Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

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atzensepp
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Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

Beitrag von atzensepp » 10 Mai 2022, 22:33

Hier ein kleines Proof of Concept Nebenexperiment auf der Suche nach einem Getriebeschalter mit Elektromagneten.

Der ft-Elektromagnet ist recht schwach und kann nicht viel ziehen.
Eine bedeutende Kraftverstärkung kann man mit dem Winch-Prinzip erreichen. Um die Federn zu spannen ist eine relativ große Kraft im Seil notwendig, die über eine kleine Winch mit 6 Windungen erzielt wird. Die Winch verstärkt die schwache Zugkraft des ft-Elektromagneten. Wenn alles gut einjustiert ist, bekommt man einen Hub von 6 mm mit großer Zugkraft, die vollkommen ausreichend ist um z.B. Getriebe zu schalten. Der Motor braucht dabei nicht schnell zu laufen. Unterste Motorleistung (ca. 20%) reicht aus.

Der Kraftverstärker arbeitet proportional: Die Auslenkung der Stange kann über den Strom durch den Elektromagneten gesteuert werden.
Winch-Kraftverstaerker
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geometer
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Re: Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

Beitrag von geometer » 11 Mai 2022, 08:53

Prima! Ich habe schon viel mit Spills experimentiert (siehe u.a. allererste ft:pedia „Drehmomentverstärker”), aber auf die Idee, die Zugkraft des E-Magneten zu verstärken, bin ich noch nicht gekommen.

Der Mitnahmeeffekt bei Spills steigt übrigens exponentiell mit der Umwicklungslänge. Wenn man empfindliche Kraft- oder Drehmomentverstärker damit bauen will, betreibt man sie am besten mit 2-3 Seilwindungen. Statt der Seiltrommel eignen sich auch gut Felgen 30 oder Felgen 45. Dann braucht man weniger Windungen bei gleicher Länge --> höhere Empfindlichkeit, schnellere Reaktion. Will man eine möglichst lineare Verstärkung, so sollte das Seil möglichst inelastisch sein (Leinenzwirn). Aber Linearität ist ja bei deiner Anwendung erst einmal kein Kriterium.

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Re: Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

Beitrag von fishfriend » 11 Mai 2022, 20:07

Hallo...
Ich bin mir nicht ganz sicher.
Ich meine mich erinnern zu können, dass es verschiedene Elektromagneten gab, also mit verschiedener Anzahl der Wicklungen.
Ich meine da gab es mal ein Zetelchen in einem Kasten.

Ich gebe zu, ich hab es noch nicht ganz verstanden um was es geht. Gibt es noch eine weitere Steuerung?
Den Begriff "Spills" hab ich noch nie gehört. Gibt es dazu noch mehr Infos? Google"Spills" liefert nichts brauchbares.
Mit freundlichen Grüßen
fishfriend
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geometer
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Re: Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

Beitrag von geometer » 11 Mai 2022, 20:21

Ein Spill ist ein Verstärker für Zugkräfte. Er besteht aus einer sich drehenden Trommel, um die mehrere Windungen eines Seils gewickelt werden. Am einen Ende hängt die zu bewegende Last, am anderen Ende steht der Aktor. Meist ein Mensch, der an seinem Ende zieht. Dadurch wird das Seil an der Trommel stramm und die Trommel nimmt das Seil mit. Sobald der Aktor wieder locker lässt, entspannt sich das Seil um die Trommel und der Mitnahmeeffekt nimmt ab. Siehe

https://de.wikipedia.org/wiki/Spill
https://ftcommunity.de/ftpedia/2011/201 ... 2011-1.pdf, S. 9

Und hier ein aktuelles Modell im Einsatz:
https://www.youtube.com/watch?v=X3zPazfIPGk
Man kann deutlich sehen, wie die Kraft des Fahrers verstärkt wird, wenn er seinen Geländewagen mit dem Spill aus der Matsche zieht.

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Re: Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

Beitrag von MasterOfGizmo » 11 Mai 2022, 23:04

Ich finde die Beschreibung als Kraftverstärker irreführend. Auf die Kraft "am Seilende" kommt es m.E. gar nicht an, solange sie gross genug ist, Haftung auf der Winsch (sorry, Spill) zu erzeugen.

Das merkt man m.E. ganz nett, wenn man eine unter Zug stehende Schot langsam über die stehende Winsch ablaufen lässt. Das läuft dann nicht sanft, sondern ruckartig, weil die Schot entweder haftet oder rutscht. Aber ein Zwischending "langsam rutschen" gibt es zumindest da nicht. Aber das ist m.E. auch erwartbar, da die Haftreibung m.E. immer über der Gleitreibung liegt. Oder nicht?
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Re: Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

Beitrag von geometer » 11 Mai 2022, 23:15

Hallo MoG,
MasterOfGizmo hat geschrieben:
11 Mai 2022, 23:04
Ich finde die Beschreibung als Kraftverstärker irreführend....

