fischertechnik Community - ft:pedia · 2020. 10. 2. · System fischertechnik sei eben robust und...

Herausgegeben vonDirk Fox und Stefan Falk

ISSN 2192-5879

ft:pediaHeft 3/2018

Heft 3/2018 ft:pedia

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Editorial

An die Kästen, Mädels!

Dirk Fox, Stefan FalkDie Diskussion ist alt, wird angesichts derdemografischen und wirtschaftlichen Ent-wicklung immer wichtiger und leider gele-gentlich ideologisch geführt: Wie lassensich Mädchen für Technik und Informatikbegeistern? Denn dass nicht nur bei Jungstechnische Talente verkümmern, weil sie inunserem überwiegend technikbefreitenSchulunterricht nicht oder zu spät entdeckt,entwickelt und gefördert werden, ist eine(traurige) Tatsache.

Außer Frage steht, dass die Begeisterungfür Technik so früh wie möglich gewecktwerden muss. Kommen Mädchen erst inSchulfächern wie „Naturwissenschaft undTechnik“ (NWT) zum ersten Mal intensivermit Technik in Kontakt, stecken sie meistschon in der Pubertät – und der Zug istlängst abgefahren.

Belegt ist auch, dass der Zugang von Mäd-chen zu technischen Themen stärker sinn-orientiert erfolgt: Anders als Jungs, die sichauch für Technik an sich begeistern können,wollen Mädchen meist wissen, wofürTechnik „gut ist“ – damit steht und fällt ihrInteresse. Prägungen durch das sozialeUmfeld spielen auch eine wichtige Rolle –Familie, Schule, Freunde: Vorbilder und dieInteressen der Freundinnen haben großenEinfluss darauf, worauf Mädchen sich ein-lassen. Und noch immer beeinflussen vor-herrschende Stereotype die Berufswünscheselbst technisch begabter und interessierterMädchen.Mit zahlreichen Maßnahmen ist in den ver-gangenen Jahren versucht worden, Mäd-chen für Technik-Themen zu gewinnen, wieVorbilder-Kampagnen oder Girls Days. Die

Wirkungen sind sichtbar, aber begrenzt –das ist nicht verwunderlich, wissen wirdoch, dass andere Einflussfaktoren erheb-lich wichtiger für die Studien- und Berufs-wahl sind (siehe Abbildung).

Gender-Studie TEquality, Linz, 2007

Mädchen sollten schon in der Grundschulemit Technik und Programmierung in Kon-takt kommen. Vermittelt über Aufgaben-stellungen aus Sinn stiftenden Zusammen-hängen. Und das kontinuierlich – in fischer-technik-AGs, in der Familie oder mit Freun-den. Da können auch wir Fans einen Beitragleisten: als Eltern, Coaches, fischertechnik-AG-Betreuer oder durch die Motivation zueinem Convention-Besuch.Beste Grüße,Euer ft:pedia-TeamP.S.: Am einfachsten erreicht ihr uns [email protected] oder über die Ru-brik ft:pedia im Forum der ft-Community.

http://www.fam2tec.de/html/img/pool/Technikstudium_M_nner_Frauen.pdfmailto:[email protected]://forum.ftcommunity.de/

ft:pedia Inhalt • Termine • Hinweise • Impressum

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Inhalt An die Kästen, Mädels! ..................................................... 2Sternstunde ...................................................................... 4Ein kleines Update für den Urlaubskasten ........................ 6Mini-Modelle (20): Knopfkreisel ........................................ 7Kreisel und mehr ............................................................... 9Ein Kreiselspiel ............................................................... 17Gib Gummi ...................................................................... 21Weinbergbahn ................................................................ 25Borstenroboter – Bristlebot ............................................. 33Grafik auf dem TXT mit startIDE ..................................... 37

Impressum http://www.ftcommunity.de/ftpediaHerausgeber: Dirk Fox, Ettlinger Straße 12-14,76137 Karlsruhe und Stefan Falk, Siemensstraße 20,76275 EttlingenAutoren: Matthias Dettmer, Stefan Falk, Dirk Fox, PeterHabermehl, Rüdiger Riedel.Copyright: Jede unentgeltliche Verbreitung der unver-änderten und vollständigen Ausgabe sowie einzelnerBeiträge (mit vollständiger Quellenangabe: Autor,Ausgabe, Seitenangabe ft:pedia) ist nicht nur zulässig,sondern ausdrücklich erwünscht. Die Verwertungsrechtealler in ft:pedia veröffentlichten Beiträge liegen bei denjeweiligen Autoren.

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Erfahrungsbericht

Sternstunde

Matthias DettmerSeit September 2013 besuche ich immer mal wieder eine fischertechnik-Convention, die Fan-Club-Tage oder neulich zum ersten Mal auch das MINT-Feriencamp in Karlsruhe – aber jedesMal als Aussteller. Das heißt dann: Modelle fertigstellen, schön herausputzen, bruchsicherverpacken, Ersatzteile nicht vergessen. Hotel buchen, hinfahren, aufbauen und einfach dabeisein. Und dann, nach immer intensiven Stunden, alles wieder einpacken und meist schön weiteStrecken zurückfahren.

Warum tut man sich das eigentlich an? Fürmich persönlich beantworte ich das so: DerAustausch mit all den verschiedenenanderen Ausstellern, die vielen tollenModelle, die Fragen, die man von denBesuchern – Betrachtern meiner Modelle –bekommt, und auch die vielen Vorschläge,was man anders machen kann, was man alsnächstes bauen könnte. Das ist es allerdingsschon wert. Die Stunden vor Ort vergehendann tatsächlich wie im Fluge.

Auf dem letzten FanClub-Tag Ende Juni2018 in Tumlingen durfte ich dann sogareine echte Sternstunde erleben. Die meistenBesucher waren schon gegangen, allent-halben wurde aufgeräumt. Es war gegenviertel vor vier, da kamen drei Männer aufmeinen Tisch mit den Ausstellungsstückenzu: ein Sehender, der zwei schwer Seh-behinderte an der Hand führte. Sehr höflichwurde ich gefragt, ob die beiden sich meinUhrenmodell wohl „mit der Hand ansehen“dürften.

Nur einen Monat vorher hatte ich meinModell in Karlsruhe ausgestellt. In der Tatwar ich froh, dass die Kirchturm-Uhr ausdem Buch „Technikgeschichte mit fischer-technik“ über Stunden hinweg von Anfangbis Ende der Ausstellung und ohne Unter-brechung lief. Irgendwann mittags kam einMädchen von vielleicht drei bis fünf Jahren

an meinen Tisch, wahrscheinlich in Beglei-tung ihrer Mutter. Das Pendel schlug ihrwohl nicht weit genug aus, also gab sie derSache etwas mehr Schwung. Die Mutterwar entsetzt; sie befürchtete, dass das Kindetwas kaputt machen könnte. Da konnte ichsie beruhigen: wenn denn etwas kaputtginge, dann hätte ich Ersatzteile und die Uhrwürde wenig später weiterlaufen – dasSystem fischertechnik sei eben robust undbelastbar. Es war aber nicht wirklich etwaspassiert, das Pendel schlug trotz zusätz-lichem Schwung kurz danach wiedernormal und schön langsam aus.Also erlaubte ich den oben besagten seh-behinderten Technikfreunden gerne, dasModell mit der Hand zu sehen. Darauswurden dann sehr intensive 30 Minuten.Schließlich wollte der Antrieb mit denGewichten, der Huygenssche Aufzug, dasPendel und die Hemmung genau und vonBeiden einzeln verstanden werden. Dazuhabe ich die Hand oder den Zeigefinger desjeweils Fragenden so geführt, dass sie dieinteressanten Teile der Uhr berühren undertasten konnten. Dazu habe ich erläutert,was gerade passiert, welche Funktion dagerade ertastet wurde. Nachdem die Uhrverstanden war, wurde ich auch nach denanderen Modellen gefragt, darunter auchdas Club-Modell Nummer 9 aus dem Jahre

ft:pedia Erfahrungsbericht

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1996, das eine Harzer Fahrkunst zeigt. Wirhaben das fischertechnik-Männlein einmalherunter und wieder herauffahren lassen.Das Strahlen in den Gesichtern war deut-lich. Himmlisch.Die Intensität dieser paar Minuten werdeich nicht vergessen. Viele Male haben sichdie Beiden bei mir bedankt – der Betreuer

war, als er sehen konnte, dass wir drei gutmiteinander zurechtkamen, kurz gegangenum sich etwas zu trinken zu holen – dabeiwar es eigentlich ich, der sich hättebedanken müssen. Das habe ich dannnatürlich auch gemacht: Vielen herzlichenDank für das echte Interesse an meinenModellen, für die Geduld mit mir bei denErklärungen, für die Freude an der Technik.

