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Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Pendel zum schwingen bringen


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von Kolja L. (kolja82)


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Nabend

Mal angenommen ich habe ein Pendel.
Seillänge 2-3 Meter und am Ende eine leuchtende Kugel mit 20 bis 30 cm 
Durchmesser.

Wie bekomme ich das Pendel zum schwingen?

Einfache, aber unelegante Möglichkeiten: Motor oder linearantrieb oben 
an das Seil.

Schöner wäre es aber, wenn die Kugel selber die Bewegung erzeugen würde.

Ideen?

von . . (Gast)


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In der Kugel zwei Elektomagneten, die periodisch (mit der Eigenfrequenz 
des Pendels) eine Massestück in der Schwingebene des Pendels hin und her 
bewegen. So wird dem Pendel periodisch Bewegungsenergie zugefügt

von Mani W. (e-doc)


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Stichwort:

Ewiges Pendel...

von Jürgen von der Müllkippe (Gast)


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Da du schon Strom in der geräumigen Kugel hast, kannst du eine etwas 
kleinere Kugel oder einen anderen kleinen schweren Gegenstand (Stahl) 
innerhalb der Kugel auf und ab bewegen lassen.
Die Bewegung muss nicht unbedingt oszillieren, sie kann auch, wegen der 
Einfachheit, rotieren. Die Rotationsbewegung sollte aber am oberen und 
unteren Totpunkt etwas verweilen, dann arbeitet das Pendel effektiver.

von MaWin (Gast)


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Kolja L. schrieb:
> Schöner wäre es aber, wenn die Kugel selber die Bewegung erzeugen würde

Dann braucht sie eine Batterie als Energiequelle. Kann ja wie ein Kind 
auf der Schaukel durch Masseverlagerung arbeiten.

von Jörg R. (solar77)


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Kolja L. schrieb:
> Schöner wäre es aber, wenn die Kugel selber die Bewegung erzeugen würde.

Magnet, Elektromagnet und Hallsensor.

: Bearbeitet durch User
von Pendler (Gast)


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Namd auch,

ich habe ein Pendel gebaut, das ich mit magnetischer Abstossung 
betreibe. Die Spule ist gleicher Massen Sensor für den Pendeldurchgang 
und Aktor für dessen Abstossen. Das Ganze ist so effizient, dass eine 
Solarzelle ausreicht. Und das Pendel startet jeden Morgen selbst. 
Voraussetzung ist aber räumliche Nähe von Pendel und Spule.

Wenn das Leuchtpendel aber hoch in der Luft hängt, würde ich ein kleines 
Exzentergewicht im Inneren motorisch drehen. Wenn das Pendel in Resonanz 
zu dieser Drehbewegung steht, schaukelt sich das rasch und mit weiter 
Amplitudeauf.

Viel Erfolg und Freude dran,
Jo

von Jürgen von der Müllkippe (Gast)


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.                                                . schrieb im Beitrag 
#6093009:
> Massestück in der Schwingebene des Pendels hin und her bewegen. So wird
> dem Pendel periodisch Bewegungsenergie zugefügt

Das kann man auch so machen, aber der Betrachter würde dann einen 
seitlichen Beschleunigungsruck sehen. Besser ist es, das Massestück auf- 
und abwärts zu bewegen, dadurch bewegt sich der Pendelschwerpunkt auf 
und ab und holt sich dadurch die Schwungenergie.

von . . (Gast)


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Jürgen von der Müllkippe schrieb:
> .                                                . schrieb im Beitrag
> #6093009:
>> Massestück in der Schwingebene des Pendels hin und her bewegen. So wird
>> dem Pendel periodisch Bewegungsenergie zugefügt
>
> Das kann man auch so machen, aber der Betrachter würde dann einen
> seitlichen Beschleunigungsruck sehen. Besser ist es, das Massestück auf-
> und abwärts zu bewegen, dadurch bewegt sich der Pendelschwerpunkt auf
> und ab und holt sich dadurch die Schwungenergie.

