Suche geeignete Materialien für Seilzug

[amrosik]

Hallo,

ich bin auf der Suche nach einer alternativen Methode, kompakte Linearaktoren zu konstruieren.

Für meine Anwendung existieren auf dem Planet Erde noch keine geeigneten Bauteile oder Module, die auf Pneumatik, Hydraulik, oder Solenoide setzen.
Es geht nämlich, nochmal kurz zusammengefasst um folgende Anforderungen:

5 Hz Hubfrequenz @ 4N Haltekraft @ 1cm maximalen Durchmessers des Modules und 8mm hub!


Was bisher geschah:

Ich wurde von Leuten aus diesem Forum auf Rollmembrane verwiesen, um das Problem hydraulisch oder pneumatisch zu lösen.
Habe dann entsprechend die Firmen kontaktiert, die sowas herstellen. Mein Vorschlag war es, die Rollmembrane einfachwirkend einzusetzen.
Jedoch wurde mir gesagt, dass die 5Hz Hubfrequenz nicht realisierbar sind. Ich habe noch nicht nachgehakt, ob ein doppeltwirkendes Modul das Frequenzproblem löst,
allerdings ist ein doppeltwirkendes Design des Moduls, sodass es noch kompakt bleibt, sehr umständlich. Denn das Modul soll dabei stets dünn und axial sein, also nicht in die Breite gehen.
Dazu muss man die beiden Teilmodule, die das doppeltwirkende Gesamtmodul bilden, axial zueinander ausrichten. Es ragen dann entsprechend Schläuche am oberen und am unteren Ende in die Teilmodule rein.
Auf diese Weise kann man die Kraft des Kolbens nicht axial abnehmen (weil der Kolben dann ja durch den Schlauch am unteren Ende durchstechen müsste), sondern müsste die irgendwie seitlich abnehmen.
Man könnte auch auf die abgefahrene Idee kommen, den Schlauch nicht durchzustechen, aber die Kraft axial per magnetischer Abstoßung zu übertragen.
Dazu müsste das Magnetfeld über die Schlauchdicke hinweg reichen....

Jedenfalls ist das sehr hässlich.



Solenoide wären auch ne coole Lösung, allerdings komm ich da als Privatanwender auch nicht an Spezialanfertigungen heran. Die müsste ich selbstentwickeln, und dann werden sie zu uneffizient.


Was neu zur Diskussion ansteht:

Seile sind nun die letzte Chance.

Dazu wollte ich euch einerseits nach geeigneten Materialien fragen, und andererseits auch direkt nach geeigneten Bauweisen (doppeltwirkende, einfachwirkende etc. mit/ohne Umlenkrollen).
Also die Idee ist ganz einfach: Ein Motor rollt eine Schnur auf, die so am Kolben zieht.
Die Schnur wird über Schläuche zum Modul hingeführt, sodass die Kraft in die richtige Richtung zieht und nebenbei die Schnur geschützt ist.
Wenn die Schnur am oberen Ende des Moduls reinkommt, dann ist die Zugrichtung falsch, denn der Kolben muss nach unten drücken.
Da wären 2 kleine, gegenüberliegende Umlenkrollen innerhalb des Moduls angebracht, vielleicht reicht auch eine.
Damit die kleinen Rolle reinpassen, sind die Module sind diesmal quaderförmig, mit maximaler Kantenlänge des quadratischen Querschnitts von 1 cm.

Frage wäre also, aus welchem Material muss die Schnur und der Führungsschlauch bestehen, sodass:

-die beiden schön gegeneinander gleiten, damit keine Reibungsverluste entstehen, und die Schnur sich mit der Zeit nicht in die Schlauchwand reinsägt
-der Schlauch genügend starr bleibt, um die Schnur ordentlich zu führen
-die Schnur dünn genug sein darf, um ein Biege-Radius von 1 mm zu ermöglichen.


