Kugelstosspendel aktiv

https://de.wikipedia.org/wiki/Sperrschwinger

So ein Pendel gab es in den 90ern mal als Bausatz irgendwo zu kaufen. Es 
funktionierte mit einer Lichtschranke, die einen elektrischen Magneten 
ansteuerte, der einen kleinen Impuls auf die ausgelenkte Kugel gab. Ich 
habe das Dingens noch irgendwo herumliegen.

Warum eigentlich diese Beschränkung auf eine Kugel? Das Interessante 
bei einem solchen Pendel ist doch eher, z.B. 3 von 5 Kugeln auszulenken.

> Zweitens, erst mal klein anfangen!
> Wenn ich mal was Funktionierendes habe für eine Kugel dann
> liefert die Software viele mögliche Ausbaustufen
Da habe ich eben gewisse Zweifel, ob der '3 aus 5' - Fall nicht von 
vornherein eine aufwändigere Hardware verlangt. Aber leider kann ich 
nicht die geringste Idee zur Lösung beitragen.

Gerd S. schrieb:
> Wäre schön wenn du noch was ausgraben könntest - ein Foto, Beschreibung,
> Hersteller,...
> So als Inspiration quasi

Hallo, ok ich schaue mal nach. Bin nur momentan nicht daheim, sondern im 
Hotel beim Kunden- wird also Wochenende.

http://heiko-kuenzel.de/pendel.html

http://pendelcam.kip.uni-heidelberg.de/

Hallo:

an alle Mit-Diskutanten (danke!) eine Wasserstandsmeldung:

es funktioniert!

Habe einen Prototyp aufgebaut:

- Position einer (der äusseren) Kugel wird mittels Reflex-Lichtschranke 
detektiert.
- phasensynchron dazu wird ein dicker Topfmagnet für eine passende 
Zeitdauer eingeschaltet. Dieser befindet sich unter der maximalen 
Auslenkungsposition der Kugel.
- bisken experimentieren mit Timing, Magnetpower...

Das läuft jetzt seit 30h mit exakt 3.125 / 2 Hz (sagt der Oszi).

Das Aufschaukeln von irregulären Bewegungen der anderen Kugeln ist kein 
Problem - das passiert zwar, aber nach je etwa 10-20s ist es wieder weg, 
da es eben nicht synchron ist. Wird durch die zwangsweise aufgeprägte 
Frequenz quasi weggedrückt.

Weitere Arbeit:
- Die Reflex-LS ist natürlich sichtbar und damit unschön. Das will ich 
ersetzen durch was anderes unsichtbares - Favorit ist im Moment 
Detektion der Stahlkugel mittels Magnetfeld-Resonanz (so ähnlich wie in 
den Schatzsucher-Sonden). Schaumama.
- das Ganze schön machen: Elektronik, Magnet, Positionsdetektor in einer 
passend hergestellten Bodenplatte verstecken.

Also noch viel zu tun - aber ES WIRD!!
Werde weiter berichten falls noch Interesse besteht.

Oh D. schrieb:
> Ein Wunder, dass der Murks ueberhaupt geht


oh vielen Dank für die freundliche Wortwahl!

> Denn Magnetfelder passen nun absolut gar nicht in so ein Setup.


wieso nicht wenn ich freundlich fragen darf?


> In einem Magnetfeld kleben die Kugeln zusammen

wie denn, wenn nur eine einzige Kugel (die äußere) das Magnetfeld 
überhaupt sieht (in der Nähe ihrer Extremposition) ??


> Und ein Gleichfeld, resp gepustes Gleichfeld macht die Kugeln
> magnetisch.


Vielen Dank! Das stimmt! Genauso stimmt aber auch, dass dieser minimale 
induzierte Paramagnetismus wieder zerstört wird durch das ständige 
(3.125Hz) mechanische Schlagen auf die Kugel. Jedenfalls habe ich nach 
31h Betrieb noch keine permanente Magnetisierung irgendeiner Kugel 
messen können.
Und selbst wenn: was machts schon...


>
> allenfalls wurds mit einem gepulst wechselfeld besser gehen. Die
> ausgelenkte Kugel kann mit einem gepulstenFeld beschleunigt oder
> gebremst werden und wenn man die Stromrichtung jedes Mal aendert bleibt
> keine Magnetisierung.


Das geht bestimmt - nur bremsen will ich nicht wirklich. Es geht nur 
darum, die Reibungsverluste zu kompensieren durch Einkoppeln von 
magnetischer Energie - also Beschleunigung.


Fazit: Ich habe Spaß an dem (funktionierenden!) Murks ;=))

...gerne.

Aber:
- das ist bis jetzt nichts weiter als ein proof-of-concept.
- das finale Modell soll die LS nicht mehr haben.

Zum Foto:
Das Foto ist aus einem Filmchen selektiert, und zwar zu einem Zeitpunkt, 
als die rechte Kugel maximal ausgelenkt ist.
Rechts unten in der Mitte ist der Magnet.
Vor der Kugelreihe ist ganze rechts die Reflex-Lichtschranke (mit dem 
roten Schrumpfschlauch) zu sehen. Deren Position ist natürlich kritisch 
- aber nur für die Phase der Synchronisation.


