Antrieb hohe Beschleunigungen , kurze Strecken gesucht

[Boki93]

Hallo zusammen,

bin neu in diesem Forum. Ich habe um ehrlich zu sein nichts mit Robotern zu tun, dachte mir dass ihr mir vllt am ehsten helfen könnt. Ich plane gerade einen (2D) Drucker und bin auf der Suche nach Anregungen.

Mein Problem:
Ich suche eine Möglichkeit Beschleunigungen von ca. 10.000 m/s^2 , auf einer Strecke von 2mm hinzukriegen. Bewegte Masse dürfte so bei 50-100 Gramm sein.
s = 2 mm , a = 10.000 m/s^2 , m = 50-100 Gramm --> F = 1000 N , t = 0,5 - 1 ms
Gesucht: Antrieb für das

Falls ihr Vorschläge habt wie man das realisieren könnte wäre ich sehr froh. Pneumatik ist noch nicht vorhanden, am liebsten wäre mir etwas mit 24 VDC.


Dankeschön im Voraus
Grüße
Boki

Hintergrundgeschichte:
Das ganze soll ein einfarbiger Drucker auf einer Fläche von 1m x 1m werden. Dabei soll er Punktmatrixen drucken. Um diese einzelnen Punkte auf die Unterlage zu bringen soll vllt. ein normaler Edding immer wieder auf die Unterlage gedrückt werden. Da das ganze auch nicht ewig dauern soll (angestrebt wird eine Zeit von 60min für 1m x 1m und 2000 x 2000 Pixel), soll der Edding sich zügig bewegen. Derzeit befindet sich das ganze Projekt auch noch in der Planungsphase (im Rahmen eines Konstruktionsentwurfs 4. Semester Maschinenbau), ob es umgesetzt wird ist auch noch offen, bzw erstmal sollen die Konstruktion stehen und Lösungen für die verschiedenen Probleme gefunden werden.

[witkatz]

Also ein Nadeldrucker mit Edding? Soll die Eddingspitze die 1000 Anschläge pro Sekunde aushalten? Ich bin gespannt.
Ich denke, dass man mit einem eigens konstruierten elektromagnetischen Antrieb den Edding-Druckkopf realisieren könnte.
Ähnliche Leistungsdaten dürfte der Antrieb des Ankers eines Schützes (https://www.uni-hohenheim.de/lehre370/weinbau/messen/relais.htm)haben, also könnte man das vielleicht so ähnlich konstruieren wie ein Schütz oder Relais.

Und - vor den Tests an den Gehörschutz denken ;-) Es wird bestimmt nicht der leiseste Drucker der Welt werden.

[Boki93]

Hi,

Danke für die fixe Antwort :)
An nen Elektromagneten habe ich auch schon gedacht. Heute selber einige Versuche damit angestellt die jedoch kläglich gescheitert sind xD Und googeln nach ansatzweise passenden Zugmagneten führte nicht zum erfolg...
Die Idee mit nem Schütz klingt interessant, muss ich mir mal genauer anschauen.

Die Bedenken bezüglich Haltbarkeit sind sicherlich berechtigt, bin aber eigentlich optimistisch was das angeht (sobald die Spitze ihre ersten paar Tausend Schläge abhat und sich nicht mehr verformt ^^), bzw. entsprechende Spitzen selber herstellen. An den Lärm hab ich bisher noch gar keinen Gedanken verschwendet, ich hoffe nicht dass das laut wird, ansonsten muss ich mir ein anderes Prinzip des "Tinte auf Untergrund" bringens überlegen.

Fallen dir/euch eventuell noch weitere Möglichkeiten ein? Gerne auch nur grundlegende Prinzipien zur Anregung.

Danke für die Mithilfe
Boki

[Peter(TOO)]

Hallo Boki,

Eine Alternative wäre es die Tinte direkt aufs Papier zu schleudern, also das Prinzip des Tintenstrahldruckers.

MfG Peter(TOO)

[PICture]

Hallo!