Jetzt zu den Bauweisen. Ich hab mir überlegt, die nötigen Gehäuse 3d-drucken zu lassen. Falls das jemand bessere Wege kennt, bin ich offen für Vorschläge.


Bauweisen:

Einfachwirkend:
wie oben beschrieben, mit der Variation, dass einmal die Schnur von oben zieht, sodass Umlenkrolle nötig ist, und einmal dass die Schnur direkt von unten zieht.
Im zweiten Fall ist wieder das Problem, dass der Kolben den Schlauch penetrieren muss, damit man die Kraft axial abnehmen kann.
Das sollte aber diesmal kein Problem sein, da der Schlauch kein Wasser/Druckluft mit sich führt. Dazu einfach ein kleines Loch in die Schlauchwand reinbohren.

Doppeltwirkend:
Keine Rückholfeder nötig (ich mag die Dinger eh nicht). Das obere und untere Ende des Moduls sind diesmal beide mit Schläuchen und geführten Schnüren bestückt.
Der Kolben wird halt hin und her gezogen. Keine Umlenkrollen nötig. Hier tritt wieder das Problem auf, dass der Schlauch am unteren Ende vom Kolben penetriert werden muss.
Wenn der Schlauch starr genug ist, und nicht ständig seitlich am Kolben reibt, ist dass ja kein Problem.

Weitere Features:
Bistabilität, durch ringförmige Magnete.

Vorteil: Motor muss nicht ständig an bleiben, um Zug zu halten.

Nachteil: im Moment des Umschaltens ist auf der Schnur für einen kurzen Moment keine Spannung drauf, da der Magnet den Kolben schneller anzieht, als der Motor die Schnur einrollen könnte.
Dadurch könnte die Schnur beschädigt werden, wenn am Ende der Motor wieder auf Widerstand trifft, ihr wisst schon was ich meine.


Welche Ideen und Vorschläge habt ihr zum Thema Bauweise, vorallem unter Beachtung der oben genannten Anforderungen:

5 Hz Hubfrequenz @ 4N Haltekraft @ 1cm maximale Kantenlänge der Grundfläche des rechteckigen Moduls und 8mm hub!

Kleines edit:

Damit ihr euch eine Vorstellung machen könnt: ich will das Griffbrett einer Violine automatisieren. Dazu braucht man genau die genannten Anforderungen an die hardware. Diese Anforderungen sind leider eine sehr scharfe Charakterisierung, d.h. kein Kompromiss möglich. Da stecken bereits Kompromisse drin.

Es gibt auch noch die abgefahrene Design-Möglichkeit, dass man die Aktoren flach in eine Richtung, und breit in die andere baut. Das geht deshalb, weil die Linearaktoren - so wie sie über dem Griffbrett positioniert sind - radial voneinander wegspreizen(im Gegensatz zur Gitarre ist das geigengriffbrett abgerundet), je weiter man sich vom Griffbrett entfernt. D.h. längs zum Griffbrettverlauf müssen die aktoren flach bleiben (1cm) , aber quer zum Griffbrettverlauf dürfen die beliebig breit werden, je nach dem wie lang sie sind. Auf diese Weise könnte man größere Umlenkrollen unterbringen, wofür auch immer. .. überlegt ihr euch auch was dazu! Nicht so unbeteiligt bleiben

[oberallgeier]

... 5 Hz Hubfrequenz @ 4N Haltekraft @ 1cm maximalen Durchmessers des Modules ... dass die 5Hz Hubfrequenz nicht realisierbar sind ...

Da kommt es natürlich auf den Hub an. Ausserdem fehlt bei der Angabe die maximal zulässige Baulänge. Bei wenigen Millimeter Hub und nicht zu kurzer Baulänge könnte man anfangen zu überlegen. Bei einem Meter Hub sinds theoretisch, nach Milchmädchen, 10 m/s - das sieht bei 5 Hz schon etwas heftig aus. Und bei fünf Zentimeter Baulänge sind wir in der Uhrmacherbranche.

