Hallo ihr :) Ich bin aktuell ein wenig ratlos und bräuchte Hilfe :( Für eine Studienarbeit muss ich ein Pendel zum schwingen bringen. Das Pendel wurde von einem früheren Studenten bereits gebaut und ich soll es nun irgendwie zum schwingen bringen. Zum allgemeinen Aufbau des Pendels: Das Pendel hängt an einem Aufbau aus Al Profilen. Der eigentliche Pendelarm hängt an einer Querachse und ist ca. 40cm lang. Am Ende des Arms befindet sich eine Art Halbmond-förmiges Blech. Erinnert auch eine Guillotine. Das Blech schwingt dabei am tiefsten Punkt durch eine Spule welche als Wirbelstrombremse arbeitet. Damit soll eine Dämpfung auf das Pendel gebracht werden. Desweiteren gibt es am Pendelarm noch eine Kugel die zur Verschiebung des Schwerpunkts dient. Was soll das Pendel können: Meine Aufgabe ist es nun das Pendel zu bewegen. Hierzu soll irgendwie eine Kraft auf das Pendel übertragen werden. Dabei soll das Pendel eine Auslenkung von mindesten 20° in beide Richtungen schaffen. Außerdem soll es möglich sein, das Pendel bei 20° zu halten. Die Frequenz soll zwischen 1/4Hz und 1Hz stufenlos eingestellt werden können. Es soll auch das aktuelle Drehmoment erfasst werden. Da die Aufgabe von unserem Physik-Professor stammt möchte er dann auch sehen was zB. passiert wenn das Pendel gegenphasig zur Anregungsfrequenz schwingt. Mein Problem: Ich habe einige Ideen wie ich sowas realisieren könnte aber keine davon gefällt mir. Ich hatte überlegt das Pendel über eine Spule anzuregen. Ähnlich wie in dem Beitrag: Beitrag "Transistor für ewiges Pendel GC 100 pnp - Transistor (NF)" Aber ich bin mir nicht sicher ob sowas in meinen Dimensionen noch gut funktioniert. Außerdem scheint die Schaltung schon sehr alt zu sein und eventuell gibt es da bessere Lösungen. Außerdem könnte man damit das Pendel nicht bei 20° Ausschlag anhalten. 1/4Hz könnten auch schwierig werden... das ist halt verdammt langsam T_T Ich hatte auch überlegt das Pendel im Ruhepunkt mit einem Motor anzuregen, ähnlich wie man es oben in der Wikipedia sieht: https://de.wikipedia.org/wiki/Erzwungene_Schwingung Leider darf ich den aktuellen Aufbau nicht soweit modifizieren. Wenn es darum geht einen Motor direkt an die Achse zu hängen und das Pendel darüber irgendwie anzuregen steigt mein Hirn komplett aus. Bitte helft mir :( PS: Ich mache eigentlich ehr CAD Konstruktion. Das ganze Feld ist absolut nicht mein Spezialgebiet und ich habe das Thema auch ehr widerwillig gewählt bzw. musste ich es nehmen.
Thomas H. schrieb: > Das Blech schwingt dabei am tiefsten Punkt durch eine Spule > welche als Wirbelstrombremse arbeitet. Wäre es nicht sinnvoller, diese Spule als Antrieb und nicht als Bremse zu benutzen?
Mit der Hand in die Apparatur hineingreifen und das Pendel so anregen. Würde sehr viel Aufwand sparen. Dann kann man das Pendel nämlich auch bei 20° einfach festhalten.
Harald W. schrieb: > Thomas H. schrieb: > >> Das Blech schwingt dabei am tiefsten Punkt durch eine Spule >> welche als Wirbelstrombremse arbeitet. > > Wäre es nicht sinnvoller, diese Spule als Antrieb und nicht > als Bremse zu benutzen? Da der Aufbau schon so existiert habe ich darauf leider keinen Einfluss. Die Überlegung, die Spule auch gleichzeitig als Antrieb zu benutzen hatte ich aber auch schon. In einem der verlinkten Beiträge gab es ja einen ähnlichen Aufbau. Hier wäre noch ein weiteres Beispiel wie sowas mit einer Spule verwirklicht wurde: http://sheepdogguides.com/arduino/aht8pendu.htm Die Idee mit der Spule ist auch aktuell mein Favorit... Ich würde nur gern auch noch andere Ideen hören bevor ich mich auf irgendwas festlege bzw. auch gern Bedenken zu der Idee.