Es gibt noch z.B. Thermodrucker und Fotodrucker (Laserdrucker bzw. Belichter) für Fotobeschichtete Flächen (wie Layout für Ätzen von gedruckten Platinen). Man könnte auch noch mit Laser-LEDs experimentieren. ;)

[witkatz]

An nen Elektromagneten habe ich auch schon gedacht. Heute selber einige Versuche damit angestellt die jedoch kläglich gescheitert sind xDEin Elektromagnet mit einem offenen Magnetkreis wird nicht genügend Kraft haben. Für eine große Kraft braucht man einen geschlossenen Magnetkreis mit einem möglichst kleinen Luftspalt. Bei einem Schütz ist der Luftspalt wenige Zehntel mm breit, und die paar mm Schaltweg werden mit einem Hebel erreicht. Wenn du dir jetzt noch überlegst, warum es besser ist, den Anker drehbar statt translatorisch zu lagern und wie die Feder zu wählen ist, bzw. welchen Einfluss die Eigenfrequenz des Masse-Feder-Systems hat, wird der Druckkopf fast schon perfekt. ;-)

Und rechtzeitig an Patentanmeldung denken ;-)

[oberallgeier]

... ca. 10.000 m/s^2 ... 100 Gramm ... normaler Edding ... zügig bewegen ... 4. Semester ...Ich würd ja gern das Maschinenbett von dem fertigen Drucker sehen - aber das könnte man mit Beton ausgiessen, dann wirds wenigstens nicht so teuer. Aber auch das Fundament für den Drucker dürfte interessant sein. Denn der Einzelimpuls könnte dem einer Elefanenbüchse ähnlich werden, oder täuscht mich jetzt mein Gefühl?

Relativ hohe Beschleunigungen bei "normalen" Vorrichtungen kenne ich z.B. von Webschützen, die von einem Picker auf an die hundert g beschleunigt werden. Und das rumpelt schon recht ordentlich.

[hbquax]

Das sind 1000 g! Da rutscht die Tinte im Stift nach hinten... Seid ihr sichher daß es soviel sei muss?

[Thomas$]

den hubweg von 2mm ist relativ viel, wenn kleiner werden piezo-stack aktoren interessant

....wie der Edding bei den Beschleunigungen aussieht .... ich bin gespannt

[oberallgeier]

... Da rutscht die Tinte im Stift nach hinten ...Aber vermutlich nur ein einziges Mal, weil beim Aufschlag die Tinte und wer weiß was noch alles nach vorne rutschen. Denn der Impuls muss ja wieder abgefangen werden, und dafür ist wohl der Edding zuständig. Wie schon oben erwähnt - ist ja erst das vierte Semester.


... wie der Edding bei den Beschleunigungen aussieht .... ich bin gespanntUnd wie erst danach.

[Geistesblitz]

Ich frag mich auch, wie ihr auf eine so hohe Beschleunigung kommt. Da eh nur 2mm bewegt wird, wird die Bewegung eh nicht sehr lange dauern, auch bei niedrigeren Beschleunigungen. Ansonsten wäre wohl die Verwendung eines Eddings einfach ungünstig. Hab gerade mal geguckt, ein Gewehr verursacht eine Beschleunigung des Projektils von etwa 10000 G. Klar, du bist da immernoch um den Faktor 10 drunter, allerdings wird auf Dauer nicht viel vom Edding übrig bleiben...

[Peter(TOO)]

Hallo,

Ich frag mich auch, wie ihr auf eine so hohe Beschleunigung kommt. Da eh nur 2mm bewegt wird, wird die Bewegung eh nicht sehr lange dauern, auch bei niedrigeren Beschleunigungen. Ansonsten wäre wohl die Verwendung eines Eddings einfach ungünstig. Hab gerade mal geguckt, ein Gewehr verursacht eine Beschleunigung des Projektils von etwa 10000 G. Klar, du bist da immernoch um den Faktor 10 drunter, allerdings wird auf Dauer nicht viel vom Edding übrig bleiben...

