Hebelwirkung: Warum haben Blechscheren kurze Schneiden, lange Griffe?

Die Antwort auf die Frage nach der Hebelwirkung von Blechscheren finden wir im Hebelgesetz. Blechscheren unterliegen, wie alle andere Scheren, der Hebelwirkung durch einen zweiseitigen Hebel. Dies ergibt sich aus ihrer Bauweise.

In der Produktion von Scheren wird die Bauweise abgewogen und auf den Werkstoff angepasst. Eine Stoffschere hat schärfere Klingen als eine Papierschere. In beiden Fällen ist kein langer Griff notwendig, da sowohl Papier als auch Stoffe mit geringem Kraftaufwand zu durchtrennen sind.

Da Blechschneiden einiges an Kraft erfordert, ist die Schneide einer Blechschere im Verhältnis zum Griff kürzer. Um die optimale Kraftersparnis durch den Hebel zu erzielen schiebt man das Blech weit in das Maul des Werkzeuges hinein. Die Schere wird weit geöffnet und beim Scheren nicht komplett geschlossen.

Da die meiste Kraft in der Nähe der Schraube ist, ist zusätzliche Kraftaufwendung beim Schneiden mit der Spitze der Schere nötig. Es kommt vor, dass ein Durchtrennen mit der Spitze unmöglich ist. Das Blech wird während des Vorgangs festgehalten, da Schubkräfte es nach links oder rechts wegziehen würden.

Hebelwirkung: Hebel als Kraftwandler

Beim hier wirkenden Hebel handelt es sich um einen mechanischen Kraftwandler. Der Hebel verändert den Angriffspunkt der Kraft. Sie wird woanders aufgebracht, als sie später wirkt. Der Arbeiter drückt die Schere an den Enden der Griffe zusammen. Die Kraft, die er verwendet, äußert sich an der Schneide. Der Weg von Krafteinwirkung zu Kraftauswirkung ist der Grund, weshalb wir weniger Kraft aufbringen brauchen.

Kraft, die auf einem bestimmten Weg aufgebracht wird, heißt in der Physik Arbeit (Kraft mal Weg ist gleich Arbeit). Nach dem Energieerhaltungssatz ist die Menge der Arbeit durch einen Kraftwandler nicht verändert. Sie bleibt konstant. Das bedeutet, dass die aufgewandte Kraft im folgenden Verhältnis sinkt, wenn der Weg länger wird.

Das Hebelgesetz zur Hebelwirkung lautet allgemein: „Kraft mal Kraftarm ist gleich Last mal Lastarm.“ Im Falle eine Blechschere ist der Griff der Kraftarm. Hier wird die Kraft zugeführt. Der Lastarm entspricht der Schneide, wo sich die Kraft auf den Werkstoff auswirkt.

Die Verbindungsschraube der Schere stellt den Drehpunkt dar. Lässt man die Reibung außer Acht, dreht sich das Verhältnis von Kraft und der Länge des Kraftarmes deswegen am Drehpunkt um. Ist beispielsweise der Griff der Schere doppelt so lang wie die Schneide, wird das Doppelte der ausgeübten Kraft auf das Blech übertragen. Bei Blechscheren ist das Verhältnis zwischen Griff und Schneide deshalb eher 5:1.

Reibung und die Grenzen des Hebelgesetzes

In der Praxis vergrößert Reibung den nötigen Arbeitsaufwand. Ein kleiner Teil der Energie wird als Wärme freigesetzt und geht verloren. Nichtsdestotrotz sparen wir uns einiges an Kraft, wenn ein langer Hebel zum Einsatz kommt. Die Länge der Kraftarme hat in der praktischen Anwendung Grenzen. Perfekt starre Körper sind in der Natur nicht zu finden. Ist die Krafteinwirkung zu groß, verbiegt oder bricht der Hebel. Dies ist die Grenze des Hebelgesetzes. In solchen Fällen benötigt man andere Formeln. Bei richtiger Anwendung einer Blechschere ist das Problem der Verformung vernachlässigbar.