... Anforderungen: 5 Hz Hubfrequenz @ 4N Haltekraft @ 1cm maximale Kantenlänge der Grundfläche des rechteckigen Moduls ...

Was nu? Durchmesser oder Quadrat?


Ø12,7 mm sind ja schon fast bei Deiner Vorgabe:
Bild hier  

[HeXPloreR]

Hallo,

ich habe ehrlich gesagt Deiner Ausführung nicht folgen können was jetzt wo wo und warum geamcht werden soll, aber ich werfe diese beide Links hier und hier zu noDna ein.

if "helfen sie weiter" then "gut" else "ignorieren"

Viele Grüße
Jörg

[Peter(TOO)]

Hallo Jörg,

ich habe ehrlich gesagt Deiner Ausführung nicht folgen können was jetzt wo wo und warum geamcht werden soll, ]...]

Wie gesagt, wir die deinen auch nicht wirklich

Es fehlt der Hub!

5Hz ergeben 0.2s Pro Periode.
Nun macht es schon einen kleinen Unterschied ob in dieser Zeit, hin und her, ein Weg von 1mm zurückgelegt werden soll oder 1m
Bei 1m braucht man grob die 1'000-fache Geschwindigkeit, gegenüber 1mm, die Zeit für die Strecke ist ja konstante 0.2s!

MfG Peter(TOO)

[HeXPloreR]

Hallo Jörg,


Wie gesagt, wir die deinen auch nicht wirklich Bild hier  

Hab ich mich tatsächlich verschrieben und mein vorheriger Beitrag kann nicht mehr entziffert werden. Ich hoffe nicht.
Und hoffe auch Peter(TOO) spricht hier nicht plötzlich für Alle. Denn dann fühle ich mich hier vielleicht überflüssig.

Achso der Hub fehlt ! - jetzt schon?? :

Suche geeignete Materialien für Seilzug

naja, vermutlich werde ich mich einfach mal zurück halten, kann ja sein das der TS schon alles abgesucht hat, und somit auch noDNA abgecheckt hat.

Tja, nichts genaues weiß man nicht, aber okay.
Hatte aber schon den Eindruck das da auch was gehubt wird
Vermutlich hätte ich mir die erwähnte "andere Stelle" mal ansehen sollen, und das hätte mir diese Schmach erspart.

Viele Grüße
Jörg

[amrosik]

Ja entschuldigung. Ich habe vergessen den Hub anzugeben, nicht dass der Post schon für sich lang genug war...
Ich wusste das das was fehlt... aufeinmal kam mir die Anforderungsliste so kurz vor

Der hub beträgt 7mm. 8mm wären noch besser. Als ich die eine Firma kontaktiert habe, habe ich natürlich auch diesen hub angegeben.

So, dann wäre diese Unklarheit schonmal korrigiert.
Als ich im letzten Teil im unterstrichenen satz von rechteckiger Bauweise geredet habe, war das bewusst. Denn im ersten teil ( was bisher geschah) war die runde bauweise angebrachter. Für den fall dass wir aber seilzug und umlenkrolle verwenden, ist rechteckig angebrachter, um wie gesagt die umlenkrolle irgendwie gut unterzubringen.

Zum thema längenbeschränkung: im prinzip darf die länge beliebig sein ( aber vernünftig).

- - - Aktualisiert - - -

Kurzfassung:
Im Prinzip brauche ich einen bowdenzug, der aber für meine Anwendung optimiert ist.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Was spricht denn gegen Hydraulik?

Im Motorenbau hat man z.B. hydraulische Ventilstössel und da sind die Frequenzen noch etwas höher, der Hup ist vergleichbar.

Wichtig für dich ist nur, dass der Aktor entsprechend klein ist, wie gross das am anderen Ende des Schlauches wird, ist dann egal.

Bei 1 Bar Betriebsdruck, brauchst du für den Kolben einen Querschnitt von 40mm2, bei 10 Bar sind es noch 4mm2 um die 4N zu erreichen.