Turmuhr mit Schlagwerk und Huygensschem Aufzugbeim MINT-Feriencamp in Karlsruhe (Foto: Wolfram Sieber, fotoskop.de)

http://www.fotoskop.de/


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Baukasten

Ein kleines Update für den Urlaubskasten

Stefan FalkFür den Wohnzimmer-Dienstreisen-Urlaubs-Notfallkasten aus ft:pedia 1/2016 [1] nebst seinerStaubschutz-Stückliste aus ft:pedia 2/2017 [2] gibt es einen kleinen Ergänzungsvorschlag.

Der Urlaubskasten hat sich bei mir primabewährt. Mittlerweile habe ich zwei kleineErgänzungen vorgenommen:

a) Wenn ich schon je vier Stück der Kunst-stoffachsen 30, 40 und 50 drin habe –warum habe ich keine 38416 K-Achse 60aufgenommen? Das habe ich nachgeholt,und die passen auch noch locker in dasentsprechende Fach.

b) Bei einem Modell habe ich die vierenthaltenen 38258 Seilrollen 12·5,5verwendet. Besser für dieses spezielleModell geeignet wären aber die 36573V-Räder 14. Von denen passen vierStück auch noch in die Kassette 60 – alsopackte ich sie zusätzlich ein.

Passend dazu gibt es auch eine neue Versionder Staubschutz-Stückliste [3]. Außer anden neuen Teilen kann man sie daranerkennen, dass rechts bei „1 · Staubschutz-Stückliste V2“ eben das „V2“ hinzukam.

Quellen[1] Falk, Stefan: Der Wohnzimmer-

Dienstreisen-Urlaubs-Notfallkasten.ft:pedia 1/2016, S. 31-36.

[2] Falk, Stefan: Die Staubschutz-Stückliste für den Urlaubskasten.ft:pedia 2/2017, S. 16-17.

[3] Falk Stefan: Staubschutz-Stücklistefür den Urlaubskasten V2. ftCommunity-Download, 2018.

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=38416https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=38258https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=36573https://www.ftcommunity.de/ftpedia_ausgaben/ftpedia-2016-1.pdf#page=31https://www.ftcommunity.de/ftpedia_ausgaben/ftpedia-2017-2.pdf#page=16https://www.ftcommunity.de/data/downloads/ftpediadateien/staubschutzstcklistefrdenurlaubskasten201809.pdfhttps://www.ftcommunity.de/data/downloads/ftpediadateien/staubschutzstcklistefrdenurlaubskasten201809.pdf

ft:pedia Modell

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Modell

Mini-Modelle (20): Knopfkreisel

Rüdiger RiedelMit einem möglichst großen Knopf und einem kräftigen Bindfaden haben wir als Kinder denKreisel am Faden betrieben.

Knopfkreisel, Scheibenkreisel,Schnurrer…… und viele andere Namen hat dieses kleineSpielzeug. Durch eine mit zwei Löcherndurchbohrte Scheibe, im einfachsten Fallein Knopf, wird ein Faden gesteckt, zu einerSchlaufe verknotet und dann aufgedrillt.Zieht und entspannt man diese Schlauferhythmisch, dann rotiert die Scheibe hinund her, und das sehr flott.

Abb. 1: Der Schnurrer in Aktion

Für die fischertechnik-Version benutze ichdie Teile von Abb. 2:

Abb. 2: Die Einzelteile des Schnurrers

Die fischertechnik-Schnur ist ungefähr70 cm lang und zu einer Schlaufe verknotet.

Sie wird jeweils in eine Nut der grauenBausteine eingelegt und mit den Verbindern30 (31061) gesichert. Nun werden dieSchnur in die Nuten des Bausteins 15 mitBohrung eingelegt und die beiden rotenBausteine eingeschoben.

Abb. 3: Die Schnur ist eingelegt

Fertig!Jetzt fassen wir die beiden grauen Bau-steine, die „Griffe“, und wirbeln denSchnurrer ein paarmal herum, so dass sichdie Schnur verdrillt. Durch kräftiges Ziehendreht sich der Schnurrer, und wenn wir kurzvor Entspannen der Schnur lockerlassenund nachgeben, verdrillt sich die Schnur inGegenrichtung und das Spiel beginnt vonvorne.

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31061


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Haben wir das Gerät im Griff, werden wirein ordentliches Brummen oder Schnurrenhören.

Quellen[1] Christian Ucke: Ungewöhnliche

Kreisel.

Abb. 4: Der fertige Schnurrer

http://ucke.de/kreisel2009.pdfhttp://ucke.de/kreisel2009.pdf

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Kinematik

Kreisel und mehr

Rüdiger RiedelDie Welle der Fidget Spinner oder Fingerkreisel ist über uns hinweggeschwappt; drei sind beimir gelandet. Faszinierend für mich: Man spürt unmittelbar die Kreiselkräfte beim Kippen derKreiselachse.

KreiselEin Kreisel aus fischertechnik ist schnellgebaut aus einer Achse und … siehe diefolgenden Abbildungen.

Abb. 1: Mein Fingerkreiselund ein Reifenkreisel

Abb. 2: Kreisel aus Dreh- undSchwungscheiben

Wenn es am Fuß der Zahnrad-Kreisel grünschimmert: Das sind „Hülse + Scheibe“(36701). Es wirkt halt fotogener, wenn dieKreisel stehen.

Abb. 3: Die „Kampfkreisel“ in ihrer Arena

Die Kreisel von Abb. 4 und 5 lassen sich nurmit Hilfsmitteln anwerfen:

Abb. 4: Ein Flachkreisel undzwei Männlein-Kreisel

Bei aus Bausteinen zusammengesetztenKreiseln ist Vorsicht geboten; bei hohenDrehzahlen wird die Zerstörungsenergierecht groß. Das Schwungrad hat einmal mitden Flügeln der Flachnabe eine Kunststoff-schale zerschmettert (!) und ist anschlie-ßend meterweit weggesprungen. Die Flach-nabe war natürlich falsch herum montiert,



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die Flügel gehören auf die Innenseite wie inAbb. 2.

Abb. 5: Kreisel, Kreisel, Kreisel

Mit dem Hilfsstab von Abb. 6 halte ich denKreisel aufrecht. Ist die freie Achse langgenug, benutze ich die Gelenkwürfel-Klauemit Lagerhülse (31436 und 36819) zumHalten des Kreisels. Bei kurzen Achsennehme ich beide S-Kupplungen (38260)oder auch nur eine davon.

Abb. 6: Hilfsstab zum Andrehen

Den S-Motor habe ich mit zwei Feder-nocken (31982) am Batteriekasten befes-tigt.

Abb. 7: Anwurf-Motor

Jetzt brauchen wir noch ein fischertechnik-Fremdteil: Ein Stück Silikonschlauch mit4 mm Innendurchmesser und 6 mm Außen-

durchmesser. Das wird so über die Motor-schnecke geschoben, dass es noch 1 bis2 mm übersteht.Der Kreisel wird also mit dem Hilfsstabgehalten und der laufende Motor von obenmit dem Silikonschlauch auf die Achsegedrückt. Der Kreisel wird auf Drehzahlgebracht. Dann den Motor abziehen undden Hilfsstab nach oben herausführen.Auf diese Weise lassen sich auchschwierige Kreisel wie das gelbe Männleinin Abb. 4 andrehen, natürlich mit dem Kopfnach unten. Das grüne V-Rad ist so leicht,dass es nicht mit einer normalen Achsekreiselt, es braucht die Schubstange (37276)mit dem dünnen Ende nach unten.Die bis hierhin beschriebenen Kreisel kenntim Prinzip wohl jeder. Mancher hat viel-leicht einen der kegelförmigen Holzkreiselbesessen und mit einer Peitsche ange-trieben.

