Zugkraft erzeugen Alternative zum "Eimer Wasser"

[Marco S. (hochfrequenz)]

Hallo,

um einen Gegenstand für etwa 1h mit einer
in dieser Zeit wechselnden Zugkraft von erwa 10N bis 150N zu 
beaufschlagen, suche ich eine mechanische Vorrichtung. Im einfachsten 
Fall wären das bis zu 2 Eimer Wasser über Umlenkrolle. Ich würde hier 
gerne ein wasserloses System nutzen und es muss elektrusch, also über 
Schalter oder Poti in groben Stufen (1..2N) regelbar sein. Eine 
Verringerung der Zugspannung muss auch möglich sein. Mein Gefühl sagt 
mir, dass es schon eine mechanische Lösung für ein ähnliches Problem 
bereits gibt, die ich hier übernehmen könnte oder als Vorbild nehmen 
könnte. In Sportstudios gibt es ja elektronisch einstellbare 
Fitnessgeräte z.B..

Vielleicht habt ihr eine Idee.


Grüße
Marco / Hochfrequenz

[Heinz R. (heijz)]

Linearantrieb und Feder?

[R. L. (roland123)]

Seilwinde mit (fremdgekühltem) Gleichstrommotor.
Der Strom ist etwa proportional zum Drehmoment.

Um wieviel dehnt sich das Teil?

Marco S. schrieb:
> 10N bis 150N ... in groben Stufen (1..2N) regelbar

also etwa 100 Stufen.
was wären bei dir dann feine Stufen?

[Ralf X. (ralf0815)]

Marco S. schrieb:
> in dieser Zeit wechselnden Zugkraft von erwa 10N bis 150N zu
> beaufschlagen, suche ich eine mechanische Vorrichtung. Im einfachsten
> Fall wären das bis zu 2 Eimer Wasser über Umlenkrolle.

Zwei Wassereimer alleine bewerkstelligen da auch nicht viel, da braucht 
es mehr.
Insb. wenn da etwas gesteuert/geregelt werden soll.
Mittels passenden Motor, der Stillstand unter Last verträgt und einer 
einstellbaren Stromquelle kannst Du alles trocken durchspielen.

[Clemens S. (zoggl)]

Pneumatikzylinder (Balgzylinder) mit elektronischem Druckminderer?

[Marcel V. (mavin)]

Schrittmotoren können in kleinen Schritten vorwärts und rückwärts 
gesteuert werden. Eine Schnecke auf den Wellenzapfen treibt ein großes 
Schneckenrad mit einem kleinen Seilwindendurchmesser an.

[Ralf X. (ralf0815)]

Marcel V. schrieb:
> Schrittmotoren können in kleinen Schritten vorwärts und rückwärts
> gesteuert werden. Eine Schnecke auf den Wellenzapfen treibt ein großes
> Schneckenrad mit einem kleinen Seilwindendurchmesser an.

Schrittmotoren sollen vorgegebene Schritte ausführen.
Der TE möchte gerne steuerbare Drehmomente, wenn ich ihn richtig 
verstanden habe.

[Marco S. (hochfrequenz)]

Dehnung bei 15kg Wasser ungefähr 5mm..8mm.
Die Ausgangslänge ist nicht exakt.

Grobe Stufen reichen. Heisst Start mit 1N , dann auf 2N und so weiter 
erhöhen, Ende spätestens bei 150N. Die Einhaltung der Kraft ist wichtig. 
Ob das zu längende Teil dann 5 oder 6mmm lang wird ist zweitrangig. Im 
Prinzip könnte man gedanklich immer eine Tafel Schokolade drauf  legen 
oder runternehmen.


Grüße
Marco

[Wolf17 (wolf17)]

Ein DC Getriebemotor (z.B. Pollin) dreht eine Gewindespindel mit Mutter. 
Die spannt ein Seil zum Gegenstand. Das Ganze ist mittels Feder 
elastisch am Fixpunkt befestigt.
Wenn die Zugkraft nicht nur mittels Federwaage gemessen, sondern 
geregelt werden soll, entweder am Fixpunkt eine Wägezelle einsetzen, 
oder den Federweg (~Zugkraft) mittels Schiebepoti abnehmen und dem Motor 
automatisch nachregeln. (Prinzip wie in einem Modellbauservo)

[Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)]

Es fehlt die essentielle Angabe über den zurückzulegenden Weg deiner 
Anordnung.
Im Grunde ist es einfach. Nimm einen Stepper, koppele diesen an eine 
Trapezspindel. Daran einen Kraftsensor und der Rest ist 
Regelungstechnik.
Jede Materialzugprüfmaschine arbeite so.

[Ralf X. (ralf0815)]

Ove M. schrieb:
> Im Grunde ist es einfach. Nimm einen Stepper, koppele diesen an eine
> Trapezspindel. Daran einen Kraftsensor und der Rest ist
> Regelungstechnik.
> Jede Materialzugprüfmaschine arbeite so.