Doppelwirkend geht im Prinzip auch, wenn man das Öl absaugt, braucht man auch keine Rückholfeder.

Antreiben kann man mit einen zweiten Kolben, mit grösserem Querschnitt und einem doppelt wirkendem Elektromagneten (Magnet als Anker). Das Kolben wirken als Übersetzung, sodass man mit einem kleineren Hub auskommt.
Die Kolben und Zylinder kann eigentlich jeder Polymechaniker herstellen, wenn man nichts so kleines auf dem Markt findet.

Für erste Versuche geht vielleicht sogar das LEGO-System, einfach mit Wasser anstatt Luft füllen.

MfG Peter(TOO)

[Podi]

Wenn ich davon ausgehe das du den Antrieb benötigst um deine Geige zu spielem:

1. Fäden:
damit wirst du viel spaß haben (wieviel Antriebe willst du einsetzen?) beim einfädeln und wirst fluchen sobald einer kaput geht (was passieren wird). Eine Zuführung durch einen Schlauch kannst du vergessen da er sich wie du schon erwähnt hast durchreiben wird. Die einzige Möglichkeit wären dann bei jeder Umlenkung eine Umlenkrolle zu nutzen, dieses ollten zumindest sehr leicht laufen oder aus Keramik sein (so wie sie in besseren Nähmaschinen verbaut sind). Du wirst mit der Lösung aber nicht glücklich werden.

2. Bowdenzug:
Für dich vielleicht das einfachste und möglich wenn du eine fertige Kombination aus Führungsrohr und Zug findest, Googel hilft da viel weiter, mit hoher Warscheinlichkeit würden einfache für Fahrräder genügen. In den "Antrieb" würde ich dann eine Feder einbauen die den "Finger" auf die Saite drückt (so kannst du auch die Anpresskraft für jeden Finger über die Vorspannung einstellen). Der Bowdenzug zieht dann den Finger nach hinten, wenn er nicht gebraucht wird.. Antreiben würde ich das ganze dann über Pneumatik. (mit möglichst kurzen Leitungslängen und viel kräftigeren Zylindern)

3. Pneumatik:
Hier wird es knifflig, wegen den Platzproblemen. In der Arbeit setzte ich öfters den "Airpot - 2KS56P" wegen seiner geringen Größe ein, zurückholen könntest du diesen mit Vakuum oder Feder. Bei dir wird das Problem sein das sich der Druck bei längeren Leitungslängen und kleinen Querschnitten nicht schnell genug auf(und ab)baut.

4. Hydraulik:
Mach keinen Sinn, Hydraulik ist für große Kräfte und Positioniergenauigkeit geeignet, beides benötigst du nicht. Hydraulik ist durch die hohe Massenträgheit der (für dich erreichbaren) Flüssigkeit nicht schnell genug und viel zu aufwendig)

Ich würde an deiner Stelle weiter Richtung Bowdenzug suchen!

Grüße Podi

ps.: Was planst als Budget für ein solches Projekt?

[amrosik]

ich plane etwa 1000€ für das Projekt. Es werden im Schnitt 16 Aktoren pro Saite benötigt. Das macht also 64 Aktoren. Also etwa 15 € pro Aktor. Das ist aber zunächst zu weit vorausgeplant. Es würden für den Anfang auch 10 durchschnittlich pro Saite reichen, und man könnte sich arrangieren, und die Aktoren bei Bedarf auf die richtigen Stellen schieben (die sind auf Schienen befestigt). Und später könnte man kompaktere Aktoren beschaffen, um die höheren Lagen zu bestücken.
Dann kommt noch ein hunderter dazu für die Elektronik, und der Rest ist Programmierarbeit. Das Gehäusedesign habe ich bereits aus Alublech prototypmäßig entworfen und an die Geige angepasst, das war der einfachste Part.

Wichtig für dich ist nur, dass der Aktor entsprechend klein ist, wie gross das am anderen Ende des Schlauches wird, ist dann egal.

