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muckimo
Anmeldungsdatum: 04.02.2016
Beiträge: 17
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 muckimo Verfasst am: 04. Feb 2016 15:50 Titel: Magnet zum Kompensieren einer Gegenkraft |
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Hallo Liebes Forum,
im Rahmen eines Projektes von mir, ersuche ich hier Rat..
Ich habe eine Masse, die mit einem Eisenkern, sowie einer Feder gespickt
ist und die sich horizontal auf der X-Achse bewegen kann. Bei einer
Auslenkung nach Rechts, würde die Feder durch ihre Rückstellkraft die
Masse wieder in die Ausgangsposition ziehen, welches ich allerdings
gerne mit Hilfe eines Magneten kompensieren möchte.
Die Idee ist es, den Magneten so auszulegen, dass die Rückstellkraft der
Feder (roter Pfeil) zu jedem Auslenkungspunkt x dahingehend kompensiert
(grüner Pfeil) wird, dass die Masse quasi Kräftefrei (frei von der
Rückstellkraft der Feder) hin und her bewegt werden könnte.
Hättet ihr da eine Idee ob das überhaupt so klappen kann wie ich es mir
vorstelle? Was würde ich dazu brauchen? Irgendwelche Regelungen?
Im Anhang findet ihr Bilder wie ich es mir vorstellen würde..
Grüße Mucki
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Konzept_Elektromagnet.jpg |
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Kraft-Weg_Kennlinie.jpg |
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muckimo
Anmeldungsdatum: 04.02.2016
Beiträge: 17
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| muckimo Verfasst am: 04. Feb 2016 16:13 Titel: |
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Mir ist ein Fehler in der Kraft-Weg-Kennlinie unterlaufen..natürlich ist der Verlauf linear!
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mkm12
Anmeldungsdatum: 20.01.2016
Beiträge: 124
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| mkm12 Verfasst am: 05. Feb 2016 14:55 Titel: |
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Du brauchst eine Gegenkraft, die die Federkraft kompensieren kann.
Diese ist aber von der Position des Eisens abhängig, entsprechend der Federkonstante.
Du braucht also eine Information über die Position des Eisens, damit du die erforderliche Gegenkraft mit dem Spulenstrom (Isp) erzeugen kannst.
Die Federkonstante zu ermitteln, dürfte zu den leichteren Teilen gehören.
Schwieriger ist es, die unvermeidliche Nichtlinearität der Funktion von Spulenstrom und erzeugter Zugkraft zu berücksichtigen. Das könntest du auf analogem Wege über ein entsprechendes Korrektur-Netzwerk versuchen oder aber das ganze digital realisieren. Es kommt auf deine Präzisionsanforderungen an, welcher Weg der bessere ist.
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muckimo
Anmeldungsdatum: 04.02.2016
Beiträge: 17
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| muckimo Verfasst am: 08. Feb 2016 12:09 Titel: |
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Vielen Dank für Deine schnelle Antwort.. In der Tat stellt sich die Ermittlung der Federkonstante bzw. der Kraft, die es zu kompensieren gilt, als simpel dar. Ich kenne sowohl meine Auslenkung x (15 mm), als auch meine Federkonstante (k=1,4 N/mm) und komme somit auf eine Kraft von 21 N (mit F =k*x) die bei der maximalen Auslenkung erreicht wird.
Ich würde gerne beide Konzepte verfolgen und entsprechend der Realisierbarkeit (Einfachheit, etc.) eines der beiden umsetzen..
Natürlich möchte ich eine so genaue Regelung wie möglich erzielen.
Ich nehme an, dass ich bei der analogen Wahl mit Widerständen bzw einem RC-Glied arbeiten muss und bei der digitalen mit einem Sensor (Abstand, Druck etc.) für die Ermittlung der Eisenposition, sowie einem Mikrocontroller, der den Spulenstrom dirigiert?
Vielen Dank!
Mucki
| Zitat: | Du brauchst eine Gegenkraft, die die Federkraft kompensieren kann.
Diese ist aber von der Position des Eisens abhängig, entsprechend der Federkonstante.
Du braucht also eine Information über die Position des Eisens, damit du die erforderliche Gegenkraft mit dem Spulenstrom (Isp) erzeugen kannst.
Die Federkonstante zu ermitteln, dürfte zu den leichteren Teilen gehören.
Schwieriger ist es, die unvermeidliche Nichtlinearität der Funktion von Spulenstrom und erzeugter Zugkraft zu berücksichtigen. Das könntest du auf analogem Wege über ein entsprechendes Korrektur-Netzwerk versuchen oder aber das ganze digital realisieren. Es kommt auf deine Präzisionsanforderungen an, welcher Weg der bessere ist. |
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mkm12
Anmeldungsdatum: 20.01.2016
Beiträge: 124
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| mkm12 Verfasst am: 08. Feb 2016 13:27 Titel: |
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Hallo muckimo,
ich habe mir deine Aufgabenstellung noch mal angesehen.
