist die kraft bei voll ausgefahren

allein die erklärung, das die berechnung meist über eine momentenbetrachtung ausgeführt wird sollte ja keinen haftungsfall generieren... hoffe ich
haribo




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MontyPythagoras
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.9, eingetragen 2020-09-25


Hallo haribo,
das Gewicht des Deckels ist konstant, das Drehmoment verläuft cosinusförmig über den Klappwinkel. Das muss man mit der Feder kompensieren. Das erreicht man, indem man
a) die Feder ebenfalls an einem Radius angreifen lässt, der sich ebenso bewegt (zum Beispiel einen Hebel nach hinten weg, und die Feder zieht von senkrecht unten),
b) die Zugkraft der Feder annähernd konstant hält (dazu nimmt man eine sehr lange Stahlzugfeder, denn je länger, desto konstanter die Federrate),
c) den Befestigungspunkt der Feder möglichst weit vom Hebel entfernt festmacht (weil dann die Eigenbewegung der Feder kaum noch ins Gewicht fällt).
Dann hat man das Eigengewicht weitgehend in jeder Lage kompensiert. Ansonsten gibt es noch komplizierte Möglichkeiten per Umleitung eines Zugseils über einen variablen Radius, um die Zugkraft über den wirksamen Radius zu steuern. Dazu muss man die genaue Kennlinie der Gasfeder kennen, wenn man eine solche einsetzen möchte, und die Umlenkung gezielt konstruieren. Das ist nicht leicht.
Der beste Weg ist aber eigentlich, den Deckel per Gegengewicht zu kompensieren, und zwar so, dass das Gegengewicht den Deckel sogar leicht anhebt und nicht schließt. Dazu kommt dann eine Rotationsölbremse, die die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit begrenzt und so ein schnelles Zufallen verhindert. Rastungen, die eine ungewollte Bewegung verhindern, sind auch ratsam. Den Deckel per Reibung in der Schwebe zu halten, ist hier nicht zu empfehlen, denn
a) Reibung ist unzuverlässig
b) für diese Masse brauchst Du ziemlich viel Reibung
So oder so sollte der Werker über eine Kurbel und ein Getriebe in die Lage versetzt werden, in ergonomischer Haltung ohne direkten, manuellen Kontakt zum Deckel selbigen "hochzukurbeln".
Normalerweise verlange ich für eine solch umfassende Beratung Geld... 😁

Ciao,

Thomas



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tobias155
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.10, vom Themenstarter, eingetragen 2020-09-28 13:39


Hallo, danke euch für eure Antworten! Die Skizze oben ist falsch, so sollte es richtig sein:


Zur Sicherung des Deckels in geöffneter Lage wird auf jeden Fall noch eine mechanische Verriegelung vorgesehen.
Hineinfallen ist auch nicht möglich, da im Inneren noch ein Innenzylinder + Mischwerkzeug ist.
Und ja, für das Versagen der Gasdruckfeder müsste dann natürlich regelmäßig gewartet/geprüft werden bzw. diese dann ausgetauscht.

@Haribo deine Skizze verstehe ich nicht ganz, könntest du die noch erläutern?




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MontyPythagoras
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.11, eingetragen 2020-09-28 16:12


Hallo Tobias,
nochmal: diese Lösung ist gesetzlich nicht zulässig! Schön, dass Du eine Sicherung in geöffneter Lage hinzufügen willst, aber schon der Weg dahin ist nicht zulässig, wenn das ein Werker von Hand erledigen soll. Lies Dir bitte meinen letzten Beitrag noch einmal gründlich durch.
(Und selbstverständlich kann man da hineinfallen. Schon die leichteste Gefahr, auf irgendetwas Derartiges draufzufallen ist nicht zulässig, man muss nicht mit dem ganzen Körper darin verschwinden. Der Werker soll hier bei einem Radius von gut 1500mm einen Weg zurücklegen von diagonal rund 2100mm, zu einem Punkt hin, den er ergonomisch gar nicht erreichen kann. Wenn Du die Gasfeder so konstruierst, dass sie das Gewicht nur hält, aber nicht aufdrückt, wird schon ein Abfallen der Kraft um 5% zu einem Zufallen des Deckels führen. Da kommt die Wartung zu spät. Und nochmal: es ist so nicht zulässig, weder nach ISO 12100, noch nach ISO 26800, noch nach Maschinenrichtlinie usw.). Du MUSST Dir eine andere Konstruktion überlegen.