Aha.
Jede?
Du bist überzeugt?
Und deswegen muss das die einzig richtige Lösung sein?

[Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)]

Ralf X. schrieb:
> Ove M. schrieb:
>> Im Grunde ist es einfach. Nimm einen Stepper, koppele diesen an eine
>> Trapezspindel. Daran einen Kraftsensor und der Rest ist
>> Regelungstechnik.
>> Jede Materialzugprüfmaschine arbeite so.
>
> Aha.
> Jede?
> Du bist überzeugt?
> Und deswegen muss das die einzig richtige Lösung sein?

Ich hab dich auch lieb! Schlaf schön!

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Ove M. schrieb:
> Jede Materialzugprüfmaschine arbeite so.

Komisch. Wofür dienten dann bloß die Hydraulikzylinder, die 
Hydraulikpumpe, die Ventile, usw. bei der Maschine, mit der ich vor 
etlichen Jahren mal arbeitete? War das alles Tarnung für den 
Schrittmotor?

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Marco S. schrieb:
> Ich würde hier gerne ein wasserloses System nutzen

Natürlich kann man stattdessen auch wasserfreie Flüssigkeiten, z.B. Öl, 
verwenden. Oder massive Gewichte aus Metall oder Beton.

[Ralf X. (ralf0815)]

Ove M. schrieb:
> Ich hab dich auch lieb!

Glaube ich Dir nicht! *hihi

[Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann)]

Hallo zusammen,

Ralf X. schrieb:
> Marcel V. schrieb:
>> Schrittmotoren können in kleinen Schritten vorwärts und rückwärts
>> gesteuert werden. Eine Schnecke auf den Wellenzapfen treibt ein großes
>> Schneckenrad mit einem kleinen Seilwindendurchmesser an.
>
> Schrittmotoren sollen vorgegebene Schritte ausführen.
> Der TE möchte gerne steuerbare Drehmomente, wenn ich ihn richtig
> verstanden habe.

Beides richtig. Wenn man einen Schrittmotor mit Encoder und einen 
geeigneten Controller [1] nimmt, kann man das ganze auf Drehmoment 
regeln. In Verbindung mit einer passenden Seilscheibe ergibt sich daraus 
eine Zugkraft.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

[1] http://mechapro.de/pdf/DDS1_Flyer_DE.pdf

[BirnKichler S. (Firma: Papier & Knalltüten Manufaktur) (max707)]

Marco S. schrieb:
> Vielleicht habt ihr eine Idee.

Ja, nimm einen Balken und verschiebe ein Laufgewicht...

[Udo S. (urschmitt)]

Thorsten O. schrieb:
> Ralf X. schrieb:
>> Marcel V. schrieb:
>>> Schrittmotoren können in kleinen Schritten vorwärts und rückwärts
>>> gesteuert werden. Eine Schnecke auf den Wellenzapfen treibt ein großes
>>> Schneckenrad mit einem kleinen Seilwindendurchmesser an.
>>
>> Schrittmotoren sollen vorgegebene Schritte ausführen.
>> Der TE möchte gerne steuerbare Drehmomente, wenn ich ihn richtig
>> verstanden habe.
>
> Beides richtig. Wenn man einen Schrittmotor mit Encoder und einen
> geeigneten Controller [1] nimmt, kann man das ganze auf Drehmoment
> regeln. In Verbindung mit einer passenden Seilscheibe ergibt sich daraus
> eine Zugkraft.

Der TO will 150N Zugkraft. Bei einer Seilscheibe braucht man da schon 
ordentlich Drehmoment. Zusätzlich darf das Seil sich nicht mehrlagig 
aufwickeln, sonst stimmt eine fixe Umrechnung Zugkraft/Drehmoment nicht 
mehr.
Die tatsächliche Zugkraft zu messen dürfte die Regelung einfacher machen 
und bietet mehr mechanische Konstruktionsfreiheit (Zugspindel, 
mehrlagige Seilscheibe, Getriebe).

[Michael B. (laberkopp)]

Marco S. schrieb:
> Vielleicht habt ihr eine Idee.

Wenn du zwischen Antrieb und Gegenstand eine Zugfeder baust, reduziert 
sich das Problem auf eine Positionsänderung (mit zumindest 150N).

Da du vermutlich die gewünschte 'Längung' als Sollwert vorgeben willst, 
brauchst du noch nicht mal die sich ergebende Zugkraft zu messen, nur 
die Istlänge.

[Marco S. (hochfrequenz)]

Hier ist der Fragesteller:
Es muss die Zugkraft in 1N -Schritten eingestellt werden. Die  dabei 
entstehende Längung kann zur Regelung nicht herangezogen werden.Sie 
liegt typischerweise zwischen 4 und 8mm und wird z.a. vom Durchmesser, 
Form des Gegenstandes beeinflusst.

