Hi!

Nach längerer Zeit hab ich wieder mein Lego aus dem Schrank gekramt. Will gerne eine Schiffschaukel bauen, die auch durch einen Motor angetrieben wird.

Zuerst gar kein Problem, das Gestell ist fixiert, 4 Streben die wie eine Pyramide aus einander gehen und das Schiff als eine Art Pendel ist befestigt.

Doch wie treibe ich das ganze an? Hab es mit dem Motor 8735 und ein paar trickreich-angebrachten Zahnrädern so nachgebaut, wie es auch beim Original ist: unter dem Schiff ist eine Schiene befestigt, die am tiefsten Punkt an beiden Seiten von Reifen touchiert wird und dadurch das Schiff antreibt.
Doch nun ist es so, dass der Motor einfach zu schwach zu seien scheint, die Zahnräder anzutreiben und das Problem würde noch größer werden, wenn die Reibung der Schiene unter dem Schiff dazukommt.

Bin mit meinem Latein am Ende... bitte um Hilfe!

MfG Christian

Hi Ronald,

» » » Wie schädlich ist es denn für den Motor, wenn er gezwungen
» » » wird, sich in die andere Richtung zu drehen?
» »
» » Um es allgemeinverständlich zu formulieren: Furchtbar!
» »
» » Eine solche Lösung kannst Du von vorneherein vergessen, da bereits ein
» » angehaltener (blockierter) Motor einen enormen Strom zieht, den er gar
» » nicht verträgt und somit dem Hitzetod erliegt.
» Hi,
» das ist Unsinn.

Welch sachlicher Einwand.

» Schon im Cybermaster und RCX gibt es eine Funktion, um einen abgschalteten
» Motor nicht austrudeln zu lassen, sondern anzuhalten. Der Strom, der dort
» fließt, ist nur für Millisekunden sehr hoch und nimmt sinkt dann sofort
» auf Null. Das schadet den Motoren überhaupt nicht.

Du meinst etwas völlig Anderes, als das was hier ursprünglich gefragt wurde.
Meistens* ist es kein Problem, einen abgeschalteten Motor kurzzuschließen, damit er sich mittels gegen-EMK selbst herunterbremst. (* Bei Kraftwerksgeneratoren flögen da trotzdem die Brocken)

» Wenn man also einen schnellen Richtungswechsel braucht, schaltet man den
» Motor kurz spannungsfrei, schließt ihn kurz und startet ihn dann mit der
» anderen Laufrichtung. So hält er.

In diesem Zusammenhang korrekt.

» Wenn der Motor nicht an der Lastgrenze betrieben wird, kann man ihn auch
» direkt umpolen, ohne das er aufraucht. Millionen Kinder machen das täglich
» als Lieblingsspiel mit allem, was fährt, Autos, Eisenbahnen usw.

Aber das Beispiel der Schiffsschaukel ging von folgendem (Horror-) Szenario aus, dass der Motor nur in einer Richtung dreht, und dann, während er weiter ohne Richtungswechsel unter Spannung und Strom steht, von der zurückschwingenden Schaukel überfahren wird.

Hier hilft folgendes Gedankenmodell eines Elektromotors:
Jeder Motor ist auch ein Generator. Er wandelt sowohl Spannung in Drehzahl um, wie Drehzahl in Spannung. Die innere Spannung ist dabei proportional zur Drehzahl. Das heißt, je schneller der Motor gedreht wird, desto höher ist die Spannung, die er erzeugt.
Nehmen wir einen Rechenbeispielmotor, der 1 mV je U/min erzeugt und einen Innenwiderstand von 1 Ohm hat.
Ich lege +10V an. Es fließen im allerersten Augenblick 10 Ampere, da der Motor ja noch steht. Aber, sobald Strom fließt, wird der Motor beschleunigt. Im Leerlauf wird der Motor fast +10.000 U/min erreichen. In diesem Moment erzeugt er im Inneren ebenfalls +10V. Es fließt fast kein Strom mehr (nur noch das wenige, was zur Überwindung der Leerlaufreibung nötig ist) da die Spannungsdifferenz zwischen der außen angelegten Klemmenspannung von +10V und den intern erzeugten +10V nahe Null geht.
Bremse ich den Motor ab, steigt der Strom, weil die Spannungsdifferenz wieder wächst. Habe ich den Motor auf +5.000 U/min abgebremst, erzeugt er nur noch +5V, die den außen angelegten +10V gegenüberstehen, also bleiben +5V am Innenwiderstand (von 1 Ohm) des Motors übrig, die den Strom auf 5 Ampere hochtreiben. Dieser hohe Strom sorgt wiederum für eine hohe Kraft, die zur Beschleunigung des Motors führen würde, wenn man ihn nicht so stark bremste.
(btw.: 5 Volt mal 5 Ampere ergibt 25 Watt Verlustleistung)

Ein schönes, nachvollziehbares Beispiel, das jeder schon beim Festhalten oder Abbremsen eines kleinen E-Motors gespürt hat.

