Was ist Radialkraft?

Technisch gesehen ist eine Radialkraft jede Kraft, die geradlinig wirkt. In der Physik wird es oft verwendet, um den Einfluss zu beschreiben, der senkrecht – im rechten Winkel – zur Mittellinie oder Achse eines Objekts ausgeübt wird, das sich auf einer Umlaufbahn bewegt. Einfach ausgedrückt erfährt eine Kugel, die in einem Bogen am Ende einer Schnur geschwungen wird, diese Kraft und hält die Schnur straff. Mehrere andere vorhersagbare Kräfte wirken in verschiedene Richtungen, um die Kugel durch den Bogen rotieren zu lassen, aber die Radialkraft ist dafür verantwortlich, dass sie sich von der Hand wegbewegt, die die Saite hält.

Obwohl der genaue Ursprung und die Art der Radialkräfte sehr kompliziert sind, können sie in vielen alltäglichen Prozessen am Werk gesehen werden, wie z. B. in Elektrowerkzeugeinsätzen, rotierenden Autoreifen und Lagern. Bei der Bearbeitung wird diese Kraft als der Einfluss erklärt, der ein Schneidwerkzeug von der zu schneidenden Oberfläche wegdrückt. Die korrekte Berechnung der Radialkraftspezifikationen ist ein entscheidender Schritt bei der Konstruktion von Werkzeugen und anderen Objekten mit rotierenden Teilen.

Was bewirkt Radialkraft?

Radialkräfte sind eine wichtige Komponente des Prozesses, der jedes Objekt auf einer Kreisbahn bewegt. Wenn sich eine bekannte Masse (z. B. eine Kugel) in einem festgelegten Abstand (dem Radius) vom Mittelpunkt mit konstanter Geschwindigkeit im Kreis dreht, drückt die Radialkraft die Masse nach außen, weg vom Mittelpunkt. Die Kraft sorgt dafür, dass sich die Masse im gleichen Abstand vom Mittelpunkt dreht und eine gleichmäßige Umlaufbahn beibehält – ein Kreis oder eine Ellipse. Ohne die Wirkung dieser Kraft wäre der Weg unberechenbar und unvorhersehbar.

Dies gilt für alle Objekte im Orbit, unabhängig davon, ob sie physisch mit dem Zentrum verbunden sind oder nicht. Ein loser Ball, der um die Innenseite eines Eimers geschleudert wird, wird ebenfalls durch eine radiale Kraft gegen die Innenwand des Behälters gedrückt. Radialkräfte sind beispielsweise auch dafür verantwortlich, dass eine Roulettekugel beim Drehen des Rads gegen die Kante des Radschlitzes gedrückt wird.

Warum sind Radialkräfte wichtig?

Die genaue Berechnung von Radialkräften ist ein kritischer Konstruktionsaspekt für alles, was eine Orbitalbewegung aufweist. Die genaue Ermittlung des Ausmaßes dieser Größe spielt beispielsweise eine große Rolle für die Gesamteffizienz, Sicherheit und Lebensdauer eines Geräts. Es ermöglicht Designern auch, herauszufinden, was die praktischen Einschränkungen für einen bestimmten Artikel sein werden.

Beispielsweise werden Lager in vielen verschiedenen Arten von Geräten weit verbreitet verwendet, um die Bewegungsreibung zwischen festen und beweglichen Maschinenteilen zu stützen, zu führen und zu verringern. Sie sind oft radialen Kräften ausgesetzt, die innere Materialspannungen erzeugen, die zu Verschleiß und schließlich zum Versagen führen können, wenn die Kraft und die damit verbundenen Spannungen übermäßig werden. Die Lager müssen stark genug sein, um den Belastungen standzuhalten, denen sie regelmäßig ausgesetzt sind. Aus diesem Grund gibt es Lagertypen, die speziell für mechanische Anwendungen mit hohen Radialkräften ausgelegt und ausgelegt sind.

Ein weiteres Beispiel für dieses Phänomen bei der Arbeit ist die Kraft, der ein Schneidwerkzeug ausgesetzt ist, wenn es Material von der Oberfläche eines Werkstücks entfernt. Die Kraft wirkt auf das Werkzeug, um es von dem zu schneidenden Teil wegzudrücken. Die auf die Schneidvorrichtung wirkende Kraft hängt von den Merkmalen des Werkzeugs selbst und den Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials ab. Wenn das Werkzeug schlecht konstruiert ist und einer übermäßigen Radialkraft ausgesetzt ist, kann es sehr schwierig werden, die Schneidkante in das Werkstück zu drücken, was zu minderwertigen Ergebnissen führt oder sogar den Bediener verletzen kann, wenn das Werkzeug weggedrückt wird.

Radialkraftvariation

Eine Variation dieses Phänomens tritt auf, wenn sich der Impuls des sich bewegenden Objekts während des Betriebs ändert oder entwickelt. Die sogenannte Radialkraftvariation lässt sich am Beispiel eines Autoreifens verdeutlichen. Der Reifen erfährt eine radiale Kraft in einer Richtung senkrecht zur Radachse, die, wenn der Reifen perfekt rund und die Straßenoberfläche perfekt glatt wäre, gleich bleiben würde, während sich das Rad dreht. Dies ist jedoch nicht der Fall, sodass sich die auf den Reifen ausgeübte Radialkraft bei jeder Drehung ändert. Dies stellt Konstrukteure bei der Konstruktion von Geräten vor Herausforderungen, da diese unter ständig wechselnden Umgebungsbedingungen sicher funktionieren müssen.