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Forum: Offtopic Kreispendel Antrieb


Autor: Julius V. (julius_v)
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Hallo,


Ich bin gerade dabei ein Pendelantrieb zu konzipieren.
ein Pendel von 14 Meter Länge und 20 Kg Gewicht soll in einem kreis mit 
7.2 Metern Durchmesser schwingen.

Der Antrieb soll in der Lage sein das Pendel aus dem Ruhezustand zu 
Beschleunigen.

Der Antrieb soll über ein bewegen des Aufhängungspunkts erfolgen. Er 
soll sich auf 2 Achsen um 20cm Bewegen können. (so wie man ein Pendel, 
was an der Hand hängt, beschleunigt)

Ich habe jetzt das Problem, das ich nicht weiter komme bei der 
Berechnung ob das so möglich ist. Der Strömungswiderstand ist da der 
Hauptgegner.
Ich muss also permanent mindestens die Kraft, die durch die Reibung 
verloren geht mit dem Antrieb wieder in das Pendel stecken.
Ich habe das mal versucht auszurechnen und komme auf 1,94N Widerstand, 
der bei voller Auslenkung als Bremskraft wirkt. Ist das realistisch?

Hat jemand einen Ansatz, wie ich jetzt weiter rechnen kann?
wie rechne ich aus wie und mit welcher Kraft sich der Aufhängepunkt 
bewegen muss?

Hat jemand Technische Ideen für den Antrieb?


Ich bin dankbar für jeden Ansatz!!!

Autor: Mario K. (Gast)
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Sieht aus wie ein Bild von einer Darstellung eines parsec. Sorry wird 
dir nicht weiterhelfen. Aber warum probierst du das nicht aus. Man muß 
ja nicht jeden scheiß berechnen somal das in der Praxis dann eh nicht 
hinhaut.

Autor: Bernd Funk (metallfunk)
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Ich würde das so angehen:

Oben in der Lagerung ein Motor ( Getriebemotor ) mit nicht
zuviel Drehmoment.

Langsames Anschwingen, bis die richtige Amplitude erreicht ist,
dann die Kraft reduzieren, um einen gleichmäßigen Lauf zu er-
reichen.

Dazu müßte die " Ausschwingung " des Drehpendels mit Fotozellen
überwacht werden, und die Motorkraft nachreguliert werden.

Aber da gilt: " Versuch macht kluch ".

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Mario K. schrieb:
> Sieht aus wie ein Bild von einer Darstellung eines parsec. Sorry wird
> dir nicht weiterhelfen. Aber warum probierst du das nicht aus. Man muß
> ja nicht jeden scheiß berechnen somal das in der Praxis dann eh nicht
> hinhaut.

Und wenn ich mich nicht sehr täusche, dann spielt ein ganz anderer 
Effekt die erste Geige: die Resonanzfrequenz

Autor: Bernd Funk (metallfunk)
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Und es reicht völlig, den Aufhängepunkt etwas zur Drehachse zu
veschieben.

Am Besten was zum Einstellen, ob da 5 mm oder 5 cm optimal
ist, muß man ausprobieren.

Autor: Bernd Funk (metallfunk)
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Das sowas funktioniert ist ja nicht das Problem, das Problem
ist die nötige Motorleistung. ( + Drehzahlsteuerung )

Die muß ausreichen, den Luftwiderstand des gesamten Pendels
zu kompensieren.

Ich glaube nicht, daß sich das mit Rechnen bestimmen läßt.

Da muß einfach mal so ein Gerät gebaut werden.

Autor: Bernd Funk (metallfunk)
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Deshalb würde ich das so ausprobieren:

Versuchsaufbau ( mit originaler Pendellänge , und verschiebarem
Aufhängungspunkt )

Handkurbel mit Federwaage ( wg. Drehmoment )

Eine zweite Person mit Stoppuhr.

Jetzt kann man die Hochbeschleunigung testen, danach die Kraft,
die nötig ist, das am Laufen zu halten.

Anschließend ein Motorsteuerungsprogramm und gut ist das.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Natuerlich kann man das rechnen. Der Luftwiderstand einer Kugel ist 
Standard. Google nach "Stroemungswiderstand einer kugel" ..

Autor: Julius V. (julius_v)
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hallo

vielen dank für die verschiedenen Anregungen!

Das Pendel hat bei jeder Amplitude eine feste Geschwindigkeit. also darf 
der Anschwung nie zu schnell oder zu langsam sein, sonst entsteht keine 
Schwingung. (Resonanzfrequenz wie Karl heinz Buchegger geschrieben hat)

wie  Bernd Funk schreibt muss der antrieb wissen wo sich das pendel 
befindet.

ich dachte das Pendel auf 4 Drucksensoren (Waagen) zu lagern. so kann 
immer die Position des Pendels berechnet werden aus den 4 werten


Der Luftwiederstand lässt sich berechnen, und das habe ich auch schon 
gemacht. ich bin eben auf die 1,944 N gekommen. (das Pendel ist keine 
Kugel)

Das heißt der Antrieb muss permanent 1,944 N auf des Pendel ausüben.

Versuche mit der Hand habe ich schon gemacht (von einer hohen Brücke)
Dabei habe ich gemerkt, das man es nur schafft das Pendel bis zu eine 
bestimmten Amplitude abzulenken. (die war leider nicht sehr groß)

ich glaube das liegt daran, dass wenn das Pendel leicht ist und an einer 
langen Schnur hängt, ist es garnicht möglich die 1,944 N auszuüben, da 
das Pendel zu wenig Gegendruck leistet.
ein schwereres Gewicht bei gleich bleibendem Luftwiederstand wäre also 
besser.

aber wie viel schwerer? Eine Rechnung wäre da schon sehr hilfreich, auch 
um es besser zu verstehen.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Der Luftwiderstand ist natuerlich keine Konstante, sondern von der 
Geschwindigkeit abhaengig. Und dann kann man's rechnen.

