Wie messe ich am schnellsten und einfachsten Kraft?

Hendrik Schneider

Vereinsmitglied
Teammitglied
Hi Leute;

nachdem die Servodatenbank mittlerweile ganz ordentlich ist, überlege ich mir die nächste Ausbaustufe:

Ich baue einen Servo-Teststand:
  • Strommessung: trivial damit haben wir Zugang zu einer recht wichtigen weiteren Kenngröße, die den meisten Modellbauern fehlt
  • Speedmessung: auch recht einfach: ich schlachte eine alte Maus und habe leicht und gut Zugang zu den Bewegungsdaten
  • Kraftmessung: Soll ich da so eine Kraftmessdose anschließen?
    die Dinger sind TEUER! Aber eine andere Möglichkeit habe ich nicht gefunden, einigermaßen zuverlässig Kraft zu messen und am besten direkt in digitaler Form in den Rechner zu bekommen. HAT JEMAND EINE IDEE?
  • Lautstaerke: ist das fuer Euch ein Thema? Mich interessiert es!
  • Dauerbetrieb: das kann ich dann mit halber Last am Arm laufen lassen, ein paar Tage mit wechselnder Lastrichtung und die Spreu sollte sich vom Weizen trennen
  • Getriebespiel: mit obiger Maus
  • Getriebehaltbarkeit: das geht wohl nicht zerstörungsfrei und ich sollte mir überlegen, ob ich das wirklich will.. Aber ich denke, auch das interessiert. das wäre eine dynamische Kraft (schwer zu messen) oder eine quasi-statische Kraft; dazu müsste ich den Motor festhalten und eich bin mir nicht sicher, wie realitätsnah das dann ist.

Input?

Gruss,
Hendrik
 
Hallo Hendrik,

Eine moegliche Loesung:
Nimm eine einfache digitale Fischwaage aus ebay, kostet nen 10er.

Bis denne
 
Hallo

Die Elektroflieger nehmen dazu eine digitale Waage. Als Ansatz könnte ich mir denken eine 10kg Waage, die mit 10kg Belastet ist. Da Tara und der Servo muß nun versuchen, die Kraft zu heben. Je nachdem wieviel es schafft, wird die Waage entlatet und das kann dann gemessen werden.
Vielleicht hat die Waage ja auch einen Analogausgang wie die hier:
http://www.medusaproducts.com/Power-Analyzers/pa-60100R_access.htm

Ist nur eine Idee. Vielleicht weiß jemand was besseres.

Gruß

Onki
 
Hallo Hendrik,

Eine moegliche Loesung:
Nimm eine einfache digitale Fischwaage aus ebay, kostet nen 10er.

Bis denne

gerade geguckt:

koennte sein, dass die Wege dabei zu gross sind: mit dem Servo habe ich nur kurzen Weg, bis ich den linearen Bereich verlasse...
Wenn ich das richtig sehe, sind die Fischwaagen eingepackte Federwaagen, so dass die Wege gross werden (macht beim Fischewiegen nicht aus...)

Hendrik
 
Hallo Hendrik
Die Rückstellgenauigkeit wäre interessant. Mit wechselnder und bei dauernder Belastung absolut Spitze. Das Verhalten bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen ebenso.
Übersteigt das aber nicht die Möglichkeiten?
 
Hallo Hendrik
Die Rückstellgenauigkeit wäre interessant. Mit wechselnder und bei dauernder Belastung absolut Spitze. Das Verhalten bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen ebenso.
Übersteigt das aber nicht die Möglichkeiten?

AH richtig:
Drift des Nullpunkts bei unterschiedlichen Temperaturen: ich hatte mal eins, das war da katastrophal! hmmm.. das wird natürlich nen bissel schwieriger, weil man warten muss, bis es ein Temperaturgleichgewicht gibt...
Ich denk mal drüber nach.

Rueckstellgenauigkeit sollte gut machbar sein... geht schnell, da muss ich nur vorgegebene Lasten ansetzten und Hysterese messen...

Hendrik
 
Hi

Wenn ein Servo angesteuert wird wird doch der WEG vorgegeben und nicht die Kraft die es aufbringt !!
Da ein messen mit Wage aber den Weg blockiert geht es immer auf max Kraft um den Weg zu machen.
Eine solche Metode halte ich nicht für sinnvoll.
Ich mache Messungen mit Gewichten am Hebelarm (da sieht man gleich wie sich alles biegt) und messe den Strom in der Zuleitung.
Der ändert sich schon sehr zwischen Heben - Halten und Senken.

Gruß Aloys.
 
