Hallo allerseits,
im Anhang ist eine grobe Skizze eines Linearaktors (in Paint gemalt:) )
das kurzgefasst folgende Funktionen erfüllen soll:
-kompakt sein
-leicht sein?
-nicht überhitzen?
-eine Kraft von etwa 4-6N aufrechterhalten können
-einen Hubweg von etwa 1 cm, nicht mehr
-und VORALLEM schnell ansprechen, d.h. mit einer Frequenz von min. 5Hz
bumpen können (mir ist kein besseres Wort eingefallen als bumpen...)
es handelt sich um einen sehr kompakten Aktor, der mit einer Coil und
Neodymkern angetrieben wird. Die Ringmagnete an den Enden sind wegen
folgendem Problem da:
Da die Gesamtkonstruktion so kompakt ist, gibt es keine große
Kühlfläche. Ich habe selbstgewickelte Spulen mit 100 Windungen und mehr
als 200 Windungen getestet: einerseits reichen die Kräfte noch nicht aus
(23Watt Netzteil bei 12 V), andererseits werden die Dinger zu schnell
heiß, und zu langsam kalt.
Das Ding soll eine Instrumentsaite und eine Rückhaltefeder reindrücken.
Ich schätze mal, dass man bei 400 Windungen, und einem etwas besseren
Netzteil auf jeden Fall die Saite im Griff hat..(nettes Wortspiel?)
Jetzt kommt nur noch die Sache mit der Rückhaltefeder. Die müssen stark
genug sein, damit wir schnell zurückkommen,
allerdings sind die Federn aus Kugelschreibern schon meiner Meinung nach
zu viel für so eine kleine Spule... aber genau solche Beschleunigungen
braucht man.
Also ich schätze mal, dass man etwa 800 Windungen benötigt (ausgehend
vom selben Strom--> d.h. doppelte Wattzahl---> doppelte Wärme).
Lösung: (pseudo-)Potentialwand aufbauen (siehe Bild), und den
beweglichen Neodymkern rüberkicken, mit einem Impuls vom
Kondensator--->Im Prinzip eine Coilgun.
Vorteil ist es, eine ausreichende Kraft zur Verfügung zu stellen
(Neodymring hat 400g+ Haltekraft, was ausreicht, da keine Rückhaltefeder
mehr zu überwinden ist), und das ohne einen Dauerstrom!
Die Spule erwärmt sich zwar, aber durch den kurzen Impuls, bleibt der
Widerstand halbwegs konstant sodass sich der Wirkungsgrad nicht
verschlechtert (also immer mehr Wärme statt B-Feld produziert wird).
Wie kriegt man den Kolben über den Potentialwall drüber hinweg (ohne
dass die Spule explodiert)?
also rein rechnerisch wird der maximale Energieunterschied nicht 2 J
überschreiten,denn solche Ringmagnete haben höchstens eine Haltekraft
von 1 kg, und die Reichweite des Feldes (in axialer Richtung) ist sehr
klein.
Die Spule muss einerseits diesen Energieunterschied liefern, und
gleichzeitig im ersten Moment genug Kraft bereitstellen.
Die Maße des beweglichen Magneten, der Spulenlänge und der Schachtlänge
müssen also so stimmen,
dass die Spule in dem Moment wo der bewegliche Magnet oben klebt, genau
maximale Kraft liefert.
Den Kick müsste ein Kondensator machen, der über einen Charger in 100 ms
betriebsbereit gemacht werden kann, sodass der Kolben nach spätestens
100 ms wieder zurückgekickt werden kann, um diese gesagten 5Hz zu
erreichen.
Elektrotechnisch möglich? Könnt ihr mir da im späteren Verlauf zur Seite
stehen?
Da die Spule einen großen Widerstand hat, denke ich nicht dass
Eigenschwingungen zum Problem werden, allerdings hat die Spule dann auch
eine große Induktivität, sodass sich das Feld zu spät aufbaut. Ideal
wäre kritische Dämpfung.
