Aus Holz (MDF) soll eine Bahn in Form einer (Co)Sinuswelle ausgeschnitten werden.
Länge, n knapper Meter, je nach Variante.
Darauf werden passend gebogene Eisenstangen (4mm) als Schienen befestigt.
Zum Zwecke, dass eine Stahlkugel (48mm, 450g) darüber rollen kann.
Und das soll sie endlos machen!
Meine Idee ist es, in den beiden Bergen (Maxima) einen Elektromagneten einzulassen,
und diesen so zu schalten, dass er die Kugel im richtigen Moment anzieht, damit sie es über den Berg schafft.
Frage 1: Was für ein Magneten eignet sich dafür?
Es gibt diese günstigen (10-15€) Haltemagneten mit einer Haltekraft von 3-8kg.
Diese gilt aber nur für den Fall, dass sich Metall und Magnet berühren.
Um den richtigen Moment für das Einschalten zu finden, muss der Controller wissen, wo die Kugel ist.
Frage 2: Was gibt es für unsichtbare Methoden, um die Position zu bestimmen?
Induktive Sensoren sind leider recht lang, daher müsste die Holzkonstruktion höher werden, als gewünscht. Außerdem bekäme ich nur diskrete Werte, kontinuierlich wäre schöner, da vielleicht noch Licht ins Spiel kommt.
Das Messen des Widerstandes von linke Schiene - Kugel - rechte Schiene hab ich versucht, aber zumindest mit meinem Multimeter ist das zu ungenau.
Vielleicht ist es ja gar nicht notwendig mehrfach zu messen, denn die Laufzeit bleibt ja gleich.
Frage 2: Was gibt es für unsichtbare Methoden, um die Position zu
bestimmen?
Eine Kamera, die von oben draufschaut. kann "unsichtbar" positioniert werden.
Vielleicht ist es ja gar nicht notwendig mehrfach zu messen, denn die
Laufzeit bleibt ja gleich.
So ist es: du musst lediglich immer an der selben Stelle die Magneten für eine bestimmte Zeit einschalten. Wenn du es schlau machst, kannst du unter den Elektromagneten einen Permanentmagneten kleben und dann die von der Kugel induzierte Spannung zum Triggern des Spulenstroms nehmen.
Suche nach "Ewiges Pendel Schaltplan" Denn nicht anderes ist das, was du da hast, nur eben ein wenig in die Breite ausgedehnt.
Aus Holz (MDF) soll eine Bahn in Form einer (Co)Sinuswelle
ausgeschnitten werden.
Ein Tipp: lass den Cosinus rechts und links noch um (fast) den halben Kugeldurchmesser weitergehen, dass der Kugelschwerpunkt bis (fast) ganz nach oben kommt.
Du kannst der Kugel den nötigen "Schubs" übrigens auch einfach beim
Durchqueren jedes "Tals" mitgeben.
Da ist weniger Material vorhanden, um den Magneten zu verstecken. Daher
rein aus Interesse, wie kann denn ein Magnet eine Stahlkugel abstoßen?
Auch für den Rest deiner Antwort vielen Dank.
Wenn die Stahlkugel selbst ein Magnet ist oder zumindest einen (Stab)Magneten enthält? Damit liest du per Reedkontakt auf dem Berg die Position aus und triggerst nach der Laufzeit x den Elektromagneten im Tal kurz nach dem Durchlauf der Kugel. Das schubst sie auf der anderen Seite hoch. Dazu müssen der Durchmesser der Kugel und die Bahnlänge natürlich zueinander passen sonst wäre der Stabmagnet nicht an der richtigen Stelle.
Daher rein aus Interesse, wie kann denn ein Magnet eine Stahlkugel
abstoßen?
Gar nicht.
Das Pendel wird beim üblichen "ewigen Pendel" nicht abgestoßen, sondern bekommt "kurz vor unten" noch einen zusätzlichen Anziehungs-Schubs. So ähnlich willst du das auch machen. Nur eben oben. Letztlich ist es aber völlig egal, wo die Kugel diesen "Energieschub" bekommt: oben, beim runterrollen, unten oder auch beim hochrollen.
Vielleicht kann man sich auch etwas bei alten Flipper Automaten abschauen...