Die Anregung mit dem Gewicht ist doch gar nicht so blöd. Warum nicht einen "geeichten" Servohebel (aus GFK/CFK) hernehmen mit definierten verschiedenen Längen und ein definiertes Gewicht dranhängen. Dann kannst du (statt das Gewicht zu variieren) die Hebellänge variieren und damit das maximale Drehmoment bestimmen. Ist natürlich nur diskret (wie die Löcher in deinem Hebel) aber auf 10-20% sollte es schon hinzukriegen sein.
 

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Hallo,

statt den Hebel eine Gewindestange mit Aufnahme, fester ausgemessener Anschlag zum Start und dann kann man anhand Gewindesteigung und Umdrehungen jedes gewünschte Maß einfach ausrechnen und einstellen.

Hans
 
Die Anregung mit dem Gewicht ist doch gar nicht so blöd. Warum nicht einen "geeichten" Servohebel (aus GFK/CFK) hernehmen mit definierten verschiedenen Längen und ein definiertes Gewicht dranhängen. Dann kannst du (statt das Gewicht zu variieren) die Hebellänge variieren und damit das maximale Drehmoment bestimmen. Ist natürlich nur diskret (wie die Löcher in deinem Hebel) aber auf 10-20% sollte es schon hinzukriegen sein.

Hi Bee,
Danke für das schöne Bild!
Das wäre so machbar und ist wohl die "normale" Messmethode. Weshalb ich das nicht will hat zwei Gründe:
1. Die Kraft ist abhängig von der Lage des Servohebels: der Hebelarm, der für des Dehmoment wirkt ist cos( alpha) von der "Ruhelage". So dass ich nur in einem Moment das eingestellte Moment aufbringe.
2. Auch das Gewicht ist problematisch, weil es eine Trägheit bildet, die zum einen das Anfahren des Servos verlangsamt und zum zweiten auch abgebremst werden muss. So bekomme ich dann bei nicht konstanter Geschwindigkeit des Gewichtes immer eine Überlagerung der Kräfte, was ich dann wieder mehr oder weniger mühsam herausrechnen müsste.

Den ersten Punkt kann ich ausschließen, indem ich das Gewicht auf einer Rolle laufen lassen, die ich (Segelwinde) auf dem Servo montiere. Dann bleibt der Hebel immer gleich. Das zweite Problem kann ich nicht eliminieren.

Gruss,
Hendrik
 
Hallo,

statt den Hebel eine Gewindestange mit Aufnahme, fester ausgemessener Anschlag zum Start und dann kann man anhand Gewindesteigung und Umdrehungen jedes gewünschte Maß einfach ausrechnen und einstellen.

Hans

Hi Hans,
ja, auch das. Ich denke, dass ich auf jeden Fall durch so eine Messung durch muss, um meine Drehmomentmessung zu kalibrieren. Allerdings wird das eine mehr oder wenig Zeitaufwendige Einstellerei.
Und, beider Punkte, die ich an Bee geschrieben habe, gelten auch für Deinen Vorschlag.

Hmm... Aber ihr (Aloys, Bee, hans) habt vermutlich recht: ich sollte simpel anfangen..

Gruss,
Hendrik
 
Wenn ein Servo angesteuert wird wird doch der WEG vorgegeben und nicht die Kraft die es aufbringt !!
Da ein messen mit Wage aber den Weg blockiert geht es immer auf max Kraft um den Weg zu machen.

Hi Aloys,
Eine Waage macht auch immer ein bischen Weg, also könnte man wohl die Kraft durchspielen (ich habe keine Erfahrung, wie sinnvoll oder machbar das ist).


Ich mache Messungen mit Gewichten am Hebelarm (da sieht man gleich wie sich alles biegt) und messe den Strom in der Zuleitung.
Der ändert sich schon sehr zwischen Heben - Halten und Senken.

Ja, nach den letzten beiden Posts habe ich auch darüber nachgedacht:

Drehmoment ist Kraft * Hebelarm
M = F * r

Der Hebelarm ist r_max * cos(alpha)
wobei alpha der Winkel von der waagerechten aus gemessen ist (bee's Bild)

F = m*g
bei Ruhestand oder unbeschleunigter Bewegung

F = m*g + m*a
wobei a die Beschleunigung des Gewichtes ist, also d alpha / dt * r (wenn das Gewicht direkt am Hebel befestigt ist) und
a = d alpha / d t * r * cos (alpha) wenn das Gewicht an einem Seil am Hebel haengt.

Kein Wunder also, dass Du beim Heben und Senken unterschiedliche Stroeme mistst.

Gruss,
Hendrik
 
Wenn ein Servo angesteuert wird wird doch der WEG vorgegeben und nicht die Kraft die es aufbringt !!
Da ein messen mit Wage aber den Weg blockiert geht es immer auf max Kraft um den Weg zu machen.

Hi Aloys,
Eine Waage macht auch immer ein bischen Weg, also könnte man wohl die Kraft durchspielen (ich habe keine Erfahrung, wie sinnvoll oder machbar das ist).


