Motorwahl selbstgebaute Tennisballmaschine

[pixelmonster]

Hallo liebe Community,

wie der Titel bereits verraet, wuerde ich gerne mein erstes Projekt starten, unzwar eine selbstgebaute Tennisball(wurf)maschine.
Dabei soll der Tennisball zwischen zwei rotierenden Raedern beschleunigt werden . Jedes Rad soll dabei durch einen eigenen Motor angetrieben werden, um spaeter verschiedene Spins des Balls zu realisieren.


Mein Problem liegt darin, einen geeigneten Motor zu finden.

Folgende Berechnungen habe ich bereits vorgenommen:
gegebene Werte: Radius Rad r=0,05m ; Masse von Rad + Achse m = 0,3kg ; Tangentialgeschw des Rades v=20m/s

berechnete Werte: 1) Winkelgeschw. Rad w=v/r = 400rad/s Winkelbeschleunigung Alpha: Alpha= 40rad/s^2

2) Frequenz Rad f= w/2*pi = 64Hz

3) Drehzahl Rad pro Minute n= f*60 = 3840 /min (gerundet auf 4000/min)

4) Traegheitsmoment Rad: I=1/2 * m*r*r = 3,75 *10^-4 kgm^2

5) Drehmoment zur Radbeschleunigung: M=I*Alpha= 0,015Nm

6) Drehmoment zur ueberwindung Reibung im (Kugel)Lager: M= m*g*cR = 1,5*10^-4 Nm

===> Summe der Drehmomente: Mges= ca. 0,026 Nm

7) Benoetigte Leistung: P=M*w= 10,4W

===> Benoetigte Motorleistung Pmotor= P/Wirkungsgrad = ca. 15W (mit Wirkungsgrad =0,69)

Wuerde mich sehr ueber Anregungen/Verbesserungen/Kritik zur Berechnung und Tipps zur Motorenwahl freuen!!


Habe mich bereits umgeschaut und bin dabei auf folgenden Motor gestossen:

http://www.maxonmotor.de/maxon/view/...shdcmotors_dcx

Was sagt ihr dazu?

Mit freundlichen Gruessen

pixelmonster

[i_make_it]

Sind bei den käuflichen Maschinen die Räder nicht viel schwerer?
Alleine schon um durch die Schwungmasse keine zu starke Abbremsung durch den Ball zu bekommen.
Die Masse eines Tennisballs ist ja 56,7 bis 58,5 g.
Bei 300g hat das Rad nicht mal die 6 fache Masse und wird dementsprechend abgebremst wärend der Ball beschleunigt wird.
Bei 1,75kg hat das Rad mehr als die 30 fache Masse wie der Ball, da dürfte beim Beschleunigen des Balls die Drehzahl nicht so stark einbrechen.

[Unregistriert]

Danke fuer die schnelle Antwort!

Das Gewicht der Raeder hatte ich bisher gar nicht beachtet.

Ist meine Rechnung denn vom Prinzip her richtig?

Mit einem Radgewicht von 1,75kg wuerde auf folgende Werte kommen.
Drehmoment ca 0,2Nm
Leistung ca. 100W (beide Werte aufgerundet)

[oberallgeier]

.. Radius Rad r=0,05m .. Tangentialgeschw des Rades v=20m/s ..

Vermutlich möchtest Du die Bälle auf 20 m/s beschleunigen - 72kmh.

Ich rechne mal nach Methode Milchmädchen, ziemlich theoretisch, ohne Verluste und ohne Beachten von Nichtlinearitäten.
Bei einem Raddurchmesser von 100 mm und einem (durchschnittlichen) Balldurchmesser von 67 mm (6,54 cm bis 6,86 cm) bekomme ich je nach "Eindrucktiefe ET" der Räder unterschiedliche Beschleunigungsstrecken. Bei ET je 5 mm (also beidseitig wird der Ball zwischen den Rädern maximal um je 5 mm an jedem Rad gequetscht) eine Beschleunigungsstrecke von über 26 mm, bei ET 10 mm ist die Beschleuigungsstrecke über 35 mm; gerechnet als Sekante des Radumfangs (Kreises), da ja der Ball mehr oder weniger linear durchlaufen wird. DAbei habe ich immer ein paar Millimeter als "Einlauf-/Auslaufstrecke" eingerechnet/abgezogen.