Ggf. kann es auch sinnvoll sein in der beschleunigungsspur einen Magneten zu setzen und nicht am Maximum. Ich würde der Kugel tendenziell immer eher noch einen "mit geben" statt sie "anziehen" zu wollen...auch wenn dass mehr Magneten bedeutet...
Beim Flipper gibts ja auch Bumper... und diese Dinge sind in der Regel alle elektromechanisch...
Ich kann nicht sagen warum, aber mir kam sofort in den Kopf das als Uhr zu bauen, also Kugeln so zu steuern dass sie sich als Uhrzeit ablesen lassen - hat aber nicht viel hiermit zu tun...
Gruß
DS
Auch die Kugel Balanciermaschinen (siehe bei ca, 5 min des Videos) kamen mir wieder in den Sinn...
Anziehung bleibt Deine Option:
Als Trigger ginge z.B. eine Reflexlichtschranke (CNY-70 / ITR9904), die registriert das Vorbeilaufen der Kugel und kann fast unsichtbar verbaut werden: Nur zwei kleine Äuglein unter der Bahn.
~7x7mm für den CNY, ~11x4mm für den ITR: Hinkriegbar.
WO (Berg/Tal) die Elemente Sensor/Ziehspule dann jeweils montiert werden müsste probiert werden, und der Rest (SEN-Verzögerung ./. MAG-Anziehdauer) wäre dann eine schöne Aufgabe für einen kleinen Controller, da würde bereits der Geringste reichen...
Kein Platz, unsichtbar soll's auch sein, etc. Luft überbrückt hat leichter ein paar Millimeter mehr. Kaum aufwand, keine Elektronikkenntnisse nötig, leicht zu montieren und justieren. Ein paar Düsen verteilen und gut is das.
Schau die die Unterlagen für den Flipperautomat "Geteway_High_Speed II" auf https://www.ipdb.org/search.pl?any=Getaway+high+speed&search=Search+Database&searchtype=quick#1000
an.
Dort ist das Accelerator Board dokumentiert. Es werden die Kugeln durch drei hintereinander angebrachten Spulen beschleunigt. Die Posizion wird durch Lichtschranken abgefragt, die Steuerung ist auf dem Treiberboard enthalten.
Kein Platz, unsichtbar soll's auch sein, etc. Luft überbrückt hat
leichter ein paar Millimeter mehr. Kaum aufwand, keine
Elektronikkenntnisse nötig, leicht zu montieren und justieren. Ein paar
Düsen verteilen und gut is das.
Das Gute an Kompressoren/druckluft ggü. der Elektronik ist ja, dass das total lautlos arbeitet, sich total miniturisieren lässt und dazu noch 100%ig genau steuern lässt...
Stichwort ist Gaußgewähr. (Coilgun)
Die Luftspulen von Visaton sind da optimal.
Teuer aber gut.
https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/visaton_sp-spule_0_68_mh_0_6mm-37750
Wenn man das richtige Timing trifft geht das auch ohne Lichtschranke.
Sogar mit dem 555.
Vernünftige Mosfets gibt’s ja mittlerweile auch.
Damals war das alles schwieriger.
Frage 1: Was für ein Magneten eignet sich dafür?
Es gibt diese günstigen (10-15€) Haltemagneten mit einer Haltekraft von
3-8kg.
Die Rollreibung einer Stahlkugel ist ja sehr gering,
deshalb braucht nur wenig Energie zugeführt werden.
Also so starke Elektromagnete brauchst du deshalb
dafür nicht. Mach den Antrieb wie beim ewigen Pendel.
Meine Idee ist es, in den beiden Bergen (Maxima) einen Elektromagneten
einzulassen,
Wenn Du das machst nimm einfach die Spule samt Eisenkern aus alten oder neuen Relais.
Relais sind ja mittlerweile preiswert.
Muss man halt rausfummeln und den Eisenkern absägen.
Wenn Du das machst nimm einfach die Spule samt Eisenkern aus alten oder
neuen Relais.
Ich habe jetzt mal einfach zwei Magnete bestellt: https://www.amazon.de/gp/product/B08NYDWHVQ
Sollen 8kg halten, bei 12V. Was mich wundert ist die geringe Leistung von 1,5W.