Die schnelle DrehungWas verleiht einem Kreisel die besonderenEigenschaften? Im Ruhezustand kann erz. B. nicht stehen, deshalb die Füßchen inAbb. 3 und 5.Betrachten wir ein Stück (Drucker-) Papier,das ist weich und nachgiebig.

Abb. 8: Mit der Papier-Kreissägeausgeschnittenes Stück Styropor

Bringen wir es auf hohe Drehzahl, dannzeigt es Eigenschaften einer Kreissäge!

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31436https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=36819https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=38260https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31982https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=37276

ft:pedia Kinematik

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Zumindest für Styropor, das sich damitmühelos sägen lässt. Die 12 cm messendePapierscheibe in Abb. 8 wirkt steif und fest(Vorsicht! Nur an der Fläche berühren, dieKante ist wirklich messerscharf!). Es sinddie nach außen wirkenden Fliehkräfte, diedem Papier diese Eigenschaften verleihen.Sie steigen mit höherer Drehzahl, größeremDurchmesser und größerer Masse.Jetzt legen wir um das Speichenrad ganzlocker eine Kette (Abb. 9). Nach Einschal-ten des Motors wird auch die Kette be-schleunigt. Löst sie sich jetzt vom Rad (daskönnen wir mit dem Finger unterstützen),bewegt sie sich für einen kurzen Momentwie ein Reifen davon (Abb. 10).

Abb. 10: Die Kette als deformierter Reifen

Mit unserer doch etwas geringen Motor-drehzahl, ich schätze 5000 U/min, kommtsie nicht weit, immerhin etwa 1 m.

Im Physikunterricht wird oft ein weitererAspekt der Kreisel-Eigenschaften demons-triert:

Abb. 9: Eine Kette wird gedreht


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Er will nicht kippenHängt man einen schnell drehenden Kreiselmit einem Ende seiner Achse auf, dann willdas freie Achsenende nicht herunter kippen.

Abb. 11: Der Kreisel wirdauf Drehzahl gebracht

Die Apparatur in Abb. 11 trägt den S-Motorverschiebbar, so dass sich dessen Achsenach Antreiben des Kreisels aus dem StückSilikonschlauch am Motor lösen lässt undfrei weiterdrehen kann. In Abb. 12 ist daserfolgt und tatsächlich bleibt das jetzt freieAchsenende waagerecht.Das Ende der Achse beschreibt jetzt selbsteinen Kreis, wobei es immer mehr an Höheverliert. Drei volle Umdrehungen werdenbei mir erreicht, dann haben die Reibungs-kräfte die Energie aufgezehrt.Abb. 13 zeigt eine volle Umdrehung derKreiselachse von oben gesehen. Ganz linksist sie noch mit dem Motor verbunden, wirdgelöst und beginnt dann ihren Tanz mit etwa

Abb. 12: Anwurfmotor abgezogen

ft:pedia Kinematik

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einer Umdrehung pro Sekunde. Dreht sichder Kreisel vom Motor aus gesehen rechtsherum, dann ist die Präzessionsbewegungvon oben gesehen ebenfalls rechts herum.Bei Linksdrehung ist es entsprechendumgekehrt.

Abb. 14: Der Kreisel ist am Ende

Irgendwann ist die Energie aufgebraucht (inWärme umgewandelt) und die Kreiselachsehängt traurig herunter.

Der Lasso-EffektFür diesen Versuch brauchen wir einenhohen, einigermaßen stabilen Ständer, aufdem wir einen S-Motor befestigen. Diesertreibt einen Getriebebock mit Schnecke(31069), über die wir wieder ein Stück Sili-konschlauch mit 4 mm Innendurchmesserund 6 mm Außendurchmesser schieben. Indas andere Ende des Schlauches stecken wireine passende Achse. Wir hängen einegeschlossene Kette mit einem Faden an diesenkrechte, vom Motor angetriebeneAchse; der Faden klemmt und dreht sichsehr gut mit einer Klemmkupplung (31024).Dreht sich der Motor, dann richtet sich dieKette nicht nur fast waagerecht aus, sondern

nimmt auch noch eine Kreisform an. DieserEffekt wird übrigens beim Werfen einesLassos genutzt.

Abb. 15: Die Kette in der Ausgangsposition

Der Versuch gelingt am besten mit einemregelbaren Netzgerät.

Die Spannung (Drehrichtung ist egal) wirdlangsam erhöht. Die Kette, die vorher mit

Abb. 13: Blick von oben: Die Präzessions-Bewegung

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31069https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31024


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einem kleinen Teil am Boden gelegen hat,beginnt sich zu öffnen:

Abb. 16: Die Kette dehnt sich aus

Erhöhen wir die Spannung weiter, schlägtder Faden aus, das Fadenende und dieVerbindung zur Kette beschreiben Kreise.Erhöhen wir die Spannung zu schnell,verdrillt sich nur der Faden und dergewünschte Effekt tritt nicht ein.

Weitere Spannungssteigerung (bei mirreichen etwa 6 V) führt schließlich zur ring-förmig kreisenden, waagerechten Kette(Abb. 18). Der Effekt beruht wie bei derPapierscheibe auf den Fliehkräften, diejedes einzelne Kettenglied soweit wiemöglich nach außen treiben.

Abb. 17: Jetzt schwenkt der Fadenkegelförmig herum

Abb. 18: Die Kette wird zum Ring

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Das Maxwell-RadDie Verwandtschaft des Maxwell-Rades(Abb. 19) mit dem Jo-Jo ist offensichtlich.Für die stationäre Arbeitsweise ist es durchdie zweifädige Aufhängung stabiler in derAuf- und Abbewegung. Das Ganze istschnell aufgebaut, den Faden habe ichunzerschnitten durch die zweiflügeligeNabe geführt. Alles andere ist auf denBildern von Abb. 19 zu erkennen.Das Maxwellrad zeigt Aspekte der Energie-erhaltung: Die potentielle Energie derAusgangsposition wird umgesetzt inBewegungs-(Rotations-)Energie und diesewieder in potentielle Energie (Abb. 19rechts). Außerdem zeigt es die stabileRaumlage des Kreisels, was beim einfädi-gen Jo-Jo noch deutlicher und wichtiger ist.Wer längere Achsen hat (ich benutze500 mm lange Silberstahl-Wellen), kannein magnetisches Maxwell-Rad bauen.Abb. 20 zeigt den Aufbau und die Funktion.

Das Rad besteht aus einer Drehscheibe 60(31019), einer Flachnabe 25 (31015) odereiner zweiflügligen Nabe 25 (31014), einemNeodym-Magneten mit 4 mm Durchmesserund 10 mm Länge sowie zwei Achsen 30.Der Magnet wird in die Nabe geschobenund die Achsen außen angesetzt. Eine derAchsen muss durch einen Papierschnipselfixiert werden. Die gesamte Achse desRades ist 7 cm lang.Die Stäbe gehen nach unten etwas auseinan-der, so dass sie in ungefähr 6 cm Höhe einenAbstand von 7 cm übersteigen.

Dazu besteht der Fuß aus 2 Bausteinen 15mit Loch, einem BS 30, einem BS 15,einem BS 7,5 und zwei BS 5. Die weiterenBS 30 dienen der Stabilität und die vierBS 5-Füßchen brauchen wir, damit dieStäbe unten durch Klemmbuchsen gehaltenwerden können.Am oberen Ende werden die Stäbe aufAbstand gebracht durch 5 Bausteine 15 mitLoch. Ein paar Klemmbuchsen dazu, fertig.

Abb. 19: Ab und Auf des Maxwellrades

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31019https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31015https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31014


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Abb. 20 zeigt links die Startposition desRades – es wird magnetisch an den Stäbenfestgehalten. Lässt man los, rollt es, magne-tisch gehalten, immer schneller nach unten(zweites Bild in Abb. 20). Hat es dieunterste Position erreicht (drittes Bild),wechselt es die Seite (die Achse ist jetzthinter den Stäben) und rollt durch das Träg-heitsmoment ein Stück nach oben (Abb. 20rechts). Das wiederholt sich zwei- bis drei-mal.