Das ergibt bei eine Ballanfangsgeschwindigkeit v₀ = 0 m/s eine Beschleunigung von 7690 m/s² bei ET5 und 5710 m/s² bei ET10. Vorraussetzung ist konstante Drehzahl der Räder, kein Schlupf - eben so Milchmädchenmethode. Die Kraft ist relativ bescheiden, bei ET10 und 57,6 g rund 328,9 N. Diese Kraft als Reibung von den Rädern auf den Ball zu bekommen scheint mir schwierig zu sein. Hast Du mal bei ner Fertigmaschine nach dem Raddurchmesser gesehen? Vielleicht auch gleich nach der Motorstärke gucken (und alles abgucken was nur geht). Anm: ich hab grad keine Maschine neben dem Schreibtisch stehen :-/

[Manf]

https://www.youtube.com/watch?v=V9UOcUKazSA
https://www.youtube.com/watch?v=yl_hdBXrVXk
nur als Anmerkung zur Vollständigkeit

[oberallgeier]

.. nur als Anmerkung zur Vollständigkeit

Jaaaa ! Und ich Dussel hatte dringend an Luft gedacht, war nur nicht draufgekommen woher ich das Gebläse bekäme. Nur - mit Luft ist natürlich Slicetraining oder so Zeugs etwas unwahrscheinlich.

Der erste Link, der mit dem Hundespielzeug, erinnert mich ein bisschen an ne Tontaubenwurfmaschine . . . aber diese Federunterstützung ist auch sehr hübsch sophisticated.

Nachtrag:
Dann ist da noch dieses youtube - das bringt ne Ahnung davon, dass an die Ø 200 mm (3 * Ø_Ball) schon eher ein brauchbarer Wert sind.

[Pixelmonster]

Nochmal danke an alle Beteiligten.
Wie es aussieht sind doch noch einige weitere Überlegungen zu treffen.
Fortschritte werde ich posten
LG

[i_make_it]

Da in der Physik der Energieerhaltungssatz gilt und Action gleich Reaktion.
Ist es So das dem Ball Kinetische Energie zugeführt werden soll und (bei Wirkungsgrad 100%) die selbe Energie dem System rotierendes Rad ja auch entzogen wird (Die Energie muß ja irgendwo her kommen, da sie nicht aus dem nichts entstehen kann)
Lässt man mal einen Tennisball mit 20km/h gegen einen leeren 5 Liter Benzinkanister knallen, dann stellt man fest, das der Ball etwas zurückspringt und der Kanister sich auch bewegt. Füllt man jetzt den Kanister wird der sich nur noch minimal bewegen und der Ball wird auf Grund seiner elastischen Eigenschaften stark zurückprallen. Erhöht man die Geschwindigkeit des Balls auf 100km/h nähert man sich wieder mehr dem ursprünglichen Verhalten (nur daß das Zurückprallen stärker ist)

Im Fall der Ballmaschine hat der ball erst mal keine Energie (Potentielle Enrgie enstprechend dem Abstand zum Erdboden auf den er fallen könnte)
Also betrachtet man normalerweise mit welcher Geschwindigkeit der Ball die Maschine verlassen soll und welche Masse er hat. Damit kommt man auf die Energie beim Abschuß (E0). Diese Energie entzieht er dem Antriebssystem.
Das Antriebssystem muß also nach Entzug dieser Energie immer noch die notwendige Geschwindigkeit haben damit der Ball die geforderte Geschwindigkeit überhaupt erreichen kann.
Entweder lässt man den Antrieb vorher entsprechend schneller laufen oder man erhöht die Masse.
Die hohe Masse hat den Vorteil das der Antrieb schneller wieder auf Soll Geschwindigkeit ist, da der Geschwindigkeiteverlust geringer ist.
Damit lassen sich mehr Bälle pro Zeiteinheit abschießen.
Es erhöht aber auch das Gesamtgewicht, was bei einem mobilen Gerät nachteilig ist.
Das sind vorrausgehende Überlegungen die man üblicherweise anstellt bevor man mit der Motorauslegung beginnt.
Bei den Kaufgeräten wird dann ein Kompromiss eingegangen, abhängig davon alle wieviel Sekunden ein Ball verschossen werden soll.
Grade wenn auch noch ein Schwenkantrieb dazu kommt der den Spieler über den Platz hetzen soll. (Je mehr Masse zu drehen ist um so teurer das ganze)