Um so ein Pendel statisch bis 20 Grad auszulenken benötigt man schon recht viel Drehmoment. Das dürfte deutlich über den Antrieb hinausgehen, den man auf ein nicht zu sehr gedämpftes System ausüben will. Die Frequenzen von 1/4 - 1 Hz passen irgendwie nicht zu einer Pendellänge von 40 cm. So grob über den Daumen würde ich eher schätzen 1-4 Hz. Mit den Verschieben der Masse wird es eher nur noch schneller. Ein Schwierigkeit dürfte es sein ein Drehmoment einzubringen ohne eine merkliche Rückstellkraft oder Dämpfung zu erzeugen. Im Prinzip könnte man den Antrieb über Wirbelströme, als eine Art "linear motor" erzeugen. Das würde aber bedeuten den Magneten zu verändern, auf mehr Pole. Die klassische Form der Anregung ist über eine Feder und dann einen Antrieb, etwa per Motor und Exzenter. Damit erzeugt man aber eine zusätzliche Rücktreibende Kraft - d.h. das neue System ist dann ein Zwischending aus Federpendel und Schwerkraftpendel. Mit einer weichen Feder müsste der Antrieb dann relativ große Wege zurücklegen. Ein Aufbau mit Schrittmotor und Drehfeder (d.h. direkt über den Motor) könnte schon anspruchsvoll werden bei 4 Hz, 1 Hz wäre wohl noch drin.
Lurchi schrieb: > Die klassische Form der Anregung ist über eine Feder und dann einen > Antrieb, etwa per Motor und Exzenter. Damit erzeugt man aber eine > zusätzliche Rücktreibende Kraft - d.h. das neue System ist dann ein > Zwischending aus Federpendel und Schwerkraftpendel. Mit einer weichen > Feder müsste der Antrieb dann relativ große Wege zurücklegen. Ein > Aufbau mit Schrittmotor und Drehfeder (d.h. direkt über den Motor) > könnte schon anspruchsvoll werden bei 4 Hz, 1 Hz wäre wohl noch drin. Die Überlegung mit der ziehenden Feder hatte ich auch schon. Mir erschien es aber zu kompliziert. Die passende Federkraft zu finden klingt nach Trial n Error. Die Idee mit Drehfeder klingt leider sehr ähnlich nur, dass man die Krafterzeugung verschiebt. Irgendwie auch nicht wirklich befriedigend :( Die 1/4 Hz sind leider Voraussetzung und davon lässt sich der Prof auch nicht abbringen... /facepalm
Thomas H. schrieb: > Die 1/4 Hz sind leider Voraussetzung und davon lässt sich der Prof auch > nicht abbringen... /facepalm Wenn Du ein Pendel weit entfernt von der Resonanzfrequenz anregen willst, hast Du zwar etwas, was ausieht wie ein Pendel, im Endef- fekt aber nur ein Stück Metall ist, welches bewegt werden muss. Das geht m.E. am besten mit einem kräftigen Schrittmotor in der Drehachse des "Pendels". Bleibt noch die Frage, ob Du die Schritt- motorsteuerung selbst entwickeln willst oder fertig kaufen willst.