Der Aufstieg des Rades wäre sauberer mitkegelförmigen Achsen. Die Aufstiegshöheist wegen der Verluste durch die Achs-reibung begrenzt.

Quellen[1] H. Joachim Schlichting: Kreisel-

phänomene.

[2] Christian Ucke: UngewöhnlicheKreisel.

Abb. 20: Das magnetische Maxwell-Rad

https://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/didaktik_physik/publikationen/kreisel.pdfhttps://www.uni-muenster.de/imperia/md/content/fachbereich_physik/didaktik_physik/publikationen/kreisel.pdfhttp://ucke.de/kreisel2009.pdfhttp://ucke.de/kreisel2009.pdf

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Kinematik

Ein Kreiselspiel

Stefan FalkMit dem hier beschriebenen Modell kann man nicht nur das Verhalten eines Kreisels studieren– es fällt auch noch ein kleines Spiel dabei ab.

ÜberblickDer Kern des Modells ist eine schnell ange-triebene, senkrecht stehende Achse miteinem robusten (älteren) Kardangelenk(31044), über dem schließlich die rotie-rende Schwungmasse – der Kreisel – sitzt.Das Modell verwendet ein fischertechnik-Speichenrad. Falls ihr einen Aufbau z. B.auf einer fischertechnik-Drehscheibe ver-wenden möchtet, achtet darauf, alles daranAngebaute gut zu sichern, denn der Kreiselwird sich sehr schnell drehen!

Abb. 1: Gesamtansicht

Der Antrieb besteht aus einem XM-Motor,auf dem direkt ein Z40 mit einer Flachnabe(mit den Nabenflügeln nach unten) sitzt.Das treibt über ein Z10 eine über vier S-Kupplungen 15 2 (38253) sehr leichtgängiggelagerte Achse an. Zusammen mit einemfischertechnik Power Controller oder einemanderen regelbaren Netzteil ergibt das einegut regelbare Drehgeschwindigkeit vonNull bis „sehr schnell“.

Abb. 2: Gesamtansicht – die andere Seite

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Der FußDas Ganze sitzt auf einem gefedertenGestell. Dadurch ist das Modell nicht solaut, es wandert weniger auf dem Tischherum und man kann die Kreiselkräfte auchsehr schön beobachten, wenn die Federn imTakt der Kreiselbewegungen mehr oderweniger stark belastet werden.

Abb. 3: Der Fuß von unten

Abb. 4: Der Fuß von der Seite

Der AntriebDie folgenden Abbildungen sollten denNachbau leicht ermöglichen.

Die Metallachse wird von den vier S-Kupp-lungen 15 2 (38253) „kreuz und quer“sicher, aber leichtgängig gelagert. DieMetallachse 110 trägt unterhalb des Z10

einen Abstandsring 3 (31597) und wirdganz unten mit einem Klemmring gesichert.Wegen des schnellen Laufs empfiehlt essich sehr, die Achse an den Lagerstellen mitetwas Vaseline zu schmieren. Auch beiDauerbetrieb bleibt sie dann leichtgängigund quietscht nicht.

Abb. 5: Der Antrieb von der Seite

Die Nabe des Z40 ist etwas schwieriganzuziehen. Es geht aber recht einfach,wenn ihr das Z40 festhaltet und die Flügelder Nabenmutter mit einer Metallachse vonaußen anstoßend dreht.

Abb. 6: Der Antrieb von oben

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=38253https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31597

ft:pedia Kinematik

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Der waagerechte Baustein in der Mitte vonAbb. 6 und links von der Mitte in Abb. 7 istmit einem Federnocken an den senkrechtstehenden Bausteinen befestigt.

Abb. 7: Detailblick auf die Achslagerung

Der Sicherungsring

Abb. 8: Aufbau des Sicherheitsrings

Schließlich haben wir noch einen einfachenRing aus Vorstufe-Rädern (V-Rad 23x10)und V-Radachsen (36586) angebracht. Derverhindert, dass der Kreisel beim zu lang-samen Lauf oder beim Ausschalten zu weit

nach unten knickt und damit schwer anläuftoder das Kardan beschädigt.

Er wird mit folgenden Bauteilen zwischenDrehscheibe und dem waagerechten BS 30aus Abb. 6 befestigt (von unten nach oben):Winkelstein 15°, Winkelstein 7,5°, Bau-stein 5 mit zwei Zapfen, Winkelstein 7,5°,Winkelstein 15°, zwei Bausteine 5.

Der Kreisel im BetriebAchtet darauf, dass der XM-Motor immernur in der Richtung dreht, in der sich dieFlachnabe des Z40 im Zweifelsfall stärkerzudreht, nicht aber in die Richtung, in dersie sich öffnen würde. Sonst dreht derMotor einfach durch und ihr bekommt nichtdie höchstmögliche Drehgeschwindigkeitheraus.

Versuch 1: Ganz langsam anlaufenlassenWenn man den Drehknopf der Strom-versorgung ganz langsam aufdreht, bleibtder Kreisel normalerweise auf den Rädernliegen – er kommt einfach nicht über das„nächste“ Rad drüber, selbst wenn man vollaufdreht.

Versuch 2: Schneller aufdrehenDreht man hinreichend schnell auf, schafftes der Kreisel über die Räder, auf denen erim Ruhezustand aufliegt. In dem Momentbeginnt er, „frei“ über den Rädern zuschweben und sich gleichzeitig mit seinerschnellen Rotation langsam um die senk-rechte Achse zu bewegen. Das ist die„Präzession“ [1] – siehe auch RüdigerRiedels Beitrag „Kreisel und mehr“ indieser ft:pedia-Ausgabe [2].

Diese Drehbewegung wird desto kleinerund schneller, je mehr Spannung wir aufden Motor geben und je schneller derKreisel sich also dreht.

Versuch 3: Sofort voll aufdrehenWenn wir bei voll aufgedrehtem Knopf dieStromversorgung schlagartig einschalten,

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=V-Rad%2023x10https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=36586


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stellt sich der Kreisel praktisch augenblick-lich senkrecht und bleibt in dieser Position.

In dieser Situation könnt ihr auch heftig amgesamten Modell wackeln. Der Kreisel wirdunerschütterlich senkrecht stehen bleiben,weil er sich so schnell dreht.

Versucht auch einmal, das Modell selbsthochzuheben und schräg zu stellen. Selbstdabei wird der Kreisel immer aufrechtstehen bleiben.

Versuch 4: Den Kreisel ablenkenWährend der Kreisel dreht, könnt ihr z. B.einen Baustein 30 in der Hand halten undoben auf seine Achse aufsetzen. Dann könntihr den Kreisel aus seiner Position herauszwingen, indem ihr den Baustein bewegt.Fühlt die Kraft, mit der er sich gegen dieseAuslenkung „wehrt“. Beobachtet, wie ernach dem Loslassen wieder in die Senk-rechte geht.Dasselbe könnt ihr auch durch Anstoßendes Kreisels oder Schütteln des ganzenModells bewirken. Je schneller der Kreiseldreht, desto weniger wird ihn eine solcheStörung interessieren – je rascher er läuft,desto sturer bleibt er in seiner Position.

Versuch 5: Langsamer werdenWenn ihr vom senkrecht stehenden, schnellrotierenden Kreisel ausgehend die Motor-spannung langsam verringert, wird er alsoimmer langsamer drehen und anfangen zutaumeln. Je langsamer der Kreisel dreht,desto stärker wird die Taumelbewegung –bis er schließlich wieder auf dem Räder-kranz aufliegt.

Beobachtet die Taumelbewegung einmalgenau: In einer mittleren Stellung des Dreh-knopfes der Stromversorgung führt derKreisel interessante Bewegungen aus. Erschlägt weit aus, rappelt sich sozusagenwieder auf und bleibt näher an der senkrech-ten Achse, fällt wieder in stärkeresTaumeln, richtet sich wieder auf, usw.

Diese Bewegungen zu berechnen istübrigens möglich, kommt aber selbst imPhysikstudium nicht gerade im erstenSemester dran – dazu braucht man schonerhebliches mathematisches Rüstzeug.