Anderes Problem:
Wirkzeit des B-Felds. Wenn der Mittelpunkt des beweglichen Neodymkerns
mit dem Mittelpunkt der Spule übereinstimmt, sollte das B-Feld nicht
mehr allzusehr wirken, da es sonst verhindert, dass der Neodymkern in
die Reichweite des unteren Neodymrings kommt. Vielleicht kann man das
konstruktionsmäßig lösen, indem man das Potentialplateau möglichst klein
hält, sodass das Plateau nur noch eine Spitze ist, sodass der
Kernmittelpunkt sofort bei Passage des Spulenmittelpunktes in der
Reichweite des unteren Ringes ist. Ansonten fallen mir da nur 2 weitere
Optionen ein:
1.Parameter verändern, d.h. wie lange dauert es bis sich der Kondensator
entladen hat.
2.Lichtschranke.
Danke für den Reply. Deine gezeigten Magnete sind 1. viel zo groß, und
2. viel zu schwer.
Ich habe vergessen zu erwähnen, dass der Außendurchmesser auf 8mm
begrenzt ist. Das Teil darf also nicht breiter sein als ein
durchschnittlicher Bleistift.
Meine Frage war eigentlich nicht konkret, aber ich wollte wissen ob es
sich nach eurer Einschätzung lohnt, diese Konstruktion umzusetzen, und
ob die elektrotechnischen Herausforderungen nachher auch zu bewältigen
sind.
EDIT: War das zu viel Text für den Anfang? ich versuchs mal zu kürzen...
James Clerk Actimel schrieb:> Das Teil darf also nicht breiter sein als ein durchschnittlicher> Bleistift.
Und dann ein halbes Kilo heben können? Das wird nichts.
> Elektrotechnisch möglich?
Sieh dir mal an, wie groß Hubmagnete sind, die diese Kraft aufbringen:
https://www.google.de/search?q=hubmagnet+5n
Und das sind dann technisch ausgefuchste Geräte mit zig
Evolutionsschritten, in die einige Mannjahre Ingenieursarbeit vergraben
wurden. Du hast also schon was vor...
> -einen Hubweg von etwa 1 cm, nicht mehr
So ein Hubmagnet ist unglaublich schwer als Linearaktor zu gebrauchen,
weil das magnetische Verhalten extrem unlinear ist. Der hier ist sehr
optimiert und sehr teuer:
http://www.kuhnke.de/index.php?id=1441&L=0&status=artikel&identnr=68989&gid=
Der hier ist aus der "Wald-und-Wiesen-Klasse":
http://www.tremba.de/hubmagnete/db-hubmagnete-HMF-1614z.002.pdf
Sieh dir mal die Kraftverläufe über den Weg an. Schlimm, nicht wahr?
Ich weiß, die Kraftverläufe sind nicht linear, geschweige denn konstant.
Ich denke es ist aber nur der erste Moment entscheidend, also für einen
kurzen Moment, vielleicht über eine Strecke von 1 mm 4 N überwinden zu
können, bis die Potentialwand überwunden ist. Das nennt sich auch glaube
ich bistabile Linearmagnete.
Und die Länge des Zylinders darf auch ruhig länger sein, dann sollte die
Kraftkurve etwas linearer werden.
Sind 4 N nicht für einen kurzen Zeitraum mit großem Leistungsimpuls
machbar?
In den Diagrammen gehen die ja nicht davon aus, dass jemand einen
Leistungspeak auf die Spule loslässt.
> So ein Hubmagnet ist unglaublich schwer als Linearaktor zu gebrauchen,> weil das magnetische Verhalten extrem unlinear ist.
Hatte auch schon an Pneumatik gedacht, dazu sind aber individuell
hergestellte Rollmembrane notwendig, und 7 bar Druckluftreservoir, und
ein 3/2-wege Ventil (bzw. sehr viele davon, um sehr viele Zylinder
anzusteuern). Das wäre die teuere Alternative.
