Yuhao Tang, Philipp Weiß
Technischer Entwurf 2020
Betreut durch Prof. Tom Philipps
STRIKER
Die Aufgabe
Die Aufgabe bestand darin ein Fahrzeug zu entwerfen, welches von einem Ausgangspunkt eine Strecke von 4,2 Metern mit einer Streckenbreite von einem Meter zurück legen soll. Anschließend muss eine Möglichkeit gefunden werden, die das Fahrzeug die selbe Strecke zurück zum Ausgangspunkt zurücklegen lässt.
Zusätzlich befindet sich in der Mitte der Strecke ein 20 cm breiter Graben, der sowohl auf dem Hinweg als auch auf dem Rückweg überwunden werden muss.
Das Fahrzeug darf hierfür vor dem Start maximal eine Breite, Höhe und Länge von jeweils 20 cm besitzen.
Ebenfalls muss der Antrieb über einen Gummimotor erfolgen.
Wie dieser sich Auflädt oder seinen Schwung bekommt ist freigestellt.
Die erste Idee
Ab der ersten Idee bildete der Antrieb den Mittelpunkt des Fahrzeugs. Hierbei wurde ein Ausgleichsgewicht in mitten einer Plastikdose positioniert. Eingespannt und gehalten wird die Konstruktion durch zu beiden Seiten hin gespannten Gummibändern. Dadurch befindet sich das Gewicht exakt in der Mitte des Modells.
Die Aufspreizung der Gummibänder, an den Seitenwänden des Modells, erzeugen so eine Spannung beim aufwickeln des Gummis.
Durch das Loslassen des Modells entwickelt sich der Gummi bei der Fahrt und überdreht sich anschließend, wodurch der Gummi, am Ende der Strecke, die maximale elastische potentielle Energie aufgenommen hat. Daraufhin wird das Rückwärtsdrehmoment erzeugt, welches das Modell für den Rückweg antreibt.
Somit erübrigt sich mit diesem Prinzip die Problemstellung des Richtungswechsels und der Überwindung des Rückwegs.
Das Überwinden des Wassergrabens
Die zu bewältigende Strecke, wie in der Einleitung bereits beschrieben, wird durch einen 20 cm breiten Graben in der Mitte getrennt. Demnach ist es nicht möglich die Strecke allein mit einem zylinderförmigen Fahrzeug oder auch einer Rolle zu überwinden.
Hierfür wurden verschiedene Modelle gebaut um die Überfahrt zu testen. Durch die Nutzung mehrerer Rollen, welche mit einander verbundenen sind, konnte die Überfahrt gewährleistet werden. Jedoch war das Modell durch die mehreren großen Rollen schwerer und die Verbindungen zwischen den Rollen zu instabil.
Die weiteren Modelle
Um die Überfahrt weiter zu gewährleisten wurde die Idee, dass weitere Räder die Rolle unterstützen, übernommen.
Um die Masse mehrerer Rollen zu ersetzen, wurden Verlängerungsarme an die zentrale Rolle angebracht und mit Rädern unterstützt.
Hierfür wurden verschiedene Formen der Stützarme getestet, wobei sich die steilangesetzten Arme als zu instabil erwiesen.
Auch bei den Rädern wurde mit verschiedenen Größen experimentiert, wobei sich ein kleines Rad für die Stabilität und den Rollwiderstand als optimal erwies.
Eine horizontaler, sich möglichst nah am Boden befindender, Arm auf beiden Seiten der Rolle erwies sich somit als stabilste Lösung.
Um anschließend den Rollwiderstand zu verringern und mehr Schwung zu generieren, wurden Nadellager in der Verbindung zwischen Stützrad und Rolle verbaut. Ebenso wurden die Räder durch kleinstmögliche Räder mit Kugellagern ersetzt, um die Stützen möglichst nah am Boden zu positionieren.
Die Optimierung
Durch die Entwicklung der „Stützräder“ wurde die stabile Fahrt über das Hindernis gewährleistet.
Jedoch überragten diese, bei weitem, die Maximallänge von 20 cm.
Demnach musste eine Lösung gefunden werden, welche die Stützfunktion der Stützräder gewährleistet, aber gleichzeitig nicht die Maximallänge des Fahrzeugs überschreitet.
Erste versuche durch einfaches Abklappen und anschließendes Fallenlassen der Arme, bei Beginn der Fahrt, waren zu instabil. Außerdem bewirkten sie, dass die Stützräder, beim Überfahren des Hindernisses, abknickten und die Stabilität somit massiv beeinträchtigt wurde.
Um die Instabilität zu verhindern, wurde ein weiteres Stützrad entwickelt.
Bei dieser Variante wurde, durch das Zusammendrücken der Arm-Verlängerungen durch einen Mittig platzierten Kanal auf beiden Seiten, mit jeweils einem Gummi am anderen Ende des Kanals eine Spannung aufgebaut.
Im zusammengedrückten, gespannten Zustand erfüllte das Stützrad somit die Maximallänge von 20 cm.
Wurden die Achsen beim Start anschließend losgelassen, sprangen die Armverlängerungen des Stützrades auf und wurden durch jeweils einen kleinen Haken in der Position gehalten.
Um die Bauweise des Fahrzeugs nicht unnötig kompliziert zu gestalten, wurden stattdessen Magnete am unteren Ende der Achse des ab zuklappenden Verlängerungsarmes angebracht. Durch den starken Halt der Magnete konnte nun auch so die Stabilität des Fahrzeugs gewährleistet werden.
Das Produkt
Der „Striker“ wird durch den Abschuss, am Startpunkt mit, dem Armbrust Prinzip, nach vorne geschossen.
Die vorher heruntergeklappten und mit Magneten in Position gehaltenen Stützräder gewährleisten eine stabile Fahrt über das Hindernis.
Die Bewegungsenergie wird durch das Aufwickeln der Gummis, die mit dem Ausgleichsgewicht in der Mitte der Rolle verbunden sind, gespeichert.
Beim Ausrollen des Fahrzeugs wird somit diese gespeicherte Energie freigesetzt, wodurch sich das Fahrzeug anschließend in die Entgegengesetzte Richtung bewegt. Somit wird erneut der Graben überwunden um schließlich das Ziel zu erreichen.
Der Striker ist aus gelaserten Sperrholzteilen zusammengesetzt und wird durch Nadellager und Kugellager unterstützt. Das Gewicht im Zentrum des Fahrzeugs besteht aus Ausgleichsgewichten, welche zum Auswuchten der Räder bei Automobilen verwendet werden.
Das Poster
