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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Motorprüfstand selber bauen, aber wie ?


Autor: Christian Buchner (Gast)
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Hallo Leute,

könnte mir jemand bei folgendem Problem weiterhelfen.
Ich würde gerne einen Motorprüfstand für mein Modellauto aufbauen.
Da ich die Leitungsmessung über die Beschleunigung einer genau
definierten
Schwungmasse berechnen will, wird die Messung doch nicht so einfach,
wie bei einem klassischen Prüfstand mit Drehzahl und Drehmoment.

Hier kurz die Eckdaten des Prüfstandes:
Maximale Drehzahl der Welle ca. 6000 U / min
Beschleunigungszeit von 0 auf 6000 ca. 2s

Verwendeter Prozessor:
Atmel AVR ATMega128 CPU (128kB Flash, 4kB RAM, 4kB EE-Memory)
14.7456MHz (besseres Baudrate Timing als bei 16MHz)
32.768kHz Clock
62kB ext. RAM
2kB I/O-Range (in 8 * 256Byte pages)
RS232 Interface
MMC/SD-Card Slot


Nun habe ich mir folgende Varianten vorgestellt:
1. Ich messe die Zeit welche die Welle für eine Umdrehung macht.
2. An der Welle werden über eine Taktscheibe (60 - 120 Imp/U) die
Impulse
innerhalb einer Zeit gemessen.



Nun würde ich gerne von euch wissen, welchen Weg ich verfolgen soll,
bzw. habt Ihr andere Ideen ?

Vielen Dank

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Hallo

Ich habe so einen Prüfstand gebaut. Liegt aber gerade in einer Ecke.
Habe ihn vermutlich mit einem ATMega8515 gebaut.
Ich messe die Impulse pro Zeit. Dennn ja höher die Drehzahl deso mehr
Impulse. Bei einer Fehlmessung von +/- 1 Impuls wird es also immer
genauer. Bei der Zeitmessung immer ungenauer je höher die Drehzahl

Gruss

WM

Autor: Christian Buchner (Gast)
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Hallo Weihnachtsmann,
danke für die rasche Antwort.
Aber da hätte ich doch noch ein paar Fragen:

1. Für welchen Motor hast du diesen Prüfstand gebaut (Elektro o.
Verbrenner) ?
2. Wurden die Daten in deiner AVR nur gespeicher, oder hast du auch
gleich die Berechnung damit reingepackt ?
3. Wie hoch war die max. Frequenz am Zählereingang ?
4. In welchen Intervallen hast du den Zählereingan ausgelesen ?


Kannst du mir bitte mal den Quellcode für deinen Prüfstand zusenden,
denn man muß das Rad ja nicht jedesmal neu erfinden.

Danke für die Antwort

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Hallo

Also der Prüfstand ist für Verbrenner jeder Art und grösse.
Die Daten werden nicht gespeichert auch nicht berechnet sondern über
RS232 an den Computer gesendet und erste dort verarbeitet.

Die Frequenz ist sehr hoch weiss es aber nicht. Leider ist alles auf
dem Computer der im moment nicht in betrieb ist.

Wenn ich es noch richtig weiss messe ich pro sekunde 20 mal.

Sorry aber den Quellcode mochte ich nicht geben auch sind noch andere
Komponenten enthalten die von mir sind.

Autor: Christian Buchner (Gast)
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Hallo,
danke für die Infos.
Jetzt muß ich erst noch einmal einen günstige Taktscheibe
organisieren.
Vor einigen Monaten hatte ich einen alten Drucker ausgeschlachtet,
dieser hatte genau eine solche Scheibe.
Na ja, leider habe ich alles behalten nur diese Scheibe nicht.
Wo hast du den Taktgeber ausgebaut ?
Bis bald
Grüße Christian

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Selbst gebohrt. Ich habe Angst dass diese filigranen scheiben bei 40000
1/min auseinanderfliegen.


Das kann zu lebensgefährlichen Verletzungen führen.
Ich würde dies nicht unterschätzen.

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

ich würde das ganze mittels Elektromagneten so abbremsen das sich eine
gewisse Drehzhal einstellt. Dann sollte die benötigte Stromstärke
proportional zur Leistung sein. Wenn man die Leistung wissen möchte
müsste man eine Referenz haben aber zum tunen reicht es ja wenn man
weiß ja jetzt ist er 10% kräftiger.

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Nein das mach man mit einem Schwungrad mittels Massenträgheitsmoment.
Das ist sehr genau.