Das merkt man m.E. ganz nett, wenn man eine unter Zug stehende Schot langsam über die stehende Winsch ablaufen lässt. Das läuft dann nicht sanft, sondern ruckartig, weil die Schot entweder haftet oder rutscht. Aber ein Zwischending "langsam rutschen" gibt es zumindest da nicht. Aber das ist m.E. auch erwartbar, da die Haftreibung m.E. immer über der Gleitreibung liegt. Oder nicht?
Ein Spill ist bei wenigen Windungen ein linearer Kraftverstärker. Siehe die Referenzen in meinem ft:pedia-Artikel. Oder besser noch einfach mit wenigen Bauteilen ausprobieren!

Oder besser noch hier: https://engineeringstatics.org/Chapter_ ... ction.html
und hier: https://en.wikipedia.org/wiki/Capstan_equation

Capstan ist der englische Begriff für Spill.

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Re: Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

Beitrag von geometer » 11 Mai 2022, 23:57

Oben habe ich aber an einer Stelle Murx geschrieben: Beim Verstärkungsfaktor kommt es nicht auf die umschlingende Seillänge, sondern auf den Umschlingungswinkel an. Der Verstärkungsfaktor beträgt e^(\mu \phi), wobei \mu der Reibungskoeffizient und \phi der Umschlingungswinkel ist. Also zum Beispiel bei zwei Windungen 4π = 720°.

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Re: Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

Beitrag von MasterOfGizmo » 12 Mai 2022, 07:03

Aber irgendwann muss doch zum Beispiel das Seil "springen", sonst würde es doch langsam auf der Rolle zur Seite laufen. Genau dann muss sich doch kurz sämtliche Haftreibung lösen, und das Seil wieder in die Mitte rutschen.

Wie kann die Kraft in dem Moment weiterhin linear sein?

Bei einer Winsch oder Ankerwinde legt man ja eher mehr Windungen. Vielleicht kommt es daher, dass man das nicht mehr als linear wahrnimmt
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Re: Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

Beitrag von geometer » 12 Mai 2022, 08:47

MasterOfGizmo hat geschrieben:
11 Mai 2022, 23:04
Das merkt man m.E. ganz nett, wenn man eine unter Zug stehende Schot langsam über die stehende Winsch ablaufen lässt. Das läuft dann nicht sanft, sondern ruckartig, weil die Schot entweder haftet oder rutscht. Aber ein Zwischending "langsam rutschen" gibt es zumindest da nicht.
Ich weiß nicht, wie viele Windungen du da auf der Trommel hast. Die Verstärkung nimmt exponentiell mit dem Umschlingungswinkel zu. Du kommst da sehr schnell in den Bereich von Verstärkungen von 100.000 und mehr. Das ist dann natürlich wie ein gesättigter Verstärker in der Elektronik, sprich du bist bei einem bistabilen Verhalten ---> Kippstufe statt Audio-Verstärker.

Deshalb habe ich ja auch von wenigen Windungen geschrieben.

Das Seil rutscht tatsächlich eigentlich immer auf der Trommel. Dass es physikalisch ein "langsames Rutschen" durchaus gibt: Probiere es mit wenigen Windungen aus! Das gibt es natürlich auch bei vielen Windungen, nur ist der Übergangsbereich zwischen „locker” und „sehr fest” aufgrund der sehr hohen Verstärkung sehr klein.

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Re: Zugkraftverstaerker fuer ft-Elektromagnet

Beitrag von MasterOfGizmo » 12 Mai 2022, 09:29

geometer hat geschrieben:
12 Mai 2022, 08:47
Ich weiß nicht, wie viele Windungen du da auf der Trommel hast.
Meistens soviel wie geht, was bei den üblichen Fallen und Schoten dann so 5-6 Wicklungen sind. Und die Oberfläche der Winsch ist extra aufgerauht. Tatsächlich willst Du an der Stelle ja auch maximale Verstärkung, weil Du a) am Ende der Schot ggf. niemanden hast, dessen Kraft du verstärken willst. Du machst das alleine durch die Winsch. Und b) sind die Kräfte, die das Segel ausübt extrem. Wenn da zuviel über die Winsch hinaus übrig bleibt tust Du Dir ggf. sehr weh. Das dürfte bei einer Ankerwinde ähnlich sein. Technisch ist eine Winsch ein Spill (da besteht Wikipedia ja auch drauf), aber in der Realität ist die Anwendung dann doch nicht das, was ihr hier beschreibt.
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