Linearachsen mit Fischertechnik

[atzensepp]

Welche Möglichkeiten gibt es, längere Linear-Achsen mit Fischertechnik zu realisieren?

Prinzipiell sehe ich:
1. Zahnstangen und Hubgetriebe
2. Seilzüge
3. Schnecken

Wie kann man die Position messen und ggf. regeln. Am einfachsten sind Schrittmotoren.
Einen Selbstbau-Servo kann man mit Encodermotoren realisieren oder man kann die Länge auch mit einem Encoder-Strip (aus einem Drucker) aufnehmen. Eine weitere Möglichkeit für die Positionsmessung ist die Verwendung von Abstands-Sensoren (Time of Flight oder optische bzw. Ultraschall- Reflexions-Sensoren). Das hat den Vorteil, dass man die Position als Absolutwert misst und nicht erst eine Referenzfahrt machen muss. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass man herkömmliche Motoren einsetzen kann.

Ein aktuelles Beispiel für einen Seilzug-Aktuator mit Sharp-Abstandssensor:

Optischer Abstands-Sensor (Sharp)
(Der vorgesehene End-Schalter wird hier nicht benötigt)

PT2.JPG (1.41 MiB) 32100 mal betrachtet

Antrieb Seilzug-Aktuator

PT1.JPG (949.24 KiB) 32100 mal betrachtet

Seht Ihr noch weitere Optionen bzw. welche würdet Ihr empfehlen?

[juh]

Hallo Florian,

wir hatten das Thema schon ein zwei Mal, wenn ich mich richtig erinnere hatte Holger mal eine ähnliche Anfrage. Dabei hatte ich auch das schon mal gezeigt, das Projekt ist leider irgendwann stecken geblieben:

resized_DSC_0551.JPG (71.19 KiB) 32085 mal betrachtet

Die Variante mit XS-Motor/Rastachse klappte wunderbar, ist so aber nur manuell steuerbar. Ich hatte eine ganze Reihe Überlegungen zur Positionssteuerung durchgespielt, Quadraturencoder linear oder auf der Achse, Time of Flight Sensoren, Endlagenschalter/-lichtschranken/-Hallsensoren ... Time of Flight hatte sogar ganz gut im Test funktioniert, das war irgendein China-Modul. Ich hatte damals dämlicherweise den Drucker völlig falsch eingestellt, so dass die Toleranzen im Modell nicht stimmen.

Screenshot_20240906_190738.png (68.88 KiB) 32085 mal betrachtet

Diese Variante war für einen Mini-Stepper vom Typ 15BY25 mit 15mm gedacht, die fand man früher beim Ausschlachten von 3,5" Floppy-Laufwerken. Alleine wäre der aber viel zu schwach, es gibt sie aber auch mit Getriebe, dann nur entsprechend länger.

Von Lego gibt es übrigens verschiedene Linearantriebe ähnlicher Bauart, von denen man sich auch inspirieren lassen könnte.

Und dann wartet dieses Projekt schon ewig auf das Licht der Welt, ein kolbenstangenloser Pneumatikzylinder mit magnetischer Kupplung:

rodless cylinder iso.png (183.31 KiB) 32085 mal betrachtet

Der ist im Prinzip in der Länge unbeschränkt, Prototypen mit 25 cm und 50 cm funktionieren grundsätzlich. Das Projekt ist bei der Druckluftversorgung und Ventilsteuerung hängengeblieben, momentan also auch nur manuell steuerbar, Linearregelung war hier nicht angedacht.

vg
Jan

[fishfriend]

Hallo...
Ja, ab und zu denke ich auch noch darüber nach.
So als Variante könnte man auch ein Servo als Antrieb nehmen.
Zumindest hätte man dann die Position und, wenn man es richtig macht, auch die Endabschaltung.
Mein Ziel ist immer noch ein Kran und die Leiter der ft-Feuerwehr.
Mehrzügig über Schnecken wird zu breit - denke ich.
Man könnte aber z.B. eine Kombination von Schnecke und Hubstangen machen.
Um Unfälle zu vermeiden, könnte man Zahnräder federnd lagern. Man kann sich nicht einklemmen.
So würde auch bei einem Endanschlag der Motor weiterdrehen können.