Ich mache Messungen mit Gewichten am Hebelarm (da sieht man gleich wie sich alles biegt) und messe den Strom in der Zuleitung.
Der ändert sich schon sehr zwischen Heben - Halten und Senken.

Ja, nach den letzten beiden Posts habe ich auch darüber nachgedacht:

Drehmoment ist Kraft * Hebelarm
M = F * r

Der Hebelarm ist r_max * cos(alpha)
wobei alpha der Winkel von der waagerechten aus gemessen ist (bee's Bild)

F = m*g
bei Ruhestand oder unbeschleunigter Bewegung

F = m*g + m*a
wobei a die Beschleunigung des Gewichtes ist:
a = d alpha / d t * r (wenn das Gewicht direkt am Hebel befestigt ist) und
a = d alpha / d t * r * cos (alpha) wenn das Gewicht an einem Seil am Hebel hängt.

Kein Wunder also, dass Du beim Heben und Senken unterschiedliche Ströme misst.

Gruss,
Hendrik
 
Hallo,


lasst bloß den Mist mit den Waagen!

Was sagen die Waagen aus? Nicht viel!

Mit einer Waage wird lediglich eine Kraft gemessen, die so im Flugbetrieb aber nie auftreten wird, denn Energie=Kraft*Weg und der Weg ist hier 0 (Wegänderung durch elastische Verformung des Gehäuses und der Komponenten, Nachgiebigkeit der Waage etc... ausgenommen)
Um also einen objektiven Wert zu bekommen, muss das Servo ARBEIT verrichten!
Bei der Waagenmessmethode kann ich auch gleich das Orakel fragen, denn der angezeigte Messwert wird in der Praxis so nie erreicht werden.

Auf weinig-web.de wurden auch einige Servos vermessen, allerdings mit genau dieser Methode, schauts euch mal an. Interessant ist, dass die meisten vermessenen Servos nicht an die versprochenen Angaben rankommen. Es ist anscheinend auch so, dass die Hersteller die Stellkraft messen, in dem sie das Servo zuerst auf Endausschlag fahren und dann den Servohebel mit Schwung auf die Waage fahren lassen.
Das hier zum Teil viel größere Stellkräfte erreicht werden, ist klar.
Diese Messung ist leider völlig unobjektiv, wann tritt ein solches Verhalten in der Praxis aus? Nie!

Was ist also die Lösung des ganzen Messproblems? Es muss beim Messen Energie zugeführt werden, wie in der Praxis auch. Also Ruderausschlag gegen die vom Wind erzeugte Kraft. Ich habe mir dazu folgendes überlegt, ist simpel und gut realisierbar:

man befestige einen langen Servohebel mit Löchern auf dem Servoabtriebskopf. Man hänge ein Seil ein, an dessen Ende sich ein möglichst zylindrisches Gewicht befindet. Dieses Gewicht stelle man in einen großen Eimer mit Wasser. Bewegt man nun das Servo, so zieht es das Gewicht aus dem Wasser, immer weiter, bis es dann schlussendlich nicht mehr genug Kraft hat, denn je weiter das Gewicht aus dem Wasser gehoben wird, desto höher die Kraft.

Man zeichne die Position des Gewichts ein, nehme es vom Haken und messe z.B. mit einer Federwaage bei gleichbleibender Position oder rechne es aus (für das Ausrechnen sind geometrisch einfache Körper sinnvoll, z.B. Zylinder)
Das ganze System muss so eingerichtet werden, dass der Servoarm beim maximalen Drehmoment im rechten Winkel zur Gewichtskraft ausgerichtet ist, d.h. Schnurlänge entsprechend anpassen.

Die ist eine objektive Messmethode und ich wünschte mir, dass alle Servokräfte nach dieser bestimmt würden (Herstellerseitig). Dann gäbs auch nicht so viel Phantasieangaben.

Bei der Haltekraftmessung würde ich einen Eimer ranhängen und diesen langsam mit Wasser füllen, bis das Servo nachgibt. Dann das Gewicht des Eimers messen.

Gruß

Heinz
 
Hi Hendrik,

ich weiss ja nicht, welche Genauigkeiten du brauchst, aber cos(10) = 1-1.5% und cos(20) = 1-6%. (Äh, näherungsweise). Also bei 10° Drehbewegung (in beide Richtungen) machst du einen Fehler von 1.5%, das geht im Rauschen der Erdanziehungskraft unter ;).

Und ich denke mal dass du "nur" zu messen brauchst, ab welchem Drehmoment das Servo nicht mehr anläuft. (dt wird recht gross)

Ich denke, dass du damit schon vernünftige Kennzahlen über das Servo erhalten kannst. Das würde ungefähr dem entsprechen, ob ein Servo bei gg. Geschwindigkeit die Wölbklappen noch ausfahren kann.
 
