Magnet zum Kompensieren einer Gegenkraft

[Florian M. (lauch_henne)]

Hallo Liebes Forum,

im Rahmen eines Projektes von mir, ersuche ich hier Rat..
Ich habe eine Masse, die mit einem Eisenkern, sowie einer Feder gespickt 
ist und die sich horizontal auf der X-Achse bewegen kann. Bei einer 
Auslenkung nach Rechts, würde die Feder durch ihre Rückstellkraft die 
Masse wieder in die Ausgangsposition ziehen, welches ich allerdings 
gerne mit Hilfe eines Magneten kompensieren möchte.
Die Idee ist es, den Magneten so auszulegen, dass die Rückstellkraft der 
Feder (roter Pfeil) zu jedem Auslenkungspunkt x dahingehend kompensiert 
(grüner Pfeil) wird, dass die Masse quasi Kräftefrei (frei von der 
Rückstellkraft der Feder) hin und her bewegt werden könnte.

Hättet ihr da eine Idee ob das überhaupt so klappen kann wie ich es mir 
vorstelle? Was würde ich dazu brauchen? Irgendwelche Regelungen?
Im Anhang findet ihr Bilder wie ich es mir vorstellen würde..

Grüße Lauch

[Bastian W. (jackfrost)]

Hast du eine spezial Feder bei der die Auslebkubg nicht proportional zur 
Kraft ist ? Zum. gegt das aus Deinem Kraft-Weg Diagramm hervor

Gruß JackFrost

[Johann (Gast)]

Die Kraft Weg Kennlinie einer "normalen" Feder ist in erster Näherung 
eine Gerade mit der federkonstante als Steigung.

[Sascha (Gast)]

Also dem Magnetteil stehe ich mit Skepsis gegenüber. Da die Kraft zu 
regeln ohne diese Größe direkt messen zu können wird sehr schwer, da 
krass nichtlinear.

Wenn du allerdings an der Masse einen Drucksensor anbringst kann das 
theoretisch was werden.

Etwas einfacher wäre ein Linearmotor bzw. ein Elektromotor mit 
Zahnstange.

Wofür soll das sein, Bastelarbeit aus Spaß oder gibts nen Zweck dafür? 
(Ist mir beides Recht)

[Florian M. (lauch_henne)]

Entschuldigt, natürlich soll der Verlauf linear sein!

Das ist ein Teil eines Uniprojektes

[uwe (Gast)]

> Entschuldigt, natürlich soll der Verlauf linear sein!
Ist aber halt bei Magnetismus nicht der Fall, ist halt nun mal so, kann 
man nun mal nicht ändern. Da muß halt irgendwo nen Sensor hin um dann 
regelungstechnisch das magnetfeld so zu beeinflussen, daß das gewünsche 
Ergebnis herauskommt.

[Max M. (jens2001)]

Florian M. schrieb:
> Teil eines Uniprojektes

Uni?

[Winfried J. (Firma: Nisch-Aufzüge) (winne)]

Wie wäre es wenn 2 Spulen die Masse bewegen und per PWM den Kern 
verschieben?

[Joe G. (feinmechaniker)]

Florian M. schrieb:
> Hättet ihr da eine Idee ob das überhaupt so klappen kann wie ich es mir
> vorstelle?

Bevor mit Kanonen auf Spatzen geschossen wird, könnte man ja das 
magnetische System im Arbeitspunkt linearisieren. Dazu gibt es unendlich 
viel Literatur. Ich kann mit gutem Gewissen diese [1] Buch dazu 
empfehlen.

[1] http://www.springer.com/de/book/9783834809681

[Harald W. (wilhelms)]

Florian M. schrieb:

> Bei einer
> Auslenkung nach Rechts, würde die Feder durch ihre Rückstellkraft die
> Masse wieder in die Ausgangsposition ziehen, welches ich allerdings
> gerne mit Hilfe eines Magneten kompensieren möchte.

Da wäre m.E. ein Druckluftzylinder wesentlich besser geeignet.

[Florian M. (lauch_henne)]

Joe G. schrieb:
> Florian M. schrieb:
>> Hättet ihr da eine Idee ob das überhaupt so klappen kann wie ich es mir
>> vorstelle?
>
> Bevor mit Kanonen auf Spatzen geschossen wird, könnte man ja das
> magnetische System im Arbeitspunkt linearisieren. Dazu gibt es unendlich
> viel Literatur. Ich kann mit gutem Gewissen diese [1] Buch dazu
> empfehlen.
>
> [1] http://www.springer.com/de/book/9783834809681

Vielen Dank, ich werde mir das Buch mal zu Gemüte ziehen..

uwe schrieb:
> Ist aber halt bei Magnetismus nicht der Fall, ist halt nun mal so, kann
> man nun mal nicht ändern. Da muß halt irgendwo nen Sensor hin um dann
> regelungstechnisch das magnetfeld so zu beeinflussen, daß das gewünsche
> Ergebnis herauskommt.

Habe ich auch gesehen..wobei man die Kennlinie anscheinend mit der 
Ankerform einstellen kann.

Um eine Regelung werde ich wohl nicht drumherum kommen oder?

Harald W. schrieb:
> Da wäre m.E. ein Druckluftzylinder wesentlich besser geeignet.

Der wäre allerdings auch ziemlich groß oder?
Im Endeffekt muss mein System relativ klein sein, da ich eine Auslenkung 
von 15 mm habe und eine Steifigkeit von 1,5 N/mm.

Ich würde gerne, dass wenn ich die ausgelenkte Masse loslasse, sie in 
dieser Position verharrt, da ja die Rückstellkraft ( zu der Position der 
Auslenkung) kompensiert wird..

[Timm T. (Gast)]

Florian M. schrieb:
> Um eine Regelung werde ich wohl nicht drumherum kommen oder?