Versuch 5: Ein kleines SpielAus dieser Beobachtung könnt ihr einenkleinen Wettbewerb ableiten.a) Wer schafft es, den Kreisel mit der

geringsten Drehgeschwindigkeit zumAbheben vom Radkranz zu bringen?

b) Wer schafft es, den Kreisel am lang-samsten drehen zu lassen, ohne dass erdie Räder berührt?

c) Wer schafft es, den Kreisel am lang-samsten drehen zu lassen, ohne dass er inden Radkranz abfällt und nicht mehrhochkommt?

Viel Spaß beim Erfahren und Erspüren derKreiselkräfte!

Quellen[1] Wikipedia: Präzession.

[2] Riedel, Rüdiger: Kreisel und mehr.ft:pedia 3/2018.

https://de.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%A4zession

ft:pedia Modell

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Modell

Gib Gummi

Rüdiger RiedelBeim Stöbern in den bisherigen Ausgaben der ft:pedia finde ich immer wieder Artikel, die michzum Weiterentwickeln reizen. Die Gummiring-Pistole von Jens Lemkamp gehört dazu [1]. Siekann aber nur einmal schießen.

Nur 1 Schuss?Nein! Vier müssen es schon sein, um dembösen fischertechnik-Modding-Frevler Ein-halt zu gebieten.

Abb. 1: Der fiese fischertechnik-Modding-Frevler

Was hat der nicht schon alles angestellt:

∂ Steine zerbrochen

∂ Löcher gebohrt

∂ Zapfen verdreht

∂ Klemmring demontiert…

Abb. 2: Die Schäden des Frevlers

Zu Hause ist er in einem kleinen Schuppen:

Abb. 3: Der Frevler in seinem Schuppen

Da müssen wir ihn einsperren. Wenn wirauf die gelbe Klappe zielen und gut treffen,wird sie ihm vor die blaue Nase fallen.


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Abb. 4: Die Klappe ist gefallen

Geschafft!

Der fiese fischertechnik-Modding-Frevlerkann sein Zerstörungswerk nicht fortsetzen.Nun müssen wir aber schauen, mit welchemGerät wir vorgehen wollen.

Die Vier-Schuss-Pistole

Abb. 5: Die Pistole ist geladen

Vier Gummiringe mit etwa 5 cm Durch-messer werden einzeln in je einen Gang derSchnecke eingelegt und dann zum Winkel-stein hin gespannt.

Und jetzt: Drehen, drehen, drehen, drehen!Bis die Klappe fällt und der fiese fischer-technik-Modding-Frevler sich nicht mehr

über unsere geliebten, wertvollen fischer-technik-Bausteine hermachen kann.

Erfolg, Erfolg!Wir haben ihn ruhiggestellt.

AufbauDen Aufbau der Pistole seht ihr in Abb. 6:

Abb. 6: Die Einzelteile

Abb. 7: Einzelteilliste der Pistole

ft:pedia Modell

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Der fiese fischertechnik-Modding-FrevlerNun bauen wir ihn zusammen, den Üblen,mit dem Drehkranz als Grundlage.

Abb. 8: Der Frevler von hinten

Auf der roten Seite des Drehkranzes werdenoben zwei Verbindungsstücke 30 einge-schoben. Ebenso unten zur Verhinderungdes Verdrehens.

Rechts und links je ein Strebenadapter zurAufnahme der Streben 30, die die Ohrenhalten. Diese bestehen aus jeweils einemStrebenadapter, einem Baustein 5 mit einemZapfen (35049) und einer Kurve 90 Grad(151715).

In die beiden untersten Winkelsteine 15 desMundes wird je eine Clipachse 34 (32870)eingeschoben.

Abb. 9: Der Mund ist abgenommen

Die Vorderseite der Drehscheibe erhältoben rechts und links je eine Rastachse mitPlatte (130593), in denen als Augen die

Felgen 20 (159782) stecken. Die Nase(Bauplatte 15x30 2Z) steckt in einer Bau-platte 5 mit einem Zapfen (35049). Diesehält mit ihrer unteren Hälfte einen Baustein15, der zusammen mit den 10 Winkel-steinen 15 den Mund bildet.

Abb. 10: Einzelteilliste Frevler

Nun bauen wir die Hütte des Frevlers. DiePositionen der ersten Steine zeigt Abb. 11.Der Baustein 5 am schwarzen BS15 2Zdient als Anschlag für die Drehscheibe.

Abb. 11: Die Grundplatte

Die Bauplatte 15x90 6Z fungiert alsFederelement. Sie wird mit den beidengrauen BS30 so weit nach vorne geschoben,

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=Strebenadapterhttps://ft-datenbank.de/search.php?keyword=35049https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=151715https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=32870https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=130593https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=159782https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=Bauplatte%2015x30%202Zhttps://ft-datenbank.de/search.php?keyword=35049


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dass die Klappe gerade eben noch offen-bleibt (siehe Abb. 3). Durch einen Gummi-Treffer wird die Klappe nach hintengedrückt und die Federwirkung der Bau-platte bringt sie zum Herunterklappen.

Abb. 12: Gestell des Schuppens

Abb. 13: Einzelteilliste Gestell

Die Klappe wird nach Abb. 14 gebaut. DieAchse 110 wird locker in den Gelenk-würfel-Klauen (31436) gelagert.

Abb. 14: Klappe

Abb. 15: Einzelteilliste Klappe

Jetzt noch den Fiesen hineingesetzt in seineHütte und dann: Gebt’s ihm, dem bitter-bösen Frevler!

Quellen[1] Jens Lemkamp: Gummiring-Pistole.

ft:pedia 2/2016, S. 8-9.

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31436https://www.ftcommunity.de/ftpedia_ausgaben/ftpedia-2016-2.pdf#page=8

ft:pedia Modell

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Modell

Weinbergbahn

Stefan FalkIm Sommer 2016 waren wir in Urlaub an der Mosel. An den steilen, nur schwer begehbarenHängen seitlich der Moselufer gedeiht Wein. Zufällig stieß ich auf eine mir bis dato unbekannteEinschienenbahn, die Arbeiter und Material steil und in engen Kurven den Berg hinauf- undwieder herunterbringen kann. Das musste einfach nachgebaut werden.

Die ÜberraschungAls wir am Moselufer entlang radelten,fielen mir Metallprofile mit etwa 5 x 5 cmQuerschnitt auf, die alle paar Meter vonrecht dünnen, aus dem Boden ragendenStützen getragen und fixiert wurden. Als ichdann sah, dass sich an der Unterseite desMetallprofils eine dem kurvigen undgebogenen Verlauf der Schiene folgendeZahnstange befand, wurde es interessant.Schließlich kam sogar heraus, dass aufdieser Schiene ein Wagen mit einemVerbrennungsmotor und Platz für zweiPersonen und jede Menge Material – vomWasserkanister bis zum gefülltenWeintraubenkorb – fuhr, kam ich aus demStauen kaum heraus. Wie kann sich dieserWagen an diesem kleinen Querschnitt vonProfil so gut festhalten, dass selbst beimHerauslehnen einer Person nichts verkantet,klemmt, abreißt, zerbricht oder sonst wiekaputt geht?

Im Web finden sich dann genauereHinweise: Diese Bahnen heißen auchMonorackbahnen [1], und sie können einenecht abenteuerlichen Verlauf durch Berg-hänge, an steilen Wänden hinauf, um knar-zige Büsche herum – kurz: wo immer manwill – nehmen.Das musste ich einfach nachbauen! Wozuist man schließlich fischertechniker?