Die Lösung sollte möglichst automatisiert sein. Zugkraft steigern, dann 
wieder etwas entlasten, dann wieder steigern. Sehr simpel wäre ein 
Wasserkanister mit Füllstandssensor. Durch zu und abpumpen würde das 
Gewicht geregelt. Ich vetmute aber dass ich da wg. Unschärfe des Sensors 
gröbere Schritte als 1N habe.
Diese Funktion muss doch auch ohne Wasser/Flüssigkeit herstellbar sein. 
Eine Lösung ohne 100 Versuchsreihen oder Servomotor. Halt wie man so was 
1960 als automatischen Ablauf gebaut jätte.
a la MC Gyver :=)

PS: Servomotor schaue ich mir an, halte das aber für sehr 
anspruchsvoll..

[Udo S. (urschmitt)]

Marco S. schrieb:
> Es muss die Zugkraft in 1N -Schritten eingestellt werden. Die  dabei
> entstehende Längung kann zur Regelung nicht herangezogen werden.Sie
> liegt typischerweise zwischen 4 und 8mm und wird z.a. vom Durchmesser,
> Form des Gegenstandes beeinflusst.

Lese dir die Ideen doch mal in Ruhe durch.
Du musst die Zugkraft irgendwie bestimmen. Und du musst ziehen. Das sind 
die zwei Teilaufgaben.
Zugkraft bestimmen kannst du durch Schwerkraft 
(Eimer/Wasser/Umlenkung/Volumenbestimmung).
oder durch Eine Kraftmessdose
oder durch Messung der Längung einer Feder und Kenntnis der 
Federkonstante.
oder durch Messung/Vorgabe des Stroms in einem Motor und Umrechnung des 
Drehmoments auf Zugkraft.

Das ist halt alles nicht ganz trivial.

Deine geforderte Auflösung von 1:150N macht das auch nicht einfacher. 
Denn das fordert schon eine ordentliche Genauigkeit. Welchen Fehler 
lässt du denn beim Wert von 1N zu?
Wenn das eine Newton z.B. einen max. Fehler von 10% haben soll. dann 
muss die Bestimmung zumindest in dem Bereich einen max. Fehler von 
1/1500 haben, also mx. 0,66 Promille vom Maximalwert.

[Marco S. (hochfrequenz)]

Der Ansatz mit dem motorischen Verschieben eines Laufgewichts könnte ein 
Ansatz sein. Z.B. 1kg mit einem Servomotor auf einem Kraftarm verfahren. 
Lastarm kürzer. Das würde ich mir aktuell zum bauen eher zutrauen. 
Bauraum sollte aber auf 1m3 für diese Mimik beschränkt sein.

Marco

[Marco S. (hochfrequenz)]

wegen Nachfrage: Fehlertoleranz +/- 1N.

Steuerung um Servomotor auf Strecke zu verfahren schaffe ich. Motor 
ansteuern um über Stromfluss definierte Kraft zu erzeugen bekomme ich 
nicht hin.

Kraftmessdosen stelle ich mir auch nicht einfach vor und das wäre dann 
noch in minimale Bewegungen umzusetzen.

Daher gefällt mir das motorische verfahren eines Laufgewichts.

Marco

[Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann)]

Hallo Udo,

Udo S. schrieb:
> Thorsten O. schrieb:
>> Ralf X. schrieb:
>> Beides richtig. Wenn man einen Schrittmotor mit Encoder und einen
>> geeigneten Controller [1] nimmt, kann man das ganze auf Drehmoment
>> regeln. In Verbindung mit einer passenden Seilscheibe ergibt sich daraus
>> eine Zugkraft.
>
> Der TO will 150N Zugkraft. Bei einer Seilscheibe braucht man da schon
> ordentlich Drehmoment. Zusätzlich darf das Seil sich nicht mehrlagig
> aufwickeln, sonst stimmt eine fixe Umrechnung Zugkraft/Drehmoment nicht
> mehr.

Ja, und? Bei einer Seilscheibe mit r=50mm sind das 7,5Nm. Macht man die 
Scheibe kleiner, reduziert sich auch das Drehmoment entsprechend. 
Niemand hat gesagt, dass das mit einem Nema17 Motor aus der Grabbelkiste 
zu machen ist. Mit einem Nema34 Motor geht das durchaus.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

[Marco S. (hochfrequenz)]

Prinzipskizze Laufgewicht motorisch.

Das mit der unmittelbaren Kraftregelung über einen Servo wie Udo S. und 
Thorsten O. es beschreiben reizt mich. Da bräuchte ich aber ein 
realisiertes  Projekt als Orientierung.

Marco