Aber wiegesagt, es geht nicht darum die Kraft dauerhaft aus der Spule zu
schöpfen, sondern die Spule nur zu verwenden um den Kolben zwischen den
stabilen Zuständen zu wechslen.
>Wenn bei 4N-6N schon Temperaturprobleme auftreten, dann ist der>magnetische Kreis ineffektiv.
Was meinst du genau? Also der magnetische Kreis ging in meinem Fall über
die Luft, also praktisch kein magnetischer Kreis. Wenn ich ein
magnetisches Außengehäuse verwenden würde, würde das den
Außendurchmesser überschreiten. Außerdem darf eine magnetische
Umhüllung keine große Remanenz aufweisen oder? denn die Spule wird ja in
beide Richtungen betrieben.
James Clerk Actimel schrieb:> Das Ding soll eine Instrumentsaite und eine Rückhaltefeder reindrücken.
Du willst ein Klavier spielen, oder wie?
> Ich habe selbstgewickelte Spulen mit 100 Windungen und mehr als 200> Windungen getestet:
Das ist fast gar nichts. Die gehen ja unmittelbar nach dem Einschalten
in Sättigung. Und der Strom hängt nur noch vom Widerstand ab...
> Also ich schätze mal, dass man etwa 800 Windungen benötigt (ausgehend> vom selben Strom--> d.h. doppelte Wattzahl---> doppelte Wärme).
Welche Formel hast du für diese kuriose Rechnung verwendet? Für mich
gilt vorerst noch immer: gleicher Strom bei gleicher Spannung ergibt
gleiche Leistung. Denn in P=U*I kommt keine Windungszahl vor.
> Federn aus Kugelschreibern...solche Beschleunigungen braucht man...4-6N
Irgendwei solltest du mal genau sagen, was du machen willst. Da passt
noch einiges nicht zusammen...
Entschuldigung. auf meine kuriose Rechnung komme ich, in dem ich vom
gleichen Strom ausgehe, aber von doppelter Windungszahl, was etwa
doppelte Spulenlänge bedeutet, i.e. doppelter Spulenwiderstand. Um den
gleichen Strom aufrechtzuhalten, benötigt man also ein Netzteil
doppelter Leistung, wegen I^2*R, was auch doppelte Wärmeproduktion
impliziert.
>Das ist fast gar nichts. Die gehen ja unmittelbar nach dem Einschalten>in Sättigung. Und der Strom hängt nur noch vom Widerstand ab...
Ich verstehe nicht genau, was meinst du mit Sättigung?
Wenn ich was zum genauen vorhaben sage, dann habe ich die Erfahrung,
dass mich dann entgültig keiner mehr ernst nimmt, falls das nicht schon
der Fall ist.
Deshalb hab ich das erstmal unterdrückt solang es ging:
Es geht darum, das Griffbrett einer Geige zu bestücken. Die
Haltekonstruktion dafür ist möglich. Allerdings sind solche kompakten
zylinder notwendig, um Halbtöne in höheren Lagen auch zu treffen. Das
ist nicht so wichtig alles...
James Clerk Actimel schrieb:> Allerdings sind solche kompakten zylinder notwendig, um Halbtöne in> höheren Lagen auch zu treffen. Das ist nicht so wichtig alles...
Du kannst auch "dickere" Spulen verwenden, wenn du die Mechaniken
zweistöckig aufbaust. Und ich würde es an deiner Stelle mal mit
käuflichen Spulen versuchen...
James Clerk Actimel schrieb:> Es geht darum, das Griffbrett einer Geige zu bestücken. Die> Haltekonstruktion dafür ist möglich. Allerdings sind solche kompakten> zylinder notwendig, um Halbtöne in höheren Lagen auch zu treffen. Das> ist nicht so wichtig alles...