Ich hatte auch mal über eine Hülse nachgedacht, die über der Schnecke beim XS Motor geseckt wird.
Ist halt die Frage, ob die ausleiert oder ob die ersetzbar gemacht wird.
Auch hier könnte der Motor bei Blockade weiterdrehen.
Es ist auch die Frage welche Schubgeschwindigkeit man möchte.

Für so einen Kran an einem ft-LKW kann ich mir gut die Lösung von Jan vorstellen. Dann kommt noch der Hub und das Drehen hinzu .
Mit freundlichen Grüßen
Holger

[geometer]

Hallo zusammen,

habt Ihr die Teile, die Detlef in einigen seiner Modelle so überzeugend eingesetzt hat, schon einmal gesehen? Die waren genau, schnell und ohne weiteres fischertechnik-kompatibel.

Vielleicht wäre das etwas für Euch?

Ich habe jetzt spontan nur das Foto von der Maker Faire 2023 gefunden:

https://ftcommunity.de/bilderpool/veran ... 023/49746/

Viele Grüße

Thomas

[geometer]

Hier sieht man Detlefs Linearantriebe besser:

https://ftcommunity.de/bilderpool/model ... 500/50231/

[Karl]

Hallo,
Getriebemotore in U-Form wären auch eine Möglichkeit.
Spindel am Motor mit kleinem Druckkugellager und die sog. Kolbenstange als Rohr mit
Gewindemutter in und am einen Zylinder.
Ob man die Endstücke in haltbarer Form als 3-D-Druck ausführen könnte, die 3-D-Druck-
Fachleute hier können es sicherlich beurteilen.
Mich selbst würde so ein Motor mit Getriebe in U-förmiger Konstruktion mit seitlich sich
befindlichen Motor nicht stören.
Es könnte sicherlich erforderlich sein die Spindel beidseitig im Zylinder am Zylinderboden mit Druck-Kugellager
zu lagern. Ob ohne Kugellager die von den Spindel-Axialkräften verursachte Lagerreibungen am
Getriebe problemlos aufgefangen werden, da bin ich mir nicht sicher.
https://eckstein-shop.de/Motion-Getriebemotoren
https://www.alibaba.com/product-detail/ ... 70625.html
Wenn man etwas runterscrollt werden diverse Motor-Getriebekombis angezeigt.

Mal ganz schnell einen Vorschlag gemalt.

Linear1.JPG (58.98 KiB) 31933 mal betrachtet

Zylinder Außendurchmesser nach Fischertechnik-Norm, 15 mm
Augendurchmesser 4 mm
Länge nach Bedarf, evtl. Baugruppe als Teilesatz.

[EstherM]

Hallo zusammen,
bitte guckt euch mal die von Thomas geometer schon genannten Modelle von Detlef Ottmann mit Linearantrieb an, bevor ihr hier weiter diskutiert. Einige Bilder dieser Linearantriebe sind mit dem Schlagwort "Linearantrieb" verlinkt: https://ftcommunity.de/schlagworte/linearantrieb/. Die Modelle sind ausführlich beschrieben.
Detlef war in den letzten Jahren bei vielen Veranstaltungen, wo man den Einsatz dieser Linearantriebe live und in voller Größe bewundern konnte. Ich hoffe, dass er auch bei der Messe in Leipzig und bei der Südconvention wieder mit diesen Modellen dabei sein wird.
Gruß
Esther

Schreibfehler korrigiert

[Karl]