MEINE Frage an die Foristen:
Hat jemand ne gute Idee, wie ich die LS ersetzen kann durch etwas 
unsichtbares? Ich brauch halt ne synch-info, um den Magneten zur rechten 
Zeit pulsen zu können. Ich habe zZt zwei Ideen:

1. Einen Resonanzkreis, dessen Spule unter der Kugelkette versteckt ist, 
und der durch An/Abwesenheit der Stahlkugel verstimmt wird. Diese 
Verstimmung dann geeignet auswerten. (Idee gestohlen von den 
Magnetfeldsonden der Schatzsucher)
Problem: ist das empfindlich genug und nicht zu störanfällig?

oder 2. einfach das "klick" der Kugel akustisch auswerten: Mikrofon, 
Verstärker, Filter. Hier geht es nicht um HiFi, sondern nur darum, zu 
synchronisieren.
Problem: Störgeräusche?

Beide Methoden könnte man mit einer Software-PLL aufpeppen - hier geht 
es ja nur um ein paar Hz, und so könnte man fehlende Pulse/Störungen 
umrudern.

Weiss jemand was anderes/besseres?

Mit etwas Glück reicht die Magnetisierung der Kugel aus, um in der Spule 
ein genügendes Signal zu induzieren, schon wenn die Kugel dem Magneten 
näher kommt. Damit könnte man die Spule auch gleichzeitig als Sensor 
nutzen, kurz bevor man den Puls auslöst.

Schall könnte auch gehen, denn das Klicken ist schon recht heftig, wenn 
das Mikrofon relativ dicht dran ist.

Auch die mechanische Rückwirkung auf den Rahmen könnte man nutzen, ggf. 
auch zur Anregung.

Mit genügend genau eingestellter Frequenz könnte es ggf. auch einfach 
mit fester Anregung gehen - dem Pendel wird dann einfach die feste 
Frequenz aufgezwungen. Die Drähte sollten dann aber schon wenig 
Ausdehnung haben und das ganze System genügend stabil sein, damit die 
Mechanik nicht weg driftet.

Lurchi schrieb:
> Mit etwas Glück reicht die Magnetisierung der Kugel aus, um in der
> Spule ein genügendes Signal zu induzieren, schon wenn die Kugel dem
> Magneten näher kommt. Damit könnte man die Spule auch gleichzeitig als
> Sensor nutzen, kurz bevor man den Puls auslöst.


gute Idee - zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen...
Ich befürchte nur, dass es keine hinreichende permanente Magnetisierung 
gibt. Werde ich trotzdem mal probieren.


>
> Schall könnte auch gehen, denn das Klicken ist schon recht heftig, wenn
> das Mikrofon relativ dicht dran ist.
>

Ist im Moment mein Favorit.


> Auch die mechanische Rückwirkung auf den Rahmen könnte man nutzen

Auch ne Idee. Allerdings spricht eines dagegen: Die ganze Konstruktion 
muss makroskpoisch sehr stabil sein, sonst regiert das Chaos.
Mikroskopische Schwingungen könnte man trotzdem vielleicht nutzen.
Werde ich mal untersuchen.



>... ggf.auch zur Anregung.

jaaa - auch ne Idee. Allerdings habe ich keine Fantasie, wie man das 
machen könnte, ohne dass es dem Betrachter ins Auge springt (das ist ja 
gerade der Gag)


>
> Mit genügend genau eingestellter Frequenz könnte es ggf. auch einfach
> mit fester Anregung gehen - dem Pendel wird dann einfach die feste
> Frequenz aufgezwungen.

Hmmm: ja, das könnte gehen. Die Frequenz könnte ich konstant und genau 
genug per SW vorgeben. Allerdings sehe ich ein Problem: wenn die Phase 
anfangs seeehr falsch ist (sagen wir pi), wird die Zeitdauer für 
nicht-getriebene Schwingungen - diese ist erfahrungsgemäß 20-30 
Oszillationen - nicht ausreichen, um die Phase einzufangen. D.h. bevor 
das ganze synchron ist, bleibt es einfach stehen.
Das ist allerdings Spekulation. Ich werde es einfach mal so 
programmieren und sehen was passiert.


> Die Drähte sollten dann aber schon wenig
> Ausdehnung haben und das ganze System genügend stabil sein, damit die
> Mechanik nicht weg driftet.

sagte ich schon: das ganze muss sehr stabil sein, sonst regiert das 
Chaos.

Armin X. schrieb:


> Unter Umständen sollte es zum Ausgleich der verlorenen Energie
> ausreichend sein, wenn unter den Kugeln ein Magnet sitzt der kurz
> zugeschaltet wird wenn beide Kugeln die untere Endlage erreichen.
>

Das war auch meine erste Idee, aber das hat einen Nachteil: wenn man 
(als Ausbaustufe...) mehrere Kugeln schwingen lassen will, zB das 
beliebte 3-3, wobei die mittlere quasi frei schwingt, klappt das nicht 
mehr, weil k4 und k5 hier immer gleichphasig und nie gegeneinander 
schwingen.