Mit 20mm Höhe würde ich sie ungerne im Tal einbauen, damit die Welle schmal bleiben kann.
Die Idee mit den Relais ist gut! Vielleicht komme ich drauf zurück,
falls ich doch mehr als zwei Magnete brauche.
Wenn das ausartet wirds ne Railgun...
Wobei das auch cool wäre, denn dann könnte die Kugel frei bewegt werden.
Was in dem Video: https://www.youtube.com/watch?v=a38cbwMucg0&t=630
noch vielleicht zu erahnen ist, dass die Kraft der Magneten sichtbar ist.
Ich hoffe der Effekt wird nicht ersichtlicher, durch größere Ampliutuden.
Ich sehe bei geschickter Platzierung der Komponenten gar keinen Bedarf
für einen "Controller".
Auch schon überlegt, bzw war das der erste Gedanke: Eine Art Reed-Relais zieht an, wenn die Kugel über es rollt und startet den Magneten.
Aber da soll ja noch bewegtes Licht rein, daher doch Controller.
Ich hoffe, dass ich nichts entscheidendes Überlesen habe und mache mich mal an einen Prototypen.
Nachdem es gestern im Baumarkt kein MDF in der Restekiste gab (und heute Sonntag ist) schnitze ich mir mal etwas Styropor zurecht.
Was es im Baumarkt aber gab, waren zwei 1,5mm starke Kohlefaserstäbe. Und ich hofte, dass damit die Positionsbestimmung über Widerstandsmessung klappen würde. Aber auch wenn die einen deutlich höheren Widerstand als die Stahldrähte haben, bekomme ich mit dem Multimeter keine konstanten Messungen raus. Vielleicht ist der Kontakt von Kugel zu C-Stab einfach zu unstetig. (Kugel poliert und entfettet, hat aber kleinen Makel. C-Stab ist vorsichtig angeschliffen und entfettet).
Ansonsten würde ich es mal mit nem AMS1117 versuchen, der ist genauer und vor allem schneller als mein Multimeter.
Gruß und schönen Sonntag
Kolja
P.S. Links zu Youtube kann ein Timestamp angehängt werden:
Hab nun nicht alles gelesen…
Ich würde die Kugel mit einem magnetischen Impuls anziehen, wenn sie das Tal durchläuft. Den E-Magneten kannst du dann im Winkel etwas anpassen, so dass die maximale Wirkrichtung entsteht. Bauraum wäre dann ja unter dem Wellenberg. Detektiere mittels Hallsensor, wenn sich die Kugel in der Nähe (vor) des E-Magneten befindet. Dann kommt der Impuls. Der muss natürlich kurz genug sein, um nur für eine Beschleunigung zu sorgen um sie nicht gleich wieder abzubremsen. Stromstärke und Pulsbreite sind die Parameter, die du auf dein Problem anpassen musst. Das geht mit MC aber auch einfach mit analoger Technik. Je nachdem, was du bevorzugst.
Nachtrag, Sehe gerade… Hallsensor geht wohl eher nicht. Stattdessen Reflexlichtschranke.
Ich habe jetzt mal einfach zwei Magnete bestellt:
https://www.amazon.de/gp/product/B08NYDWHVQ
Sollen 8kg halten, bei 12V. Was mich wundert ist die geringe Leistung
von 1,5W
Da sollten dann gut 100W für gut 100kg (10kg/W) sein, wobei da vermutlich noch einiges an Sicherheit verbaut ist, da er ja auch immer einen Schuh löst und dann der andere auch die dynamische Bewegung mit halten muss.
Daher sollten die 8kg/1,5W ca. 5kg/W als Angabe in Ordnung sein.
Ich fürchte, dass diese Form ungeeignet ist, weil die Feldlinien direkt von einem Pol zum anderen gehen. Also vom äußeren Ring nach innen. Schon in 3 mm Abstand ist wahrscheinlich kein Feld mehr.
Ich würde die Kugel mit einem magnetischen Impuls anziehen, wenn sie das
Tal durchläuft.
Ist eigendlich vollkommen egal wo die Kugel ihren Schups bekommt,
sie hat ja kinetische Energie und läuft eine Weile ohne Antrieb.