Weisst Du, wie eine Hand funktioniert? Um hohe Kräfte in den Fingern
zu erzeugen, obwohl in der Hand nicht viel Platz ist, wurden die
"Aktoren" in den Unterarm verlegt und es gibt Seilzüge die bis zu
den Fingern gehen. Das gleiche Prinzip solltest Du auch bei Deinen
Antrieben verwenden.
Gruss
Harald
Crazy H. schrieb:> Wie wäre denn ein (Schritt-)Motor in Verbindung mit einer Spindel (mit> hoher Steigung) um die benötigte Kraft zu erzeugen ?
Vielleicht auch mit Zahnstange. Sowas gibts fertig als Antrieb für
Zentralverriegelung. Die Bewegung müsste dann z.B. per Bowdenzug bis
zum Griffbrett geführt werden.
Gruss
Harald
>Du kannst auch "dickere" Spulen verwenden, wenn du die Mechaniken>zweistöckig aufbaust. Und ich würde es an deiner Stelle mal mit>käuflichen Spulen versuchen...
Einerseits ja... so kann man enger spielen, dann können wir den
Durchmesser ungefähr verdoppeln. Wenn es aber zweistöckig ist, dann ist
der Drehmoment bei Neigung der Geige zu groß.
Andere Idee wäre noch Mehrspurigkeit, 6 Spuren, mit axialen
Kolbenstangen, und Kolbenstangen, die sozusagen Knicke haben, und
benachbart wirken. So kann man jeden Halbton erreichen. Zwar nicht alle
gleichzeitig, aber für die meisten Stücke reicht es.
Dazu sollte ich vielleicht noch erwähnen, dass die Geige spielbar sein
soll. D.h. die Robotik übernimmt das Griffbrett, und der Spieler kann
seine Bogenübungen, die er/sie sonst auf leeren Saiten gemacht hatte,
etwas spriztiger gestalten. Vielleicht muss die Geige durch
Dachaufhängungen etwas unterstützt werden, damit der Spieler nicht zu
viel Gewicht trägt, aber das wars auch.
Zitat von Harald:
>Um hohe Kräfte in den Fingern>zu erzeugen, obwohl in der Hand nicht viel Platz ist, wurden die>"Aktoren" in den Unterarm verlegt und es gibt Seilzüge die bis zu>den Fingern gehen. Das gleiche Prinzip solltest Du auch bei Deinen>Antrieben verwenden.
Zitat von mir:
>Hatte auch schon an Pneumatik gedacht, dazu sind aber individuell>hergestellte Rollmembrane notwendig, und 7 bar Druckluftreservoir, und>ein 3/2-wege Ventil (bzw. sehr viele davon, um sehr viele Zylinder>anzusteuern). Das wäre die teuere Alternative.
Wenn mir einer bestätigen könnte, dass das mit Sicherheit eine gute Idee
ist,...
Das ganze würde dann am ende aus einem Druckluftreservoir bestehen, das
von einem Kompressor gefüttert wird. Vom reservoir gehen etwa 40
Leitungen aus (bis hier hin ist es machbar), über 3/2 Wegeventile, die
bei OFF den schlauch mit atmosphäre verbinden, und bei On mit dem
Reservoir. Die einzelnen Zylinderaktoren bestehen aus einem Zylinder,
einer Rollmembran die in eine passende Flansch gelegt ist (muss
3d-gedruckt werden, woher soll ich solch spezielle teile herkriegen?man
kann es ja schwer aus holz schnitzen). In der Rollmembran liegt ein
Kolben passenden Durchmessers,der gegen die Rückstellfeder drückt.
Wo ist der Haken bei der Sache?
Um zu wissen ob es klappt, muss ich eine kleine Anzahl von diesen
individuellen Rollmembranen anfertigen lassen, und dann irgendwie
einzelne passende Zylinder herstellen.
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