Kraft eines Motors

miez · Anmeldungsdatum: 09.09.2004 Beiträge: 2 Wohnort: Lützelbach im Odw

Hallo,

bin mir jetzt nicht sicher ob es in Elektrotechnik gehört oder Mechanik...

Ich frag einfach mal:

Ich habe einen kleinen Motor, der natürlich mit Strom angetrieben wird.
Diesen will ich jetzt in einen Excenter/Erreger umfunktionieren.
Dieser Motor hat schon eine kleine Drehschreibe mit einem Radius von 1cm.
Das ist aber wesentlich zu klein, denn M = F * r , das heißt, wenn ich richtig liege, umso größer der Radius um so größer das Drehmoment. Und um so größer das Drehmoment ist, umso größer ist doch die Kraft, die dann auf ein System übertragen wird, oder?
Klar, die Kraft F in der o.g. Formel, ist nicht die Kraft die auf ein System übertragen wird, sondern die Kraft mit der ich das Drehmoment erzeuge.

Und nun meine Frage: Wie hängt in diesem Fall die Stromstärke mit der Kraft zusammen, die auf das System übertragen wird? Denn die Stromstärke bestimme ich. Und wie groß sollte ungefähr die Drehscheibe sein? grübelnd

Zusätzliche Info:

Ich arbeite an einem Projekt, dessen Ziel es ist, an einer selbstkonstruierten Brücke Resonanzerscheinungen zu demonstrieren. Und genau hierfür brauche ich einen Erreger, der dann seine Kraft auf das System überträgt.
Tipps und Ratschläge sind hier jederzeit willkommen...

Ich hoffe mal mir kann jemand weiter helfen...

Gruß,

miez

Dieter5858 · Moderator Anmeldungsdatum: 02.08.2004 Beiträge: 696 Wohnort: Hamburg

Hi Leute
Also moment mal, Das Drehmoment soll sich also erhöhen je größer die Drehscheibe ist?

Also ich glaub das ganz kann man vergleichen wie die Reifen beim Auto,
beim Auto ist das so, je Größer der Reifen desto größer ist die max. Geschwindigkeit.
Aber damit nimmt die Kraft ab die du auf den Boden bzw. auf die Räder gibst.
Je kleiner deine Reifen sind umso stärker kannst du beschleunigen,
jedoch ist dann bei gleicher Drehzahl der Reifen, die Geschwindigkeit niedriger als bei den großen Reifen.

Hoffe ich konnte schonmal helfen.

Bei der Dimensionierung der Scheibe für deinen Motor kann ich dir leider nicht weiterhalfen.

Ich würd sagen je größer dein Strom desto größer ist deine Drehmoment (bzw. Kraft) die du auf deine Scheibe gibst (bei konstannter Spannung und Frequenz!)

Es gibt auch Industrielle Motoren bei denen ich nur die Frequenz ändere um eine gerningere bzw höhere Drehzahl zu erhalten.

Bruce · Anmeldungsdatum: 20.07.2004 Beiträge: 537

Hallo Miez,

eine quantitative Beziehung zwischen I und F kann ich dir nicht anbieten,
aber zur Beobachtung des Resonanzphänomens an deiner selbst gebauten Brücke
ist die anregende Frequenz entscheidend. Versuche also zunächst durch Probieren
die Resonanzfrequenz zu finden und erhöhe dann die Leistung des Motors bis
die Brücke einzustürzen droht.

Gruß von Bruce.

Nikolas

Ich glaube, du kannst von I nur auf F kommen, in dem du eine Versuchsreihe machst und dir die werte aufmalst und dann vielleicht eine Funktion siehst. Es hängt ja so vieles von deinem Motor ab, wie viel der reingesteckten Energie im Endeffekt auf den Excenter gebracht wird.

Wie Bruce schon gesagt hat, solltest du dir vielleicht noch eine kleine Tabelle/ Funktion über des Zusammenhang zwischen I und f machen. Dann kannst du später schön zeigen, wie bei der einen Frequenz kaum was passiert, wobei es dann bei einer anderen, womöglich geringeren, einen riesen Effekt bis zur Katastrophe hat. Sieht vor allem gut aus, wenn du die Resonanzfrequenz während des Vortrags schnell finden kannst.