Aus den maximal 60 Minuten und den 2'000x2'000 Pixeln ergibt sich:
(2'000x2'000)/(60x60) = 1'111 Pixel/Sekunde.

Jetzt stellt sich noch die Frage, wie Punktförmig die Pixel sein müssen?

Praktisch wird man wohl in X- oder Y-Richtung mit einer konstanten Geschwindigkeit fahren und dann mit dem Stift die Punkte machen. Je länger der Stift dabei Kontakt mit dem Papier hat umso mehr wird der Punkt zum Strich.

Die einzige Möglichkeit, mit Edding, von den gut 1kHz runter zu kommen, ist mehrere Stifte zu verwenden.
Mit 10 Stiften ist man dann schon bei 111Hz für den einzelnen Stift.

MfG Peter(TOO)

[i_make_it]

1234567890

[derSpinner]

Bei hohen Beschleunigungen in kleineren Dimensionen denke ich zuerst an Pneumatik (evtl. auch Hydraulik mit z.B Wasser, da inkompressibles Fluid => besserer Wirkungsgrad).
Allerdings hab ich noch nie einen Drucker gesehen, der eine Pumpe oder einen Kompressor hat. :-D
Mit Magneten selbst etwas passendes zu bauen wird wohl eine langwierige Aufgabe. Aber es gibt magnetische Linearaktuatoren von verschiedenen Anbietern in verschiedenen Größen und mit unterschiedlichen Stellwegen. Vielleicht wäre das was für dich.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Nur so als Vergleich:

Bei einem 4-Taktmotor kommen die Ventile auf knapp 85Hz bei 10'000 UpM.

MfG Peter(TOO)

[i_make_it]

1234567890

[Peter(TOO)]

Hallo,

War nur mal so als Grössenvergleich gedacht.
Mit einem Stift müsste er etwa 15x schneller sein ;-)

Das wird der Edding schon ohne einen Aufschlag auf dem Papier nicht wirklich lange mitmachen.
Der vordere Teil ist aus Kunststoff und en wird's bei dieser Beschleunigung recht schnell zerbröseln.

Das Andere ist, dass man nicht den Punkt anfahren, den Stift absenken und wieder anheben und dann weiterfahren kann.
Die y-Achse muss nicht nur den Edding, sondern auch noch den ganzen Antrieb des Stiftes beschleunigen.
Es bleibt also nur, wie auch früher bei Nadeldruckern, die y-Achse mit konstanter Geschwindigkeit abzufahren und dann den Stift abzufeuern.

Nadeldrucker bewegen sich im geforderten Geschwindikeitsbereich, allerdings haben die Nadeln kaum Masse, verglichen mit dem Edding.

MfG Peter(TOO)

[witkatz]

Das wird der Edding schon ohne einen Aufschlag auf dem Papier nicht wirklich lange mitmachen.mit richtiger schneller NC Steuerung könnte man den Stift auf einem Exzenter montieren und die rotatorische Geschwindigkeit so an den Vorschub koppeln, dass sich das Werkzeug (in dem Fall Stift) in UT mit dem Vorschub synchron gegenläufig bewegt, bzw. relativ zum Werkstück (Papierblatt) in der translatorischen Richung still steht. Das Thema kommt in der Druck-, Verpackung-, Holzindustrie und vielen anderen häufig vor als Druckmarkenregelung, Fliegende Säge, NC Camming usw. Aber ich glaube, dass die Verfahrenstechniker von 1ms Taktzeit nur träumen können. Auch 10ms ist seeehr sportlich...

[oberallgeier]

... Bei einem 4-Taktmotor kommen die Ventile auf knapp 85Hz bei 10'000 UpM ...Und zehntausend Touren sind noch nicht mal schnell, meine Bandit wird dabei erst richtig munter und legt dann gern noch ein paar Tausender drauf.