Deine Lösung ist sehr ungenau und je nach dem wenn sich die Wicklung
noch erwärmt hat man nochmals andere Ergebnisse.

Autor: Christian Buchner (Gast)
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Hallo,
den Gedanken mit der Bremse hatte ich auch schon längere Zeit
verfolgt.
Eine einfache Wirbelstrombremse wäre mit einfachen Neodymmagneten und
einer Festplattenscheibe leicht zu realisieren.
Jedoch würde ich dann schon gerne die exakte Leistung gerne wissen und
dies ist ohne Drehmomentmessung leider nicht möglich.
Und bei den heutigen Verbrennungsmotoren in RC - Cars wird sehr viel
Leistung an den Reifen abgegeben und ob da die o.g. Variante der
Wirbelstrombremse noch genügt, bin ich mir nicht mehr so sicher.
Eine kombination aus Schwungmasse und Wirbelstrombremse wäre natürlich
auch noch der Mercedes, da eine vollständige Simulation einer
Rennstrecke möglich wäre.

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Zum die Leistung genau zu messen braucht es keine Drehmomentmessung.

Wie gesagt man kann mittels Massenträgheitsmoment eines Schwungrades
die Leistung sehr genau ermitteln. Die meisten Rollenprüfstand für
Autos funktionieren so. Das sind Dynamische Leistungsprüfstände.

Prüfstände die Mittels Bremse(Wasser oder Wirbelstrom) Bremsen und so
ein Drehmoment messen sind statischen Prüfstände.

Zum eine Rennstrecke zu simulieren braucht es kein Schwungrad
das ist eine statischer Prüfstand besser da man mit der
Wirbelstrombremse genau die Last fahren kann die man braucht.

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

vielelicht kommen da ein paar Probleme mit der Wärme an der Wicklung
ins Spiel, ich finde aber ein Motor sollte immer unter Last gemessen
werden, da nur hier die Probleme auftauchen werden, die mit einer
kleinen Schwungmasse überhaupt nciht auffallen, gerade wenn es um die
Vollastabstimmung im hohen Drehzahlbereich geht muss man das auch ne
gewisse Zeit lang testen können.

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Ein Schwungrad ist eine Last allerdings einen dynamische. Wenn du ein zu
kleinen Schwungrad nimmst ist das dein Fehler.


Ob du den Motor richtig eingestellt hast wirst du mit einem dynamischen
Prüstand fast genau so gut herausfinden wie mit einem statischen.

Wenn du allerdings einen Statischen Prüfstand willst ist der Aufwand
natürlich viel höher. Wenn du annimmst dass ein Motor vielleicht 2 PS
hast musst du wissen dass du mit der Bremse die 2 PS "verheizen"
2PS x 736 =1472 Watt die sich in Wärme umwandeln wird.

Ein dynamischer ist viel billiger, einfacher und reicht in 99% aller
Fälle völlig aus.

Autor: buz11 (Gast)
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Wie heisst die Formel , um die Leistung per Massenträgheitsmoment eines
Schwungrades zu berechnen ?
Wollte mir auch schon mal sowas basteln ...

Fahre zwar keine Rennen mehr ,
dafür löte ich umso mehr an den chips herum ;-)

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Die Formel weiss ich nicht auswendig ich müsste den Sourcecode anschauen
aber das alles ist auf dem PC der nicht läuft.

Autor: Jochen (Gast)
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Zum drehmoment

M = J * alpha
alpha = 1. Ableitung der Winkelgeschwindigkeit w = dw/dt
nimm für dt ein zeitfenster und bestimme die änderung der
winkelgeschwindigkeit ach ja w = 2*pi*f -> alpha = 2*pi* df/dt
J = Trägheit des Schwungrads
M = Drehmoment

energie des Schwungrads
E = J/2 * w²

Leistung
lässt sich vielleicht daraus berechnen

W = E/t aber bin mir da net sicher also da musst dann doch noch selber
mal gucken

Autor: Jochen (Gast)
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hab ich jetzt um sonst nach den scheiß formeln in meinem Physikbuch
gekuckt oder????

Autor: buz11 (Gast)
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@Jochen

Leider reicht mir die Erklärung nicht .
Wenn ich soviel Ahnung von dem Zeugs hätte ,
müsste ich nicht nach der Formel fragen .