Harald W. schrieb: > Thomas H. schrieb: > >> Die 1/4 Hz sind leider Voraussetzung und davon lässt sich der Prof auch >> nicht abbringen... /facepalm > > Wenn Du ein Pendel weit entfernt von der Resonanzfrequenz anregen > willst, hast Du zwar etwas, was ausieht wie ein Pendel, im Endef- > fekt aber nur ein Stück Metall ist, welches bewegt werden muss. > Das geht m.E. am besten mit einem kräftigen Schrittmotor in der > Drehachse des "Pendels". Bleibt noch die Frage, ob Du die Schritt- > motorsteuerung selbst entwickeln willst oder fertig kaufen willst. Naja wenn ich einfach einen Schrittmotor an die Achse hängen könnte um die Pendelbewegung zu "erzwingen" bzw. zu steuern, dann wäre das alles kein Problem. Schrittmotor, einen Arduino mit passender Motorsteuerung und fertig. Damit es wie ein ordentliches Pendel aussieht könnte man noch die Geschwindigkeit einem Sinus anpassen. Aber leider soll halt nur eine Kraft auf das Pendel übertragen werden und das Pendel soll auch unabhängig von dem schwingen was die Erreger-Kraft gerade macht :( Ich hatte auch überlegt ob man zB. einen Asynchron Motor nehmen könnte und dann über das Drehfeld eine Kraft erzeugt die das Pendel aber nur anregt und nicht komplett kontrolliert. Aber das hat mir auch ehr Kopfschmerzen bereitet...
Thomas H. schrieb: > Aber leider soll halt nur eine Kraft auf das Pendel übertragen werden > und das Pendel soll auch unabhängig von dem schwingen was die > Erreger-Kraft gerade macht :( Das geht nur in dser Eigenfrequenz des Pendels. Du willst aber eine Schwingung weitab von der Eigenfrequenz.
Lurchi schrieb: > Um so ein Pendel statisch bis 20 Grad auszulenken benötigt man schon > recht viel Drehmoment. Logo. Offenbar geht es hier überhaupt nicht um's wirkliche Pendeln, sondern darum, wie man unbalancierte mechanische Systeme ansteuert und dabei so bedämpft, daß man den aperiodischen Grenzfall einstellen kann (mit der Wirbelstrombremse unten). Also sollte das Ding vermutlich mit einem stellbaren Drehmoment-Eintrag auf die Welle angesteuert werden. Drehspule ausreichenden Querschnittes ähnlich zum Galvanometer oder Dreheisen-Antrieb wie beim Wechselstrom-Amperemeter. Aber wie verträgt sich das alles mit "Firma: Micro-Hybrid-Electronic GmbH" - he? W.S.
W.S. schrieb: > Offenbar geht es hier überhaupt nicht um's wirkliche Pendeln, sondern > darum, wie man unbalancierte mechanische Systeme ansteuert und dabei so > bedämpft, daß man den aperiodischen Grenzfall einstellen kann (mit der > Wirbelstrombremse unten). > > Also sollte das Ding vermutlich mit einem stellbaren > Drehmoment-Eintrag auf die Welle angesteuert werden. Drehspule > ausreichenden Querschnittes ähnlich zum Galvanometer oder > Dreheisen-Antrieb wie beim Wechselstrom-Amperemeter. Mhh. Bekommt man denn sowas hin, dass es genug Drehmoment für so ein großes Pendel erzeugen kann? Die grundsätzliche Idee klingt aber echt gut. Ich denke das könnte genau die Art von Lösung sein die ich suche... ich werde mich da mal ein wenig belesen. Danke. > Aber wie verträgt sich das alles mit "Firma: Micro-Hybrid-Electronic > GmbH" - he? > > W.S. Mit meiner Firma hat das nichts zu tun. Ich studiere Dual. Die Studienarbeit müssen wir im 5. Semester anfertigen. Dabei überlegen sich Professoren ein Problem und wir sollen das dann bearbeiten. Das vorliegende Thema stammt von unserem Mathe/Physik Professor. Die Firma hab ich nur eingetragen weil das Feld da war. Meine Firma macht ehr IR-Detektoren^^
Thomas H. schrieb: > Mhh. Bekommt man denn sowas hin, dass es genug Drehmoment für so ein > großes Pendel erzeugen kann? He! Woher sollen alle anderen außer dir denn wissen, was da an Massen und Momenten bei deinem Versuchsaufbau konkret vorhanden ist? Ein Gleiches gilt für das, was dir dein Prof an konkreter Aufgabenstellung gegeben hat. W.S.