Wie sieht denn die Brücke aus, die du zerstören willst?

miez · Anmeldungsdatum: 09.09.2004 Beiträge: 2 Wohnort: Lützelbach im Odw

Hi,

also, erstmal vielen Dank an alle, die mir geantwortet haben!
Jetzt hab ich einiges zu schreiben :-)

Erst einmal zu Dieter5858:

Danke, jetzt hab ich schonmal ein gutes Beispiel, an dem ich mich orientieren kann!

Ja, bestimmt gibt es solche Motoren, aber es gehört auch zu meinem Projekt aus einem einfachen Motor einen Excenter zu machen.

Nun zu Bruce:

Ja, wäre sehr schön, wenn ich die Brücke schon hätte....
Ich bin seit 9 Wochen an diesem Projekt und ich rechne, dass ich noch 1 Jahr dazu brauche, damit am Ende alles so klappt, wie ich mir das vorstelle. Bei der Brücke besteht im Moment noch das Problem, welche Materialen ich für jedes einzelne Bauteil wähle. Das versuche ich mit verschiedenen Experimenten heraus zu finden. So versuche ich die Materialwahl für die Fahrbahn durch ein Vorexperiment zu vereinfachen.
Die Fahrbahn muss ein Resultat aus verschiedenen Schwingungsformen hervor rufen können und hier ist eben nicht jedes Material geeignet. Massives Holz z.B. würde das System (Brücke) viel zu steif machen....

Ich habe jetzt zwei Bretter aus Sperrholz, das erste ist 4mm dünn, 10cm breit und 1m lang; das zweite 4mm dünn, 10cm breit und 1,5m lang.
Diese Bretter möchte ich auf zwei einfache Auflieger legen und dann mit dem fertigen Excenter anregen, um zum einen eine Messreihe für den Motor zu machen und zum anderen auch für den Fall, wenn die Fahrbahn aus Sperrholz besteht. Aber dafür muss ich den Excenter erst einmal haben...

Das, was du beschrieben hast, kann ich erst am nahen Ende meines Projektes durchführen....

Nun zu Toxman:

Ja, genau, darauf bin ich nach langen Überlegen und nach weiteren Möglichkeiten zu suchen auch drauf gekommen. Ich muss mich jetzt erst einmal auf das Praktische (Messreihe) stützen. ;-(

Wie die Brücke aussieht? Kennst du die Tacoma-Brücke, die, glaube ich, 1940 nach kurzen 4 Monaten aufgrund einer Resonanzkatastrophe (Erreger war der Wind) einstürzte? Genau so soll meine Brücke auch aussehen, also eine einfache Hängebrücke mit zwei Pylonen, zwei Haupttrageseilen, die zum Auflieger führen und dazwischen viele kleine Verbindungsseile zwischen Haupttrageseilen und der Fahrbahn.
Aber wie oben schon genannt, kann ich die Materialen der Tacoma-Brücke ja nicht einfach übernehmen....dann wäre das System logischerweise zu steif. Folglich muss ich jetzt zum Massstab entsprechend Materialen finden, die zumindestens ungefähr die Schwingung der Tacoma-Brücke nachahmnen soll.

ABER: Die Brücke darf nicht einstürtzen..., denn dann müsste ich sie ja wieder komplett aufbauen etc. Dieses Projekt ist für die 5.Abiturprüfung gedacht, folglich hab ich mir gedacht, dass ich mich dieser bestimmten Eigenfrequenz nur annähre, aber bei der Präsentation sagen kann: " würde ich jetzt die Erregerfrequenz noch minimal erhöhen, könnte es zu einer Resonanzkatastrophe kommen, wie bei der Tacoma-Brücke..."
Denn ich könnte es mit Sicherheit auch garnicht später dann übers Herz bringen, meine Brück, in die ich dann soviel Aufwand, Zeit, Mühe und Not, etc. reingesteckt habe, dann wieder zerstören... Und das nur für ein paar Lehrer, die mein Projekt bewerten.... Augenzwinkern

Ich habe mir das jetzt so überlegt. Ich säge 3 Drehscheiben mit verschiedenen Radien und teste einfach, welche am besten geeignet ist.

Zum Schluss noch eine Frage:

Der Motor muss doch bestimmt einen festen Widerstand haben, oder nicht? Der Widerstand dürfte doch eigentlich nicht veränderlich sein, oder verändert er sich auch, wenn ich verschieden große Drehscheiben montiere? Denn eine größere Drehscheibe dämpft doch die Drehzahl des Motor mehr, als es eine kleine macht, oder? Oder hängt hier die Elektronik nicht mit der Mechanik zusammen?