Abb. 1: Zwei Arbeiter plus Ladung fahrenauf der Bahn

Der NachbauErste Experimente mit fischertechnik-Zahnstangen und solchen aus S-Riegel-Reihen mit entsprechenden selbstgebautenZahnrädern endeten allerdings kläglich.Also löste ich mich von einer genauenNachbildung und konzentrierte michdarauf, mit fischertechnik-Mitteln einen


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Wagen einen kreuz und quer kurvigen Wegfolgen zu lassen. Abb. 2 zeigt die auf derConvention 2017 ausgestellte Bahn: Dasquadratische Schienenprofil besteht ganzeinfach aus Statik-Flachträgern, jeweils

beidseitig bestückt mit Flach- bzw. Bogen-stücken. An einigen Stellen sind Bausteine15 aufgenommen, auf deren Unterseite auspassenden Winkelsteinen und Statikträgerndie geradezu primitiv aufgebauten Stützen

Abb. 2: Die fischertechnik-Bahn

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=s-flachtr%C3%A4gerhttps://ft-datenbank.de/search.php?keyword=s-flachst%C3%BCckhttps://ft-datenbank.de/search.php?keyword=s-bogenst%C3%BCckhttps://ft-datenbank.de/search.php?keyword=s-bogenst%C3%BCck

ft:pedia Modell

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angebracht sind. Damit die Führungsrädersauber über die Stützen fahren können, bitteals ersten Baustein unter der Schienejeweils einen senkrecht stehenden BS 7,5verwenden:

Abb. 3: Verjüngter Trägerunterhalb der Schiene

Am unteren und oberen Ende sind End-lagentaster befestigt.

Der WagenAuch der Wagen begann mit einer Version,die nicht immer befriedigend funktionierte.Schließlich führte aber die Konstruktion inAbb. 4 zum Erfolg:

Ein S-Motor treibt eines der Z30 an. Daszweite Z30 wird vom ersten angetrieben,dreht sich also gegenläufig. Auf den Achsender Z30 sitzen insgesamt vier Spurkränzemitsamt zugehörigem Gummiring. Diesebeiden Achsen und Spurkränze werdendurch kräftige Gummis zusammengedrückt– um die Schiene nämlich. Im Modell zusehen sind die um die Reifen 45 (31018)passenden Gummiringe 45 37x2,5 (36051).Einige weitere Räder und leicht drehbareHülsen dienen der vollständigen Führungdes Wagens. Die folgenden Abbildungen

Abb. 4: Gesamtansicht des Wagens mit Fahrer

https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=spurkranzhttps://ft-datenbank.de/search.php?keyword=31018https://ft-datenbank.de/search.php?keyword=36051


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zeigen, wie der Antrieb die Schienenumschließt:

Abb. 5: Wagenführung von unten

Abb. 6: Andruckgummis –Ansicht des Wagens von hinten

Abb. 7: Blick auf den Wagen ohne aufgesetzten Motor

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Abb. 8: Führungsrollen an der Vorderseite

Zum Aufbau des WagensDer MotorblockAbb. 7 zeigt noch eine Gesamtansicht desWagens ohne den aufgesetzten Motor. DerMotorantrieb selbst ist wie folgt aufgebaut:

Abb. 9: Aufbau des Motorblocks

An dem Verbinder 30 in der Mitte vonAbb. 7 stützt sich der Motor und bleibt sozuverlässig in Eingriff mit dem Z30.

Die AntriebswellenMit den Teilen aus Abb. 10 werden zweiAntriebswellen von Abb. 11 spiegelsym-metrisch gebaut:

∂ Beachtet die 105195 Scheibe 4 15 unter-halb der Flachnaben der Z30.

∂ Je zwei BS 7,5 werden nur mit der Platte15x30 2Z verbunden. Für einen Verbin-der 15 ist da kein Platz, weil die Metall-achsen in der äußeren Nut der mittlerenBS 7,5 gelagert werden.

∂ Die Riegelscheiben stellen den korrektenAbstand der Spurkränze sicher; sie sindso gedreht, dass ihre kleinen Zäpfchenineinandergreifen.

Abb. 10: Einzelteile der Antriebswellen



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Abb. 11: Beide Antriebswellen

Der MittelteilAn dieser Baugruppe werden sowohl derMotor als auch die beiden Antriebswellenbefestigt. Hier ein Blick von der Motorseite(auf den Federnocken im BS 30 wird derMotor aufgeschoben, dessen Federnockenwiederum im Winkelstück unten im Bildstecken wird):

Abb. 12: Mittelteil von oben

Abb. 13: Die Bauteile des Mittelteils

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In den beiden weiteren BS 7,5 an den Seitensitzen die Achsen mit den Rollen für dievordere Wagenführung, die wir in Abb. 8schon sahen.

Abb. 14: Mittelteil von unten

Abb. 13 zeigt alle Bauteile, aus denen dieserMittelteil besteht. Die grünen Linientrennen die Teile für die Führungsrollen vonden anderen.

Die vordere StützwelleSchließlich besitzt der Wagen an seinerVorderseite noch eine Achse, die auf denSchienen aufliegt, und auf denen er rollenkann:

Abb. 15: Vordere Stützwelle

Auf der Achse sitzen drei Lagerhülsen 15(36819), die das Abrollen auf der Schieneerleichtern.

All das fügt sich schließlich zum Wagenlaut Abb. 4 und 7 zusammen.

Die SteuerungLetztlich muss man ja nur den Motor ab-wechselnd auf- und wieder abwärtsfahrenlassen. Auf der Convention tat das einekleine Steuerung mit einem E-Tec-Modul:

Abb. 16: Das Steuermodul

Der linke Schalter dient zum Ein-/Aus-schalten der Anlage. Der rechte wählt dieBetriebsart: Eine Schalterstellung führt zuDauerbetrieb, also dem ständigen Auf- undAbwärtsfahren des Wagens mit vollauto-matischer Umsteuerung an beiden Endlagen– das ist der „Convention-Modus“. Dieandere lässt den Wagen in der unterenBasisstation anhalten, bis man den Taster inBildmitte betätigt. Dann beginnt ein neuerAuf-Abwärtszyklus, aber eben nur einer.

Das E-Tec wird im Basisprogramm betrie-ben (alle DIP-Schalter aus):

∂ Der Eingang I1 dient zum Starten desMotors in Richtung Tal. An ihm ist derobere Endlagentaster angeschlossen,damit der Wagen beim Erreichen der„Bergspitze“ automatisch wieder zurücknach unten fährt.

∂ Der Eingang I2 dient zum Starten desMotors für die Bergfahrt. Der „Start“-Taster ist dort direkt angeschlossen.

∂ Der untere Endlagentaster kann nun jenach Stellung des Betriebsart-Wähl-schalters entweder den Eingang I3 an-steuern und den Wagen, sobald er untenankommt, einfach anhalten lassen. Erst



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ein Druck auf „Start“ startet einen neuenZyklus aus Berg- und Talfahrt. ImDauerbetriebs-Modus wirkt der untereEndlagentaster hingegen wie der Start-Taster: Der Wagen wird, unten ange-kommen, sofort wieder hochgeschickt.

∂ Ein Ein-/Ausschalter vervollständigt dieSchaltung.

Die Leitung zum Motor muss hinreichendlang sein und geeignet geführt werden,

damit sich nichts verheddert. Abb. 17 zeigtdie vollständige Schaltung. In [2] findetsich ein Video (mit der älteren Version desWagens).

Quellen[1] Wikipedia: Monorackbahn.[2] Falk, Stefan: fischertechnik

Weinbergbahn. youtube.com

DC

M

Endlage oben Endlage untenModus

Einzelfahrt

Dauerfahrt

Start

Ein/Aus

Abb. 17: Schaltbild

https://de.wikipedia.org/wiki/Monorackbahnhttps://youtu.be/7eRwZgP3TSshttps://youtu.be/7eRwZgP3TSs

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Modell

Borstenroboter – Bristlebot

Rüdiger RiedelDurch Vibrationen gerichtete Bewegung zu erzeugen ist wohl ein alter Traum der Techniker,seitdem es Wechselstrom gibt. Einfache Rasierer arbeiten damit, indem ein Anker 100-mal (in60-Hz-Ländern 120-mal) um die Ruhelage vibriert und damit die Schermesser hin und herbewegt.

Kein Vorbild in der NaturMan kann den hier vorgestellten Bürstenbotals Ergänzung zum fischertechnik-Bau-kasten „I’m walking“ sehen. Soweit ichweiß hat seine Fortbewegungsart aber keinVorbild in der Natur.

