Umfangsgeschwindigkeit auf einen Golfball übertragen

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Stimmt
und der größte Konstruktionsfehler fällt mir gerade erst auf:
Aufgrund der getrennten Antriebsmotoren ist NICHT sichergestellt,
dass die beiden Rollen die gleiche Drehzahl haben.
Infolgedessen wird ein Teil der von den Rollen auf den Ball übertragenen Energie in die Ballrotation verschwendet.
 
Stimmt
und der größte Konstruktionsfehler fällt mir gerade erst auf:
Aufgrund der getrennten Antriebsmotoren ist NICHT sichergestellt,
dass die beiden Rollen die gleiche Drehzahl haben.
Infolgedessen wird ein Teil der von den Rollen auf den Ball übertragenen Energie in die Ballrotation verschwendet.
Das kann man so nicht sagen und dieses Detail als "größten Konstruktionsfehler" zu
bezeichnen ist ein bißchen Marktschreierei.
Man müßte wissen, wie genau die beiden separaten Motoren drehzahlmäßig eingestellt werden können.
Bei Drehzahlunterschieden wird der Ball evtl. nur etwas schräg abgeschossen.
Im übrigen wird vermutlich im Moment des Abschusses evtl. so eine Art zwangsweise "Drehzahlsynchronisation" stattfinden.
 
Sehr geehrte Damen und Herren,

für die Techniker-Schule soll bei einem Zwischenprojekt eine Golfballschussanlage erstellt werden.
Der Golfball soll zwischen 5 bis 10 meter in einem Raster von 25cm fliegen können und ein Ziel mit 30 cm Durchmesser und 25 cm Höhe treffen.
Unsere Golfballschussanlage ist auch schon fertig gebaut.


Den Anhang 59342 betrachten



Über zwei Gleichstrommotoren und zwei Potentiometer werden zwei Scheiben rotiert. Der Golfball wird von unten zugeführt und über die Reibung ( die Scheiben sind Gummi beschichtet) mitgerissen. Leider jedoch, passen die Praxiswerte nicht zu den errechneten. Wir erreichen zwar die 10 Meter, doch leider erst ab einer Drehzahl von 3000 1/min, dabei lag der errechnete bei 1824 1/min. Für unsere Dokumentation ist eine genaue Berechnung notwendig. Daher bitte ich hierbei um Hilfe. Bitte schaut euch die Skizze an. Ich verstehe nicht genau, wie man über die Energieerhaltung bei der Rotation auf die Geschwindigkeit des Golfballes kommt.


Den Anhang 59340 betrachten

Annahme:
Der Golfball soll mit folgender Parabel fliegen: "-0,1074*x²+ 0,999x +0,75"
Dann ist die Abschusshöhe h = 0,75 m und die Flugweite s = 10 m.
Damit der Ball 10 Meter fliegt muss er v = 9,55 m/s zurücklegen.
Dann braucht die Scheibe eine Winkelgeschwindigkeit von w = 191,06 1/s. Die Scheibe hat einen Durchmesser von 100 mm.
Also braucht die Scheibe eine Drehzahl von n = 1824,45 1/min.
Leider, stimmt diese Drehzahl nicht mit der Praxis überein. Bei 3000 1/min erreicht man grade so die 10 Meter.
Deshalb wollte ich den Energieerhaltungssatz verwenden :
Energieerhaltung am Golfball :

Energie E = Energie A + Wzu - Wab
=> Ekin = Epot + Reibungsarbeit – Wärmenergie

für Ekin = 1/2 * m * v² = 1/2 * 0,04 kg ( Masse Golfball) * v²
für Epot = m * g * h = 0,04kg * 9,81 m/s * 0,75m
für Reibungsarbeit = Fr * s = Fn * u * s = M/r * u * s = 98,1 Nmm/50mm * 0,96 * 0,001m

Für die Reibungskraft habe ich die Normalkraft berechnet. Dafür habe ich das vom Hersteller angegebene Drehmoment des Motors durch den Radius geteilt, ab der der Ball berührt wird. Danach multipliziert man das ganze mal den Reibungskoeffizienten ( Gummi auf PE) und mal den Reibungsweg 1mm.

Ich bin mir auch nicht sicher, ob diese Vorgehensweise in Ordnung ist. Technisch gesehen können wir den Abstand der Scheiben durch Langlöcher verstellen. Der Wert "s" ist also variabel.