Hallo Esther,
danke für die Hinweise.
Nur fehlen die Aufbau-Konstruktionsangaben für die Zylinder selbst. Ist ja nicht jeder so begabt, sich
die Zylinderkonstruktion vorzustellen. Da gibt es ja sehr viele Möglichkeiten.
Sind es selbstgebaute, als Auftrag gebaute oder seriengefertigte Zylinder auf den Bildern von H. Ottmann ?
Betreffend der Fischertechnik-Pneumatikzylinder. So ein Teilesatz von Fischertechnik zum Selbstbau
individueller Längen wäre schon mal nicht schlecht. Z. B. Kunststoffteile kann man kleben, Hülsen aus
durchsichtigem Kunststoff zum individuellen Ablängen sowe Kolbenstange zum Ablängen mit schon einseitig
angebrachtem Kolben. Großartige handwerkliche Fähigkeiten wären hier bestimmt nicht vonnöten, sind ja
simple Tätigkeiten.
Glaube, Hubzylinder mit elektr. Spindelantrieben wären auch kräftiger als die original Fischertechnik-Pneumatik-Teile.
Konstruktions-Ideen dienen auch als Diskussionsgrundlage betreffend Materialien und Ausführungen.
Gut, es gibt auch fertige Mini-Zylinder, gleich ob auf pneumatischer oder mechanischer Basis. Denke mal, die Preise
passen in den meisten Fällen nicht zum Hobby-Budget.

[chrischan]

Hallo,

das sind Antriebe von der Stange.
Beidseitig bereits mit Endschaltern.
Hub mit 30 mm, 60 mm, 100 mm...
Kosten fangen bei Stück ab 15€ an.
Die Aufnahmen haben ein 4mm Loch.
Ergo Top für fischertechnik.
Grüße
Christian

[juh]

Ja, Bezug z.B. von hier, intern vermutlich ein N20 Getriebemotor. Die Maße sind in der Tat ziemlich ideal, mir waren sie immer ein wenig zu teuer und mich reizte eher das selbst machen.



vg
Jan

[Karl]

Hallo Christian,
danke für die Info.
Kleinere Pneumatik-Elemente hatte ich auch schon im Blick. Mit Durchmesser 10 mm und 16 mm und diversen Längen.
Nur die Ausführungen, welche Detlef verwendet hat mit, meine abgeflachte Zylinderseiten zu sehen, habe ich noch nicht
gefunden.
Wäre es möglich den Link für den Vertrieb der "originalen Detlefschen Zylinder" zu erfahren ?
Die Endteile der Zylinder zur Ankopplung an Fischertechnik-Mechaniken wären das kleinere Übel.
Winderzeuger für evtl. etwas mehr Druck als Fischertechnik-Pneumatik und Micro- 3/2 Magnetventile für 24 V habe ich.

[Karl]

Hallo Jan,
danke für die Einstellung der Zylinder-Infos. Die Sache wird immer klarer.
Sind also doch elektrische Antriebe.
Na ja, so um die 15 € pro Zylinder, da hält sich der Preis einigermassen in Grenzen.
Selbstbau mit Getriebemotor usw. kommt wahrscheinlich letztendlich eher teurer.
Da hat sich mein davor liegender Beitrag erstmal in diesem Thread erübrigt.

[geometer]

Die Teile haben ja an beiden Enden Endabschalter. Eigentlich sollte man damit per Laufzeitsteuerung eine Position sehr genau anfahren können. Zumindest wenn man die Position von einem Ende in einem Rutsch anfährt. Inkrementell vermutlich nur mit Genauigkeitsverlusten.

[atzensepp]

Hallo Leute,

ganz herzlichen Dank für Eure Gedanken und Ideen zum Thema Linearantrieb. Ich freue mich über die rege Diskussion. Ein Fall für "Design Patterns for Fischertechnik" .

Jan:
Deine Variante mit XS-Motor/Rastachse ist sind sehr schick. Hast Du die STL-Dateien schon veröffentlicht? Ich würde sie gerne mal ausprobieren.
Die Länge ist natürlich etwas durch den Drucker begrenzt. Druckst Du die Teile horizontal oder Vertikal?
Die Pneumatik-Lösung mit magnetischer Kupplung ist der Wahnsinn! Auch wenn nur von Hand geschaltet ist das sehr interessant.
Evtl. kann man da was mit Servo-Pneumatik machen.

Holger:
Ein Servo als Antrieb: Die Modellbauservos, die ich kenne, sind nur für kürzere Hübe geeignet.
Für längere, Hübe bräuchte man Servos, die mehr Umdrehungen machen (Winch-Servos). Hast Du da welche im Sinn?

