Frage Notwendige Kraft eine Feder zu spannen (Motor)

[emp]

Moin,

ich bin am Überlegen einen eigenen Darfblaster zu bauen. Die Feder soll dabei von einem Motor gespannt werden (ähnlich Stampede). Es geht dabei um Spaß am Basteln. Einfach das Innenleben eines anderen Blasters zu übernehmen kommt also nicht in Frage.

Nun zu meiner Frage. Wenn ich eine Feder mit einem Motor spannen will, wie viel Kraft müsste der Motor aufbringen?
Je höher die Übersetzung eines vorgeschalteten Getriebes, desto weniger Umdrehung hat der Motor natürlich, aber desto mehr Kraft steht zur Verfügung. Am Ende sollten etwa 90 bis 120 Umdrehungen die Minute rauskommen. Wenn wir davon ausgehen, dass eine Umdrehung die Feder komplett spannt.

Folgenden Aufbau nehme ich für die folgende Betrachtung an:



Dem Aufbau fehlt natürlich noch ein Mechanismus, damit die Feder schlagartig nach vorne schnellen kann. Dafür habe ich bereits Ideen, die die Skizze aber unnötig kompliziert machen würden.

Die Feder unter https://www.federnshop.com/de/produkte/druckfedern/vd-207j-73.html habe ich aktuell in meiner Stampede, also nutzen wir diese einfach für die folgende Fragestellung.

Die Feder hat eine Höchstkraft von knapp 60 Newton. Die Feder kann maximal 88 mm zusammengedrückt werden. Für die aktuelle Berechnung nehmen wir einmal 60 mm an.

Als Motor nehme ich einmal den folgenden https://www.conrad.de/de/universal-brushed-elektromotor-motraxx-x-drive-550-1-10500-umin-244465.html

Der Motor entspricht von der Größe her etwa dem, was in der Stampede verbaut ist.

Der Motor hat ca. 9000 RPM bei 7.2 V unter Belastung und maximal 4 Ncm Drehmoment. Wenn wir nun ein Getriebe mit einer Übersetzung von 1:100 verwenden bleiben am Ende noch etwa 90 RPM und wir haben 400 Ncm (Verluste durch das Getriebe ignoriert).

Nun haben wir zwei Werte und zwei verschiedene Einheiten. Die Feder hat 60 Newton und der Motor liefert bis zu 400 Newton-Zentimeter.

Ich habe bisher keine vernünftige Formel gefunden die beiden Werte mit einander zu vergleichen. nur etwas schwammig habe ich mal gelesen (leider keine Ahnung mehr wo), dass man die Ncm in N umrechnen kann, indem man das Drehmoment mit dem Achsdurchmesser verrechnet. x = Ncm / Umfang.

Wenn wir die das angetriebene Zahnrad mal mit einem Umfang von 60 mm Auslegen, entspricht eine Umdrehung des Zahnrads einer gespannten Feder.

400 Ncm / 6 cm = 66 Newton.

Das reicht nun relativ knapp die Feder zu spannen. Es wurden ja keine Verluste durch das Getriebe berücksichtigt.

Wenn ich dass nun mit der Stampede vergleiche:

Getriebe der Stampede: https://blasted.de/threads/stampede-getriebeschaden-ihr-auch.5713/#post-102154

Ich habe eine Übersetzung von 1:102 errechnet.

Die Stampede die Feder mit einer halben Umdrehung auf und das letzte Zahnrad hat einen Umfang von ca. 132 mm.

Demnach müsste die Stampede ca. 60 Newton * 13,2 cm * 2 = 1584 Ncm liefern. Bzw. 15,5 Ncm bei ca. 9000 RPM = 1,5 Umdrehungen / Sekunde. Meine Stampede liefert ca. 1,5 Darts die Sekunde. Eventuell sogar mehr.

Das sind Werte die nicht hinkommen können!

Meine Frage ist nun, kann man die benötigte Kraft des Motors ermitteln? Meine bisherigen Erkenntnisse scheinen nicht korrekt zu sein.