Ich weiß was Du meinst, aber das funktioniert etwas anders. Da wird bei 
der Umwandlung von potentionelle in kinetische Energie getrickst. Auch 
da würde man einen Ruck sehen. Nachteil: das System muss bereits in 
Schwinung sein.

von Kolja L. (kolja82)


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Nabend und vielen Dank für die ganzen Hiweise.

Leider habe ich gar nicht bedacht, dass das Pendel ja nur in eine 
Richtung schwingen soll / kann (Ist mit etwas Abstand an einer Wand 
befestigt) und dies mit einer Mechanik in der Kugel hinzubekommen wird 
dann doch wohl etwas zu aufwändig.

Schade, hätte es gerne mit einer auf und abfahrenden Masse im inneren 
der Kugel realisiert.

von Jürgen von der Müllkippe (Gast)


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Kolja L. schrieb:
> (Ist mit etwas Abstand an einer Wand befestigt)

Dann kann man neben der Pendelstange noch eine zweite Stange mit 
Gelenken ausstatten (Parallelogrammaufhängung), wie bei einem 
Scheibenwischer. Die kräftige Mechanik dazu muss dann aber auch in die 
Kugel passen!

Wenn man es richtig macht, kann die Pendelauslenkung bis zu 90 Grad 
betragen (von Senkrecht bis Waagerecht).

Mit Resonanzfrequenz hat das dann aber wenig zu tun.

von Günter Lenz (Gast)


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Kolja L. schrieb:
>Wie bekomme ich das Pendel zum schwingen?

Das thema gab es hier schon mal:

Beitrag "Transistor für ewiges Pendel GC 100 pnp - Transistor (NF)"

von Pendler (Gast)


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Kolja L. schrieb:
> Nabend und vielen Dank für die ganzen Hiweise.
>
> Leider habe ich gar nicht bedacht, dass das Pendel ja nur in eine
> Richtung schwingen soll / kann (Ist mit etwas Abstand an einer Wand
> befestigt) und dies mit einer Mechanik in der Kugel hinzubekommen wird
> dann doch wohl etwas zu aufwändig.
>
> Schade, hätte es gerne mit einer auf und abfahrenden Masse im inneren
> der Kugel realisiert.

Anscheinend hast du mein Posting oben nicht gelesen, oder den Inhalt 
nicht verstanden. Im zweiten Absatz steht die einfachste Lösung für 
deine Aufgabenstellung. Also gut, nun noch genauer:

Mit einem kleinen Getriebemotor drehst du ein Exzentergewicht in der 
Kugel um eine waagrechte Achse, die senkrecht zur gewünschten 
Schwingungsebene desPendels steht. Die Rotationsgeschwindigkeit muss der 
Resonanzfrequenz desPendels entsprechen. Dann brauchst du bei einem 
reibungsarm aufgehängten Pendel nur sehr wenig Energie Energie zu zu 
führen, und die Pendelbewegung schaukelt sich auf, bis die Reibung der 
zugeführten Energie entspricht. Der Aufwand ist minimal.

Ein Spielzeug - Getriebemotor und ein kleines Gwicht reicht. Da die 
Kopplung durch Gewichtsverlagerung erfolgt, braucht es keine 
Hebelmechanik. Manchmal blockiert anscheinend das komplizierte Denken 
den Zugang zu einfachen und effizienten Lösungen.

von Jürgen von der Müllkippe (Gast)


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Pendler schrieb:
> Mit einem kleinen Getriebemotor drehst du ein Exzentergewicht in der
> Kugel um eine waagrechte Achse, die senkrecht zur gewünschten
> Schwingungsebene desPendels steht. Die Rotationsgeschwindigkeit muss der
> Resonanzfrequenz desPendels entsprechen.

Das ist natürlich die genialste, effizienteste und mechanisch einfachste 
Lösung, die sogar ohne anschubsten von selbst starten kann.