Ciao,

Thomas



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haribo
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.12, eingetragen 2020-09-28 17:14


zusätzlich zu montys berechtigten einwänden noch ein anderes grundsätzliches problem deiner anordnung, es sind druckfedern, du drückst bei deiner gewählten anordnung auf den deckel, erschwerst also mit der gasdruckfeder das öffnen ???

evtl verstehst du deswegen meine skizze nicht?

haribo



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tobias155
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.13, vom Themenstarter, eingetragen 2020-09-29 07:56


@MontyPythagoras
Vielen Dank für die Einwände, ich verstehe deine Bedenken sehr gut und werde es ansprechen! Es handelt sich hierbei tatsächlich nur um einen Prototypen, bei der richtigen Maschine ist der Plan, dass der Deckel mithilfe eines Krans abgehoben wird, da der Deckel auch nur sehr selten geöffnet werden muss. Ich werde es aber definitiv ansprechen. Gibt es zufällig einen genauen Absatz wo das in der ISO konkret steht?

@Haribo
Ich verstehe nicht, wie und wo die Feder da befestigt ist?



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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.14, eingetragen 2020-09-29 16:23




ist mit weniger drauf evtl. mehr zu erkennen?

die skizze ist keine konstruktion sondern ne erste skizze, hauptsächlich um mir selber klarzumachen welche ~ abmessungen/hebelarme/hubwege/federkräfte zu erwarten sein könnten...

also ich kam auf 4st gasdruck federn mit 1200N und ~0,35m hub bei nem hebelarm von ~0,2m... und solche gibts die hab ich versucht masstäblich zu skizzieren,

klar muss man die nicht unbedingt derartig hochstehen lassen aber bei den federn brauchts solche hebelarme dann doch, sonst dreht sich der deckel nicht hoch aber archimedes im grab um,

weil du fragst, das untere lager wäre fest zum bottich, also wohl besser dann seitlich ausserhalb selbigens

das obere lager am deckel evtl. irgendwie eine zu konstruierende querstange, wie genau man dort die druckfedern anbringen könnte stellt die skizze sicher nicht dar,

na, die anordnung im grünen bildteil wäre sicher gewöhnlicher...

nur mir kam dann schon ohne weiter detailiertes überlegen die frage aller fragen: "wiso kein gegengewicht?"

mit verlaub, ich weiss nicht wie du ohne wenigstens überschlägige berechnungen zu... ist halt doch ein matheforum hier, oder?

haribo










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MontyPythagoras
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Zum letzten BeitragZum nächsten BeitragZum vorigen BeitragZum erstem Beitrag  Beitrag No.15, eingetragen 2020-09-30 13:11


Hallo Tobias,
so einfach ist das nicht. Ich habe Dir ja die relevanten Normen genannt. Je nachdem, in welcher Branche Du unterwegs bist, ob es sich um Labor-, Erprobungs- oder Endanwender-Gerätschaften handelt, geschultes Fachpersonal oder Hinz und Kunz an dem Ding arbeiten, kommen unterschiedliche Normen und Paragraphen zum Tragen. Es gibt für solche Themen ganze Software-Pakete (wie z.B. Safexpert) und Dienstleister, die die CE-Konformität bewerten.
Wenn es auch nur ein Prototyp ist, dann muss in der Versuchsphase trotzdem der Deckel halt auch mit einem Kran oder anderweitigen Hebezeug (Flaschenzug?) angehoben werden. Wenn das Gewicht kompensiert ist, reicht ja vielleicht ein einfaches Seil über eine Umlenkrolle, wobei auch das noch eine Gefahr birgt, weil ein heftig zuknallender Deckel das Seil durch die Handflächen reißen kann. Das mag übertrieben scheinen, aber Ihr möchtet nicht die Staatsanwaltschaft auf der Matte stehen haben, weil sich jemand an dem Ding wegen nicht ausreichender Sicherheitsvorkehrungen Verletzungen zugezogen hat, selbst wenn sie nicht lebensbedrohlich sind.
Ich verstehe auch nicht, warum Du den Deckel in jeder Position in der Schwebe halten willst, wenn er ohnehin nur selten geöffnet wird - und dann wahrscheinlich ganz. Warum dann nicht das Gewicht überkompensieren, so dass der Deckel immer von allein aufgeht, statt zuzufallen? Dann ist eine Quetschgefahr schon einmal gebannt, und der Werker muss sich auch nicht über den Bottich hinweglehnen.
Wie gesagt, eigentlich verkaufe ich solche Engineering-Leistungen für teuer Geld, also bitte ich um Verständnis, dass ich hier nicht mehr als das Gesagte bieten kann. Ich sehe ja nur einen winzigen Ausschnitt des ganzen Themas, aber es hat gereicht, um eine deutliche Warnung auszusprechen. Ein Arzt wird Dir im Internet auch keine Diagnose stellen.

Ciao,

Thomas



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tobias155 hat die Antworten auf ihre/seine Frage gesehen.
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