Standfestigkeit

Standfestigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Körpers oder Gerätes, eine vorgegebene Position, Eigenschaft oder Leistung über eine gegebene Zeit beizubehalten.

Maschinenbau

Im Maschinenbau wird mit Standfestigkeit in der Regel die Fähigkeit von Maschinen verstanden, eine gewünschte Nennleistung über längere Zeiträume ohne Defekt oder besondere Wartungsmaßnahmen bereitstellen zu können. Insbesondere bei leistungsstarken Verbrennungsmotoren ist hiermit gemeint, die Maximalleistung nachhaltig abfordern zu können.

Stabilität des Gleichgewichts

Entscheidend für die Standfestigkeit eines Körpers ist die Lage seines Schwerpunktes bezüglich der Auflagefläche. Ein Körper bleibt nur dann auf seiner Auflagefläche stehen, wenn das Schwerpunktlot sie trifft, das heißt, wenn die Auflagefläche sich unter dem Massenmittelpunkt befindet. Ist dies nicht der Fall, so kippt der Körper um.

Von Bedeutung ist die Standfestigkeit in der Baustatik zum Beispiel für Gebäude, Türme, Masten, Kräne oder Regale. Bei allen diesen Beispielen muss ein stabiles Gleichgewicht gewährleistet sein.

Stabil
Ein Körper befindet sich im stabilen Gleichgewicht, wenn er nach einer geringfügigen Auslenkung wieder in die stabile Lage zurückkehrt. Ein Körper in einem stabilen Gleichgewicht bekommt bei jeder Auslenkung eine höhere Lageenergie. Dies ist zum Beispiel bei einem Körper, der mit einer Aufstandsfläche auf einer Ebene aufliegt, der Fall, wenn das Lot durch den Massenschwerpunkt des Körpers die Ebene innerhalb der Aufstandsfläche schneidet. Außerdem liegt beim stabilen Gleichgewicht der Unterstützungspunkt über dem Schwerpunkt (Beispiel: ein hängender Körper).
Labil
Ein Körper befindet sich im labilen Gleichgewicht, wenn er sich nach einer geringfügigen Auslenkung weiter von der labilen Gleichgewichtslage entfernt. Ein Körper, der sich im labilen Gleichgewicht befindet, bekommt bei jeder Auslenkung eine geringere Lageenergie und sein Unterstützungspunkt liegt unter dem Schwerpunkt. Liegt der Unterstützungspunkt nicht innerhalb der Stand- oder Auflagefläche, kippt der Körper um sobald er geringfügig bewegt wird.
Indifferent
Ein Körper befindet sich in einem indifferenten Gleichgewicht, wenn er seine Position nach einer geringfügigen Auslenkung beibehält, also weder weiter umkippt, noch in den Ausgangszustand zurückkehrt. Für einen Körper in einem indifferenten Gleichgewicht ist die Lageenergie bei jeder Auslenkung konstant. Dies ist der Fall, wenn sich der Schwerpunkt des Körpers bei Bewegung gegenüber der Auflage nicht ändert, beispielsweise ein Rad, das sich auf einer Achse drehen kann.

Maße für Standfestigkeit

Ein Maß für die Standfestigkeit ist der Betrag M des Drehmoments, das auf den Körper wirken muss, um ihn umzuwerfen:

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Bedeutung der Formelzeichen:

– Betrag des Drehmoments, das wirken muss, um den Körper umzuwerfen,
– Gewichtskraft des Körpers,
– Entfernung des Massenschwerpunktes von der Kippkante.

Aus dieser Formel lässt sich schließen, dass die Standfestigkeit umso größer ist, je tiefer der Massenschwerpunkt des Körpers liegt und je größer seine Gewichtskraft ist.

Siehe auch