Bei einem Bürstenbot wird der ganzeKörper in Schwingung versetzt. Die nachunten gerichteten Borsten heben kurzzeitigvom Boden ab und prallen dann wieder auf.Eine noch so geringe Schrägstellung führtzu einer Kraftkomponente parallel zumBoden und dadurch zur Fortbewegung desKörpers. Bei den meist verwendeten Bür-sten ist dies eine unkontrollierte Kreisel-bewegung. Durch einheitliche Ausrichtungder Borsten kann eine gerichtete Fortbe-wegung erzielt werden. Über glatte Flächenscheint der Roboter hinweg zu gleiten.Auf jeden Fall ist dies wohl die einfachsteArt, Fortbewegung zu erzeugen.

Der fischertechnik-BürstenbotBasis des Bürstenbot ist der Batteriekasten9V (135719). Gemäß Abb. 2 erhält er vierV-Bausteine 15 Eck (38240) und zweiBS 2,5 15x45 2+2Z (38277). An die V-Bau-steine wird je ein BS 15 angesetzt, an diebeiden BS 2,5 je ein BS 5 15x30 (35049)und an diese wiederum je ein BS 7,5. Jetztfügen wir noch sechs Winkelsteine 15hinzu.

Abb. 1: Der Bürstenbot

Abb. 2: Ansicht von unten

Die Halterung des Motors besteht aus zweiBS 5 15x30 3N (38428) und zwei BS 515x30 (35049), siehe Abb. 3. Der Motorwird mit passendem Kabel an den Batterie-kasten angeschlossen. Zur Kabelführungsetze ich einen Reedkontakt-Halter 7,5(35969) ein.Zur Unwucht führt die Kunststoffachse 30(38413). Gelagert wird sie in einem BS 15mit Bohrung (32064), der auf einem BS 7,5sitzt.


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Abb. 3: Die Motor-Halterung

Auf die Achse wird eine Klemmbuchse 10(31023) geschoben. In diese klemmen wirstramm sitzend ein V-Rad 23x10 (36581)ein (Abb. 4).

Abb. 4: Die Unwucht

Bleibt noch die Verbindung zum Motor. Damüssen wir leider ein fischertechnik-Fremdteil verwenden. Ich nehme ein StückSilikonschlauch aus dem Internet mit 4 mmInnen- und 6 mm Außendurchmesser.Wo sind die Bot-Beine? Dafür wählen wirsechs Pneumatik-T-Stücke (31642), einge-setzt in die Winkelsteine, und schneidensechs Stücke mit 17 mm Länge vom Sili-kon-Pneumatik-Schlauch 2x3,6 ab, die wirauf die T-Stücke schieben.Eine 9-V-Batterie oder einen Akku einle-gen, und fertig ist der Bürstenbot!

Bevor wir einschalten, sollten wir dieMotorachse von Hand drehen und daraufachten, dass alles genau fluchtet, leicht-gängig ist und nirgends anstößt bzw.schleift.Wir suchen uns einen glatten, ebenenBoden, möglichst ohne Hindernisse undstarten das brummende Getüm.

Hat es sich ausgetobt, dann möchte es seineBeine entlasten. Dafür konstruieren wireinen Ständer aus drei BS 30, zwei BS 515x30 3N und zwei Verbinder 45 (31330)(Abb. 5).

Abb. 5: Der Ständer

Jetzt die Verbinder in die mittleren V-Bausteine 15 Eck schieben und der Botkann in die Vitrine gestellt werden (Abb. 6).

Abb. 6: Der Bürstenbot in Ruhestellung

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BürstenrotorBevor wir ihn wegstellen, können wir nocheinen kleinen Versuch machen.

Zunächst etwas Geschichte: Die FirmaFaller entwickelte vor 60 Jahren kleineModellhäuschen und Modellflugzeuge imMaßstab 1:87 und 1:100. Um diesen Model-len Leben einzuhauchen wurden dazupassende kleine Elektromotoren konstruiert[1]. So wie heute kleine Gleichstrommoto-ren mit Getriebe zu verwenden war nichtmöglich, die waren damals extrem teuer.Für kleine Windmühlen und Wasserräderwurde daher ein langsam laufender Motornach dem Bürstenprinzip gebaut [2], denwir nachempfinden können.

Abb. 7: Der Vibrations-Rotor

Dafür befestigen wir auf dem Bürstenboteine Drehscheibe 60x5,5 (31019) mit dreiWinkelsteinen 15° und drei Beinchen vomBot (Abb. 7). In die Drehscheibe steckenwir eine Achse 60.

Den Rotor bauen wir entsprechend Abb. 8und 9 zusammen. Wichtig ist dabei, aus denBauplatten eine glatte Fläche zu bilden, diesich stoßfrei über die Silikonbeinchenbewegen kann.Wird das Gebilde in Abb. 7 eingeschaltet,dann dreht sich der Rotor etwa alle zweiSekunden einmal. Den Fuß müssen wirdabei festhalten.

Abb. 8: Bürstenbot und Rotorteile

Abb. 9: Der zerlegte Rotor

Der Faller-Bürstenmotor 630 arbeitete mitWechselstrom. Auch das können wir nach-bauen.

Abb. 10: Rotation mit Wechselstrom


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Die Drehscheibe von Abb. 7 und 8 erhältstatt der Flachnabe eine Rückschlussplatte25 rund (31326) und wird mit zwei Bau-platten 15x45 2Z (38242) etwa 1 mm überdem Elektromagneten (31324 oder 32363)befestigt. An Wechselstrom (!) anschließen,z. B. die 6,8-V-Wechselspannung des altenTransformators 814 (30173), die Grund-platte festhalten und der Rotor dreht sichsehr schön langsam und gleichmäßig.

Abb. 11: Mit waagerechter Achse geht es auch

Wenn wir das Gestell um 90° drehen undden Rotor mit einer Feder (z. B. aus einemKugelschreiber) gegen die Silikonbeinchen

drücken, funktioniert der Motor ebenfalls.Den günstigsten Anpressdruck muss manausprobieren.

Abb. 12: Und es dreht sich doch

Na bitte, das Prinzip des Faller’schen Wind-mühlenantriebs – realisiert mit fischertech-nik.[1] Rüdiger Riedel: Der etwas andere

Motor. ft:pedia 2/2016, S. 22-25.[2] Clemens: Bastelmotor von Faller.

19.10.2015.

https://ftcommunity.de/ftpedia_ausgaben/ftpedia-2016-3.pdf#page=22https://ftcommunity.de/ftpedia_ausgaben/ftpedia-2016-3.pdf#page=22http://mobatechnikblog.blogspot.com/2015/10/bastelmotor-von-faller.html

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Computing

Grafik auf dem TXT mit startIDE

Peter HabermehlMit der App startIDE [1, 2] können unter der community firmware auf TXT und TX-Pi Modellegesteuert werden. Seit der Version 1.4 bietet startIDE auch einige Funktionen zum Zeichnenvon Pixelgrafiken auf dem Display. Diese Grafikfunktionen sollen im Folgenden vorgestelltwerden.

Das KonzeptBis zur Version 1.4 bot startIDE bereitseinige Möglichkeiten, Text und Variablen-inhalte auf dem Display auszugeben. ZurDarstellung von Pixelgrafiken wird überdem Ausgabefenster eine Leinwand(canvas) eingeblendet. Sie ist quadratisch,hat also in X- und Y-Richtung die gleicheAuflösung von z. Zt. 240 Pixeln. DerKoordinatenursprung liegt in der oberen,linken Display-Ecke. Die X-Achse wirdnach rechts, die Y-Achse nach unten positivgezählt.

Abb. 1: Die Leinwand-Befehle

Auf der Leinwand kann man mit einemvirtuellen Stift (pen) zeichnen. Vom einzel-nen Pixel über Linien und Ellipsen bis hinzu Recht- und Vielecken, jeweils als Umrissoder ausgefüllt, gibt es eine ganze Reihevon Zeichenfunktionen. Leinwand- undStiftfarbe können als 24-bit-RGB-Werteangegeben werden, so dass durchausfarbenfrohe Darstellungen auf dem TXT-Display realisierbar sind.

Ein einfaches BeispielAls erstes Beispiel soll ein einzelner roterPunkt mittig auf das Display gezeichnetwerden. Der Code zu diesem Beispiel ist inAbb. 2 zu sehen.01 # roter Punkt02 Color paper 127 127 12703 Canvas clear04 Canvas show05 Color pen 255 0 006 Pen plot 120 12007 Canvas update08 Delay 1000Abb. 2: Roter Punkt auf grauem Hintergrund

Zeile 1 ist lediglich eine Kommentarzeile.In Zeile 2 wird die Farbe für die Zeichen-fläche auf ein mittleres Grau gesetzt und inZeile 3 die Zeichenfläche gelöscht.

