"Kipppunkt"- Projektvorhaben

Hallo liebe community,

Ich habe folgendes Projekt- Vorhaben:

Ich will ein großes Pendel bauen, das mit Hilfe eines Elektromotors langsam nach oben gezogen wird. Irgendwann erreicht es den Kipp- Punkt und begibt sich in den freien Fall. Dann soll das Pendel eine Zeit lang schwingen können, bis es wieder langsam vom Elektromotor nach oben gezogen wird und schließlich wieder den Kipppunkt erreicht. ( Siehe Skizze/ Prinzip und Skizze/ Bewegungsablauf)

Ich möchte, dass das ganze Gestell in Bewegung versetzt wird, wenn das Pendel nach dem freien Fall schwingt, dabei soll es aber so gesichert sein, dass es nicht umfallen kann. Welche Form sich am Ende des Pendels befindet ist noch ziemlich offen, es wird aber eine ausgehöhlte Form aus Holz sein. Die groben Maße und das geschätzte Gewicht des Pendels seht Ihr auf Skizze/ grobe Maße.

Ich brauche vermutlich eine Art Getriebe um so eine langsame kräftige Drehbewegung hinzukriegen. Außerdem muss das Getriebe über eine Art Leerlauf verfügen damit sich das Pendel in den freien Fall begeben kann und anschließend schwingen kann.

Kennt irgendjemand ein Gerät, dass nach einem ähnlichen Prinzip funktioniert, wo man sich die Mechanik abschauen könnte oder welches man vielleicht sogar auf dem Schrottplatz findet und sie sich ausbauen könnte? Oder hat jmd. mal ein ähnliches Projekt, mit ähnlicher Mechanik in irgendeinem Forum im Internet gesehen? Oder kennt jemand ein anderes Forum, das für elektromechanische Fragen dieser Art besser geeignet wäre? Vielleicht kennt ja auch jmd. eine Firma/ AnsprechpartnerIn, die einem beim Lösen einer solchen Aufgabe helfen könnte.

Über Eure Ratschläge würde ich mich sehr freuen!
Herzliche Grüße Leonardo

Als Lösung für die Kupplung schlage ich einfach einen Mitnehmer vor. Einen Achsparalellen Arm oder Zapfen der das Pendel hinaufdreht; wenn es aber über den oberen Nullpunkt kommt alleine nach vorne fallen kann. Zum nächsten Zyklus muß der Mitnehmer dann leer eine halbe Umdrehung machen.
Du weißt schon daß bei 1,5m und 20 kg der Motor ein Moment von fast 300Nm aufbringen muß. Das ist gar nicht wenig.

Gleichzeitig kann der Mitnehmer einen Enschalter oder Sensor betätigen damit der Motor oben stehen bleibt.

Damit das ganze Gestell mitschwingt muß entweder das Gestell elastisch sein oder auf Gummipuffer montiert sein. Es gibt Gummipuffer mit Gewinde. Die Basis muß aber solide gebaut sein und am Boden angeschraubt sein.

Grüße Uwe

Es gibt elektromechanische Uhrwerke bei denen (prinzipiell) das Pendel am tiefsten Punkt elektromagnetisch (berührungslos) beschleunigt wird.

Sogar mit einer ziemlich einfachen Schaltung.

Gruß Tommy

LeonardoFiando:
Kennt irgendjemand ein Gerät, dass nach einem ähnlichen Prinzip funktioniert, ...

Anschauliche Skizzen :smiley:

Spontan fällt mir der Antrieb eines Elektro-Fahrrades ein.

Hallo,

ich finde die Idee von Uwe super , einfach mit einem Hebel nach oben heben, bis etwas über senkrecht, dann fällt der Pendel von selber auf der anderen Seite wieder nach unten. Aber wozu willst Du 20 Kg nehmen ? Da musst Du unten an das Gestell 45Grad Knoten einbauen und das Ding mit 8mm Dübel auf dem Boden befestigen sonst fliegt Dir das Gestell weg. Ich würde mal von 2Kg ausgehen.

Heinz

@uwefed:
Genauso wie Rentner finde ich Deine Idee auch sehr gut! Ich habe das Prinzip des Mitnehmers auf einer Skizze veranschaulicht (Skizze/ Antrieb)

Gleichzeitig kann der Mitnehmer einen Enschalter oder Sensor betätigen damit der Motor oben stehen bleibt.