Genau. Allerdings ist die Größe am anderen Ende des Schlauchs auch begrenzt, denn je größer dort die Angriffsfläche ist, umso mehr Kraft brauch ich da. Deine Idee mit dem Elektromagneten (Schubmagnet 15€) und dem größeren Kolben hatte ich auch schon in einem anderen Thread überlegt. Da kriege ich über einen Hub von 1cm aber auch nicht mehr als 20 N. Bei einem Dutycycle von 10% schafft man vielleicht 40 N. Es sind aber wenn ich mich damals nicht verrechnet hab um die 100 N nötig, je nach dem wie groß der große Zylinder ist. Der Kolben muss aber groß sein, da sehr viel Volumen kompressiert werden muss (aufgrund des Schlauchvolumens), um genug Druck zu erzeugen. Würde man Wasser verwenden um Kompressibilität zu beseitigen, käme aber das Problem der Viskosität mit rein. Man könnte auch Druckluft verwenden, also den Schlauch im Leerlauf bereits auf 2.5 bar legen. Dann muss der große Kolben nicht so groß sein.

Wir hatten auch schon über ein Druckreservoir nachgedacht, mit 3/2 Ventilen als Schalter. Die Ventile sind aber 1. scheiss teuer, und ich kann mir schwer 5Hz vorstellen. Dann schon eher Rollmembrane.

Also der Grund warum ich von Hydraulik/Pneumatik zurückgeschreckt bin, ist weil der Typ von Smirit gesagt hat, mit Rollmembrane dieser Größenordnung kriege man keine 5 Hz hin. Und Wenn es Rollmembrane nicht schaffen, wieso sollten es dann O-Ringe von Lego schaffen? Ich denke Rollmembrane sind die beste Methode verlustfrei und schnell Kräfte zu übertragen. Wieso hat der Typ gemeint, 5Hz würden nicht gehen? Das ist doch schwer zu glauben oder? Außerdem meinte er auch, dass die Bauteile/ Formen oder was auch immer, die für die Herstellung dieser Membrane nötig sind, erst produziert werden müssen ("es steht ein erheblicher Aufwand dahinter" odersowas), und es sich nur bei größeren Stückzahlen lohnt. Ich denke er geht davon aus, dass ich dann regelmäßig 1000 Membrane pro Woche beziehe, um eine Serienproduktion von Geigenrobotern anzuwerfen. In diesem Fall sind Membrane unerreichbar für Privatleute.

Für den Fall dass ein doppeltwirkendes Membran Design das Hertz-Problem löst: mir fällt für diese Methoden allerdings kein doppeltwirkendes Design, das kompakt und axial ist.

Ich wurde von jemandem in diesem Forum (ich glaub malthy) auf ein Projekt von Disney verwiesen:
http://spectrum.ieee.org/automaton/r...afe-robot-arms

Allerdings ist die Anordnung der Zylinder nicht auf ein Geigengriffbrett unterzubringen. Ich denke doppeltwirkend mit Medium(Hydraulik/Pneumatik) geht nur, wenn man die Kraft seitlich vom bewegten Kolben abnimmt. D.h. der Kolben drückt nicht axial auf die Saite, sondern es ragt seitlich aus dem Kolben ein L-förmiges starres Stück Plastik raus, das auf die Saite drückt. Der Aktor schwebt also nicht direkt über der Saite, sondern ist seitlich versetzt. Das Gehäusedesign dazu ist kein Problem.