W.S. schrieb: > Thomas H. schrieb: >> Mhh. Bekommt man denn sowas hin, dass es genug Drehmoment für so ein >> großes Pendel erzeugen kann? > > He! Woher sollen alle anderen außer dir denn wissen, was da an Massen > und Momenten bei deinem Versuchsaufbau konkret vorhanden ist? Das benötigte Drehmoment um das Pendel an der Achse zu bewegen würde ich auf etwa 2Nm schätzen (wenn sich die verschiebbare Masse im tiefsten Punkt befindet). Der Pendelarm mit Masse ist nicht sonderlich schwer (ca. 450g) und die Lagerung ist... alles andere als perfekt aber ok. Dazu kommt dann noch eine Dämpfung über die Bremse die 0,3/s betragen kann. Im Resonanzfall sollte diese überwunden werden können. > Ein Gleiches gilt für das, was dir dein Prof an konkreter > Aufgabenstellung gegeben hat. >>In einer vorigen Studienarbeit wurde ein Pendel mit ca. 1 s >>Schwingungsdauer gefertigt. Mit diesem >>Pendel soll über ein äußeres Drehmoment eine erzwungene Schwingung >>demonstriert werden. >>Eine geeignete Umsetzung ist anzufertigen, sie soll folgende Forderungen >>erfüllen: >>Das Drehmoment soll in der Lage sein, a) das Pendel mit konstanter >>Auslenkung von 20° zu halten und b) die maximale Dämpfung (δ = 0,3/s) im >>Resonanzfall aufzuheben. >>Dieses Drehmoment soll eine Frequenz von ¼ Hz bis 4 Hz erzeugen können, >>welche stufenlos durchstimmbar sein soll. >>Signale für eine spätere Anzeige von Drehmoment (maximales und >>momentanes) und Frequenz sind nach Außen zu führen. Das ist die ganze Aufgabenstellung. Die ist relativ... naja. In einem ersten Treffen mit meinem Prof hatte ich halt verschiedene Überlegungen präsentiert. Dazu gehörte die Überlegung das Pendel im Ruhepunkt anzuregen, das Pendel über eine Feder anzutreiben welche von der Seite eine Kraft erzeugt und die Variante das Pendel über eine Spule und einen Permanentmagnet am Schwingen zu halten. Keine dieser Lösungen erfüllt alle Voraussetzungen und keine davon hat den Prof glücklich gemacht. Er hat mir aber auch keinen konkreten Hinweis gegeben was genau er sich vorgestellt hat bzw. wie eine Umsetzung aussehen könnte. Die Aussage die ich bekommen habe war: "Sie sind der Technologe". Mein Problem ist halt, dass ich einfach keinen Ansatz habe. Es ist nicht so, dass ich mir nicht schon Gedanken zu dem Thema gemacht habe. Da wir für das Thema aber auch nur begrenzte Zeit haben brauche ich irgendeinen Weg den ich dann verfolgen kann. Das ganze dann zu realisieren wir auch nochmal einiges an Zeit in Anspruch nehmen.
Eventuell so: Das ist natürlich kein Pendel, sondern ein Zappler. Grüße Bernd
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Arbeite eine Lösung aus. Zb ein magnetisch betätigter, verstellbarer auslöser der das pendel hält um den aperiodischen grenzfall zu zeigen. Einen winkelgeber und ein servo die über eine auswechselbare federn an das pendel gekoppelt sind. Als alternative könntest du noch eineen antrieb über einen motor plus eine wirbelstromkupplung vorschlagen. Wenn wenn der prof dann meint dass sich das falsch anfühlt soll er seine gefühle in ein Gedicht oder Lastenheft schreiben. Sg
Bei der Auslegung der Frequenz ist vor allem die obere Grenze schwierig. D.h. im Idealfall würde ich das System im Zweifelsfall für 1/4 bis 4 Hz auslegen, auch den Resonanzfall erreichen zu können. Beim Federsystem von der Seite kann man die Kopplungsstärke auch über den Angriffspunkt verstellen. Das kann man ggf. auch später gut gebrauchen. Für 20 Grad statische Auslenkung braucht man schon einiges an Kraft. Das wird schon relativ schwierig mit magnetischen Kräften. Da braucht es dann schon einiges an Aufwand und Leistung. Der Weg über Wirbelströme (z.B. Asynchronmotor) kann leicht zu zusätzlicher Dämpfung führen.