Bergauf verliert sie kinetische Energie, bergab bekommt sie die
wieder zurück. Es braucht ja nur so viel Energie zugeführt werden
wie durch die Rollreibung verloren geht.
Ich fürchte, dass diese Form ungeeignet ist, weil die Feldlinien direkt
von einem Pol zum anderen gehen. Also vom äußeren Ring nach innen. Schon
in 3 mm Abstand ist wahrscheinlich kein Feld mehr.
Jo, glaube ich auch. Aber irgendwo muss ich ja anfangen 😇
Es braucht ja nur so viel Energie zugeführt werden
wie durch die Rollreibung verloren geht.
Wie oben geschrieben, sind sekundäre Anforderungen (Anzahl der Magnete und das Aussehen der Welle) der Grund, warum ich es erstmal mit der ungünstigsten Position versuchen möchte.
Evtl. könnte man sogar die Spule für den induktiven Näherungssensor und für den Elektromagneten in einer Spule vereinen.
In unserem ehemaligen Thread kannst du Dir ggf. Anregungen holen, wie man mit einer Spule, einem Kondensator, ein paar Widerständen und nur 3 Transistoren einen wunderbaren Oszillator baut, den man als Näherungssensor verwenden könnte:
Es sind keine Eisen-Schienen montiert, nur eine Nut in das Styropor
geschnitten.
Da sieht man an den ganz erheblichen Reibungsverlusten. Denn das, was du an "Anschubsenergie" am Anfang und später zuführst, ist ganz beträchtlich. Wenn diese "Impulse" mit Magnetismus erzeugt werden sollen, dann brauchst du pfundige Magente.
Bin ganz zufrieden
Ich wäre zufriden, wenn ich die Kugel am Anfang losrollen ließe, und sie es fast schaffen würde, da komplett durchzufahren.
Oder Andersrum: ich wäre zufrieden, wenn die Reibungsverluste so gering wären, dass es ausreichen würde, wenn die Bahn auf einer Seite um 5mm angehoben wird, und die Kugel dann durchläuft, ohne überhaupt irgendwie "angeschubst" zu werden.
Das, was du da hast, ist ewig weit davon entfernt.
Die Kugel muss an mindestens zwei Punkten beschleunigt werden, nämlich
einmal im linken und einmal im rechten rot markierten Bahnabschnitt.
Nicht unbedingt, kommt auf die Reibung, etc. an.
Aber die Auslöseschaltung für den Magnetimpuls muss wissen, aus welcher Richtung die Kugel kommt.
Damit sind mindestens zwei Sensoren notwendig.
Die Kugel liegt an den beiden Umkehrpunkten höchstens so hoch wie die
Gipfel der beiden mittleren Hügel, kann diese aus eigener Kraft also
nicht erreichen. Man könnte die Enden der Bahn natürlich etwas anheben,
um diese Problem zu umgehen (s. Anhang,grüne Linie). Da reicht auch ein
einzelner Beschleunigungspunkt in der Mitte der Bahn.
Generell darf man es mit der Beschleunigung nicht übertreiben, da sonst
die Kugel über das Ende der Bahn hinausschießt.
Als Bastelprojekt ...
Warum dann nicht gleich mit 2 Spulen je Tal und jeweils 3 Reflexlichtschranken?
Dann kann die Kugel idealerweise aus dem Stand hochgeschaukelt werden ...
Steht und fällt mit der Reibung und eventuellen Unwuchten der Kugel / Unebenheiten der Bahn. Aber bei vernachlässigbarer Reibung ist die notwendige Energie minimal. Sauber gearbeitet könnte es gehen.
Kugel müsste aber wohl fix sein (Größe/Material). Am Anfang nach fixem Schema hochschaukeln. Sobald die beiden äußeren Lichtschranken getriggert werden auf die Regelung umschalten.
Aber insgesamt einiges komplizierter als das ewige Pendel.
Generell darf man es mit der Beschleunigung nicht übertreiben, da sonst
die Kugel über das Ende der Bahn hinausschießt.
Richtig. Bahn insgesamt eher parabelförmig oder die Enden hochziehen.
Die 6,4cm Höhenunterschied halte ich aber für zuviel. Das sind mehr als 1m/s Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Berg und Tal.
