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Das ewige Pendel

Tischdeko Stromlaufplan für das "ewige" Pendel

In diesem Projekt wird ein Pendel mit Hilfe eines Elektromagneten zu einer dauerhaften Schwingung angeregt. In Geschenkartikelläden findet man solche Konstruktionen in diversen Ausfertigungen  als Tischdeko.  Dort wird das Pendel über eine Transistorschaltung angetrieben, wie das Beispiel zeigt. Wir wollen etwas mehr Aufwand treiben und einen Arduino die Steuerung des Elektromagneten übertragen. Den Pendelwinkel erfassen wir mit Hilfe eines Winkelgebers (Encoder). Die Funktionsweise ist im Beitrag inverses Pendel näher erläutert. In Abhängigkeit vom Pendelwinkel bzw. der Winkelgeschwindigkeit steuern wir den Strom im Elektromagneten. Dabei nutzen wir sowohl das anziehende- als auch das abstoßende Moment. Der Elektromagnet wird mit Hilfe einer H-Brücke in der Polarität ständig gedreht.

Als mechanisches Grundgerüst benutzen wir ALU Profile 20 B-Typ Nut 6.  Den Encoder befestigen wir mit Hilfe eines Motorwinkels am ALU Profil. Der Pendelstab besteht aus einem 10x10x300 Makerbeam ALU Profil. Am Ende befestigen wir mit Zwei- Komponenten Kleber einen Neodym Scheibenmagnet der Größe 20x5 mm. Zur Stromversorgung kann ein 12V Schaltnetzteil oder Steckernetzteil verwendet werden.


Grundgerüst des Pendels

Befestignung des Encoders mit Motorwinkel

Elektromagnet am ALU Profil

Arduino Mega mit IBT_2 H-Brücke

Das Programmbeispiel steuert das Pendel in fünf verschiedenen Phasen: Beschleunigen, Abbremsen, Chaosbetrieb, rechts Wippen, links Wippen. Für jede Phase wurde eine Dauer von 20 Sekunden gesetzt. Die fünf Phasen sollen eine Anregung geben sich weitere Programmschritte zu überlegen bzw. die Bestehenden noch zu optimieren. Wie kann der maximale Pendelausschlag erzielt werden? Wie kann das Pendel am schnellsten zum Stillstand gebremst werden?  

Nach dem Laden des Programms schwingt das Pendel von alleine an. Immer wenn sich das Pendel abwärts auf den Magneten zu bewegt polen wir den Magnet auf Anziehungskraft. Sobald der untere Totpunkt durchlaufen ist polen wir auf abstoßende Kraft um. So wird das Pendel zur Schwingung gebracht. Beim Chaosbetrieb wird die Magnetkraft mittels Zufallswerten fortlaufend geändert (abstoßend und anziehend) was zu einer vollkommen unregelmäßigen Pendelschwingung führt. Ein rechts. bzw. linksseitiges Wippen erreicht man durch permanentes Abstoßen links bzw. rechts vom unteren Totpunkt.


Dateien

Arduino Mega Programmcode ewigesPendel.ino
Programmbibliothek Enoder

Encoder.h

Timerbibliothek

TimerThree.h

Stromlaufplan

Bilder und Links zu den Einzelteilen

Arduino Mega 2560 R3

ALU Profile  20 B-Typ Nut 6 Fa. Dold Mechatronic

Elektromagnet 24V

IBT_2 H-Brücke

Motorwinkel als Halterung für den Encoder

OMRON Rotary Encoder E6B2-CWZ6C 2000P/R 5V-24V

Schaltnetzteil 12V 8,5A

Maker Beam ALU Profil 10x10x300 als Pendelstab

6 mm Kupplung für den Pendelstab

Neodym Scheibenmagnet 20x5mm

 


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