Schön wäre es gewesen wie z.B. :

pi  dau  krz

pi = 3,14159
dau = Daumen
krz = Fensterkreutz


Und : "Leistung lässt sich vielleicht daraus berechnen"
schreckt ja eher ab .


Trotzdem danke für den Versuch .
Vielleicht kriege ich was zusammengegoogelt .

Autor: Jochen (Gast)
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ok hab grad nach geschaut vergiss die formel für die leistung ist
falsch
aber die formel für drehmoment stimmt
und die formel für die energie

M = J * alpha

M = Drehmoment
J = Konstante für die trägheit des schwungrades

alpha = dw/dt = 2  pi  df/dt;
übersetzt: wie schnell ändert sich die drehzahl bzw. hier wie schnell
steigt sie an innerhalb einem kleinen zeitfenster

jetzt hast du das drehmoment M

die leistung lässt sich ganz einfach aus dem drehmoment M berrechen

P = M * w = M * 2*pi*f

P = Leistung
M = Drehmoment
w = winkelgeschwindigkeit
f = frequenz

http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/physing1/node21.html

Autor: buz11 (Gast)
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Hey , danke Jochen !

Das sieht recht gut aus .
Mir fehlt wohl nur noch J .
Das werde ich noch suchen müssen .

Autor: Jochen (Gast)
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kein problem, aber bis auf die formel für die Leistung hab ich nix
geändert :)
zum J

siehe

http://www.rz.fh-ulm.de/~baier/index.html?/~baier/...

da stehen die formeln für zylinder, Kreisscheibe, Hohlzyliner, ....

Autor: Jochen (Gast)
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kein problem, aber bis auf die formel für die Leistung hab ich nix
geändert :)
zum J

siehe

http://www.rz.fh-ulm.de/~baier/index.html?/~baier/...

da stehen die formeln für zylinder, Kreisscheibe, Hohlzyliner, ....

und mit dem df/dt oder dw/dt kommst du klar

Autor: Stefan @ microlaboratories.com (Gast)
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Hallo Christian,
also das genauste Ergebnis wirst du mit einem Prüfstand mit
Wirbelstrombremse erreichen. Dieses Verfahren wird bei
Motorenherstellern auch verwendet.

Hier hab ich dir vllt einen hilfreichen Link; ist zwar für den E-Motor
(Brushless) vorgesehen aber kann man ja für seine Zwecke abändern.

Für Details müsste man die Beiden anschreiben...
Link --> http://www.torcman.de/eco/Pruefstand.html

Autor: Jochen (Gast)
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na wie siehts aus??

Autor: Christian Buchner (Gast)
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Also ich denke, die Berechnung ist nun geklärt und wir sollten uns um
die eigendliche Datenerfassung (Hard u. Software) mal stürzen. Eins ist
klar, die Genauigkeit des Systems steht und fällt mit der Anzahl der
Impulse und der Speichergeschwindigkeit bzw. Zykluszeit.

Nun ist mir folgender Gedanke gekommen.
Man verwendet statt einer normalen Taktscheibe eine Encoderscheibe mit
8 oder mehr Bit Auflösung. Über einen separaten Hallsensor ermittelt
man die Anzahl der Umdrehungen und die 8 Datenleitun-gen von der
Encoderscheibe werden direkt mit den I/O Leitungen verbunden. Das hätte
den Vorteil, dass man eine Winkelgenauigkeit von (360°/256) 1,4° hätte.
Die Zykluszeiten zum zwischenspeichern dürften sich auch noch in
Grenzen halten, da man wäh-rend des Speicherns ja keine
Rechenoperationen ausführen muss. Was hält Ihr von diesem Ansatz?

Autor: Stefan @ microlaboratories.com (Gast)
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also irgendwie hatte das forum schon wieder mal ne macke :) mein post
ist ganz oben gelandet...

-->
Hallo Christian,
also das genauste Ergebnis wirst du mit einem Prüfstand mit
Wirbelstrombremse erreichen. Dieses Verfahren wird bei
Motorenherstellern auch verwendet.

Hier hab ich dir vllt einen hilfreichen Link; ist zwar für den E-Motor
(Brushless) vorgesehen aber kann man ja für seine Zwecke abändern.

Für Details müsste man die Beiden anschreiben...
Link --> http://www.torcman.de/eco/Pruefstand.html

Autor: Christian Buchner (Gast)
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Hallo Jochen,
den Prüfstand von Torcam kannte ich bereits, ist nicht schlecht.
Da gibt es noch einen anderen Link mit einer Bauanleitung.

http://www.aerodesign.de/peter/2001/LRK350/EM-4-20...