Die Eigenfrequenz dürfte bei etwa drei Hz liegen. Wie schon andere schrieben, hat die Bewegung bei 0,25 Hz nichts mehr mit pendeln zu tun. Um die Frequenz so weit zu reduzieren könntest du aus dem Pendel ein Gegenschwungpendel machen, indem du ein Zusatzmasse oberhalb des Schwerpunkts anbringst. Wenn du dann diese Masse über einen Antrieb in der Höhe verstellbar machst, könntst du darüber die Frequenz dynamisch anpassen.
Wo ist das Problem? Mit genug Motorkraft lässt sich das Teil auch deutlich über Unter- bzw. Überfrequenz betreiben. Es erschliesst sich mir zwar nicht, wozu das gut ist, aber machbar ist es. Grüße Bernd
Halten wir mal fest: - es ist kein Pendel! - es wird eine Masse kreisförmig bewegt! - meine Vermutung ist das es sich um eine Lenkung handeln könnte die unzerhalb und oberhalb der Resonanzfrequenz bewegt wird und den Bereich der Resonanz durchquert.
Lurchi schrieb: > > Für 20 Grad statische Auslenkung braucht man schon einiges an Kraft. Das > wird schon relativ schwierig mit magnetischen Kräften. Schon ,al was voen einer Magnetschwebebahn gehört?
Lurchi schrieb: > > Für 20 Grad statische Auslenkung braucht man schon einiges an Kraft. Das > wird schon relativ schwierig mit magnetischen Kräften. Schon mal was von einer Magnetschwebebahn gehört?
Also ich habe jetzt 4 verschiedene Varianten für meinen Professor zusammengestellt. Die Spule im Sockel mit Permanentmagnet am Pendel, Anregung im Ruhepunkt durch hin und her schieben, Anregung über eine Feder und mit einem Gleichstrommotor den ich ähnlich wie ein Drehspulinstrument betreiben würde. Keine Lösung ist perfekt... mal schauen. Von der Realisierung her würde ich zur Feder tendieren. Einen DC Motor bei so geringen Frequenzen / Drehzahlen zu betreiben ist wohl auch... ungünstig? Außerdem den Mittelweg zwischen: Der Motor ist zu schwach und der Motor dominiert das ganze Pendel zu finden stelle ich mir schwierig vor ?
Soso schrieb: > Lurchi schrieb: > >> >> Für 20 Grad statische Auslenkung braucht man schon einiges an Kraft. Das >> wird schon relativ schwierig mit magnetischen Kräften. > > Schon mal was von einer Magnetschwebebahn gehört? Genau, dort wird ebenfalls eine enorme Kraft benötigt.
Du hast es immer noch nicht kapiert, schaem dich und stell dich in die Ecke! Nochmal: Das ist kein Pendel! Das ist eine Problemstellung aus der Regelungstechnik!!!!!
Bernd F. schrieb: > Wo ist das Problem? > > Mit genug Motorkraft lässt sich das Teil auch deutlich > über Unter- bzw. Überfrequenz betreiben. > > Es erschliesst sich mir zwar nicht, wozu das gut ist, > aber machbar ist es. > > Grüße Bernd ...man sollte diese Anordnung nur nicht mehr "Pendel" nennen.
Das hat der Prof. aber absichtlich so genannt um den Pruefling auf den Holzweg zu fuehren.
Und die beiden schwarzen Spulen haben die Aufgabe Stoergroessen in den Regelungskreis einzukoppeln... Die werden vom Prof. bedient... So ein Trickser, der Prof...
Das Ganze soll wahrscheinlich ein Praktikumsversuch werden, bei dem Studenten Pendel bei unterschiedlicher Anregung und Dämpfung betrachten sollen. Siehe auch die Beschreibung im ersten Post mit der verschiebbaren Kugel (Gewicht) am Pendelarm, umd die Resonanzfrequenz des Pendels verändern zu können. Das alles macht so Sinn, ausser die statische Auslenkung um 20° über die Anregung. Ich würde eine magnetische Anregung machen und die statische Auslenkung durch eine mechanische (elektrisch schaltbare) Sperre realisieren. Ggf kann man die Sperre ja justierbar machen (zum Auslenkungswinkel).