Ich denke, das muss garnicht sein. Es wäre ideal wenn die Schwingung des Pendels ungefähr so schnell oder schneller nachlässt als die Bewegung des Mitnehmers voranschreitet, sodass sich die beiden nicht in die Quere kommen und der Elektromotor sich kontinuierlich , langsam drehen kann.

Du weißt schon daß bei 1,5m und 20 kg der Motor ein Moment von fast 300Nm aufbringen muß. Das ist gar nicht wenig.

Das stimmt. Ich habe mal eine Installation in einer Ausstellung gesehen, da wurde eine große Stahlkonstruktion durch einen Elektromotor kontinuierlich gedreht. Dafür wurde ein Drehstrommotor benutzt. Ich bin mir nicht ganz sicher ob da auch ein Getriebe am Elektromotor verbaut ist ( Ihr seht den Antrieb der Installation unten im Anhang und auf der Skizze/ Antrieb ist gekennzeichnet was ich für ein Getriebe halte. Hier ist außerdem ein Link zu einem Video der Installation, die ich gesehen habe:
Baksteenfabriek - YouTube ) .

Auf jeden Fall gibt es zwischen dem Elektromotor und der Achse eine Übersetzung bestehend aus einem großen Rad (an der Achse) einem kleinen Rad ( am Elektromotor) und einem Keilriemen. Die Drehbewegung der Arbeit war relativ langsam, ungefähr so stelle ich mir das bei meiner Arbeit auch vor, aber noch langsamer, ungefähr um die Hälfte langsamer. Am besten wäre es deshalb wenn ich bei dem Elektromotor mit einem Frequenzumrichter die Drehzahl regeln könnte. Das ist bei einem Drehstrommotor ohne großen Kraftverlust möglich, oder?

Ich schätze, dass ich bei meiner Arbeit keinen Keilriemen nutzen kann, sondern eine Kette benutzen muss, weil der Keilriemen durchrutschen könnte. Seht ihr das genauso?
Den Antrieb würde ich wie bei der Installation befestigen, so ist man sehr flexibel was die Länge der Kette /bzw. die Kettenspannung betrifft. (Siehe Skizze/ Antrieb)

Ich frage mich jetzt gerade was das genau für ein Motor ist, der in der Installation verbaut ist, wo man so einen Motor herbekommt bzw. in welchem Gerät so ein Motor normalerweise verbaut ist. Hat da jemand eine Vermutung? Außerdem brauche ich eine Kette, Ritzel für die Übersetzung und vor allem muss das kleinere Ritzel auf die Welle des Elektromotors passen. Kennt jemand eine Adresse wo man diese Komponenten kaufen kann und sich gut beraten lassen kann?

@Rentner: Du hast mir neulich Schütze 24.com empfohlen und ich war von dem Kundenservice außerordentlich begeistert, ich habe eine Stunde mit einem Mitarbeiter geredet und eine super Beratung erfahren, so eine Firma suche ich für diese Komponenten auch!:slight_smile:

Herzliche Grüße Leonardo

Ein Getriebe ist dort nicht (unbedingt), denn dank des Riemenantriebs (oder besser einer Kette), hast Du ohnehin eine Untersetzung!
Bedien Dich am einfachsten bei einem ausgedienten Mountainbike an Ritzel, Kettenrad und Kette, dann kannst Du Dir die Über-/Untersetzung zusammenstellen.

Die Idee mit dem "Bügel"-Mitnehmer ist klasse! Denke da bedarf es ein bisschen timing, damit das Pendel beim Rückweg diese nicht anschlägt. Entweder stimmt man die Geschwindigkeit komplett darauf ab, oder man verlangsamt die Achse einfach gezielt um den oberen Totpunkt.

Wie schnell soll das denn laufen? Daraus kann man ja die Antriebsleistung ausrechnen. Ich kann mit vorstellen, daß ein (LKW- oder Bus-) Scheibenwischermotor an 12V oder 24V mit einer hohen Übersetzung durchaus ausreichen kann.

Hallo,

also wenn Du von den 20Kg und 1,5m ausgehst dann sind das 300Nm Drehmoment. Wenn die Kettenräder jetzt eine Übersetzung von 1:5 haben dann benötigt der Motor 60Nm Drehmoment. 1:5 bedeutet wenn das kleine Rad einen Durchmesser von 50 mm hat muss das Große 250 mm haben. Das ist also schon mit Kettenrädern vom Fahrrad gerade noch machbar.
Ein Drehstrommotor mit 1500U/min mit 5,5KW hat ein Drehmoment von etwa 35Nm. Nur damit du mal eine Vorstellung von Dem Motor bekommst. Es macht also in jedem Fall Sinn einen Getrriebemotor zu nehmen.

