Unwuchterreger / Isolation und was sonst noch dazugehört

[wlh70]

Hallo Zusammen,

heute möchte ich euch mal einen ersten Versuch eines Unwuchterregers aus Fischertechnik vorstellen.
Meine Motivation ist, einen Unwuchterreger so auszulegen, dass man ihn im Isolationsbereich betreiben kann. Dazu möchte ich später die entsprechenden Formeln, sowie den messtechnischen Beweis erbringen. Wir kennen diese Phänomen von der Waschmaschine, wenn wir mal Sportschuhe versuchen zu schleudern. Dann "wackelt" die Maschine am Anfang recht stark und mit zunehmender Drehzahl ist die restliche Schwingung auf ein erträgliches Maß reduziert. Isolationsbereich bedeutet, dass das Frequenzverhältnis zwischen Erregungsfrequenz und Eigenfrequenz größer als Wurzel 2 ist, dann befindet man sich im Isolationsbereich. Mit der Dämpfung des Systems bestimmt man den Isolationsgrad.
Kann man alles unter Schwingungsisolierung bei Wikipedia https://de.wikipedia.org/wiki/Schwingungsisolierung nachlesen.

Damit man auch was sieht, habe ich schnell mal ein Video hochgeladen. Der hellrote Punkt an der Wand ist der Laserpointer, der die Bewegung etwas veranschaulichen soll.
https://youtu.be/DHXvmHYUVBY

Ist alles nichts Neues, aber es macht trotzdem Spaß sich damit zu beschäftigen

Ansicht rechts

image001.jpg (114.65 KiB) 9876 mal betrachtet

Ansicht links

image002.jpg (114.56 KiB) 9876 mal betrachtet

Schöne Grüße
Wilhelm

[PHabermehl]

Ha, das ist aber sehr schön gemacht.

Gruß
Peter

[steffalk]

Tach auch!

Und auch dieses Modell und die Mathematik dahinter wären prädestiniert für einen ft:pedia-Artikel

Gruß,
Stefan

[wlh70]

Hallo Stefan, hallo Peter,

Danke für das Lob und das es ein ft: pedia Artikel werden soll. Ehrlich gesagt hatte ich das auch schon vor, aber ich brauche noch ein bisschen Zeit. Als nächtes muss ich die Federkennlinien erst mal genau bestimmen und dann die Eigenfrequenz messen.

Gruß
Wilhelm

[Harald]

Sehr schöne Idee, und schön gemacht!

Ich kenne das Phänomen vom Autofahren über Kopfsteinpflaster. Die Frequenz der Schwingung (Rad an der Aufhängung im Federbein) wird durch die Größe der Pflastersteine und die Fahrgeschwindigkeit bestimmt. Je langsamer desto rumpel. Ab einem gewissen Tempo (nein, nicht Tempo 60 in der Fußgängerzone) wird das sehr ruhig. Man hat dann aber auch kaum Seitenhalt und Bremswirkung, weil die Räder mehr fliegen als rollen.

Gruß,
Harald

[wlh70]

Guten Morgen Harald,

ja, auch das ist ein sehr gutes Beispiel für Schwingungsisolation bzw. Dämpfung/Tilgung. Das Thema Fahrwerksabstimmung ist sehr komplex und kann hier nicht so einfach mit Fischertechnik simuliert werden.

Ich möchte versuchen mit einfachen Beispielen die Thematik Schwingungen anschaulich darzustellen.

Schöne Grüße
Wilhelm

[chehr]

Tolle Idee,
wenn ich es recht sehe, sind im Model zwei statische Unwuchten eigebaut mit einem fixen frequenz offset definiert durch dein Getriebe.


Kannst du die Beschleunigungsdaten aufzeichnen, dann via FFT Analyse die Eigenfrequenzen ermitteln, oder ermittelt du das via dem Messgerät?

[wlh70]

Hallo chehr,

ja, das hast du richtig erkannt. Zwei statische Unwuchten über ein Getriebe verbunden, um möglichst hohe Drehzahlen zu erreichen.
Ich habe mittels Impulshammer-Methode mal die Systemeigenfrequenz gemessen.

Impulshammer Messgerät

image003.jpg (129.57 KiB) 9590 mal betrachtet

Bei den "blauen" Federn komme ich auf ca. 12,8Hz und bei den vier "schwarzen" Federn auf ca. 18Hz. Das wäre somit erst einmal logisch, da die schwarzen härter sind. Mit dem Ansatz "Omega=Wurzel(C/m)" passt das auch. Das Gewicht oberhalb der Federn beträgt 685g.
Die Grundsteifigkeit der Federn werde ich noch exakt ermitteln (Hysterese Messung). Bisher nur grob mittels Küchenwaage und definiertem Weg gemessen.

12,8Hz mit "blauen" Federn

image004.jpg (130.1 KiB) 9590 mal betrachtet

18,0Hz mit "schwarzen" Federn

image005.jpg (132.86 KiB) 9590 mal betrachtet

Gestern Abend habe ich versucht eine FFT zu machen, aber ich muss mich erst mal mit dem Programm dewesoft66 etwas mehr beschäftigen.
Mit dem Messgerät hatte ich nur die Stromaufnahme des Motors gemessen und komme so auf 0,7A. Laut Datenblatt für den XM Motor passt das noch.