Die Massenträgheit bleibt in jedem Fall.
Du möchtest aber das an der Feder sitzende Eisenstück quasi kräftefrei bewegen können.
Dann muss du aber erlauben, dass es selbst an das eine oder andere Ende des möglichen Weges driftet, weil du die resultierende Kraft nicht auf exakt Null kompensieren kannst.
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muckimo88
Gast
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| muckimo88 Verfasst am: 14. Feb 2016 14:56 Titel: |
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| mkm12 hat Folgendes geschrieben: | Hallo muckimo,
ich habe mir deine Aufgabenstellung noch mal angesehen.
Die Massenträgheit bleibt in jedem Fall.
Du möchtest aber das an der Feder sitzende Eisenstück quasi kräftefrei bewegen können.
Dann muss du aber erlauben, dass es selbst an das eine oder andere Ende des möglichen Weges driftet, weil du die resultierende Kraft nicht auf exakt Null kompensieren kannst. |
Hallo mkm12,
meinst Du, es driftet beim Loslassen noch kurz nach bis sich das System gefangen hat und im Gleichgewicht verharrt oder wird es die gesamte Zeit driften?
Ich dachte mir bereits, dass man es nicht zu 100% kompensieren kann. Meine Vorgabe ist es, es so exakt wie möglich zu schaffen. Da ich das Konzept natürlich auch bewerten muss, ist das allerdings nicht so schlimm, da ich dann ja einen Grund angeben könnte, warum dieses nicht so geeignet wäre.
Ich möchte noch was ergänzen:
Das System ist nur die halbe Wahrheit. Tatsächlich habe ich eine Masse, die li. und re. von jeweils einer Feder gehalten wird. In Ruhelage sind die Federn gleichlang und die Masse sitzt in der Mitte.
Ich denke, ich habe ein Problem, auf jeweils einer Seite unterzubringen, da ja die Feder im Weg wäre..
Ich dachte daran, den Eisenkern in der Mitte der Feder zu führen, jedoch könnte es ja dann sein, dass die Windungen der Federn inhomogenitäten im Feld verursacht?
Kannst Du mir vielleicht einen Link posten, an dem ich mich orientieren könnte, wie so eine Schaltung aussehen könnte?
Vielen Dank!
und noch einen schönen Sonntag
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mkm12
Anmeldungsdatum: 20.01.2016
Beiträge: 124
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| mkm12 Verfasst am: 15. Feb 2016 15:04 Titel: |
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Die auf die Masse wirkende Kraft kannst du, wie ich schon sagte, mit entsprechendem Aufwand beliebig genau, aber nicht exakt auf Null kompensieren. Es verbleibt ein Restfehler, der die Masse bewegen wird und zwar dauernd.
Ich könnte mir vorstellen, in den Regelkreis eine Nullposition einzusetzen, die bei Freigabe der Masse in jedem Fall angefahren wird, allerdings nur mit einer geringen Kraft. Diese muss aber größer sein als die durch Kompensationsfehler verbliebene.
Ohne dass die Systemeigenschaften geklärt sind, hat es keinen Sinn, sich mit der Schaltungstechnik zu beschäftigen.
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muckimo
Anmeldungsdatum: 04.02.2016
Beiträge: 17
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| muckimo Verfasst am: 19. Feb 2016 12:34 Titel: |
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| mkm12 hat Folgendes geschrieben: | Die auf die Masse wirkende Kraft kannst du, wie ich schon sagte, mit entsprechendem Aufwand beliebig genau, aber nicht exakt auf Null kompensieren. Es verbleibt ein Restfehler, der die Masse bewegen wird und zwar dauernd.
Ich könnte mir vorstellen, in den Regelkreis eine Nullposition einzusetzen, die bei Freigabe der Masse in jedem Fall angefahren wird, allerdings nur mit einer geringen Kraft. Diese muss aber größer sein als die durch Kompensationsfehler verbliebene.
Ohne dass die Systemeigenschaften geklärt sind, hat es keinen Sinn, sich mit der Schaltungstechnik zu beschäftigen. |
Die Frage ist, ob du die Nullposition jedesmal beliebig gewählt werden kann oder ich sie nur einmal initialisieren kann?
Ich hätte bzgl. der Kraft zwei Szenarien:
1) linearer Kraftzuwachs: Über die Federsteifigkeit c=1,45 N/mm und einer Kompensationsstrecke je Seite von 15mm bekomme ich einen linearen Kraftzuwachs (Hooksches Gesetz) mit 21,75 N
2)konstante Kraft: Ich möchte von Anfang an eine Kraft von 21,75 N kompensieren..
Bzgl. des Systems an sich, würde ich noch kommende Woche eine Skizze nachreichen..
Vielen Dank mkm12 schonmal für deine bisherigen Mühen! 