Nein. Siehe Erneshaws Theorem.

Florian M. schrieb:
> Ich würde gerne, dass wenn ich die ausgelenkte Masse loslasse, sie in
> dieser Position verharrt

Und woran erkennt Deine Regelung, ob die Gegenkraft von der Feder oder 
von Deinem Finger kommt? => Die Regelung wird immer gegen den Versuch, 
die Masse zu bewegen, arbeiten. Schaltest Du die Regelung bei Berührung 
ab, klatscht die Masse einfach gegen die Federaufhängung.

[Florian M. (lauch_henne)]

Timm T. schrieb:
> Florian M. schrieb:
>> Um eine Regelung werde ich wohl nicht drumherum kommen oder?
>
> Nein. Siehe Erneshaws Theorem.
>
> Florian M. schrieb:
>> Ich würde gerne, dass wenn ich die ausgelenkte Masse loslasse, sie in
>> dieser Position verharrt
>
> Und woran erkennt Deine Regelung, ob die Gegenkraft von der Feder oder
> von Deinem Finger kommt? => Die Regelung wird immer gegen den Versuch,
> die Masse zu bewegen, arbeiten. Schaltest Du die Regelung bei Berührung
> ab, klatscht die Masse einfach gegen die Federaufhängung.

Ich kenne meine Auslenkung und meine Federsteifigket. Daraus lässt sich 
über die Formel der Federkraft eine lineare Kraft-Weg-Kennlinie 
ableiten, die es zu kompensieren gilt, indem ich diese Kennlinie 
(invers) nachbilde..
Die Frage ist, ob das mit einem (Hub-)Magneten möglich ist.

[Timm T. (Gast)]

Florian M. schrieb:
> Daraus lässt sich
> über die Formel der Federkraft eine lineare Kraft-Weg-Kennlinie
> ableiten, die es zu kompensieren gilt, indem ich diese Kennlinie
> (invers) nachbilde..

Vergiß es. Du kannst auch einen Bleistift auf die Spitze stellen. 
Theoretisch.

Sobald sich eine kleine Abweichung in den beiden Kennlinien ergibt, 
klatscht die Masse auf die eine oder andere Seite. Instabiles System.

Das ist der Unterschied zwischen Theorie und Praxis.

[Florian M. (lauch_henne)]

Timm T. schrieb:
> Florian M. schrieb:
>> Daraus lässt sich
>> über die Formel der Federkraft eine lineare Kraft-Weg-Kennlinie
>> ableiten, die es zu kompensieren gilt, indem ich diese Kennlinie
>> (invers) nachbilde..
>
> Vergiß es. Du kannst auch einen Bleistift auf die Spitze stellen.
> Theoretisch.
>
> Sobald sich eine kleine Abweichung in den beiden Kennlinien ergibt,
> klatscht die Masse auf die eine oder andere Seite. Instabiles System.
>
> Das ist der Unterschied zwischen Theorie und Praxis.

Ist da wirklich so wenig Toleranz? Kann man da die Abweichung nicht mit 
einer Regelung abfangen?
Schade...somit wäre das Konzept mit dem Magneten für mich leider 
uninteressant.

[Timm T. (Gast)]

Florian M. schrieb:
> Kann man da die Abweichung nicht mit
> einer Regelung abfangen?


Die Regelung kann nicht zwischen einer Störung in der Kennlinie und 
einem äußeren Einfluß durch Deine Hand unterscheiden.

Man kann instabile System schon stabilisieren, siehe inverses Pendel, 
Segway, "Hoverboard", Quadrokopter. Dazu gibts auch genug "Uniprojekte", 
speziell das inverse Pendel ist ein beliebtes Problem der 
Regelungstechnik. Die regeln aber aller auf einen stabilen Zustand.

Das System müßte eine erhebliche Intelligenz haben, um die Berührung zu 
erkennen, bei Berührung den Einfluß der Hand von der Federkraft oder des 
Magneten zu unterscheiden, die Magnetkraft entsprechend nachregeln und 
bei Nichtberühren die Masse an Position zu halten ohne zu driften.

*) Erschütterung, Wärmedehnung, Materialermüdung, Materialschwankungen 
(ungleiche Dicke des Federdrahtes)

[Boris O. (bohnsorg)]

Es sollte mit einer gehörigen Portion an Heuristik und etwas Rauschen 
gehen. Im Prinzip wackelt der Magnet an der Masse und die Änderung des 
Magnetfeldes wird gleich mitgemessen. Wenn die der Erwartungshaltung 
entspricht, liegt keine Störung vor. Schlägt die Änderung zu stark oder 
zu schwach aus, muss eine Korrekturstrategie gewählt werden. Damit sich 
das nicht aufschaukelt/ stabil osziliert, muss die Änderung zufällig 
sein. Ist 'ne irre Aufgabe, aber soviele Freiheitsgrade hat das System 
nicht und mit etwas Fehlertoleranzabschätzung könnte man das Gewackel 
mit dem Finger vom Gewackel mit dem Rauschen unterscheiden. (Regelt 
aber/ misst die Feldänderung.)

[Paul B. (paul_baumann)]

Kannst Du das nicht in ähnlicher Weise wie die Regelung für eine 
schwebende Kugel aufbauen?


https://www.mikrocontroller.net/search?query=Schwebende+Kugel&forums[]=1&forums[]=19&forums[]=9&forums[]=10&forums[]=2&forums[]=4&forums[]=3&forums[]=6&forums[]=31&forums[]=17&forums[]=11&forums[]=8&forums[]=14&forums[]=12&forums[]=7&forums[]=5&forums[]=15&forums[]=13&forums[]=18&forums[]=16&max_age=-&sort_by_date=0