Thomas:
Detlef's Linearantriebe sind tatsächlich fast ideal für Fahrzeuge. Die Frage, ob Eigenbau oder Fertiglösung?
Zum Thema Längenmessung: Festo macht das mit magnetorestriktiven Wegaufnehmern. Ob man das selber bauen kann, bin ich mir noch nicht sicher.

Aber optische Messung mit Time of Flight oder Reflex-Sensoren liefern recht brauchbare Ergebnisse, wie Jan schon erwähnt hat und ich es auch ausprobiert habe (Siehe unten!)

Karl:
Tolle Prinzip-Zeichung! Sehr gute Idee, da man damit Baumarktprofilen und Gewindestangen vermutlich sehr lange (50cm?) Aktuatoren hinbekommen kann. Das müsste man noch mal genauer durchdenken und ausprobieren.

Christian:
In der Tat sind die von Dir verlinkten Fertigteile sehr interessant. Kannte ich noch nicht. Vom Preis her könnte man sich doch mal ein paar zulegen.
Hast Du schon welche ausprobiert oder hast Du vor, welche zuzulegen?


Ich bastel gerade mit einem Seilzug-Aktor rum, der mit viel Standard-Fischertechnik auskommt und den man gut skalieren kann (die Länge ist nur durch die verfügbaren Achsen, das Seil und den Bereich des Sensors begrenzt) Sie sind bei weitem nicht so kompakt, wie die Vorgestellten, aber für "stationäre" Modelle (also keine Fahrzeuge) und meinen "Anwendungsfall" schon brauchbar.

Dieser Linearkatuator kann mit jedem ft-Motor betrieben werden.

LA1.JPG (1.3 MiB) 31757 mal betrachtet

Hier von der Seite:

LA4.JPG (1.2 MiB) 31757 mal betrachtet

Als nicht-ft-Bauteile braucht man nur einen Sharp-Reflex-Sensor (hier ein Sharp 2Y0A21) und einen Microcontroller mit Motor-Ansteuerung (ich mache das aus Gewohnheit - und Ermangelung eines txt-Controllers - mit einem Arduino)
Der Aufbau erklärt sich von selbst. Wichtig ist die Spannvorrichtung, um das Seil immer auf Spannung zu halten.

LA3.JPG (1.25 MiB) 31757 mal betrachtet

Hier ist der Antrieb und der Reflex-Sensor zu sehen (Der Rückbau ist nur nötig, weil mein Sensor erst ab 6cm richtig funktioniert)

LA2.JPG (1.49 MiB) 31757 mal betrachtet

Geregelt wird mit einem simpelsten P-Regler (nix I, nix D). Die Werte des Reflex-Sensors müssen nach der Messung noch in Weg umgerechnet werden.

2Y0A21.png (27.85 KiB) 31757 mal betrachtet

Da immer ein absoluter Positionswert gemessen wird, sind Schwankungen der Seillänge beim Wickeln und Schlupf nicht so problematisch. Es können sich auch keine Fehlzählungen aufsummieren.

[fishfriend]

Hallo...
Zu den Servos und den Gedanken die ich mir dazu gemacht hatte.
Es ist ja das Zahnrad von einem kleinen Motor, was unten in der Schnecke steckt.
Im Grunde kann man da ein Servo nehmen.
Ich hatte mir mal Schiebepotis gekauft, um die, statt des eingebauten, zu nehmen.
Wie auch immer, ob nun einfach angebaut oder zerlegt innen im Kolben.
Man könnte auch Endschalter nehmen, um die Servos abzuschalten und dann die Gegenrichtung mit Dioden überbrücken.

Bei den Servos ging es erst einmal in der Sache um die kleine Bauform von Motor und Getriebe.
Eventuell kann man ja auch eine der ft Halterungen nehmen.

Auch mal die Idee Kolben mit mehreren Motoren, also einzeln ansteuerbare Stufen des Kolbens, hatte ich.
Bei echten Kränen (Kranen) gibt es das ja auch.
Mit freundlichen Grüßen
Holger

[juh]

Hallo zusammen,

erst mal noch Hut ab für deine Seilzugvariante, Florian, das macht wie immer viel Spaß anzuschauen, gerne würde ich das auch mal in Aktion sehen.