Was normalerweise kein Motor verträgt, es sei denn, er hätte einen fürchterlich schlechten Wirkungsgrad, bzw. hohen Innenwiderstand, ist, wenn er bei voll angelegter Nennspannung blockiert wird. Unser Beispielmotor zöge dann 10 Ampere, bei 10 Volt. Das wären 100 Watt Verlustleistung, die sofort als Wärme abgegeben werden müssten.

Aber jetzt kommt der Hammer: Wir drehen den Motor mit -10.000 U/min, während +10V angelegt sind. Der Generator erzeugt -10V, gegen die nun +10V anliegen, also eine Differenz von 20 Volt, die zu einem Strom von 20 Ampere führt und die Verlustwärme auf abenteuerliche 400 Watt schraubt!

» Für eine Schiffsschaukel, die ständige Richtungswechsel braucht, würde ich
» allerdings eine völlig andere Antriebsmethode verwenden, nämlich ein
» Pendelgetriebe, wo bei stets gleichbleibender Drehrichtung des Motors die
» Drehrichtung des Schiffsschaukelantriebs ständig wechselt.

Das wäre auch eine gute Möglichkeit, allerdings mit folgender Einschränkung, die aber auch als Vorteil betrachtet werden könnte:
Es ergibt sich kein freies Schwingen, sondern eine gebundene Bewegung.
Der Nachteil wäre, dass die Schaukel sich nicht "aufschaukelt", sondern immer gleichweit schwingt.
Als Vorteil kann man sehen, dass damit langsamere Schaukelbewegungen, als es die kurzen Pendel bedingen, erzeugt werden können, was oftmals besser wirkt.

So long (ziemlich long, sorry)

Ich dachte es mir in etwa so:

Moin,

ein solches Hebelsystem wurde bereits realisiert.

Bei dieser Schaukel kann man das ganz gut sehen (auf der zweiten Seite).
Wo der Umpoler für den Motor sitzt, kann man leider nicht sehen. Kann aber auch sein, dass das mit Fremdteilen realisiert ist, die der Erbauer bei der Elektrik ganz gerne mal einsetzt.

Zum Einsatz kommt hier sogar der ebenfalls von Christian (brickstar) verwendete Motor.

Das dieses Hin-un-Her schalten nicht gesund für die Motoren ist, steht sicherlich außer Frage, doch habe ich die Erfahrung gemacht, dass die (älteren) Lego Motoren sehr robust sind. Der Motor 71427 besitzt zum Beispiel ein Thermoschalter, durch den der Motor bei übermäßiger Belastung abgeschaltet oder gedrosselt wird.

Schönen Gruß

Christian

» Für eine Schiffsschaukel, die ständige Richtungswechsel braucht, würde ich
» allerdings eine völlig andere Antriebsmethode verwenden, nämlich ein
» Pendelgetriebe, wo bei stets gleichbleibender Drehrichtung des Motors die
» Drehrichtung des Schiffsschaukelantriebs ständig wechselt.

Dabei bleibt aber noch ein Problem. Aus diesem Getriebe resultiert, dass das Rad in gleichgroßen und regelmäßigen Abständen seine Drehrichtung ändert. Wenn die Schaukel aber erst in Bewegung gesetzt wird müssen diese Abstände variabel sein.

» » Für eine Schiffsschaukel, die ständige Richtungswechsel braucht, würde
» ich
» » allerdings eine völlig andere Antriebsmethode verwenden, nämlich ein
» » Pendelgetriebe, wo bei stets gleichbleibender Drehrichtung des Motors
» die
» » Drehrichtung des Schiffsschaukelantriebs ständig wechselt.
»
» Dabei bleibt aber noch ein Problem. Aus diesem Getriebe resultiert, dass
» das Rad in gleichgroßen und regelmäßigen Abständen seine Drehrichtung
» ändert. Wenn die Schaukel aber erst in Bewegung gesetzt wird müssen diese
» Abstände variabel sein.
Hi,
ist es nicht so, dass eine Schiffsschaukel durch eine Gummirolle angetrieben wird, die immer dann den Rumpf von unten anschubst, wenn die Schaukel durch den Nullpunkt geht?
Bei einem Pendel ist doch die Schwingungsdauer von der Auslenkung unabhängig, d.h. wenn man eine Gummirolle (Felge mit Reifen) mit einem Pendelgetriebe antreibt, kann der Drehrichtungswechsel in gleichen Abständen erfolgen.
Sollten doch variable Abstände benötigt werden, lassen sich diese durch Geschwindigkeitsänderungen des Motors, z.B. mit einem Trafo, beeinflussen.
Ronald