 

[Jefe 2.0]

Ähmmmm, ja, keine Ahnung wie das ganze berechnet wird, ich bin da ziemlich schnell bei ausgestiegen weil ich davon keine Ahnung habe. Allerdings schreibst du das du kein Innenleben verpflanzen willst - super! Find ich cool, aber warum nimmst du nicht das Innenleben einer Stampede, Vulcan oder einer Swarmfire und kopierst es erst einmal und machst dann damit Tests um dich dahin zu "testen" wo du hin willst. OK ist zwar Trial and Error Prinzip, aber du schreibst ja das du Spaß am basteln hast.
Ich werde das ganze auf jeden Fall weiter verfolgen und drücke dir die Daumen.
lg
Jefe

 

[emp]

Mein eigentlich Ziel wäre einen starken Servo zu verwenden. Der hat das Getriebe bereits intern und mangels CNC-Fräse kann ich dass nicht so genau nachbauen. Ich könnte die Ergebnisse also nur ungefähr übernehmen. Also Feder kaufen, Motor mit bekannten Werten kaufen, alte und teure Nerf für Trial and Error kaufen und dann die Ergebnisse nur Pi mal Daumen übernehmen zu können. Ich würde gerne mit möglichst bekannten Werten anfangen, bevor ich 50 Euro+ zum Ausprobieren auf den Tisch lege.

 

[Alpha Asample]

wenn du wissen willst wieviel Kraft der Motor aufbringen muss um die Feder zu spannen, nimm dir ne Kofferwage(ne kleine müsste reichen)und spann die Feder damit, von da an kannst du weiterrechnen

 

[TheOrk]

Du willst keine Existierenden Internals nehmen, aber vielleicht als anregung mal swarmfire/speedswarm anschauen, das ist genau sowas. Wenn Du keine hast kann ich Bilder vom Innenleben auf meine toDo liste tun.

 

[emp]

wenn du wissen willst wieviel Kraft der Motor aufbringen muss um die Feder zu spannen, nimm dir ne Kofferwage(ne kleine müsste reichen)und spann die Feder damit, von da an kannst du weiterrechnen

Die Kraft der Feder kenne ich ja schon. Steht ja im Datenblatt.

Du willst keine Existierenden Internals nehmen, aber vielleicht als anregung mal swarmfire/speedswarm anschauen, das ist genau sowas. Wenn Du keine hast kann ich Bilder vom Innenleben auf meine toDo liste tun.

Danke, Bilder vom Innenleben schaue ich mir bereits an. Im Internet gibs ja das ein oder andere Foto / Video vom Innenleben der Nerfs.Bauchst also nicht extra welche zu machen.

Ich habe meinen Fehler in der Rechnung gefunden. Das Drehmoment ist nicht definiert als Kraft mal Umfang, sondern Kraft mal Radius.

Das bedeutet, dass die Stampede bei mir nicht 1584 Ncm leisten muss, sondern:

60 N * 2,8 * 2 = 336 Ncm. Das Macht dann 3,3 Ncm bei 9000 RPM. Das kommt dann ungefähr hin, wenn man bedenkt, dass die 9 Kg Feder von Blasterparts nicht ohne Spannungserhöhung funktioniert.

Damit habe ich jetzt nen Anhaltspunkt, wieviel Leistung ich letztendlich benötige.

 

[TheOrk]

Das ist in den Swarmfire ganz nett gelößt mit exzentrischen Rädern die am Plunger ziehen, so ein bischen wie beim antrieb von ner Dampflock... Mach ne Unterhaltung auf, wenn Du Details bruachst, die im Internet nicht zu finden sind. Ich hätt den Mechanismus nicht verstanden, wenn er mir nicht ins Gesicht explodiert wäre und ich es hätte wieder zusammensetzen müssen.

 

[emp]

So, ich habe mir mal die verschiedenen Mechanismen angeschaut. Das mit den exzentrischen Rädern ist natürlich sehr schick, da die benötigte Kraft über den gesamten Bereich des Umlaufs gleich gehalten wird. Das bedeutet leider auch, dass die Antriebsscheibe doppelt so groß werden muss.

Aktuell habe ich folgende Ideen, wie der Antrieb umgesetzt werden kann:

Antrieb per Zahnstange:



Das Zahnrad wir vom Motor angetrieben und die Zahnstange nimmt das "T" mit. Am "T" hängt dann ähnlich der Skizze aus dem ersten Post die Feder. Irgendwann ist die Zahnstange so weit hinten, dass das "T" an der hinteren Erhöhung nach oben gehoben wird. Die Stange schnellt dann durch die Feder nach vorne.

Dieser Antrieb entspricht in etwa der Stampede. Der Antrieb ist aufwendiger, lässt sich aber besser modifizieren. Die Schrägen können auch durch eine bessere Auslösemechanik ersetzt werden.

Antrieb per Kreiselscheibe:



Der Halbmond fängt einen Mitnehmer ein und transportiert diesen etwa 180° lang mit. An der höchsten Stelle angekommen, springt der Mitnehmer aus der Führung und saust auf direktem Weg zurück.