Witzig, weil man zuerst denkt, dass das wegen der Wicklungen ungenau wird, aber wie du schreibst erfolgt die Steuerung ja über die tatsächliche Strecke, nicht über den Antrieb. Ich hatte übrigens meine Tests mit einem VL53L0X (oder ähnlich, da gibt es ein paar Varianten) gemacht, der hatte nach meiner Erinnerung einen etwas geringeren Mindestabstand so um die 1-2cm, müsste man nochmal ins Datenblatt schauen.

Viele weitere Anregungen gibt es übrigens noch auf thingiverse unter linear servo/actuator zu finden:

https://www.thingiverse.com/search?q=linear+servo
https://www.thingiverse.com/search?q=linear+actuator

Darunter auch das hier, was glaube ich in Richtung von dem geht, was dir, Holger, vorschwebt. Ich hatte das mal als weitere Erweiterung des Mini Servo Systems im Auge, dann aber zugunsten der obigen Lösung nicht weiter verfolgt:



Übrigens sind m.E. die von thomas geposteten Aktuatoren von Detlef und die von Christian beschriebenen, zu denen ich Bezugsquelle und Datenblattauschnitt ergänzt hatte, identisch.

Der Linearantrieb mit Rastachsenanschluss ist nicht online, da stimmen wie gesagt die Toleranzen wahrscheinlich nicht, da ich die Testdrucke mit einem falsch kalibrierten Drucker gemacht hatte. Wenn du Lust hast, es auszuprobieren, kann ich es mal als work-in-progress mit Quelldatei hochladen. Kann sein, dass die aber erst repariert werden muss, da es damals noch keine Helix in PartDesign gab, was etwas anfällige workarounds erforderte.

lg
Jan

[steffalk]

Tach auch!

Nicht zu vergessen lange Statiklinien aus Trägern und Statik-Schienen, mit Antrieb wie auch immer - Seilzug, Kettenzug.

Gruß,
Stefan

[Karl]

Hallo,
man könnte ja das Prinzip der "Blech-Spielzeug-Feuerwehr-Drehleitern", meinerseits Erinnerungen aus besseren Zeiten, in zwei oder drei
runde Hohlkörper anwenden. Diese würden sich teleskopartig auseinandrschieben, bzw. zusammen-, na ja, auch schieben.
Was spricht dagegen ?
Florians Konstrukt, etwas abgewandelt, in Abflußrohren wäre ja auch schon mal ein optischer Fortschritt. Simuliert doch ein "Heavy Duty"-Projekt.

[juh]

Tach auch!

Nicht zu vergessen lange Statiklinien aus Trägern und Statik-Schienen, mit Antrieb wie auch immer - Seilzug, Kettenzug.

Gruß,
Stefan

Moment, du redest doch nicht etwa von einer Lösung nur mit ft? Kuriose Idee!

[Karl]

Hallo,
habe die Skizze, 06 Sep 2024, 21:21 Uhr, um einen unverbindlichen Vorschlag mit
freiem Spindelende am Zylinder ergänzt.
Natürlich müssen im 3-D-Druck hergestellte Teile entsprechend mit den Hohlkörpern
fest verbunden werden, z. B. Kleben.

Linear2.JPG (169.52 KiB) 31585 mal betrachtet

Edit Skizze unten: Statt "Spindel-Ensdstück A" soll es "Stangen-Endstück A" heißen,

Gerade nochmal bei einem Händler meines Vertrauens im Elektro-Netz nachgeschaut.
Es gibt tatsächlich Trapezgewinde-Spindeln mit 4mm Aussendurchmesser diverser Längen aus
Edelstahl mit passender Messing-Mutter, evtl. zeitweise POM-Mutter.
Link: https://gtech-shop.de/Trapezgewindespin ... lstahl-V2A
Kleiner Hinweis: Spindel und Mutter einzeln mit entsprechender Stückzahl pro Bestellung.
Muß man nur die entsprechenden Zylinder herstellen oder mit 3-D-Druck-Teilen adaptieren.
Warum sollte man so etwas nicht im Fischertechnik-System verwenden
Daß der Flansch der Spindelmutter womöglich zu groß ist..., kleiner geht irgendwie immer, größer nimmer.