1,5cm oder weniger wären da passender.
Selbst wenn man die Kugel an den Enden per Magnet abbremsen kann wirds nicht schön flüssig aussehen.
BTW, ich warte auf die Lieferung der Magnete und kann daher nichts machen, außer mir Gedanken:
1: Eigentlich müssen die Magnete ja gar nicht ein- sondern abgeschaltet werden.
Also Dauer-An und nur aus, damit die Kugel nicht "hängen" bleibt.
(Ich gehe von dem optimisten Fall aus, dass nur ein Magnet pro Hochpunkt (zwei) benötigt wird.
2: Wenn der Elektromagnet aktiv ist, dann ändert sich doch die Stromaufnahme, sobald die Kugel sich nähert.
Reicht das nicht aus, um als Sensor zu fungieren?
Also mal Nägel mit Köpfen...
Keine Sensoren nur eine Spule und ein wenig Elektronik...
https://www.mikrocontroller.net/attachment/394039/L1050004_-_4.png
Die Schaltung ist in meiner Pendeluhr verbaut und läuft und läuft ...
Klar den "Schub's" müsste noch verstärkt werden.
Ein Versuch mit Modelleisenbahnschinen und einem Modelleisenbahnwagen
wäre schnell gemacht.
Ev. mach ich's Interessehalber.
Also mal Nägel mit Köpfen...
Ein Versuch mit Modelleisenbahnschinen und einem Modelleisenbahnwagen
wäre schnell gemacht
...
Ev. mach ich's Interessehalber.
Top, mach mal 😃
Deinen Schaltplan habe ich auf Anhieb aber leider nicht verstanden.
Für mein Zweck bleibe ich bei dem Controller, da dieser evtl. noch Licht regeln (oder steuern?) soll.
Doch doch, aber falls (!) die Magneten stark genug sind...
Erstmal abwarten.
Habe jetzt aus Zeitgründen nicht alles gelesen.
Aber Du kannst die Elektromagnete auch überbestromen.
(Gibt es das Wort?)
Den vierfachen oder sechsfachen Strom sollte nichts ausmachen.
Mehr als eine Sekunde für das Schubsen brauchst Du ja nicht.
Der Vorteil ist, dass Du kleine E-Magnete verwenden kannst.
Je nach Platzbedarf.
Das geht natürlich nur wenn der Innenwiderstand der Spule klein genug ist.
Musst Du dann ausrechnen.
Ich weis nicht welche Betriebsspannung zur Verfügung steht.
Wäre jetzt aber mal nicht das Schlechteste gewesen. Nicht umsonst habe ich die Einschaltdauer wiederholt erwähnt.
Den vierfachen oder sechsfachen Strom sollte nichts ausmachen.
Weil die Spannung an dem Magneten für erhöhten Strom ebenfalls erhöht werden muss, gilt hier über den Daumen die Propotionalität zu I²t: bei 4-fachem Strom muss die ED auf 1/16, bei 6-fachem Strom gar auf 1/36 der laut Datenblatt erlaubten ED reduziert werden.
Die 6,4cm Höhenunterschied halte ich aber für zuviel. Das sind mehr als
1m/s Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Berg und Tal.
Hatte die Rotationsenergie vergessen (solange die Kugel rollt und nicht rutscht). Sind damit nur 0,95m/s Differenz zwischen Berg und Tal bei 6,4cm Höhenunterschied (sqrt(0,0649,8110/7) statt sqrt(0,0649,812)).
Bei 1,5cm sinds noch 0,46m/s Differenz.
Mit Hohlkugeln wäre die Geschwindigkeitsdifferenz kleiner und entspannender anzusehen.
Grundsätzlich funktioniert hochschaukeln natürlich auch mit nur 1 E-Magnet je Tal, solange der etwas versetzt von der Sohle montiert ist.
Ich würde da erst mal mit ner Relaisspule aus so nem China-Arduino-Relaismodul und einem einzelnen Tal probieren. Die dürften grob 10-12mm lang sein und Durchmesser eher weniger. Wenn sich damit sichtbar was bewegen lässt sollte es auch für die ganze Bahn passen.