Gruß,

miez

Gast

Handschuh · Gast

Klingt interessant das Projekt...

hab hier ma ein Bild der "Galloping Gertie" in voller Bewegung gefunden

http://www.bernd-nebel.de/bruecken/4_desaster/tacoma/bilder/tacoma_ani.gif
hier noch als PRachtstück...allerdings auch schon gut in schwingung:

http://www.bernd-nebel.de/bruecken/4_desaster/tacoma/bilder/tacoma_1.jpg
und dann das was mit dem Modell vermieden werden soll:

http://www.bernd-nebel.de/bruecken/4_desaster/tacoma/bilder/tacoma_3.jpg

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Übrigens ist zwar bei erhöhtem Radius das Drehmoment an sich größer allerdings wird die Kraft dabei eher kleiner. Wobei das auch eher ein Thema für die Mechanik wäre...

Wie du allerding mit einer sich drehenden (Holz?-)Scheibe eine Schwingung auf dein Modell übertragen willst habe ich nicht verstanden?!
grübelnd

Alpha One · Gast

Hi Miez!

Um dir bei deinem Problem zu helfen, wäre es nützlich zu wissen, welchen E-Motor du verwendest. Denn die einzelnen Typen unterscheiden sich zum Teil gravierend in ihrer Charakteristik. Normalerweise gibts auf Motoren immer irgendwo ein Typenschild (es sei denn, du hast ihn irgendwo ausgebaut :-). AUf dem müsstest du schon mal sehen können, obs ein Gleichstrom- oder Wechselstrommotor ist.
Aber um das ganze abzukürzen:
Es ist für einen Laien (ich möchte dir damit nicht zu nahe treten :-) schwierig den genauen Typ herauszufinden (es gibt Asynchron-, Synchron-, Nebenschluss-, Reihenschluss-, Universalmaschinen, und wahrscheinlich noch einige, die ich vergessen hab).
Das Problem ist, dass du bei E-Motoren nicht so einfach ein bestimmtes Drehmoment bei einer festgelegten Drehzahl (sprich: festgelegte Leistung) erreichen kannst. Dazu bräuchtest du sogenannte Umrichter, die aber normalerweise in der Industrie eingesetzt werden. Dein Trick mit der Scheibe auf der Welle wird ebenfalls nicht zum Erfolg führen, da man das Drehmoment so nicht wandeln kann.
Du brauchst ja eine feste Drehgeschwindigkeit, wenn ich das richtig verstanden hab (die Sache mit der Eigenfrequenz). Probier doch einfach mal die Welle manuell soweit abzubremsen, bis du die gewünschte Drehzahl (und damit Frequenz) erreicht hast. Nicht sehr elegant und auch kein Dauerzustand, aber für den Anfang gut.
Ich hoffe, dass bringt etwas Licht ins Dunkel.

Simonko · Anmeldungsdatum: 07.11.2004 Beiträge: 59 Wohnort: Südtirol

Leistung ist U*I. Aber das hängt vom Wirkungsgrad des Motores ab. Wie viel in reibungskraft, wärme usw. verloren geht.

yeti777 · Anmeldungsdatum: 10.11.2004 Beiträge: 160 Wohnort: Schweiz

Hallo Miez!

Vielleicht kann ich ein Stückchen zu deiner Lösung beitragen. Die zwei wichtigsten quantitativen Beziehungen bei einem DC-Motor sind:

U = c * phi * omega (1) , Spannung-Drehzahl
M = c * phi * ia (2) , Ankerstrom-Drehmoment

U: Klemmenspannung [V]
phi: Magnetischer Fluss des Feldes [Vs]
omega = 2*pi*nue: Kreisfrequenz [1/s]
c: Motorenkonstante (c = (2*N*p)/pi), interessiert hier nicht

Falls der Gleichstrommotor konstant erregt ist, ist auch der Fluss phi konstant. Auf jeden Fall kann man aus diesen Gleichungen ablesen:

Drehzahl ~ Spannung (1) und
Drehmomont ~ Ankerstrom (2)

Die Motorenkonstante kannst du zB. aus Gleichung (1) bestimmen, wenn du angelegte Spannung und Drehzahl misst!

Für den Fall, dass du mehr ins Detail gehen willst, habe ich dir ein Blatt mit Berechnungen angehängt, die das Modell eines DC-Motors inkl. des Lastmoments (das sind deine Drehscheiben!) zeigt.

Ich hoffe, ich konnte dir, mindestens was den Motor anbetrifft, etwas weiterhelfen.

Gruss yeti