Murmelbahn Und Aufzug (20x20):

Introduction: Murmelbahn Und Aufzug (20x20):

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Hallo,

wir haben in der Schule die Aufgabe bekommen, eine Murmelbahn zu bauen, die den Untengenannten Kriterien möglichst gut entspricht hier folgt nun die entsprechende Dokumentation.

Das Ziel ist es, eine Murmelbahn zu bauen, die folgende Kriterien erfüllt:

  • 20x20x20 Größe
  • Ökonomisch und Ökologisch Nachhaltig
  • leicht
  • möglichst lange Laufzeit und Strecke
  • Minimalbelastbarkeit von ca 10 kg
  • + muss einer festgelegten Norm entsprechen, damit andere Bahnen, die die selben Kriterien entsprechen auf die eigene gestellt werden können, sodass sie Murmel vom oberen in den unteren Kasten läuft usw.

Außerdem sollte die Bahn einen Aufzug haben, der

  • 20x20x5 Größe
  • Die Murmel wieder in einen der Eingänge der Bahn befördert
  • möglichst kurze Förderzeit benötigt
  • leicht ist
  • Ökonomisch und Ökologisch Nachhaltigleicht

  • +muss an alle Kästen passen (Norm)

Supplies:

(Benötige Teile:)

  1. Schaschlik-Spieße (min 20 cm)
  2. Heißkleber
  3. 1-2 A4 Seiten Papier (am besten kariert)
  4. 23 starke Magneten (für die Befestigung von Aufzug etc)
  5. optional Holzleim
  6. optional Sprüh lack (rein kosmetisch)
  7. 6 RGB LED's (rein kosmetisch)

Aufzug:

  1. Arduiono Nano (wir haben einen billigeren Atmega controller genommen (3€) dieser funktioniert natürlich auch)
  2. Kabel
  3. Lötplatten + Lötzinn
  4. Strom und Datenkabel für Arduino

Teacher Notes

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Step 1: Die Norm

Ein und Ausgänge: An zwei gegenüberliegenden Ecken (weiteste mögliche Entfernung) sind die Eingänge. Hierbei befindet sich an jeder der drei Flächen ein Loch (Kreis) mit einem Radius von 1cm. Der Mittelpunkt dieser beiden Kreise befindet sich je 2cm von den beiden Kanten entfernt. Die 3 Öffnungen müssen alle in der jeweiligen Funktion der Ecke zu verwenden sein.

(also insgesamt 6 Öffnungen (3 Aus + 3 Eingang))

Befestigung: Als Befestigung zwischen Würfel und Auszug sowohl als auch zwischen mehreren Würfeln werden Magneten verwendet. Diese haben einen Durchmesser von 1cm und sie werden in allen Ecken aller sechs Flächen mit einem Abstand von 1,5 cm zwischen den zwei nächsten Kanten und dem Mittelpunkt der Magneten befestigt, sofern sich in dieser Ecke kein Ein oder Ausgang befindet.

Die Südpole aller Magneten zeigen nach außen, bis auf die der Magneten, die an der Unterseite des Würfels und dem Aufzug befestigt werden. Hier zeigt der Nordpol nach außen.

Die Magneten am Aufzug werden nur an der Seite die am Würfel befestigt wird befestigt, sodass sie an denen am Würfel haften.

Step 2: Die Idee

Unsere erste Idee war es, die Bahn aus Aerogelen zu bauen, da diese sehr leicht sind. Leider sind sie allerdings relativ teuer und vergleichsweise brüchig. Daher heben wir uns für den wesentlich billigeren, umweltfreundlicheren und stabileren Baustoff Holz/Bambus entschieden, und eine Stäbchenform gewählt, da diese stabil, leicht und in jedem Supermarkt relativ günstig zu kaufen ist.

Hieraus wollten wir einen Würfel für die Bahn bauen und einen Quader für den Aufzug.

Die Bahnen ansich bauen wir auch aus Stäben, da diese leicht sind und die Kugel mit relativ geringer Reibung transportieren können. Außerdem geht die Bahn so relativ wenig kaput.

Für den Aufzug nutzen wir einen Arduino nano fake und einen billigen Schrittmotor, da diese billig sind, für unsere Zwecke ausreichen sind und eine volle Automatisierung des Vorgangs ohne jedmögliche Menschliche hilfe ermöglichen.

Step 3: Der Würfel

Da der Würfel auch andere Würfel halten muss, haben wir uns entschieden, ihne nicht nur aus einzelnen Stäben zu bauen, sodern in die höhe an den vier Seiten je 4 Stäbe zu verwenden.

