Schaukel

	Modell 1
	Prinzip
	Tacoma
	Kurbel
	Motor
	Pendel
	Kurve
	Zykloide
	Modell 2
	Modell 3
	Modell 4
	Ausstellung

Motor

Beim Ausprobieren wirst du sofort feststellen, dass bei der vorliegenden kreisförmigen Bahn die Schwingungsdauer der Kugel von der Auslenkung abhängt. Damit die Kugel nach und nach immer weiter hin und her schwingt, muss die Schwingungsdauer des Antriebs der Schaukel immer mit der Schwingungsdauer der Kugel übereinstimmen. Das bedeutet bei einem Motorantrieb, dass die Drehzahl des Motors dauernd passend nachgeregelt werden muss.

Wenn du zur Stromversorgung einen Trafo mit Geschwindigkeits-Steller verwendest, kannst du diese Regelung selbst von Hand durchführen. Das erfordert allerdings etwas Übung und eine genaue Beobachtung der Kugel. Falls die Drehzahl des Motors zu niedrig oder zu hoch ist, bremst die Kugel sehr schnell ab!

Die Drehzahlregelung lässt sich natürlich auch automatisieren. Dazu muss die Schwingungsdauer der Kugel gemessen werden. Die Drehzahl des Motors wird dann ständig so eingestellt, dass die Schaukel dieselbe Schwingungsdauer bekommt. Der Entwurf und Aufbau einer derartigen Regelung ist allerdings deutlich mehr als Basteln. Außerdem haben aufwendige Lösungen meistens den Nachteil, dass sie sehr störanfällig sind.

Viel einfacher ist es, die Drehzahl eines Motors auf einen passenden Wert einzustellen und anschließend mit einer Regelung konstant zu halten. (Das ist zum Beispiel in fast jedem Kassetten-Rekorder-Motor bereits eingebaut). Dann funktioniert die Schaukel unter der Voraussetzung, dass auch die Schwingungsdauer der Kugel konstant, das heisst unabhängig von ihrer Auslenkung, ist. Daraus ergibt sich folgende sehr interessante Frage: Für welche Form der Bahn ist das erfüllt?

März 2001: Heute funktioniert diese Schaukel so gut wie noch nie. Kugeldurchmesser von 20 bis 25 mm sind okay. Eine Kugel schwingt drei bis viermal hin und her. Dann ist die Auslenkung so groß, dass die Kugel oben die Schaukel verlässt. Sogar wenn zwei Kugeln gleichzeitig auf der Schaukel liegen, werden diese trotz gegenseitiger Reibung nach oben befördert. Manchmal klappt es sogar mit drei Kugeln auf einmal. Der LEGO-Motor wird einfach mit einer konstanten Spannung von 4,9 Volt versorgt. Dazu habe ich ein Labornetzgerät verwendet, weil am LEGO-Eisenbahntrafo die Spannung leider nur stufenweise erhöht werden kann, und man die 4,9 Volt nicht trifft.

Du hast also auch mit einer kreisförmigen Bahn gute Chancen. Ich weiß jetzt auch warum, nachher ist man ja immer schlauer. Bei dieser Schaukel hier endet die Bahn bei einem Winkel von etwa 30 Grad. Bei so einer maximalen Auslenkung ist die Schwingungdauer um circa 1,7 % größer als bei sehr kleinen Auslenkungen. Diese kleine Abweichung stört nicht, weil die Eigenfrequenz der Kugelschwingung noch dicht genug bei der Erregerfrequenz des Antriebs liegt.
Aber man will ja höher hinaus. Bei einer maximalen Auslenkung von 60 Grad hat die Schwingungsdauer bereits um 7,3 % zugenommen, bei 90 Grad sind es 18 %. Diese Abweichungen sind zu groß, es liegt keine Resonanz mehr vor. Mit halbkreisförmigen Bahn geht es also (ohne Regelung) nicht. Daher die Überlegungen in den folgenden Abschnitten.

Kurbel

Pendel