Dann kannst DU jetzt mal hier einen Motor suchen mit mehr als 60Nm https://www.elektromotorenmarkt.de/elektromotoren/BrowseCatalog__mit-Drehstrommotor.shtml?catsku=870

Heinz

1500rpm musst du wohl mindestens 100:1 untersetzen.
Dann muss der Motor auch nur noch höchstens 3Nm Drehmoment leisten.

themanfrommoon:
1500rpm musst du wohl mindestens 100:1 untersetzen.
Dann muss der Motor auch nur noch höchstens 3Nm Drehmoment leisten.

Hallo,

ja auf sowas läuft es hinaus, allerdings wir das mit steigendem i schneller teuer. Ich könnte mir sowas vorstellen. Gertiebemotor

oder den Getriebemotor

Umrichter wir dann nicht benötigt

was ich jetzt nicht geprüft habe ist die Fahrradkette 300Nm is da auch nicht ohne, sollte gefühlt aber gehen denke ich.

Also Asynchronmotore für 230V drehen entweder mit ca 2800U/Min oder mit ca1400U/Min (egal ob Drehstrom oder einfasig mit Hilfsphase).

Der Motor im zitierten Modell hat ein Getriebe (Rechteckiger Teil hinten am Motor)
Dann der Keilriemen
Dann noch das Gummirad am runden Ring wo die "Mülltonnen" montiert sind.

Bei Deinem Projekt ist die notwendige Drehzahl viel kleiner weil Du die Achse drehst. Um einen geeigneten Motor zu finden mußt Du mal die Drehzahl bestimmen /wählen. Bestimme die Pendelfrequenz. Dann die Übersetzung zwischen Motorachse und Pendelachse. Dann weißt Du welches Augangsdrehzahl der Motor haben muß und auch das Drehmoment. Billig wird das gange nicht. Bei dem Gewicht mußt Du schon alles stabiel bauen.

Grüße Uwe

Wenn das Pandel am oberen Totpunkt herunterfällt schwingt es auf der anderen Seite hoch und dann zurück. Die Amplitude beim zurückschwingen muß kleiner sein als der Mitnehmer in dieser Zeit weitergedreht hat. Ist die Amplitude größer als die Position des Mitnehmers knallt das Pendel an den Mitnehmer und dann geht es ziemlich schnell kaputt.

Laut Wikipedia Mathematisches Pendel – Wikipedia ist das Berechnen der Pendelfrequenz nicht so einfach. Vor allem ist es nicht einfach die Paramenter zu bestimmen damit man die Dämpfung bestimmen kann und das Pendel ausgependelt hat wenn der Mitnehmer am unteren Totpunkt angekommen ist.

Am einfachsten ist es sicher Du baust das Gestell und das Pendel. Dann läßt Du das Pendel schwingen und mißt die Schwingungsfrequenz und wielange das Pendel schwingt. Dann kannst erst die maximale Drehzahl des Motors/Übersetzung bestimmen.

Andererseits kannst Du bei zu schnellem Motor diesem im oberen Totpunkt für die nötige Zeit anhalten oder eine Rutschkupplung/Bremse zwischen Pendel und Pendelachse einbauen mit dem Du die Dämpfung einstellen kannst. Auch eine Wirbelstrombremse ist denkbar.

Grüße Uwe

Danke für Eure Antworten!

Bedien Dich am einfachsten bei einem ausgedienten Mountainbike an Ritzel, Kettenrad und Kette, dann kannst Du Dir die Über-/Untersetzung zusammenstellen.

Das ist eine gute Idee! Ich habe noch ein altes Fahrrad rumstehen bei dem ich nachschauen werde welche maximale Untersetzung damit realisierbar ist.

Um einen geeigneten Motor zu finden mußt Du mal die Drehzahl bestimmen /wählen.

Ihr habt Recht, ich muss entscheiden wie schnell sich die Achse drehen soll, an der Mitnehmer und Pendel befestigt sind. Die Drehzahl soll sehr langsam sein, ich habe bei meinem letzten Post vollkommen übertrieben was die Geschwindigkeit betrifft: Ca. 0,2 U/min wären ideal!