Autor: Florian *.* (haribohunter)
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ich dachte das Pendel auf 4 Drucksensoren (Waagen) zu lagern. so kann
immer die Position des Pendels berechnet werden aus den 4 werten


Drei Sensoren sind ausreichend.

Autor: Christian B. (luckyfu)
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Wie schnell soll sich das Pendel denn drehen? eher langsam oder doch 
schneller? bei kleinen Geschwindigkeiten kann man den Luftwiderstand 
imho vernachlässigen. An der FH Zwickau wurde letztes Jahr ein Pendel 
installiert. Dieses schwingt zwar nur in eine Richtung, also nicht im 
Kreis, diese Richtung dreht sich aber über den Tag. Das Pendel dort wird 
durch kleine Magnetspulen unter ihm beschleunigt. Da darüber ein 
riesiger Luftspalt ist (Zwischen Spule und Kugel) kann dafür kaum 
Energie notwendig sein. Allerdings schwingt es sehr langsam, was aber 
auch an der großen Pendellänge liegt.

Infos dazu: http://www.fh-zwickau.de/index.php?id=2624
evtl kannst du daraus ja einigen nutzen ziehen.

p.s.: Luftwiderstand ohne "ie", das brennt in den Augen!

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Die Geschwindigkeit und die Auslenkung aus der Vertikalen haengen 
zusammen. Stellt die Kraftgleichungen auf. Dann hat man auch sofort die 
differentialgleichung und die Loesung.

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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Julius V. schrieb:

> Ich habe das mal versucht auszurechnen und komme auf 1,94N Widerstand,
> der bei voller Auslenkung als Bremskraft wirkt. Ist das realistisch?

Nur Luftwiderstand der Kugel?

Das Seil kommt noch dazu und IMHO der größere Anteil Reibung im Antrieb 
(Umlenkung an der Kugel, Umlenkung an der Aufhängung, Lager 
Aufhängescheibe, Motor...)

> Hat jemand einen Ansatz, wie ich jetzt weiter rechnen kann?
> wie rechne ich aus wie und mit welcher Kraft sich der Aufhängepunkt
> bewegen muss?

Diese "Bewegungserhaltungs"-Kraft müsstest du über das Drehmoment 
bekommen

L1 * F1 = L2 * F2
7,2/2 m * 1,94 N = 0,2/2 m * F2
F2 = 70 N

> Hat jemand Technische Ideen für den Antrieb?

Ich! ich! ich! Nimm ein stabiles Seil und eine gute Absperrung. In der 
bewegten Kugel steckt einiges an kin. Energie (1kJ)!

Autor: Bernd Funk (metallfunk)
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Es wurden Uhren ( Drehpendeluhren ) nach dem Prinzip gebaut,
evtl. findet sich da etwas Literatur.

Autor: Bernd Funk (metallfunk)
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Eine Form der Regelung könnte sein:

Das Stahlseil wird (30 cm ?) vom Aufhängepunkt enfernt in einer
Gabel geführt. Beide Seiten der Gabel haben Drucksensoren.

Beim Hochbeschleunigen könnte eine definierte Kraft vom
Motor kommen.

Im wirklichen Lauf würden alle Störungen bemerkt.

Das Problem ist, daß die Sensoren mitdrehen müßten.
( Stromversorgung und Datenübertragung ? )

Autor: Julius V. (julius_v)
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hallo nochmal.

vielen dank für die weiteren Tipps!

bin gerade dabei ein Versuchsaufbau zu basteln. habe einen Schrittmotor 
mit einem Getriebe. der sollte die nötige kraft aufbringen können.

Das Hauptproblem was ich immer noch nicht richtig verstehe ist 
folgendes:

was ich weiß ist, dass man mit begrenztem Spiel an der Aufhängung, auch 
nur eine begrenzte Amplitude erreicht. (das habe ich experimentell 
ermittelt)

das heißt, das maximale Spiel an der Aufhängung hängt direkt mit der 
maximalen Amplitude zusammen. Diese Funktion brauche ich um 
herauszufinden ob mein Vorhaben möglich ist.

Da sich der Antrieb nur mit T=7,36 Sekunden drehen darf bei einer 
Amplitude von 7.2 Metern, kann man mit der Geschwindigkeit nicht 
bestimmen wie viel Kraft man dem Pendel zuführt.
Die Energie die der Antrieb pro Umdrehung rein stecken kann, hängt also 
von dem Spiel des Antriebs und dem Gewicht der Kugel ab.

beides sind Werte die ich nur sehr begrenzt verändern kann, deshalb 
würde ich gerne das notwendige Spiel in Abhängigkeit zum Gewicht der 
Kugel berechnen. (alle anderen Werte sind nicht variabel und stehen oben 
in der Zeichnung)


das muss man doch irgendwie berechnen können!

freue mich nach wie vor über jeden Hinweis

Autor: Florian *.* (haribohunter)
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Wenn ich auf einer Schaukel stehe und mit meinen Beinen beschleunige, 
dann steht mir auch nur ein bestimmter 'Antriebsweg' zur Verfuegung. Die 
Hoehe der Auslenkung ergibt sich primaer aus der Kraft, die ich in der 
Lage bin auf mein Pendelsystem auszuueben. - Habe ich experimentell 
ermittelt!
Wo ich meinen Antrieb ansetze ist sekundaer, der Weg ist auch nicht so 
wichtig.

Ah, guckst Du hier:

http://de.wikipedia.org/wiki/Kiiking

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