Hi Hendrik,

ich weiss ja nicht, welche Genauigkeiten du brauchst, aber cos(10) = 1-1.5% und cos(20) = 1-6%. (Äh, näherungsweise). Also bei 10° Drehbewegung (in beide Richtungen) machst du einen Fehler von 1.5%, das geht im Rauschen der Erdanziehungskraft unter ;).

Und ich denke mal dass du "nur" zu messen brauchst, ab welchem Drehmoment das Servo nicht mehr anläuft. (dt wird recht gross)

Ich denke, dass du damit schon vernünftige Kennzahlen über das Servo erhalten kannst. Das würde ungefähr dem entsprechen, ob ein Servo bei gg. Geschwindigkeit die Wölbklappen noch ausfahren kann.

Ja, da gebe ich Dir recht.
.. dann bastele ich erstmal, ich denke, ich habe jetzt mal genügend Vorschläge, um eine Weile über die Runden zu kommen

Merci

Hendrik
 
Hallo,


lasst bloß den Mist mit den Waagen!

Was sagen die Waagen aus? Nicht viel!

Mit einer Waage wird lediglich eine Kraft gemessen, die so im Flugbetrieb aber nie auftreten wird, denn Energie=Kraft*Weg und der Weg ist hier 0 (Wegänderung durch elastische Verformung des Gehäuses und der Komponenten, Nachgiebigkeit der Waage etc... ausgenommen)
Um also einen objektiven Wert zu bekommen, muss das Servo ARBEIT verrichten!
Bei der Waagenmessmethode kann ich auch gleich das Orakel fragen, denn der angezeigte Messwert wird in der Praxis so nie erreicht werden.

Auf weinig-web.de wurden auch einige Servos vermessen, allerdings mit genau dieser Methode, schauts euch mal an. Interessant ist, dass die meisten vermessenen Servos nicht an die versprochenen Angaben rankommen. Es ist anscheinend auch so, dass die Hersteller die Stellkraft messen, in dem sie das Servo zuerst auf Endausschlag fahren und dann den Servohebel mit Schwung auf die Waage fahren lassen.
Das hier zum Teil viel größere Stellkräfte erreicht werden, ist klar.
Diese Messung ist leider völlig unobjektiv, wann tritt ein solches Verhalten in der Praxis aus? Nie!

Was ist also die Lösung des ganzen Messproblems? Es muss beim Messen Energie zugeführt werden, wie in der Praxis auch. Also Ruderausschlag gegen die vom Wind erzeugte Kraft. Ich habe mir dazu folgendes überlegt, ist simpel und gut realisierbar:

man befestige einen langen Servohebel mit Löchern auf dem Servoabtriebskopf. Man hänge ein Seil ein, an dessen Ende sich ein möglichst zylindrisches Gewicht befindet. Dieses Gewicht stelle man in einen großen Eimer mit Wasser. Bewegt man nun das Servo, so zieht es das Gewicht aus dem Wasser, immer weiter, bis es dann schlussendlich nicht mehr genug Kraft hat, denn je weiter das Gewicht aus dem Wasser gehoben wird, desto höher die Kraft.

Man zeichne die Position des Gewichts ein, nehme es vom Haken und messe z.B. mit einer Federwaage bei gleichbleibender Position oder rechne es aus (für das Ausrechnen sind geometrisch einfache Körper sinnvoll, z.B. Zylinder)
Das ganze System muss so eingerichtet werden, dass der Servoarm beim maximalen Drehmoment im rechten Winkel zur Gewichtskraft ausgerichtet ist, d.h. Schnurlänge entsprechend anpassen.

Die ist eine objektive Messmethode und ich wünschte mir, dass alle Servokräfte nach dieser bestimmt würden (Herstellerseitig). Dann gäbs auch nicht so viel Phantasieangaben.

Bei der Haltekraftmessung würde ich einen Eimer ranhängen und diesen langsam mit Wasser füllen, bis das Servo nachgibt. Dann das Gewicht des Eimers messen.

Gruß

Heinz

Kurze Frage:
Warum wird bei der Waage keine ARBEIT verrichtet?
Das Servo hebt eine Masse gegen die Anziehungskraft der Erde. Es wird sehr wohl Arbeit verrichtet. Auch wenn du es bei den Handelsüblichen Waagen nicht sehen kannst, die bewegen sich schon etwas nach unten, es ist aber nur marginal.

Korrigiert mich, wenn ich falsch liege, bin ja kein Physiker, aber Gewichte anheben erfordert Kraft, genau die Kraft um das das Gewicht "leichter" wird auf der Waage.

Grüße

Martin
 
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