Flexure-Konstruktionen

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atzensepp
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Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 28 Jan 2021, 20:20

Fischertechnik ist von Natur aus flexibel.
Man kann aus der Not eine Tugend machen und Flexure-Konstruktionen ausprobieren.
Ich wollte verstehen, wie der Verschiebemechanismus in dem Versuchsaufbau für ein Michelson-Interferometer der Uni Freiburg funktioniert:

https://www.experimente.physik.uni-frei ... bild02.jpg

Ich habe es nicht genau verstanden. Meine Vermuting ist, dass die Konstruktion in etwa so ist
Flexure_1.jpg
Flexure_1.jpg (161.12 KiB) 4647 mal betrachtet
Begeistert bin ich auch von dem Beitrag von Dan Gelbart auf Youtube dazu:
https://www.youtube.com/watch?v=PaypcVFPs48

Evtl. wäre das mal einen FT-Pedia-Artikel wert.

edit: Tippfehler im Link korrigiert
Viele Grüße
Robin

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PHabermehl
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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von PHabermehl » 28 Jan 2021, 21:25

atzensepp hat geschrieben:
28 Jan 2021, 20:20
Evtl. wäre das mal einen FT-Pedia-Artikel wert.
Da gebe ich Dir Recht. Die Einladung zum Einreichen ging ja schon an Dich, da kann ich mich nur noch mal wiederholen.

Gruß
Peter
https://www.MINTronics.de -- der ftDuino & TX-Pi Shop!

viele Grüße
Peter

juh
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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von juh » 28 Jan 2021, 21:28

Spannendes Thema und sehr interessant, danke für den Link. Hier eigentlich OT, aber ist offenbar auch im 3D-Druck ein beliebtes Thema.

Ich kannte bisher nur compliant mechanisms, wie verhalten die sich zu Flexure-Konstruktionen? Für mich als Laie sieht das zumindest eng verwandt aus?

vg
Jan

atzensepp
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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 07 Feb 2021, 19:28

Dieses Modell einer Flexture-Konstruktion hat hohe Beweglichkeit in Längsrichtung bei geringer Abweichung in den Quer-Richtungen
Linear_Flexture.jpg
Linear_Flexture.jpg (143.06 KiB) 4452 mal betrachtet

atzensepp
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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 12 Feb 2021, 20:19


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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 10 Apr 2021, 15:03

Bei den Kugelspielen für den Schreibtisch, bei denen man die Impulserhaltung ansehen kann sind die Kugeln jeweils an zwei Fäden aufgehängt. Damit lassen sich exakt geführte Bewegungen der Kugeln erzwingen. Dieses Prinzip in Verbindung mit Flexures führt zur folgender "prismatischen Schaukel".
Prism_Flexure2.JPG
Prism_Flexure2.JPG (122.73 KiB) 4024 mal betrachtet
Mit dieser Dreiecks-Flexure-Kostruktion kann man sehr exakte verkippungsfreie Verschiebungen bis ca 1 cm realisieren.
Als Flexure-Elemente habe ich mal wieder die Trennblätter verwendet. Wichtig wie bei allen Flexure-Aufbauten ist eine stabile Lagerung und Fixierung auf der Grundplatte.

Über eine Fein-Asteuerung mit einem Getriebe oder einem Hebelmechanismus muss ich mir noch Gedanken machen.

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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 16 Apr 2021, 22:16

Habe jetzt eine Lösung für den Drive-Mechanismus mittels Hebel.
Prismatische Flex-Schaukel - Rückseitenansicht mit Mikrometerschraube
Prismatische Flex-Schaukel - Rückseitenansicht mit Mikrometerschraube
Prism_2.JPG (125.62 KiB) 3920 mal betrachtet
Prismatische Flex-Schaukel - Vorderansicht
Prismatische Flex-Schaukel - Vorderansicht
Prism_1.JPG (103.39 KiB) 3920 mal betrachtet
Die Mikrometerschraube kann man natürlich auch durch einen FT-Schneckenantrieb ersetzen.

Das weiter verbesserte Gebilde lässt mich hoffen, dass man die Linearverstellung mit Schritt- oder Encodermotor elektrifizieren kann.
Die Einstellung des Spiegels erfolgt durch
- links-rechts: Drehung der Grundplatte 8-) und
- rauf-runter: Verschiebung der schwarzen Statikstrebe in der Mitte

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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 19 Jun 2021, 19:10

Hier ein Folded-Beam Prism-Flexure aus Standrad-ft-Teilen mit einem Verstellbereich von 3cm
Hollywood-Swing-Flexure.
Hollywood-Swing-Flexure.
Prism_Flexure_V2b.jpg (72.67 KiB) 3601 mal betrachtet
Folded-Beam hat 2 Vorteile:
1. Kein Höhenversatz bei Verschiebung
2. größerer Verstellbereich
Ein weiterer Vorteil ist, dass man eine Plattform hat, auf der man bequem Aufbauten montieren kann.
Ein Nachteil ist ein ein Torsionsfreiheitsgrad um den oberen Balken (Hollywood-Schaukel-Mode), der aber für meinen Anwendungszweck toleriert werden kann