Leider, führt mich das nicht zu vernünftigen Zahlen. Auch verstehe ich nicht, inwiefern sich die Rotationsenergie der Scheibe auf den Golfball überträgt.
Vielleicht kann mir hierbei jemand helfen. Vielen Dank.

Falls ihr noch mehr Angaben braucht sagt mir einfach Bescheid.
Zeige bitte mal die Rückseite des Gerätes.
Wie werden die Golfbälle den eingegeben?
 
Keine Sorge, das ist immer
gemeint!
Wie kommst Du denn auf sowas? Ich bin jedem gegenüber kritisch eingestellt! Und ich habe deine Beiträge auch immer sehr geschätzt. Immer ganz simpel und den Anforderungen angepasst (keine Raketentechnik, wo es auch ein Hammer tut)! Ich stelle gerne mal gegenfragen. Das aber auch nur weil ich die Logik oder den Sachverhalt nicht ganz verstanden habe. Das hat absolut rein Garnichts mit Dir zu tun!
 
Wie kommst Du denn auf sowas? Ich bin jedem gegenüber kritisch eingestellt! Und ich habe deine Beiträge auch immer sehr geschätzt. Immer ganz simpel und den Anforderungen angepasst (keine Raketentechnik, wo es auch ein Hammer tut)! Ich stelle gerne mal gegenfragen. Das aber auch nur weil ich die Logik oder den Sachverhalt nicht ganz verstanden habe. Das hat absolut rein Garnichts mit Dir zu tun!
Vllt. habe ich mich auch nur mit dem Nick vertan?
Kritisch prüfen ist eigentlich immer gut.
Freundschaft!
 
Vielen vielen Dank für eure Vorschläge und Hinweise.

Die Vorrichtung noch mit anderen Rollen auszustatten oder gar eine ganz andere Kraftübertragung zu wählen wird aufgrund der Zeit nicht mehr funktionieren ( Montag ist Abgabe). Außerdem wollten wir genau so eine Anlage bauen.

Wir haben die Woche wieder mehrere Golfbälle ( leider eine Vorgabe) geschossen. Leider, bleibt dabei die Genauigkeit nicht immer dieselbe. Der Golfball landet meist leicht versetzt vom Ziel. Es ist schwer das Raster (25cm Schritte) zu erfüllen. Die Maschine wurde deshalb nochmal neu ausgerichtet, damit der Ball immer geraudeaus geschossen wird. Das hat auch funktioniert. Anschließend haben wir wieder getestet. Aber auch wieder tauchen Probleme auf. Der Ball flog nicht mehr 10 Meter sondern maximal 6m. Egal wie hoch man die Drehzahl drehte, er flog nicht weiter. Das Raster hingegen konnte gut erfüllt werden, da 1% steigerung des Poti (Anzeige vorhanden) genau 25 cm bedeuteten.

Um das Problem in Angriff zunehmen, haben wir mal 24 V an die Anlage angeschlossen. Es blieb beim selben Ergebnis. Da wir die Einstellung nicht verstellen wollten, haben wir eine weitere Schicht des "Gummis" draufgeklebt. Jetzt ist der elastische Bereich größer und die Normalkraft ebenso. Bei 70% Auslastung flog der Ball 15 Meter weit. Die enormen Drehzahlen hat der Gummi-Klebstoff leider nicht ausgehalten und ist andauernd abgefallen. Dafür wird jetzt momentan eine Lösung gesucht.

Übrigens wird der Ball von unten eingeführt. Die Schiene geht bis hinten an den Anschlag und über eine Art Stößel (passt exakt in die Schiene) wird der Ball gegen die Scheiben geschoben.

Wir hoffen mit diesen Einstellungen jetzt auch das Raster zu erfüllen. Zumindest ist damit die Kontaktzeit zwischen Ball und Scheiben erhöht

Wunderbar fand ich die Idee mit den Prismenscheiben. Das wäre noch eine prima Alternative gewesen. Danke dafür.

@derschwarzepeter kannst du mir das mit der Schwungmasse genauer erklären? Wenn ich das Gewicht der Scheibe erhöhe, dann vermindere ich die Drehzahlsenkung? Ist das richtig? Kann ich einfach Wuchtgewichte draufkleben? Das Gewicht liegt leider fest bei 300g.

@motmonti der Ball kommt immer zwischen die Scheiben. Er weicht nicht nach oben hin aus.