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mkm12
Anmeldungsdatum: 20.01.2016
Beiträge: 124
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| mkm12 Verfasst am: 19. Feb 2016 14:31 Titel: |
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Wenn du mit einer konstanten Kraft kompensierst, hast du automatisch eine bestimmte Nullposition, nämlich diejenige, die der zugehörigen Federauslenkung entspricht.
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muckimo
Anmeldungsdatum: 04.02.2016
Beiträge: 17
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mkm12
Anmeldungsdatum: 20.01.2016
Beiträge: 124
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| mkm12 Verfasst am: 19. Apr 2016 21:45 Titel: |
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Hallo muckimo,
könntest du bitte noch mal schreiben, warum das Eisenstück zwischen zwei Federn gehalten wird. Ist es nur dafür, dass das Stück eine Führung hat oder gibt es da noch einen anderen Grund?
Wenn das Eisenstück praktisch kraftfrei bewegt werden soll, würden die Federn nur stören. Eine Führung kann man auch anders hinkriegen.
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Brillant
Anmeldungsdatum: 12.02.2013
Beiträge: 1973
Wohnort: Hessen
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| Brillant Verfasst am: 20. Apr 2016 11:53 Titel: |
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Also, du hast zwei Federn, die die Masse in eine Position auf der X-Achse ziehen.
Wenn du nun mechanisch an der Masse ziehst oder drückst, soll die rückstellende Federkraft per Elektromagnet ausgeglichen werden?
Dann müsste also die "schwächer wirkende" Feder kräftemäßig verstärkt werden, der Magnet in beide Richtungen wirken können.
Ich denke da an Sensoren, die in Waagen Verwendung finden. Auf jeder Seite der Masse brauchst du einen, um die beiden Zugkräfte zu vergleichen. Die geringere Zugkraft muss dann verstärkt werden.
Das wäre vollkommen unabhängig von den Federkonstanten der beiden Federn, die könnten auch unterschiedlich sein.
Eine besonders einfache Lösung: Hake die Federn aus, dann kann die Masse frei ohne technische Hilfsmittel verschoben werden.
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Glaubt nicht dem Hörensagen ... oder eingewurzelten Anschauungen, auch nicht den Worten eines verehrten Meisters; sondern was ihr selbst gründlich geprüft und als euch selbst und anderen zum Wohle dienend erkannt habt, das nehmt an. Siddhartha Gautama |
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muckimo
Anmeldungsdatum: 04.02.2016
Beiträge: 17
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| muckimo Verfasst am: 21. Apr 2016 18:17 Titel: |
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| mkm12 hat Folgendes geschrieben: | Hallo muckimo,
könntest du bitte noch mal schreiben, warum das Eisenstück zwischen zwei Federn gehalten wird. Ist es nur dafür, dass das Stück eine Führung hat oder gibt es da noch einen anderen Grund?
Wenn das Eisenstück praktisch kraftfrei bewegt werden soll, würden die Federn nur stören. Eine Führung kann man auch anders hinkriegen. |
Die Federn gehören konstruktionsbedingt zum System dazu. Es sind jedoch eigentlich noch extra Führungsschienen vorhanden, damit die Auslenkung ungestört in x-Richtung passieren kann.
In erster Linie gehts mir erstmal nur darum, mathematisch den Magneten (Stärke, Fläche, Dimension, Wicklungen etc.) zu dimensionieren, und anschließend das System zu simulieren.
| Brillant hat Folgendes geschrieben: |
Also, du hast zwei Federn, die die Masse in eine Position auf der X-Achse ziehen.
Wenn du nun mechanisch an der Masse ziehst oder drückst, soll die rückstellende Federkraft per Elektromagnet ausgeglichen werden?
Dann müsste also die "schwächer wirkende" Feder kräftemäßig verstärkt werden, der Magnet in beide Richtungen wirken können.
Ich denke da an Sensoren, die in Waagen Verwendung finden. Auf jeder Seite der Masse brauchst du einen, um die beiden Zugkräfte zu vergleichen. Die geringere Zugkraft muss dann verstärkt werden.
Das wäre vollkommen unabhängig von den Federkonstanten der beiden Federn, die könnten auch unterschiedlich sein.
Eine besonders einfache Lösung: Hake die Federn aus, dann kann die Masse frei ohne technische Hilfsmittel verschoben werden.
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Richtig, allerdings darf ich die Federn nicht einfach weglassen, da sie wie eingangs erwähnt zur Konstruktion gehören. Streng genommen darf ich den Eisenkern eigentlich gar nicht durch die Feder führen sondern müsste ihn außen rum führen.
Wenn die eine Feder zieht, drückt die andere gleichzeitig (Das System ist in der Ausgangslage in Ruhe).
Ich dachte daher an einen Sensor, der die größe und die Richtung der Auslenkung des Bauteiles (Mittelstück an dem die Federn hängen) feststellen kann und die Magneten (zwei auf beiden Enden) dazu bewegt, dass eben einer der Magneten, zu dem das Bauteil hingedrückt wird, dieses dann anzieht und hindert dass es in die Ausgangslage zurück schnellt.
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