» Welch sachlicher Einwand.
Siehste

» Hier hilft folgendes Gedankenmodell eines Elektromotors:
[snip...]
Darauf gehe ich jetzt mal bewusst nicht ein

» » Für eine Schiffsschaukel, die ständige Richtungswechsel braucht, würde ich
» » allerdings eine völlig andere Antriebsmethode verwenden, nämlich ein
» » Pendelgetriebe, wo bei stets gleichbleibender Drehrichtung des Motors die
» » Drehrichtung des Schiffsschaukelantriebs ständig wechselt.
»
» Das wäre auch eine gute Möglichkeit, allerdings mit folgender
» Einschränkung, die aber auch als Vorteil betrachtet werden könnte:
» Es ergibt sich kein freies Schwingen, sondern eine gebundene Bewegung.
» Der Nachteil wäre, dass die Schaukel sich nicht "aufschaukelt", sondern
» immer gleichweit schwingt.
Nur, wenn Motor/Getriebe starr mit der Schaukel verbunden sind, bei Antrieb über eine Gummirolle kann sie sich sehr wohl aufschaukeln.
Gruß
Ronald

» Moin,
»
» ein solches Hebelsystem wurde bereits realisiert.
»
» Bei
» dieser
» Schaukel kann man das ganz gut sehen (auf der zweiten Seite).
» Wo der Umpoler für den Motor sitzt, kann man leider nicht sehen. Kann aber
» auch sein, dass das mit Fremdteilen realisiert ist, die der Erbauer bei der
» Elektrik ganz gerne mal einsetzt.

Nicht nur bei der Elektrik, scheint mir. Bzw. Sägen, Feilen, Bohren und Kleben scheint er auch nicht abgeneigt zu sein.

Dennoch hübsch anzusehen.

Gruß
Micha

Hallo Ronald,

» ist es nicht so, dass eine Schiffsschaukel durch eine Gummirolle
» angetrieben wird, die immer dann den Rumpf von unten anschubst, wenn die
» Schaukel durch den Nullpunkt geht?

Jein ... Es wird nicht punktförmig angeschubst, sondern über eine
längere Strecke beschleunigt. Zumindest bei realen Schiffsschaukeln
ist das so.

» Bei einem Pendel ist doch die Schwingungsdauer von der Auslenkung
» unabhängig,

Leider nur unter idealisierten Bedingungen, d.h. im Vakuum und bei
hinreichend geringen Auslenkwinkeln. Sobald Luftreibung und größere
Auslenkungen ins Spiel kommen, sieht das anders aus.

Die Schwingungsdauer ist vom Gewicht (genauer gesagt von der Masse)
des Pendels unabhängig, aber diese Tatsache nutzt hier leider nichts.

» Sollten doch variable Abstände benötigt werden, lassen sich diese durch
» Geschwindigkeitsänderungen des Motors, z.B. mit einem Trafo,
» beeinflussen.

Ja, das würde gehen. Ist aber ziemlich knifflig zu automatisieren, also
wenn das ganze ohne manuelle Eingriffe laufen soll. Was natürlich nicht
heißen soll, dass es unmöglich ist.

Viele Grüße
Oliver

Hallo Christian,

» ein solches Hebelsystem wurde bereits realisiert.
» (...)
» Das dieses Hin-un-Her schalten nicht gesund für die Motoren ist, steht
» sicherlich außer Frage, doch habe ich die Erfahrung gemacht, dass die
» (älteren) Lego Motoren sehr robust sind.

Man muss auch nicht unbedingt den Motor umpolen. Eine Alternative wäre,
den Motor konstant in dieselbe Richtung laufen zu lassen, und stattdessen
mit einer einfachen Mechanik die Drehrichtung des antreibenden Gummirades
zu wechseln, z.B. indem durch das Hebelsystem die Achslage eines Zahnrades
geändert wird.

Viele Grüße
Oliver

Erst einmal vielen Dank an alle für eure zahlreichen Beiträge!

Das es wirklich nur sehr Hobby-mäßig ist, werde ich keine LEGOs zersägen, neu gießen oder ähnliches. Hab auch vor, wirklich nur lizensierte Legosteine zu verwenden.

Eure vielen Ideen haben mich teilweise gedanklich schon mal weitergebracht (z.B. das Pendelsystem für den Motor, hatte es doch ein wenig anders im Kopf, nur so, wie es geschildert wurde, wäre es viel einfacher)

Die Geschichte, ob das jetzt gut oder schlecht für den Motor ist hat mich total verwirrt, drum distanziere ich mich davon.

Ich hatte leider noch nicht weiter getüffelt und bitte euch erst mal, sich zurück zu halten. Melde mich spätestens morgen Abend nochmal mit Bildern evtl. auch Skizzen, die ich mir überlegt habe. Danach würde ich mich wieder auf eure Kommentare freuen!

MfG

Christian