Zeile 4 blendet die Zeichenfläche ein, undmit dem folgenden Befehl in Zeile 5 wirddie Stiftfarbe auf ein kräftiges Rot gesetzt.In Zeile 6 wird nun mit der Pen plot-Anwei-sung ein Punkt an der Koordinate (120; 120)


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erzeugt. Per Canvas update wird derDisplayinhalt aktualisiert.

Abschließend wird in Zeile 8 noch eineWartezeit von einer Sekunde eingefügt, dabei Programmende die Leinwand wiedergeschlossen wird und so ohne die Wartezeitdie Ausgabe nicht zu sehen wäre.

Rechtecke und Ellipsen

Abb. 3: Koordinaten von Rechteck und Ellipse

Rechtecke werden durch Angabe der Koor-dinaten von zwei diagonal gegenüber-liegenden Ecken beschrieben.

Abb. 4: Der rote Kreis

Um ein Rechteck zu zeichnen, muss derZeichenstift zunächst zur ersten Eckebewegt werden. Dies geschieht mit demBefehl Pen move x1 y1. Dann wird mit dem

Zeichenbefehl Pen rectTo x2 y2 ein Recht-eck bzw. mit dem Befehl Pen boxTo x2 y2ein ausgefülltes Rechteck gezeichnet.Eine Ellipse bzw. ein Kreis als derenSonderform wird durch die Eckkoordinatendes sie umschließenden Rechtecks defi-niert. Möchte man also einen ausgefülltenKreis (disc) mit einem Radius von 20 Pixelnmittig auf das Display zeichnen, so müssteman als linke obere Ecke des umschließen-den Rechtecks die Koordinaten (100; 100)wählen, für die rechte untere Ecke ent-sprechend (140; 140), also:Pen move 100 100Pen discTo 140 140

VieleckeExemplarisch soll ein Dreieck mit den Eck-Koordinaten (119; 100), (100; 139) und(139; 139) gezeichnet werden.

Mit dem Kommando Pen areaAdd xn ynwird dem Vieleck jeweils ein weiterer Eck-punkt hinzugefügt. Der letzte Eckpunktwird mit dem Befehl Pen areaDraw x ygesetzt. Gleichzeitig schließt areaDraw dasaktuelle Vieleck. Mit dem nächsten folgen-den areaAdd-Befehl würde der erste Eck-punkt eines neuen Vielecks gesetzt.

In startIDE sähen die entsprechendenProgrammzeilen (ohne die Funktionen zumAnzeigen und Update der Leinwand) soaus:Pen areaAdd 119 100Pen areaAdd 100 139Pen areaDraw 139 139

Verschieben vonBildschirminhaltenMöchte man den Inhalt des Displays ver-schieben, um z. B. fortlaufend erfassteMesswerte darzustellen, so kann man diesmit dem Befehl Canvas origin tun. DieserBefehl bewegt den Leinwandinhalt so, dassdie aktuelle Stiftposition auf den Koordi-natenursprung verschoben wird. Möchteman also den Displayinhalt um 10 Pixel

ft:pedia Computing

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nach rechts verschieben, so wären dazu dieAnweisungenPen move -10 0Canvas originauszuführen. Ausdrücklich sei hier auf dieVerwendung negativer Koordinatenwertehingewiesen; der Stift wird 10 Pixel in dennegativen x-Bereich, also nach links,gesetzt. Der Canvas origin Befehl ver-schiebt nun den Leinwand-Inhalt und dieStiftposition 10 Pixel nach rechts. Dabei istzu beachten, dass der freiwerdende Lein-wandbereich nicht automatisch gelöschtwird. Dies ist bei Bedarf dadurch erreich-bar, dass man den rechteckigen Bereich mitPen move 0 0Pen eraseTo 9 239mit einem Rechteck in Hintergrundfarbeüberschreibt.

Abb. 5: Darstellung von Messwerten

SystemfunktionenMit der Abfragefunktion FromSys lassen sichneben anderen, im startIDE-Handbuchbeschriebenen Systemvariablen auch einigeInformationen zur Grafik abfragen.So ist mit FromSys CxRes bzw.FromSys CyRes die X- bzw. Y-Auflösung des Displays abzufragen.

Analog dazu liefern CxPos und CyPos dieaktuellen Stiftkoordinaten zurück.

Mit den Schlüsselwörtern CpRed, CpGreenund CpBlue lassen sich die drei Farb-komponenten des Pixels an der aktuellenStiftposition auslesen.

Wie wäre es, das Display als einen zwei-dimensionalen grafischen Datenspeicher zunutzen, in dem man Daten als Farbencodiert ablegt? Conways „Game of Life“ließe sich sicherlich auch programmieren…

Um den Displayinhalt zu speichern, ist derCanvas log-Befehl implementiert, der denaktuellen Bildinhalt als PNG-Datei in dasLogverzeichnis auf der SD-Karte schreibt.Über das Webinterface von startIDEkönnen diese PNG-Dateien ebenso wiemitgeloggte Textdateien heruntergeladenwerden.

Text und VariablenMit den Funktionen Text und VarToTextwerden ein angegebener Text respektive derInhalt einer Variablen so formatiert, dass siemit der Pen text x y-Funktion auf die Lein-wand gezeichnet werden können. Damit istz. B. die Achsenbeschriftung in Abb. 5erstellt.

Abb. 6: Smiley


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Weitere BeispielestartIDE selbst bringt eine Grafikdemo mit,der z. B. die Bilder 6 und 7 entstammen.

Abb. 7: Computergrafik

Eine Analoguhr lässt sich ebenfalls sehrschön darstellen (siehe Abb. 8). In Verbin-dung mit FromSys, womit z. B. auch dasaktuelle Datum und die Uhrzeit komponen-tenweise ermittelt werden können, wärenz. B. Zeitschaltuhren, Glockenspiele undÄhnliches mit einer hübschen Grafik-ausgabe zu versehen.

AusblickBereits jetzt ist es möglich, startIDE-Pro-gramme mit ansprechenden Grafikausga-ben zu erzeugen. Zukünftig wäre es nochdenkbar, Grafiken auch wieder importierenzu können, z. B. als Hintergrund, auf demdann weiter gezeichnet werden kann.

Abb. 8: Uhr mit startIDE programmiert

Außerdem wäre denkbar, Berührungsereig-nisse (Antippen bzw. Loslassen) auf demTouchscreen auszuwerten. Damit könntendann sogar interaktive grafische Benutzer-oberflächen erstellt werden.

Quellen[1] Habermehl, Peter: startIDE für die

Community Firmware – Program-mieren direkt auf dem TXT oder TX-Pi. ft:pedia 1/2018, S. 102-107.

[2] ft:community-Forum: startIDE-Thread.

[3] Habermehl, Peter: startIDEReferenzhandbuch. Handbuch aufGitHub, 2018

https://www.ftcommunity.de/ftpedia_ausgaben/ftpedia-2018-1.pdf#page=102https://forum.ftcommunity.de/viewtopic.php?f=33&t=4588https://forum.ftcommunity.de/viewtopic.php?f=33&t=4588https://github.com/PeterDHabermehl/startIDE/raw/master/ddoc/Manual_140_de.pdfhttps://github.com/PeterDHabermehl/startIDE/raw/master/ddoc/Manual_140_de.pdf

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Quellen

Gib GummiNur 1 Schuss?Die Vier-Schuss-PistoleAufbauDer fiese fischertechnik-Modding-FrevlerQuellen

WeinbergbahnDie ÜberraschungDer NachbauDer WagenZum Aufbau des WagensDer MotorblockDie AntriebswellenDer MittelteilDie vordere StützwelleDie Steuerung

Quellen

Borstenroboter – BristlebotKein Vorbild in der NaturDer fischertechnik-BürstenbotBürstenrotor

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fischertechnik Community - ft:pedia · 2020. 10. 2. · System fischertechnik sei eben robust und...

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