  1. Stäbe auf die richtige Länge schneiden
    1. 16 x 20cm
    2. 16 x (20-dicke der Spißex4)cm
    3. 6 x ca 23cm
  2. Die 20cm Stäbe zu Bundeln von je 4 verkleben (siehe Bild)
  3. 24 rechtwinklige Dreiecke mit Kathetenlängen von 3cm und 3cm aus Papier schneiden
  4. Die Papierdreiecke an denEnder der vierer-Stäben befeatigen (siehe Bild)
  5. die vier vierer-Stäbe in einem Quadrat aufstellen und aneinander mithilfe der ca 18 cm Stäbe befestigen (siehe Bild)
  6. die 23 cm Stäbe nutzen, um Querverstrebungen zu Bauen Achtung: Es muss zwei gegenüberliegende Ecken geben, in denen keine Verstrebungen angebracht werden.
  7. Weitere 8 Stäbe auf 19,6 cm zuschneiden und wie im Bild zu sehen an den Würfel anbringen

Der Würfel ist nun fertig :)

Step 4: Die Bahn

Nun muss nur noch wie auf dem Bild zu sehen eine Bahn aus je zwei Spießen um die Bahn herumgelegt werden.

Hierbei empfiehlt es sich, von unten nach oben vorzugehen und immer zu prüfen, ob die Kugel gut rollt und um die Ecken rollt. Andernfalls ist die noch sehr leicht im nachhinein, da Heißklebe verwendet wird und diese leicht wieder aufgeschmolzen werden kann. Hierbei wird die Murmel in den Ecken immer gebremst, was die Laufzeit erhöht und somit die Bahn verbessert. Deshalb sollten die einzelnen Bahnen nicht in einem zu großen Winkel angebracht werden, da die Kugel sonst zu schnell rollt.

Step 5: Der Aufzug

Beim Aufzug haben wir uns für eine elektrische Variante, die von einem Mikrocontroller gesteuert wird entschieden, da wir hierdurch flexibler sind und gleichzeitig nach andere Dinge, wie z.B. RGB Beleuchtung steuern können. Als Motor nutzen wir einen 28BYJ-48 ULN2003 5V Schritt Motor, da dieser mit unter 3€ pro Unit sehr günstig ist und auch die benötigte Performance bringt. Auch der Mikrocontroller kostet nur 3€. Außerdem wir ein mini USB Type B Kabel benötigt.

In Schritt eins bauen wir einen Kasten mit der selben Technik, wie oben, nur, dass wir keine vierer-Stäbe brauchen, da keine große Last auf dem Aufzug sein wird und außerdem lassen wir die Querverstrebungen weg.

Als nächstes haben wir den Motor in der Mitte des Kastens befestigt (siehe Zeichnung) und die benötigte Verkablung des Mikrocontrollers und des beim Motor mitgeliefertem Schrittmotorcontrollerboards vorgenommen (siehe Schaltplan).

Der Abstreifmechanismus ist eigentlich sehr intuitiv zu bauen (der Name sagt alles). Dieser wird, wie der Name schon sagt dafür da, dass die Kugel nicht am Aufzugsarm hängen bleibt. Diese Vorrichtung ist gleichzeitig eine Bahn, auf der die Kugel weiter aus dem Aufzug und wieder in den Kasten rollt.

Nun muss nur noch die Software hochgeladen werden und anstelle des Knopfes im Schaltplan ein Kontakt, über den die Murmel rollt und ihn so schließt.

Step 6: Die Magneten

Nun müssen nur noch die Magneten am Würfel befestigt werden, damit die Würfel anneinender und am Aufzug haften. Hierbei muss die Norm (siehe oben) beachtet werden. Wir haben die Magneten einfach im richtigen Abstand außen am Kasten befestigt.

Step 7: Abschluss

Als einzelne Bahn müssen jetzt nur noch Ein- und Ausgänge hinzugefügt werden, wie auf dem Bild zu sehen.

Sollte man die Bahn zusammen mit anderen Bahnen nutzen, muss man nur noch eine Wippe am Ende hinzufügen, damit die Murmel nach dem zweiten Durchlauf in den nächsten Kasten gegeben wird (siehe Bild).

Als letztes kann man noch optionale RGB Beleuchtung für ein besseres Aussehen hinzufügen.

Hierzu einfach die LED's wie im Schaltplan zu sehen Paralelgeschaltet in die Ecken des Kastens kleben und mit einer öffenbaren Verbindung mit den richtigen Pins am Arduino verbinden.

Außerdem optional ist das schwarze ansprühen des Kastens, auch damit er besser aussieht. Hierzu einfach LED und Elektronik abkleben und mit schwarzer Farbe ansprühen.

Nun ist der Kasten fertig. Ein bisschen Feinschliff ist vielleicht noch nötig, doch er sollte eigentlich funktionieren.

Unser Kasten hat folgende Werte erreicht:

  • ca 26s runtime
  • 4,3 m Strecke
  • 260g Gewicht (160g Kasten, 100 Aufzug)
  • Maximalbelastbarkeit 65+ kg
  • Preis <11€
    • 6€ Atmega nano v3 + Schrittmotor
    • 1€ Spieße
    • 1€ Klebe
    • 1€ Kabel + Lötzinn und Platte
    • 2€ Sprühfarbe (Anteil an der Flasche)
  • Vollautomatischer Aufzug
  • Kompatibel mit allen der Norm entsprechenden Aufzüge
  • +RGB

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