Bei der ganzen Sache immer auch die Laufschienen im Blick behalten. Je nach Geometrie und Permeabilität läuft das Magnetfeld eher durch die Laufschienen zur Kugel und der Wirkbereich wird dadurch deutlich länger und der Gradient schwächer.
Kann man natürlich auch ausnutzen / experimentieren und:
Magnet senkrecht einbauen, Unterseite des Kerns an den Seiten magnetisch mit den Laufschienen verbinden
Kern quer einbauen und beide Seiten magnetisch mit den Schienen verbinden
Laufschienen aus Edelstahl (kaum ferromagnetisch) und zusätzliche "Kufen" für die Magnete
Laufschienen aus Edelstahl (kaum ferromagnetisch) und verschiedene Kerne / Magnetgrößen / Magnetausrichtungen probieren
...
Spannend wäre bestimmt auch das ganze nicht nur für Stahlkugeln zu bauen... Wenn die Reibung minimal ist könnte die Energiezufuhr auch durch gezielte Verformung der Laufschiene erfolgen. Blech quer unter den Schienen und dann per Magnet ziehen. Aber vielleicht nicht mit Laufschienen aus Stahl.
Die Laufschienen selbst vielleicht auch nicht als Sinus, sondern so, dass der Mittelpunkt der Kugel den Sinus beschreibt. Aber das muss man sich am Ende nochmal ansehen.
Hatte die Rotationsenergie vergessen (solange die Kugel rollt und nicht
rutscht). Sind damit nur 0,95m/s Differenz zwischen Berg und Tal bei
6,4cm Höhenunterschied (sqrt(0,0649,8110/7) statt sqrt(0,0649,812)).
Bei 1,5cm sinds noch 0,46m/s Differenz.
diese Rechnung stimmt auch noch nicht. Die Kugel soll nicht einfach rollen, sondern auf 2 Schienen laufen. D.h. dass die Umfangsgeschwindigkeit größer als die Fortbewegungsgeschwindigkeit ist. Die Rotationsenergie hängt davon ab, wie weit die Kugel zwischen den Schienen "einsinkt".
Macht man den Abstand er Schienen im Tal größer als auf dem Berg, könnte man erreichen, dass die die Fortbewegungsgeschwindigkeit oben größer ist als unten.
diese Rechnung stimmt auch noch nicht. Die Kugel soll nicht einfach
rollen, sondern auf 2 Schienen laufen. D.h. dass die
Umfangsgeschwindigkeit größer als die Fortbewegungsgeschwindigkeit ist.
Stimmt. Gar nicht dran gedacht.
Bei 90 Grad "Öffnungswinkel" der Auflageflächen sinds aber auch nur 41% mehr Umfangsgeschwindigkeit. Sind dann sqrt(0,0649,8110/9)=0,84m/s.
Viel mehr Öffnungswinkel wird man für den händischen Aufbau nicht haben wollen.
Macht man den Abstand er Schienen im Tal größer als auf dem Berg, könnte
man erreichen, dass die die Fortbewegungsgeschwindigkeit oben größer ist
als unten.
Spannend wärs bestimmt in Richtung 170 Grad "Öffnungswinkel" zu gehen. Da macht dann minimal mehr Breite schnell die doppelte Umfangsgeschwindigkeit.
Fällt bei Berg-/Talfahrt auch nicht auf, dass die Kugel etwas weiter einsinkt.
Mit ner massiven Kugel klappt das Beschleunigen im Tal bei 1,5cm Höhenunterschied vmtl. noch nicht. Mit Hohlkugel sollte es gehen.
Allerdings dürften die Reibungsverluste bei so hoher Öffnung schwierig werden. Bei 90 Grad Öffnung ist die Normalkraft 141%/2 der Gewichtskraft. Bei 170 Grad Öffnung sinds 1147%/2. Sobald sich da irgendwas minimal verformt klemmt die Kugel.
Ich vermute das braucht dann schon recht exakte Fertigung und optimale Oberflächen. Sobald es rutscht klappt das ganze ja nicht mehr.
Das ist aber schon sehr viel einfacher, nur ein Sensor und eine Beschleunigung notwendig. Aber danke für den Link, habe mir das Ding mal aus USA bestellt (das Original, nicht einen CN Nachbau!!)
Wave64.png
(92 KB)
Wave28.png
(89 KB)