Als Zuschauer, soll man warten müssen, bis der Kipppunkt überschritten wird, es soll sich langsam eine Spannung aufbauen. Wenn das Pendel alle 5 Minuten den Kipppunkt überschreitet wäre das ein guter Zyklus. Bei einem Getriebemotor, der im Abtrieb eine Drehzahl um die 1 U/Min liefert, kann ich mit einer weiteren Untersetzung die 0,2 U/Min erreichen.

Es macht also in jedem Fall Sinn einen Getrriebemotor zu nehmen.

Ja das denke ich auch vor allem wenn man so eine geringe Drehzahl erreichen will wie ich!

Billig wird das ganze nicht.

Das stimmt! Dieser Motor hier ist meine Wunschvorstellung, kostet aber einfach mal 1300 Euro inkl. MwSt. Er hat eine Abtriebsdrehzahl von 0,61 U/Min, dementsprechend groß ist auch das Abtriebsmoment: 1810Nm.

KEB G53G22 DM63K4 - Stirnradgetriebe mit Drehstrommotor ++ EMM (elektromotorenmarkt.de)

Wie schnell soll das denn laufen? Daraus kann man ja die Antriebsleistung ausrechnen. Ich kann mit vorstellen, daß ein (LKW- oder Bus-) Scheibenwischermotor an 12V oder 24V mit einer hohen Übersetzung durchaus ausreichen kann.

Glaubt Ihr es gibt eine andere, billigere Möglichkeit eine so langsame Drehzahl der Pendelachse (0,2 U/Min) hinzubekommen als mit einem Getriebemotor wie in meinem Link?

Ich war heute auf dem Schrottplatz und habe nach einem Getriebemotor mit wenigen U/Min Ausschau gehalten. Das einzig Brauchbare was ich gefunden haben war das hier (Fotos im Anhang). Mit dem Getriebe liefert dieser Elektromotor 16,87 U/Min. Ist es möglich dieses Getriebe zu separieren und an einen anderen Getriebemotor zu basteln, sodass zwei in Reihe geschaltete Getriebe für eine sehr langsame Drehzahl sorgen, oder haltet Ihr das für schwierig bis unmöglich und würdet mir davon abraten?

Andererseits kannst Du bei zu schnellem Motor diesem im oberen Totpunkt für die nötige Zeit anhalten oder eine Rutschkupplung/Bremse zwischen Pendel und Pendelachse einbauen mit dem Du die Dämpfung einstellen kannst. Auch eine Wirbelstrombremse ist denkbar.

Ein Abbremsen des Pendels ist eine sehr gute Idee. Ich stelle es mir sowieso besser vor, wenn das Pendel nicht zu lange nachschwingt. Es muss ein relativ kurzes, energiereiches Entladen der potentiellen Energie sein mit nicht allzu langem Nachschwingen. Ich werde mal über Möglichkeiten des Abbremsens ( Rutschkupplung/ Bremse, Wirbelstrombremse) nachdenken. Danke für Deine Tipps!

@uwefed: Das ist eine gute Reihenfolge, die ich befolgen werde:

  • Gestell und Pendel bauen
  • Pendel Probe schwingen lassen
  • Schwingungsfrequenz messen und wie lange das Pendel schwingt
  • Übersetzung bestimmten
  • Drehzahl und Drehmoment des Motors bestimmen

Ich besitze übrigens dieses Gestell (siehe Rad und Gestell) und will aus dessen Material das Gestell für das Pendel bauen.

Herzliche Grüße Leonardo

Foto vom Getriebemotor, den ich auf dem Schrottplatz gefunden habe und Typenschild vom Getriebe:

Foto vom Typenschild des Elektromotors :

Moin, ein Zykloidgetriebe übersetzt sehr hoch in einer Stufe

Fotos vom Gestell aus dem ich das Gestell für das Pendel bauen will (Das Rad hat einen Durchmesser von ca. 2m, damit Ihr einen Größenvergleich habt):

Das funktioniert irgendwie nicht, obwohl es sich um ein jpeg. handelt, es kommt diese Fehlermeldung:

There was a problem during the uploading of Rad und Gestell.jpg.
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Due to an error, your attachment could not be uploaded. Please contact the forum administrator if this problem continues.

Ich probiere es später nochmal nachträglich einzufügen;)

Fotos vom Gestell aus dem ich das Gestell für das Pendel bauen will (Das Rad hat einen Durchmesser von ca. 2m, damit Ihr einen Größenvergleich habt):