Nochmal zu Membranen:
Wenn man als Normalsterblicher eh nicht an Spezialanfertigungen rankommt, muss man eben auf vorhandenes zurückgreifen. Membrane mit etwa 2cm Durchmesser werden hergestellt. Also hier sollten 5Hz machbar sein. Wenn nicht, dann lass mich doch in Ruhe man. Wie kriegt man die jetzt unter? Der Aktor muss die Saite nicht unbedingt senkrecht berühren, Hauptsache das Ding wird etwa bis zum Griffbrett runtergedrückt, die muss nichtmal bis zum Anschlag rutergedrückt sein, 0.5mm Abstand sind gleichgut. So könnte man die diesmal fetteren Aktoren in beliebigen Winkeln an die Halteschienen montieren. Es gibt ja diese kugelförmigen Befestigungen, die sehen so aus wie ein Ausschnitt aus einem Kugelgelenk... das ist auf jedenfall möglich.
Darüberhinaus ist die Länge der Aktoren ja beliebig. So könnte man den fetten Teil des Aktors - wo Membran und Rückholfeder usw. drin sitzen - weiter oben lassen, und eine lange dünnere Führung zur Schienenhalterung streben lassen.

Montiert man also alle 40 - 60 Aktoren auf die Halterung, streben die alle sternenförmig voneinander weg. Man nutzt sozusagen den Luftraum. Da die Sternenförmige Ausbreitung halbwegs symmetrisch sein wird, kippt die Geige auch nicht in eine bevorzugte Richtung. Ich weiß nicht ob das funktioniert... Wenn die Hubzylinder den restlichen Anforderungen genügen, wäre das einen Versuch wert. Ich weiß aber nicht ob hier Pneumatik funktioniert, wegen der Kompressibilität der Luft. Da müsste viel Druckluft in den Schlauch. Ja ich denke auch dass Wasser zu viskos und zu träge ist.

3. Pneumatik:
Hier wird es knifflig, wegen den Platzproblemen. In der Arbeit setzte ich öfters den "Airpot - 2KS56P" wegen seiner geringen Größe ein, zurückholen könntest du diesen mit Vakuum oder Feder. Bei dir wird das Problem sein das sich der Druck bei längeren Leitungslängen und kleinen Querschnitten nicht schnell genug auf(und ab)baut.

Man kann sich mit 1m Leitungen zufrieden geben.


Kann man den Bowdenzug auch selbst basteln? Ich meine es sind doch nur 4 N. Hab auf Wiki gelesen, in die Trägerhülle kommt ein teflonschauch rein. Weil er gut gleitet? außen reicht ein plastikschlauch, der nicht einknickt. Dann irgendwie noch eine perlonschnur einfädeln und fertig oder? Fragt sich nur wie ich den teflon in den Plastikschlauch reinkriege. und das einfädeln... also alles.
Oder gibts da sanftere Bowdenzüge die nicht für Fahrräder sind, sondern, sagen wie mal für Babybikes

[Podi]

Kann man den Bowdenzug auch selbst basteln?

Ja, aber:
1. kann man die schon fertig als Meterware kaufen (so mal ganz ohne Werbung
2. könntest duauch einen PFA-Schlauch nutzen (PFA ist verwand mit Teflon), diese haben gleiche Gleiteigenschaften wie Teflon, sind aber ein bisschen wiederstandsfähiger (und günstiger). Da must du aber aufpassen das dir der Schlauch nicht knickt, also muste du dir eine Hülle basteln, oder kaufen womit wir wieder beim obrigen Link wären.

Mal zu dem Preis von 15€/Aktor:
Da wirste nicht mit klar kommen! Wenn es Pneumatisch sein soll wirst du kein Ventil mit der Geschwindigkeit finden die in den Rahmen past. Wenn du selbst Ventile baust (z.B. mit dem billigsten Hubmagneten den man findet => 5€) hast du mindestens folgende Bauteile (mal Bowdenzug Vorrausgesetzt):
Ventilgehäuse, Ventilverschluss, Deckel füür Ventil, 3 Fittinge, Zylindergehäuse, Kolben, Bowdenzug (Rohr), Bowdenzug(Seil), Rückholfeder, Stößel, Gehäuse/Führung für Stößel, Deckel für Gehäuse,

Wenn du das hast darf jedes Teil nicht einmal 1€ Kosten, das ist Utopisch. Selbst wenn man extrem "erfinderisch" wird und vieles komplett selbst Bastelt. (Auch wenn du den Bowdenzug wegläst)

Grüße
Podi