Aber das Pendel vom TO kann nur zur einen Seite hin schwingen. Vom 
unteren Totpunkt aus gesehen immer nur (zum Beispiel nach Rechts) 
auslenken. Eine Auslenkung zur linken Seite wird von der Wand leider 
verhindert! Dadurch ist die Konstruktion mehr als einfach nur Murks, 
Kappes und Kokolores!

von wolke (Gast)


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Jürgen von der Müllkippe schrieb:
> Aber das Pendel vom TO kann nur zur einen Seite hin schwingen. Vom
> unteren Totpunkt aus gesehen immer nur (zum Beispiel nach Rechts)
> auslenken. Eine Auslenkung zur linken Seite wird von der Wand leider
> verhindert! Dadurch ist die Konstruktion mehr als einfach nur Murks,
> Kappes und Kokolores!

Das hast du falsch verstanden, das Pendel kann parallel zur Wand in 
beide Richtungen schwingen. Es darf nur nicht in Rotation, also Bewegung 
zur Wand hin, versetzt werden.

von Lurchi (Gast)


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wolke schrieb:
> Es darf nur nicht in Rotation, also Bewegung
> zur Wand hin, versetzt werden.

Eine gewisse Rotation lässt sich nicht vermeiden, weil die Erde sich 
dreht (Foucaultsches Pende).
D.h. man muss aktiv dafür sorgen dass nicht in die Richtung schwingt, 
etwa mit 2 Seilen zur Aufhängung. Das würde sich auch zur 
Stromversorgung anbieten.

Beitrag #6094621 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Info (Gast)


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Getriebemotor dient als Sensor und Antrieb (Mikrocontroller, 'PWM'): 
https://hyperglitch.com/articles/klaatno

von Kolja L. (kolja82)


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Pendler schrieb:
> Anscheinend hast du mein Posting oben nicht gelesen, oder den Inhalt
> nicht verstanden. Im zweiten Absatz steht die einfachste Lösung für
> deine Aufgabenstellung. Also gut, nun noch genauer:
>
> Mit einem kleinen Getriebemotor drehst du ein Exzentergewicht in der
> Kugel um eine waagrechte Achse, die senkrecht zur gewünschten
> Schwingungsebene desPendels steht. Die Rotationsgeschwindigkeit muss der
> Resonanzfrequenz desPendels entsprechen. Dann brauchst du bei einem
> reibungsarm aufgehängten Pendel nur sehr wenig Energie Energie zu zu
> führen, und die Pendelbewegung schaukelt sich auf, bis die Reibung der
> zugeführten Energie entspricht. Der Aufwand ist minimal.
>
> Ein Spielzeug - Getriebemotor und ein kleines Gwicht reicht. Da die
> Kopplung durch Gewichtsverlagerung erfolgt, braucht es keine
> Hebelmechanik. Manchmal blockiert anscheinend das komplizierte Denken
> den Zugang zu einfachen und effizienten Lösungen.

Guten Morgen Pendler

Vielen Dank für deinen zweiten Erklärungsversuch.

Schön, dass die Physik so einfach ist.
So bestechend einfach, dass ich gewillt bin, mein Seil gegen eine Stange 
einzutauschen, welche oben an einer Achse befestigt ist. Damit kann sich 
das Pendel nicht mehr verdrehen.

Nur noch mal zum Verständnis:

Bei einer Seillänge von 2 Metern, beträgt die Eigenfrequenz nach

2,2 Hz. Jetzt lasse ich sich einen Motor mit einer Unwucht an der Achse 
mit einer Drehzahl von 133 U/Min in der Mitte der Kugel drehen und das 
Pendel fängt an zu schwingen.
Annahme: Eigenfrequnz = Resonanzfrequenz (Also alles ohne Dämpfung)

von Jürgen von der Müllkippe (Gast)


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Nach meiner Berechnung beträgt die Periodendauer 13.8 Sekunden. Das 
entspricht einer Frequenz von 0,07 Hz.
Der Motor müsste demnach mit einer Drehzahl von 4,35  1/min rotieren.
Pfiffiger ist aber eine Drehzahl von 8,7  1/min, weil man dadurch 
erreichen kann, dass die Kurbelwange beim durchlaufen der Nulllinie 
(Punkt der max. Geschwindigkeit) immer oben steht, egal aus welcher 
Richtung gerade das Pendel kommt. Denn dadurch liegt der 
Pendelschwerpunkt an dieser Stelle weiter oben und das Pendel 
beschleunigt zusätzlich.
Wenn man darauf nicht achtet und die Kurbelwange unten steht, würde das 
dem kostbaren Schwung entgegen wirken!