Ich danke euch für eure Mühen und Ideen!
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
@derschwarzepeter kannst du mir das mit der Schwungmasse genauer erklären? Wenn ich das Gewicht der Scheibe erhöhe, dann vermindere ich die Drehzahlsenkung? Ist das richtig?
Ganz genau:
Du entnimmst ja dem rotierenden System während der Kontaktzeit die Energie 0,5 * m (Ball) * v² (Ball)
und diese Energie kann in der kurzen Zeit nicht aus dem Elektromotoren entnommen werden,
sondern aus deinem rotierenden System entnimmt (BREMST) du die Energie 0,5 * J * omega²
(J = Trägheitsmoment des rotierenden Systems, d.h. das der Scheiben + der Motorrotoren),
und NACH dem Abschuss beschleunigt das System wieder.

Da einfach Wuchtgewichte draufkleben, verbessert die Sache zwar tendenziell,
wird aber viel, viel zu wenig sein, um einen nennenswerten Drehzahlabfall zu verhindern.
Ich würde da auf die gleichen Wellen richtig fette Schwungmassen montieren,
z.B. möglichst große Keilriemenscheiben oder sonstige massive Eisenräder (vom Schrott)
und wenn die je 2...3 kg oder mehr haben, wird´s auch nicht schaden!
 

derschwarzepeter

Mitarbeiter
Man müßte wissen, wie genau die beiden separaten Motoren drehzahlmäßig eingestellt werden können.
Das ist richtig:
Wenn das Synchronmotoren sind, die am gleichen Netz/FU/Wechselrichter hängen,
dann werden die die gleiche Drehzahl haben.
ALLE anderen Motoren bedürfen dazu einer mechanischen (Getriebe) oder aufwändigen regelungstechnischen Synchronisation.

Im Moment des Abschusses findet KEINE "Drehzahlsynchronisation" statt,
weil der Golfball dadurch einen Drall erhält:
Du kannst den auch abschießen, wenn eine Scheibe fixiert ist!

Dass der Ball bei Drehzahlunterschieden mehr oder weniger schräg abgeschossen wird,
ist ja doch gerade das Problem: So wird man sehr sehr schwer den "Raster" treffen!
 
Das ist richtig:
Wenn das Synchronmotoren sind, die am gleichen Netz/FU/Wechselrichter hängen,
dann werden die die gleiche Drehzahl haben.
ALLE anderen Motoren bedürfen dazu einer mechanischen (Getriebe) oder aufwändigen regelungstechnischen Synchronisation.

Im Moment des Abschusses findet KEINE "Drehzahlsynchronisation" statt,
weil der Golfball dadurch einen Drall erhält:
Du kannst den auch abschießen, wenn eine Scheibe fixiert ist!

Dass der Ball bei Drehzahlunterschieden mehr oder weniger schräg abgeschossen wird,
ist ja doch gerade das Problem: So wird man sehr sehr schwer den "Raster" treffen!

Die Reichweite scheint das Problem zu sein.
Ob und wie genau die beiden Motoren die gleiche Drehzahl halten können, weiß niemand.
Selbst wenn diese genau synchron laufen, können infolge geringer Durchmesserunterschiede der Walzen trotzdem geringe Differenzen in der Umfangsgeschwindigkeit auftreten (also geringer Schrägschuß).
Es ist ja durch Ändern der Eingriffsmechanik gelungen, auf 15 m (statt 10 m) zu schießen.
Also ist die Eingriffsmechanik die Lösung des Problems.
Zwar kann man Schwungmassen anbringen, das ist aber m.E. ein nutzlose Umweg und bewirkt letzlich gar nichts Wesentliches.
Auch Wellen mit Trägheitsmassen können doch unterschiedliche Drehzahlen aufweisen- ändern also nichts am Hauptproblem.
Eine Zwangssynchronisation wäre vermutlich besser in Verbindung mit genau gleichen Durchmessern der Walzen. Diese wird man vermutl. infolge der Elastzität des Walzenmaterials nicht genau einhalten können.
Einen Raster von 25 cm vorzugeben finde ich angesichts der "Bordmittel" und Kenntnisse, die zur Verfügung stehen etwas zu streng.
Das Projekt sollte zunächst hinsichtlich der Eingriffsmechanik verbessert werden.
Sobald der Golfball rotiert, wird er infolge des "Flettner- Effektes" eine (geringe) Kurve fliegen
 

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