Der Vorteil dieser Technik ist der wesentliche einfachere Aufbau. Der Aufbau ist an die Swarmfire angelegt. Entgegen der Swarmfire kann die Scheibe aber in der Größe halbiert werden, um die Feder immer noch um die gleiche Länge zu stauchen. Die Kraftverteilung bei der Swarmfire ist dafür aber besser.

Bei beiden Aufbauten handelt es sich um einfache Skizzen. Der wirkliche Aufbau wird also in jedem Fall komplexer und auch die Mitnehmer / Auslöser sind nur angedeutet und keinesfalls Praxistauglich.

@TheOrk Ich werde dein Angebot gerne annehmen und mich bei dir nachher nochmal melden. Ich hätte da gerne ein paar Daten, also Abmessungen, damit ich Abschätzungen machen kann, wie groß man einen entsprechenden Aufbau auslegen müsste.

 

[chrisoptimus]

@emp

Grade mal rübergelesen. Sieht alles in sich stimmig aus. Warum nimmst du nicht einfach dein Zahnrad in der ersten Skizze und nimmst ein Viertel (als Bsp) raus? Die freie Stelle würde quasi als Auslöser funktionieren.

Zahnrad dreht sich und spannt über die Zahnstange die Feder- am gewünschten Punkt kommt die unterbrechung im Zahnrad- Die Zahnstange rutscht durch und der Spass geht weiter. Das Zahnrad dreht sich weiter, greift wieder die Stange und zack das ganze von vorne. Tada, Automatik.

 

[emp]

Sowas in der Art hatte ich ganz am Anfang überlegt. Meine Vermutung ist aber, dass der Letzte Zahn auf Dauer schaden nehmen würde. Bisher bin ich auch davon ausgegangen, dass dann das halbe Zahnrad ohne Zähne sein müsste. Damit hätte das Zahnrad dann wieder größer sein müssen, um die Feder genauso stark zu spannen. Das wieder rum würde wieder nen stärkeren Antrieb nach sich ziehen..

Im Moment sehe ich aber gar keinen Grund, warum ich anfänglich davon ausgegangen war, dass das halbe Zahnrad ohne Zähne hätte sein müssen. *kopfkratz*
Mir fällt auch grade ein, dass ich das Zahnrad ja dicker machen könnte, damit wird der Zahn stabiler.

Ich werde das mal im Kopf behalten.

 

[chrisoptimus]

Ja, rauszufinden wieviel du tatsächlich rausnehmen musst, wird ne andere Geschichte. Mir würde jetzt auf Anhieb kein Rechenweg einfallen das zu losen. An der Stelle evtl doch T&E. Ich hab das irgendwann vor grauer Vorzeit in der Schule gemacht, ich erinnere mich das dass eigtl ganz gut funktioniert hat. Je nach Feder und Spannweg wird das allerdings schwieriger.

 

[Pequi]

Interessantes Thema. Gibt's hier Fortschritte?

 

[Moggih]

Interessantes Thema. Gibt's hier Fortschritte?

Soso. Grad die Stampede eingesackt, schon geht das Ideenkarussell in die nächste Runde

@empWarum nimmst du nicht einfach dein Zahnrad in der ersten Skizze und nimmst ein Viertel (als Bsp) raus? Die freie Stelle würde quasi als Auslöser funktionieren.

Zahnrad dreht sich und spannt über die Zahnstange die Feder- am gewünschten Punkt kommt die unterbrechung im Zahnrad- Die Zahnstange rutscht durch und der Spass geht weiter. Das Zahnrad dreht sich weiter, greift wieder die Stange und zack das ganze von vorne. Tada, Automatik.

Das ist im Wesentlichen die Beschreibung für das aktuell erhältliche Stryfe Fullauto-Kit.
@Bode Hast Du damit schon was angestellt?

 

[emp]

Moin,

jain,

ich habe einen Prototypen gebaut, der in etwa wie die Skizze im ersten Beitrag aussieht, nur dass ich etwa 1/3 der Zähne weggelassen habe. Es funktioniert auch ganz gut, allerdings ist mein Drucker noch mit dem Drucken eines andere Projektes beschäftigt. Wann ich hier weiter basteln kann, steht in den Sternen. Das andere Projekt hat noch etwa 175 Druckstunden vor sich. Ich werd wohl in der Zwischenzeit erstmal nen neuen Drucker bauen, damit ich voran komme. Und ich lasse den Drucker nicht über nacht laufen (zu laut), bzw. wenn ich nicht da bin. Keine Lust die Bude abzufackeln... :-/