Eigentlich denke ich dass die Nockenwellenvariante - vermutlich zwangsgeführt - ein guter Denkansatz wäre. Auch wenn realisierte Mechaniken selbst damit nicht in die angedacht kHz-Region kommen. Und ob die Positioniergenauigkeit dann ausreicht . . . bei einer Arbeitsfläche von 1000 mm x 1000 mm wäre dann eine Parallelität zwischen Auflage und Kreuzführung gefordert, die konstruktive Feinheiten/Erfahrungen der Oberklasse erfordert.

Weiter: ich bin nicht mal sicher, dass der Threadersteller noch Interesse an der Beratung hat, der hatte sich diesen Dienstag registriert und war mittwochs das letzte Mal online . . .

[Slowly]

Ich hätte auch noch Ideen, aber der Fragensteller ist für mich ein hier leider üblicher "One Hit Wonder".

[witkatz]

Ich hätte auch noch Ideen, aber der Fragensteller ist für mich...
Hast recht, aber wir sind doch ein Diskussionsforum für Gleichgesinnte, und kein Support-Forum für gelegentliche Fragesteller. Oder? Also her mit den Ideen. (wenn du magst)

[White_Fox]

Aber die Lösung mit Zugmangneten hätte ich gern gesehen.

Hätte bestimmt ne tolle EMV-Dreckschleuder abgegeben und ich wäre gespannt gewesen, wie die Steuerung dmit klargekommen wäre. :D

[Boki93]

Hallo zusammen,

habe mich in der Zwischenzeit gegen eine mechanische Lösung entschieden. Gründe sind die Umsetzbarkeit , Ungewissheit über die Funktion usw...
Nun wird der Plan B mit dem Tintenstrahldrucker verfolgt.

Als "Strahler" ist eine Airbrushpistole geplant. Die Hoffnung ist, dass diese durch ein schnelles Pneumatikventil angesteuert werden kann. Da ich noch nie so eine Airbrushpistole in der Hand gehabt habe werden Versuche in der kommenden Zeit zeigen was tatsächlich machbar ist mit so einer.

Vielen Dank für eure Mithilfe und eure konstruktiven Hinweise auf Lücken im mechanischem Konzept :)
Grüße
Boki

PS: Das Projekt ist kein "One-Hit-Wonder". Der theoretische Teil des Projekts (Konstruktion / Auslegung) wird aufjedenfall in den nächsten 2 Monaten beendet. Ob es dann auch so umgesetzt wird oder es nicht vernünftig lösbare Problem geben wird ist derzeit offen. Sollte das Konzept überzeugend und realisierbar (Funktion und Kosten) klingen wird es dann bis ca. Januar umgesetzt.

Edit2: Japp das ganze ist ein Konstruktionsentwurf der mit 2,5 CP bewertet wird. Vorgaben vom Dozenten gibt es keine bezüglich der Funktionsweise nur in etwa was für Berechnungen usw. angestellt werden müssen (insbesondere Lagerung, Motorauslegung und Getriebe) . Was das sich Hilfe bzw. Anregung suchen angeht sehe ich darin kein Problem. Ist gang und gebe sich bei Themen mit denen man sich nicht auskennt Experten mit ins Boot zu holen, man muss schließlich nicht nur learning by doing betreiben ;) Die Anzahl der Stifte bzw. inzwischen Einspritzdüsen zu erhöhen ist geplant. Jedoch erst nach nachdem das ganze zunächst mit einer umgesetzt wurde, sofern das grundlegende Prinzip zufriedenstellend funktioniert, um eben schneller zu werden.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Wie schon berechnet wurde, ist die Zeit das Problem und Mechanik kann man nicht beliebig schnell machen!

Bei denen Vorgaben, hast du grob 1ms pro Punkt.
Eine ms ist in der Mechanik schon nahe an der Lichtgeschwinigkeit!

Unklar ist noch, wie zwei nebeneinanderliegende Punkte gezeichnet werden dürfen?
Als zwei Punkte oder als Strich?

Auf alle Fälle musst du erst mal ein Ventil finden, welches wesentlich schneller als 1ms schalten kann!