/s9

@GeorgG:

Ich bin nicht ganz sicher, ob ich deinen Vorschlag verstehe: du würdest 
neben den Elektro-Magneten einen kleinen Permanent-Magneten stecken. 
Dessen Magnetfeld wird gemessen und durch die vorbei fliegende Kugel 
geändert... Korrekt?

Der EM ist bei mir nicht ständig an, zZt ca. 10% (30ms von 300ms) duty 
cycle.


/s

> Ich häng mal eine Skizze an.

vielen Dank - jetzt habe ich es kapiert. Das finde ich echt clever. Das 
werde ich auf jeden Fall ausprobieren. Werd als erstes mal im Keller nen 
Trafo kannibalisieren.

/s9

Einen extra Permanent-magenten wird man vermutlich nicht mal brauchen. 
Ich würde davon ausgehen, das der Kern genügend Remanenz vom letzten 
Puls hat. Es ist halt ein Frage wie empfindlich man schaut. Für den 
Anfang sollte das Oszilloskop reichen um zu sehen was etwa ankommt.

Das Einschwingen bei fester Frequenz dürfte tatsächlich ein Problem 
werden, wenn die Anregung nur bei genügender Amplitude funktioniert. 
Sonst dauert es ggf. einige Zeit bis es sich eingeschwungen hat. Wenn 
man Pech hat könnte sich auch ein anderer Mode oder ggf. Chaos 
einstellen, etwa Kugeln gegenläufig von beiden Enden.

...oder vielleicht das Erdmagnetfeld bzw. dessen Änderung durch die 
vorbeisausende Kugel.
Habe inzwischen beim Suchen das hier
http://www.elektronik-labor.de/Notizen/Fluxgate.html
gefunden. Sieht extrem einfach aus und ist doch laut Website sehr 
empfindlich. Ich denke ein paar mV Signal/Änderung kann man bei einer 
Bandbreite von ein paar Hz leicht so aufpeppen, dass man mittels uC (zb. 
dessen Analog-Comp) unterscheiden kann zwischen Kugel da/nicht da.
Klar muss man das aufwendig kalibrieren - aber ist ja nur einmal, ich 
will ja keine Serienproduktion starten ;=)

/s9

Lurchi schrieb:
> Einen extra Permanent-magenten wird man vermutlich nicht mal brauchen.
> Ich würde davon ausgehen, das der Kern genügend Remanenz vom letzten
> Puls hat. Es ist halt ein Frage wie empfindlich man schaut. Für den
> Anfang sollte das Oszilloskop reichen um zu sehen was etwa ankommt.

Auch ohne sollte sich was messen lassen, da ohne nich gibt.

Lurchi schrieb:
> Das Einschwingen bei fester Frequenz dürfte tatsächlich ein Problem
> werden,

Nö, so hat man zB. Schuluhren etc. nachgerüstet, so in den 50ern.
Ich bedauere es bis Heute das ich keines dieser Teile ergattern konnte. 
Das war noch Hi-Tech mit geiler Optik :)

Ist mehr nur so eine Idee, aber wuerde es sinn machen, gar keine 
Metallkugeln zu verwenden, sondern Plastikkugeln und in diese jeweils 
einen Elektro-Stab-Magneten zu basteln? Dieser kann ueber die Draehte 
die zu den Kugeln gehen ja bestromt werden...

Damit koennte man doch zwischen den einzelnen Kugeln jeweils eine 
definierte Kraft einbringen. Damit liesse sich letztlich sogar das ganze 
System ohne auesseres Zutun starten oder eben auch die 3 von 5 Kugel 
Variante verwirklichen.

Der Impuls koennte ja sogar dennoch durch die einzelnen Magnetstaebe 
uebertragen werden... nur kann man eben kurz vor dem Zusammenstoss die 
Kugeln etwas in die Gegenrichtung ziehen, sodass sie nicht selber 
anfangen zu Schwingen (durch eben Verluste eines nicht idealen Stosses).

Wie die Detektion der genauen Lage aber aussehen muesste weiss ich jetzt 
erstmal auch noch nicht.

...nein

Bernd K. schrieb:
> Schon mal an ein Radar-Modul zum Detektieren der Kugel gedacht?


...nein, weil bei mir Kopf unbewusst immer die Gleichung Radar = 
Höchstfrequenz = Teuer! abgeht. Das stimmt aber offensichtlich überhaupt 
nicht (wohl ne Folge der Massenproduktion der Auto-Industrie), ich 
meine, come on, 5$ ist nix.

Rein technisch gesehen ist Radar in der Tat ideal.

Ich werde so ein Modul bestellen und es (auch) damit probieren.
Danke für die Idee.

/s9