Stoßweise
Englisch: impulsive
Von einer Kraft, die momentan oder durch einen Impuls wirkt, nicht kontinuierlich.
Stoßkraft: eine Kraft, die hart und schnell zuschlägt und dann verschwindet
Eine Stoßkraft ist eine Kraft, die über eine extrem kurze Dauer wirkt und in einem kurzen Ereignis einen großen Impuls (das Produkt aus Kraft und Zeit) abgibt. Im Gegensatz zu kontinuierlichen Lasten, die gleichmäßig auf ein Bauteil einwirken, treffen Stoßkräfte plötzlich ein, erreichen schnell ihren Höhepunkt und verschwinden innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde. Beispiele sind der Schlag eines Hammers, der Aufprall einer Kollision oder der Bruch eines unter Zug reißenden Drahtes.
Mechanische Systeme reagieren auf Stoßlasten ganz anders als auf statische oder allmählich aufgebrachte Lasten. Weil die Dauer so kurz ist, dominieren Trägheitseffekte; Werkstoffe und Strukturen haben möglicherweise keine Zeit, elastisch nachzugeben, bevor die Energie als Stoßwelle übertragen wird. Deshalb kann ein Hammerschlag einen Block zerstören, der unter kontinuierlichem Druck nicht brechen würde. Schlagversuche nutzen Stoßbelastung bewusst, um die Zähigkeit eines Werkstoffs und nicht nur seine Festigkeit zu prüfen.
Erkennung und Analyse
Ingenieure erkennen Stoßbelastungen bei Maschinenausfällen, Verscherung von Befestigungsmitteln und Vibrationsproblemen. Zahnräder können unter Schlag Zähne verlieren; Bolzen brechen an der Wurzel; Wälzlagerlaufbahnen zeigen Ausbruchbildung. Die Standard-Spannungsanalyse geht von quasistatischen oder periodischen Lasten aus, deshalb werden Stoßereignisse oft separat mit Stoßspektrumanalyse oder Finite-Element-Simulation der transienten Antwort behandelt. Der Schweregrad hängt nicht nur von der Spitzenkraft ab, sondern auch von der Anstiegszeit und Dauer des Impulses.
Stoßkräfte entstehen bei Fallversuchen, Presssitzmontageverfahren, Zahneingriffen und vielen Fertigungsprozessen. Hydraulische Systeme erzeugen Stoßschocks, wenn ein Ventil plötzlich schließt oder ein Druckbegrenzungsventil öffnet. Bei Rotationsmaschinen erzeugt Unwucht oder Fluchtungsfehler periodische Impulse mit der Drehfrequenz der Welle, die sich zu Vibration und Ermüdung aufaddieren.
Konstruktionsstrategien zur Überwindung von Stoßlasten sind die Erhöhung von Steifigkeit und Dämpfung, das Hinzufügen von Nachgiebigkeit (Federn oder Elastomere) zur Stoßenergieveraufnahme und die Wahl von Werkstoffen mit hoher Schlagzähigkeit statt nur hoher Streckgrenze. In vielen Fällen wird eine Struktur, die eine gleichmäßige Last übersteht, unter einem Stoß ähnlicher Größenordnung versagen, weil der Versagensmechanismus unterschiedlich ist.