Schnelle Magnetventile liegen so bei 2-5ms und 200-300Hz, kommt also nicht hin.

Einspritzventile liegen so um 0.5 bis 0.8ms, aber da weiss ich die maximale Frequenz nicht. Die haben aber keine 100% ED und brennen dir somit bei 1kHz durch.

Die Airbrush kannst du nicht einfach über die Zuluft steuern.
Wenn sich das Ventil öffnet muss sich erst mal der Druck aufbauen und die Farbe in Bewegung setzen, nach dem Schliessen des Ventils braucht es noch Zeit bis der Druck abgebaut ist.

MfG Peter(TOO)

[Boki93]

Hallo Peter,

der Vergleich mit der Lichtgeschwindgkeit triffts glaub ziemlich gut xD

2 Punkte sollen nach Möglichkeit getrennt dargestellt werden.

Pneumatikventile ("halbwegsnormale, schnelle") schaffen unter herstellerbedingungen aus-an-aus in ca. 1,5 ms . 2 ms wären bei bei Verwendung (irgendwann) von 2 oder mehr Düsen gut vertretbar. Injektoren stehen sogut wie zur Verfügung. Durch eine schwächere Rückstellfeder müsste der benötigte Strom sich reduzieren lassen. Das zusammen mit bissle größeren Injektoren (nicht gerade die PKW-Teile..) sollte den Spaß hoffentlich mitmachen. Zunächst sind Pneumatikventile aber das Ziel und vermutlich für die Airbrushpistole auch schon fix genug.

Wie schnell diese tatsächlich reagieren ist noch offen. Ich hoffe durch Versuche zumindest erahnen zu können ob Zeiten in dieser Größenordnung machbar sind.
Möglicherweise lässt sich das dann durch einen höheren Druck noch optimieren oder falls möglich durch einen Umbau der Airbrushpistole.

Grüße Boki

[Thomas$]

http://piceramic.de/anwendungen/dosier-piezo-ventile.html als anregung

[021aet04]

Ich kenne Drucker die man in der Industrie einsetzt (Inkjet Drucker). In der Firma verwenden wir diese http://www.markem-imaje.at/file.cfm//Markem_Imaje_9040_DS_DE_A2.pdf?contentID=3276 (bzw den Contrast).
Diese Drucker Erzeugen einen Strahl bestehend aus ganz feinen Tintentropfen. Diese werden, wenn nicht geschrieben wird, in eine Absaugrohr gespritzt. Wenn etwas geschrieben wird werden die einzelnen Tropfen abgelenkt. Hier findet man eine Skizze (entspricht nicht ganz dem Drucker den ich gepostet habe => der hat nur 1 Absaugrohr nicht 2)

http://patentimages.storage.googleapis.com/WO2013041589A1/eolf-appb-D000003.png

14 ist die Düse mit Piezo Element, diese erzeugt die Tropfen
18 ist ein "Phasendetektor", der die Tropfen erkennt und die Feldplatten im richtigen Moment ansteuern kann (über die Elektronik)
20 sind die Feldplatten, die den Punkt im richtigen Moment ablenken
22 ist das Absaugrohr

Die Tinten sind aber spezielle (damit sie abgelenkt werden können)
Wie hoch die Spannung an den Feldplatten ist weiß ich jedoch nicht, bei einem defekten Drucker habe ich auf der Platine einen Wert von glaube ich 300V aufgedruckt gesehen.

Bei Bedarf kann ich auch ein Bild posten von einem Druckkopf bzw eine Skizze in der Anleitung.

Die Drucke sind die wie man sie von Verpackungen (z.B. Aludose,...) kennt (Ablaufdatum).

MfG Hannes

[Peter(TOO)]

Hallo Hannes,

Nach diesem Prinzip haben die ersten Tintenstrahldrucker von Siemens schon gearbeitet. Das war so zweite Hälfte der 70er Jahre.

MfG Peter(TOO)