Alles bisher ist nur "quick and dirty" gemacht worden. Für einen ft:pedia Bericht muss das etwas genauer gemacht werden, aber das kommt dann nach den ersten Grundsatzversuchen.

Schöne Grüße
Wilhelm

[steffalk]

Tach auch!

OT: Was hast Du denn da für eine Oszilloskop-Software (und Hardware)?

Gruß,
Stefan

[Pilami]

Sehr schöne Idee, und schön gemacht!

Ich kenne das Phänomen vom Autofahren über Kopfsteinpflaster. Die Frequenz der Schwingung (Rad an der Aufhängung im Federbein) wird durch die Größe der Pflastersteine und die Fahrgeschwindigkeit bestimmt. Je langsamer desto rumpel. Ab einem gewissen Tempo (nein, nicht Tempo 60 in der Fußgängerzone) wird das sehr ruhig. Man hat dann aber auch kaum Seitenhalt und Bremswirkung, weil die Räder mehr fliegen als rollen.

Gruß,
Harald

un ich kenne disen Effekt wenn man in Wüsten über Wellblechpisten fährt. Das funktioniert nur mit einer nrstimmten G_eschwindigkeit gut. zu langsam - zu viel gerumpel und zu schnell, keinen bodenkontakt mehr und das Auto schwimmt.

[wlh70]

Hallo Stefan,

es handelt sich um eine professionelle Industrie Hardware der Firma ROGA (ROGA DAQ2) mit der Software DeweSoft 6.67.
Besteht im wesentlichen aus einem primären Impulshammer mit Beschleunigungsaufnehmer und einem sekundären Beschleunigungsaufnehmer. Damit kann man mit der Modalanalyse die sogenannte FRF (Frequence-Response-Function) durchführen.
Somit kann man alle schwingfähigen Systeme auf Eigenfrequenzen untersuchen.

Im Netz findet man unter den Begriffen FRF Modalanalyse, Impulshammer weitere Informationen.

Das Thema Schwingungsmessung kann mitunter sehr komplex werden und ich versuche nur einen kleinen Teil daraus mal verständlich auf ein ft Modell zu übertragen.

Ich hoffe, das hilft schon ein wenig.

Schöne Grüße
Wilhelm

[wlh70]

Guten Abend Zusammen,

heute habe ich mich mal an die Arbeit gemacht und eine kleine Vorrichtung zur Messung der Federsteifigkeiten gebaut. Eine viertel Umdrehung entspricht in etwa 0,75mm, wenn die Steigung der Schnecke 3mm beträgt.

Messvorrichtung

image006.jpg (108.23 KiB) 9364 mal betrachtet

Eigentlich müsste man das ganze mit Alus bauen oder mit den Maker Beams, die ich aber derzeit in der Menge nicht habe. Das ganze ist aber trotzdem steif genug, um mit einer hinreichenden Genauigkeit die Messungen durchzuführen.
Das Diagramm der statischen Federsteifigkeiten durch die Kunststofffedern sieht wie folgt aus:

Steifigkeitsdiagramm

Steifigkeitsdiagramm.jpg (38.83 KiB) 9364 mal betrachtet

Aus der Steigung habe ich mit festen x-Werten nochmal einen Mittelwert gebildet. In jedem Fall ist aber das heraus gekommen, was ich vorher schon erahnt habe - die schwarze Feder ist steifer als die blaue Feder. Bei der grauen hatte ich mich doch eher verschätzt, da es immer heißt diese wäre sehr weich. In jedem Fall ist trotz Messungenauigkeiten eine lineare Federkennlinie zu erkennen. Vielleicht muss ich mal eine Reihenmessung machen und die Streuung anschauen, dann wird vermutlich die Steifigkeit bei der z.B. blauen Feder zwischen 0,7 bis 1,0 N/mm liegen.
Aber hier geht es ja mehr ums Prinzip, als um exakte Messergebnisse. Mit meiner einfachen Küchenwaagenmessung hatte ich für die blaue Feder 0,7N/mm ermittelt und für die schwarze ca. 2,3N/mm. Okay, das sind jeweils ca. 20% daneben Und wenn ihr euch jetzt fragt Küchenwaage??? Ja, ich hatte vorher den max. Federweg bis zur Blocksituation gemessen und dann kurz vorher mir das Gewicht notiert welches ich für die Stauchung bis kurz vor Block benötige. Aber mit der jetzigen Vorrichtung bin ich schon ganz zufrieden.
Wie geht es jetzt weiter?
Als nächstes habe ich mal die Masse meines Unwuchterregers oberhalb der Federn gemessen und komme auf 685g. Das ergibt rein rechnerisch mit dem Ansatz Omega=Wurzel (C/m) eine Eigenfrequenz von ca. 11-12Hz und das finde ich auch mit meiner Impulshammermethode.

Fortsetzung folgt...