Hier mal ein sporadischer Vorschlag. Dass das ganze kein freischwingendes Pendel sein kann wurde ja schon gesagt. Ein normales Modellbauservo arbeitet gegen einen Zapfen auf der Pendelachse. Durch die unterschiedlichen Radien können die 20° max. Pendelausschlag rein mechanisch eingestellt werden. Dreht das Servo weiter fällt das Pendel allein zurück. Deine unteren Spulen könnte man jetzt ausschließlich dafür verwenden, das Pendel stark zu bremsen. Dann ist dessen Bewegung (fast) nur noch vom Servo abhängig. Das ganze funktioniert automatisch in beide Richtungen. Deine einzige Aufgabe wäre dann die Bremse und das Servo anzusteuern.
Thomäs schrieb: > Also ich habe jetzt 4 verschiedene Varianten für meinen Professor > zusammengestellt. Die Spule im Sockel mit Permanentmagnet am Pendel, > Anregung im Ruhepunkt durch hin und her schieben, Anregung über eine > Feder und mit einem Gleichstrommotor den ich ähnlich wie ein > Drehspulinstrument betreiben würde. > > Keine Lösung ist perfekt... Seh ich auch so. Du musst versuchen ein möglichst konstantes Moment über den gesamten Bewegungsbereich zu bekommen. Vermutlich muss es auch einen Eingang für die Momentenvorgabe geben. Ein Schrittmotor ist da denkbar ungeeignet. Einen Servomotor mit phasenlagenabhängiger Stromregelung könnte ich mir noch vorstellen, ist aber dann auch recht aufwendig und greift durch die Stromregeldynamik in die Gesamtdynamik ein. Wenn der relevante Bereich aber nur +-20° beträgt, reicht vielleicht ein normaler Einphasensynchronmotor mit definierter Achsausrichtung, sodass die Ausschläge in beide Richtungen symmetrisch sind. D.h. der Tiefpunkt des Pendels muss sich auf dem Hochpunkt des Sinus der Momentenkurve befinden. Das Moment ist dann zwar nicht konstant, man könnte das aber mit winkelabhängiger Stromverstärkung wieder hinbiegen. im Grunde ist man da wieder beim Servomotor, die genaue Ausrichtung vereinfacht aber das System und macht es auch vorhersagbarer. Udo S. schrieb: > Das Ganze soll wahrscheinlich ein Praktikumsversuch werden, bei dem > Studenten Pendel bei unterschiedlicher Anregung und Dämpfung betrachten > sollen. Denk ich auch. > Das alles macht so Sinn, ausser die statische Auslenkung um 20° über die > Anregung. Ich vermute, dass das lediglich die Dynamik abstecken soll. D.h. das dazu erforderliche Moment muss in jeder Winkellage bereitstehen, mehr aber auch nicht.
Und die ist ja kompliziert genug. Es geht ja wohl nicht nur um eine Drehbewegung... Dann waere der Antrieb egal... Ob 1 PS oder 100 PS zur Verfügung stehen... Ein Pendel dagegen hat wenn es die Senkrechte durchquert die höchste Geschwindigkeit...
Thomas H. schrieb: > Meine Aufgabe ist es nun das Pendel zu bewegen. Hierzu soll irgendwie > eine Kraft auf das Pendel übertragen werden. Dabei soll das Pendel eine > Auslenkung von mindesten 20° in beide Richtungen schaffen. Außerdem soll > es möglich sein, das Pendel bei 20° zu halten. Die Frequenz soll > zwischen 1/4Hz und 1Hz stufenlos eingestellt werden können. > Es soll auch das aktuelle Drehmoment erfasst werden. Das sieht eher nicht aus wie ein frei schwingendes Pendel. Thomas H. schrieb: > Da die Aufgabe von unserem Physik-Professor stammt möchte er dann auch > sehen was zB. passiert wenn das Pendel gegenphasig zur Anregungsfrequenz > schwingt. Das sieht schon eher aus wie ein frei schwingendes Pendel. Frei schwingend oder nicht, das ist hier die Frage.
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