Aber da hat der Weinachtsmann schon recht, am einfachsten eine
definierte Schwungmasse beschleunigen.

Wenn die Trägheit der Schwungmasse dem Gewicht des Autos entspricht,
dann ist dies sicherlich realistischer.
Wer fährt mit seinem Modellauto immer Vollgas ?

In der Praxis wird man immer mehr Beschleunigungs- als Vollastphasen
haben.

Also wenn einer Lust hat mitzubauen, dem könnte ich passende Laufrollen
besorgen (Alurolle mit ca. 80mm Durchmesser, aber perfekter Rundlauf).

Also dann bis bald

Autor: XtSI (Gast)
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...und mit dem df/dt oder dw/dt kommst du klar...

Ich zumindest nicht :(

Würde nämlich auch gerne eine RC-Prüfstand bauen, allerdings für den
Maßstab 1:28 (Mini-Z Indoor).
Schwungscheibe halte ich für mich für perfekt, da es dann auch
platzmässig noch machbar ist. Nur die Formel macht mir noch ein paar
Sorgen...

Gruss,

XtSI

Autor: XtSI (Gast)
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Korrektur, sollte doch hinhauen, wenn ich quasi 20 Millisekunden als
"Messimpuls" habe, wären dann dt=20ms und df die Änderung der
Drehzahl, oder?

Die Frequenz steht hier doch für die Drehzahl, oder?

Autor: Jochen (Gast)
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@XtSI
ja vollkommen richtig erkannt
die frequenz steht für die drehzahl
dt wird in der Mathematik gegen null laufen gelassen, technisch leider
aber nicht möglich, je kleiner du dt machst desto genauer wird alles

Autor: XtSI (Gast)
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Okay, also Takt so hoch wie möglich wählen...

Doch noch eine Frage zu den Formeln:
So, ich hab jetzt df, bestehend aus f1 und f2 (df = f2 - f1). Für
welche Drehzahl ist dann quasi der Drehmoment und die Leistung
berechnet? Bei der Formel für die Leistung muss ja auch wieder f
verwendet werden (P = M * w = M * 2*pi*f) Hier nun f1, f2 oder f1 +
(df/2)?

grübel

Autor: XtSI (Gast)
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Noch was :(
Ist hier die für die Berechnung die Drehzahl am Schwungrad
ausschlaggebend? Wahrscheinlich, oder?

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Wenn du ein Schwungrad beschleunigst kannst du ja nicht viel mehr als
die Drehzahl messen

Autor: XtSI (Gast)
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Stimmt schon, die Frage war nur, welche Drehzahl in die Berechnung
einfliesst. Ich habe im Modell ja eine Übersetzung zu den Reifen und in
der Messung auch wieder eine Übersetzung zum Schwungrad. Das heisst, ich
hättte die Motordrehzahl, die Drehzahl der Reifen und die
Schwungrad-Drehzahl.

Autor: Weihnachtsmann (Gast)
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Drehzahl von Schwungrad ermitteln. Daraus lässt sicher ja später über
die übersetzung auch die Motordrehzahl ableiten.

Autor: Jochen (Gast)
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es muss die drehzahl des schwungrads in die formel einfließen

zu:
"So, ich hab jetzt df, bestehend aus f1 und f2 (df = f2 - f1). Für
welche Drehzahl ist dann quasi der Drehmoment und die Leistung
berechnet? Bei der Formel für die Leistung muss ja auch wieder f
verwendet werden (P = M * w = M * 2*pi*f) Hier nun f1, f2 oder f1 +
(df/2)? "
nimm denn mittelwert (f1+f2)/2

Autor: Hannes (Gast)
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Hallo alle zusammen, wollt mal nachfragen wie's eigentlich aussieht?
Hat jemand jetzt schon sein eigenen Motorprüfstandt??? Mich würd
vorallem der mechanische part interessieren.

Gruß
Jochen

Autor: Martin (Gast)
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Hallo!

Habe einen kleinen Prüfstand gebaut, der noch weiter ausgebaut und 
verbessert wird. Bei Fragen einfach posten.

Youtube-Video "Brushless Motorenprüfstand für RC-Motoren / Motortester"

LG
Martin

Autor: Udo Schmitt (urschmitt)
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Und das hat 6 Jahre gedauert?
So alt ist nämlich der Thread.

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