Die Justierbarkeit ist wieder gegeben. Man justiert erst die äußeren Federn, indem man oben am Beam drückt und die Aufnahmen verschiebt.
Wenn das ok ist justiert man die inneren Federn indem man an der Achse drückt und die inneren Aufnahmen verschiebt.
Die S-förmigen Verbiegungen der Innen- und Außenfedern kompensieren den Höhenversatz
Die S-förmigen Verbiegungen der Innen- und Außenfedern kompensieren den Höhenversatz
Prism_Flexure_V2c.jpg (62.55 KiB) 3598 mal betrachtet

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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 02 Jul 2021, 21:55

Und hier die "Linear Folded Flexure Beam Prism Suspension Stage"
Prism_Flexure_V4.jpg
Prism_Flexure_V4.jpg (56.71 KiB) 3461 mal betrachtet
Die Verwindungs-Steifheit der Plattform und des oberen Stabs ist wichtig, daher die Sandwich-Bauweise.
Ein kleiner Nachteil ist eine kleine Einschwingzeit.

Es wäre interessante, das jetzt mal mit Metall-Schienen zu bauen.

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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 04 Jul 2021, 20:11

Mit der FEM-Workbench von FreeCAD lassen sich Verbiegungen modellieren und visualisieren:
Flexure.png
Flexure.png (96.94 KiB) 3375 mal betrachtet
Ich bin der Anleitung aushttps://www.youtube.com/watch?v=aHVD02RtwTg gefolgt.

atzensepp
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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 17 Feb 2023, 23:02

Ein Kreuz-Feder-Lager für fischertechnik:
Cross-hinge2.jpg
Cross-hinge2.jpg (67 KiB) 1412 mal betrachtet
Cross-hinge1.jpg
Cross-hinge1.jpg (71.03 KiB) 1412 mal betrachtet
Zur Theorie und Berechnung siehe:
https://www.researchgate.net/publicatio ... ral_pivots

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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 17 Feb 2023, 23:58

Und hier die FreeCAD-FEM-Simulation des Bauteils. Farbcde: Displacement-Y
FreeCAD FEM-Simulation
FreeCAD FEM-Simulation
FEM-Kreuz-Federlager.PNG (111.45 KiB) 1400 mal betrachtet
Und hier die Von-Mises-Spannung:
FreeCAD FEM-Simulation (von Mises)
FreeCAD FEM-Simulation (von Mises)
FEM-Kreuz-Federlager-von-Mises.PNG (105.31 KiB) 1395 mal betrachtet

juh
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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von juh » 18 Feb 2023, 11:53

Hi Florian,

sehr coole Sachen wieder mal von dir. Irgendwie bespielst du hier deine ganz eigene Kategorie, angewandte Grundlagenforschung mit ft, oder so. :geek: Lädst du die FreeCAD-Quelldateien irgendwo hoch?

Ich hatte letztes Jahr, vermutlich angeregt von dir, auch mal kurz was probiert, eine compliant Alternative zum Gelenkwürfel 15. Hat im Ansatz schon funktioniert, war allerdings recht schwergängig und zu spröde.

Screenshot_20230218_105154.png
Screenshot_20230218_105154.png (154.97 KiB) 1337 mal betrachtet

Diese Workbench sieht jedenfalls sehr interessant aus. Kann man da nachträglich Modelle mit analysieren oder müssen die beim Entwurf bereits bestimmte Bedingungen erfüllen?

vg
Jan

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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 18 Feb 2023, 13:19

Hallo Jan,

der "flexurale" Gelenkwürfel sieht sehr gut aus. Die Flexibilität hängt ab von Material, Dicke der Flexures, Prozesstemperatur und Druckrichtung.
Ich hatte früher perlweißes EPR InnoPET verwendet. Das gibt es nicht mehr. Das angeblich gleiche Nachfolgeprodukt ist leider deutlich spröder oder es hat sich bei mir was geändert (Lagerung des Filaments?)
Inzwischen drucke ich ein PETG-Filament von Polymaker, das ganz flexibel ist.
Meine Favoriten sind:
- Material PETG, (PLA geht nicht, da zu spröde)
- Prozesstemperatur: so hoch wie möglich
- Auflösung: 0.1mm
- Dicke: 1-1.2 mm
- Füllgrad: 100%
- Druckrichtung: Fasern parallel Druckebene

FEM-Workbench: Geht auch mit bestehenden Modellen. Du brauchst erst mal einen FEM-Container. Am besten mal das oben verlinkte Video ansehen.

Grüße
Florian

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Re: Flexure-Konstruktionen

Beitrag von atzensepp » 19 Feb 2023, 13:37

STL- und FreeCAD-Datei von dem Flexure sind zu finden auf:
https://www.thingiverse.com/thing:5863460

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