von Kolja L. (kolja82)


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Jürgen von der Müllkippe schrieb:
> Periodendauer

!=

Pendler schrieb:
> Resonanzfrequenz

Stehe mit meinem Wissen aber zwischen den Stühlen.
Der Bauch sagt aber, dass 4 bzw 8 Umdrehungen in der Minute nicht viel 
ausrichten werden.

von Walter T. (nicolas)


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Kolja L. schrieb:
> beträgt die Eigenfrequenz nach
> ωo=gl−−√\omega_{ o } = \sqrt{ \frac{ g }{ l } }
> 2,2 Hz.

Eigenkreisfrequenz!

von pendler (Gast)


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Hallo Kolja,

deine Zahl, 2.2 stimmt schon, dividiere sie durch 2*pi und du hast die 
Frequenz in Hertz. Das sind rund 0.35 Hz was ca 2.8 s Periodendauer 
entspricht. Übrigens, solche Ergebnisse kann man sehr schnell 
experimentell prüfen, vorausgesetzt, man steht kurz vom Computer auf. 
Mein Schlüsselbund an geschätzten 2 m Nähgarn zeigte rund 2.9 s 
Schwingungsdauer.

Das ist für ein Objekt im Wohnraum - nun ja - etwas hektisch. Mit einem 
Stangenpendel, das ein Gegengewicht oberhalb des Drehpunktes mit bewegt, 
wird die Sache schon gemütlicher.

von Kolja L. (kolja82)


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pendler schrieb:
> Mein Schlüsselbund an geschätzten 2 m Nähgarn zeigte rund 2.9 s
> Schwingungsdauer.

Danke für den Praxistest :-)

pendler schrieb:
> Das ist für ein Objekt im Wohnraum - nun ja - etwas hektisch. Mit einem
> Stangenpendel, das ein Gegengewicht oberhalb des Drehpunktes mit bewegt,
> wird die Sache schon gemütlicher.

Die Installation soll auf einem Festival stehen, aber erst im Sommer.
Bis dahin kann ich noch viel testen.
Wenn ich das obige Gegengewicht in der Höhe verstellen kann, könnte man 
die Periodendauer beinflussen ;-)

von Kolja L. (kolja82)


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Neue Idee: Wie die Steuerung von Sateliten mit einem Reaktionsrad.
Vorteile: Periodendauer einstellbar und Rotation möglich.

Nachteil: Bei gegebenen Durchmesser von 30cm der Kugel muss das eine 
sich sehr schnell drehende Masse werden.

r² hilft: Youtube-Video "Swing-Up and Stabilization of a Reaction Wheel Inverted Pendulum"

von Kolja L. (kolja82)


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von Pendler (Gast)


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Um kurz mal zum ursprünglichen Thema zurück zu gehen.

Kolja L. schrieb:
> Wenn ich das obige Gegengewicht in der Höhe verstellen kann, könnte man
> die Periodendauer beinflussen ;-)

Wenn du im Unterschied von der zuerst skizzierten Aufgabenstellung ein 
Stangen Pendel hast, dann eröffnen sich ja wieder andere interessante 
Möglichkeiten.

Du kannst an der Welle oder beim Gegengewicht einen klassischen 
Pendelantrieb mit einer Magnetspule einsetzen. Dieser hat bekanntlich 
den Vorteil, dass er ebenfalls selbstanlaufend aber in einem sehr weiten 
Bereich selbstsynchronisierend ist, minimalen Bauteilaufwand erfordert 
und noch dazu - wegen der Resonanz - auch mit minimaler Energiezufuhr 
auskommt.

Die Welle bietet auch die Möglichkeit, den Antrieb abgesetzt und 
verdeckt zu montieren.

Kolja L. schrieb:
> Bis dahin kann ich noch viel testen.
Am Besten bewährt sich da ein frühzeitiges Testen. So zeigen sich die 
noch offenen Detailfragen rechtzeitig.

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