Lieben Gruß
Wilhelm

[atzensepp]

Hallo Willhelm,

Ich bin begeistert von Deiner Messanordnung und der Linearität der Schraubenfedern.

Man könnte zur Plausibilitätsprüfung die Federkonstante aus der Federgeometrie und den Materialeigenschaften ausrechnen.
In Abschnitt 3 von folgender Versuchsanleitung ist eine Formel angegeben:
https://gpr.physik.hu-berlin.de/Skripte ... ien/F4.pdf

Einige mechanische Eigenschaften von Nylon (Polyamid) sind dort angegeben:
http://www.nilit.com/polynil/appfiles/N ... lature.pdf

Leider habe ich keine FT-Feder. Sonst hätte ich die mal ausgemessen und gerechnet.

[wlh70]

Hallo Florian,
mit der Berechnung der Federkonstante bin ich noch nicht drauf gekommem (zwar bekannt), aber es dürfte auch ein wenig schwierig werden, weil der Drahtquerschnitt nicht rund ist. Er sieht zwar optisch so aus, aber im Querschnitt eher quadratisch mit einseitig runden Ecken. Sonst könnte man solche Federn spritzgusstechnisch nicht herstellen.
Das Problem mit der Rechnung sind auch die Materialmodelle, weil das Torsionsmodul auch nur über exakte Materialmodelle bestimmt werden kann. Wenn man hier wieder nur mit Annahmen rechnet, bekommt man am Ende auch noch kein exaktes Ergebnis.
Ich hatte schon mal überlegt, einen sehr stabilen Rahmen aus Alustangen zu bauen und dann per Schrittmotor über eine Schnecke exakt den Weg zu steuern und per RS232-C die Daten aus dem Messgerät auszulesen (Schnittstelle ist vorhanden). Aber das wäre ja schon ein neues eigenständiges Projekt, aber mit einen TXT oder ftduino müsste das ja gehen, oder? Vielleicht hat ja jemand Lust da mit einzusteigen?

Gruß
Wilhelm

[Harald]

Hallo,

Der Wassergehalt im Kunststoff dürfte da auch noch reinspielen. Vielleicht mal zwei Exemplare (schwarz / blau) ausgiebig baden und dann noch mal messen.

Gruß,
Harald

[wlh70]

Hallo Harald,
du hast völlig recht, die Konditionierung der Kunststoffe spielt ebenfalls eine Rolle bei der Erstellung des Materialmodells. Oftmals sind z.B. Festigkeitswerte oder Dehnungen im konditionierten und unkonditionierten Zustand angegeben. Da gibt es durchaus bis 20% Unterschied. Wenn ein Bauteil ausreichend beschrieben ist, also Dimensionen und Material bekannt sind, wird in der Praxis das Materialmodell gefittet, das man für ähnliche Konstruktionen (hier z.B. eine längere Feder, oder dickerer Drahtdurchmesser) eine bessere Vorhersage machen kann.
Da wir das Material derzeit nur erraten können, werde ich vorerst diesen Ansatz nicht weiter verfolgen.

Zu deinem Vorschlag mit dem "baden" dauert das bei Raumtemperatur recht lange. Mal schauen ob ich das vielleicht mal mache. Ich vermute aber, dass Ergebnis geht in der Messungenauigkeit meines Aufbaus verloren.

Schöne Grüße
Wilhelm

[wlh70]

Guten Abend,

nachdem ich mich nun etwas mehr in die Analyse Software eingearbeitet habe, möchte ich euch ein kurzes Video vorstellen, auf dem ein Hochlauf des Unwuchterregers mittels FFT Analyse zu sehen ist.
https://youtu.be/sqpWIh-v3IU
Alles noch nicht schön formatiert und arrangiert, aber ich glaube, die Messkette und Auswertung funktioniert schon mal ganz gut. Hier muss man aufpassen, das man mit den ganzen Einheiten nichts verkehrt macht. Man kann im rechten Bild auf dem Laptop in dem Kästchen die Amplitude sehen, welche bei ca. 11Hz höher ist (Eigenfrequenz) und bei der Enddrehzahl bei ca. 26Hz deutlich niedriger ist. Im oberen Diagramm ist die FFT dargestellt, im mittleren der Signalrecorder und im unteren Diagramm der Scope.

Schönen Gruß
Wilhelm

[atzensepp]

Hallo Wilhelm,

das ist schon sehr professionell, was Du da machst.
Schon fast eine kleine Forschungsarbeit.

Florian

[steffalk]

Tach auch!

Boah ist das G...RANDIOS! Du _musst_ das bitte ausführlich in einem Artikel erklären!

Gruß,
Stefan

[wlh70]

Hallo Stefan,
ich glaube, dass wird dann wohl ein längerer ft:pedia Artikel oder vielleicht gleich in mehreren Teilen planen, um auch ein paar Grundlagen zu erklären. Alles was ich bisher gemacht habe ist nur ein wenig spielen, um zu schauen, ob das alles Sinn macht. Ich denke aber, es macht Sinn. Werde mir mal eine Gliederung aufbauen, damit ich nicht den Überblick verliere.

Gruß
Wilhelm