Warum ist es leichter eine Münze mit einem Hammerschlag als mit kontinuierlichem Druck zu prägen?
Hallo,
ein Plättchen aus Aluminium in einer Münzprägevorrichtung lässt sich mithilfe eines kräftigen Hammerschlags eines ca. 3kg schweren Hammers relativ einfach prägen.
Dieselbe Vorrichtung mit einem Hydraulikzylinder der am Plättchen 5 Tonnen aufbringt erzielt ein wesentlich schlechteres Ergebnis.
Warum ist das so?
6 Antworten
Die Kraft bei einem Hammerschlag ist einfach größer.
Die Kraft ist, wie man spätestens seit Max Planck' kleinem Aufsatz von 1908 weiß, einfach eine Impulsstromstärke, sie gibt an, wie viel Impuls pro Zeit durch einen festgelegten Querschnitt fließt.
Nun ist die Impulsstromstärke bei der Hydraulik einfach F = 50000N. Beim Hammerschlag gehen wir mal von einer Berührungszeit von 1/1000 Sekunde aus. Vor dem Schlag hat der Hammer bei einer Geschwindigkeitkeit von 10m/s einen Impuls von p = m * v = 3kg * 10m/s = 30 Huygens. Nach dem Schlag prallt er hoch und hat ungefähr einen Impuls von p2 = - 30 Huygens. In der 1/1000 Sekunde fließt also ein Impuls von 60Huygens in die Münze und verformt sie.
Dies entspricht einer Impulsstromstärke (einer Kraft) von
F = p/t = 60Hy/0,001s = 60000 Hy/s = 60000N.
Die Verformungsarbeit = Energie ist Kraft mal Weg bei langsamer Bewegung die Energie bei einem Schlag entspricht Masse mal Geschwindigkeit im Quadrat
mit anderen Worten: die 5 Tonnen sind eigentlich 50.000 N ( 9,81 N= 1kg m/s²) mal 1mm ff9593erformungsenergie, also 50 kgm²/s²
Der Hammerschlag hat 3 kg mal (10 m/s)² also 300 kg m²/s² Energie, bei nur 10 m/s Schlaggeschwindigkeit
Der hydraulische Prägevorgang verläuft langsam, ein Schlag mit dem Hammer ist eine im wahrsten Sinne des Wortes, eine zeitlich schlagartige Verformung, was bei relativ weichem Aluminium das bessere Ergebnis liefert. Des Rätsels Lösungs ist die Beschaffenheit des Materials Aluminium.
Das mit der Materialbeschaffenheit ist m.E. nicht richtig, denn das ist bei allen anderen Metallen, die eine ausreichende Verformungsfähigkeit haben, also eine ausreichend niedrige Fließgrenze aufweisen ganz genau dasselbe.
Genaugenommen ist die Trägheit des Hammers dafür verantwortlich, dass der Prägestempel in den Rohling getrieben wird. Je grösser der Impuls des Hammers, um so tiefer die Prägung.
Dagegen bringst Du mit einer hydraulischen Presse zwar grosse Kräfte auf den Prägestempel, aber eben keinen Impuls.
Genau! Löse die Gleichung mal nach der Kraft auf:
Kraft = Impuls / Zeit
Damit die Prägekraft gross genug wird, muss der Impuls instantan, also innerhalb kürzester Zeit übertragen werden. Das erreichst Du nur mit dem Hammer, nicht mit der Presse.
Die Verformungsarbeit = Energie ist Kraft mal Weg bei langsamer Bewegung die Energie bei einem Schlag entspricht Masse mal Geschwindigkeit im Quadrat
mit anderen Worten: die 5 Tonnen sind eigentlch 50.000 N ( 9,81 N= 1kg m/s²) mal 1mm, also 50 kgm²/s²
Der Hammerschlag ist 3 kg mal (10 m/s)² also 300 kg m²/s²
Doch!
Kraft * Zeit = Impuls