Kräfteberechnung Roboter Vakuumsauger

[killian3110]

Hallo liebe Roboternetz Gemeinde,

ich bin gerade dabei für ein Projekt einen Vakuumgreifer auszulegen und stoße irgendwie gerade an meine Grenzen.
Ich hab schon einige Kräfte Berechnet (Gewichtskraft, Fliehkraft, Haftkraft) weiß aber irgendwie nicht so ganz wie diese nun in Zusammenhang mit dem/n Sauger/n stehen.

Auf der Homepage von Festo gibt es ein PDF indem steht wie man die Haftkraft eines Saugers im horizontalen Fall ermittelt (Sauger und Bewegungsrichtung sind horizontal).
Mit der Formel F=m*(g+(a/μ)*S komme ich so auf einen Wert von 10,443N. Da sich nun mein Roboter auf einer Kreisbahn bewegt wirkt natürlich eine Zentrifugalkraft welche ich nach der Formel: Fz=m*ω²*r berechnet habe. Damit komme ich auf eine Zentrifugalkraft von 36,188N. In beiden Fällen wird vom Worst-Case (Not-Aus) ausgegangen.

Nun meine Frage:
Welchen Zusammenhang haben diese beiden Kräfte? Muss mein Sauger die 10,443N, die 36,188N oder gar beide zusammen also 46,631N sicher halten können?
Ich habe schon den ganzen Tag versucht mich im Internet schlau zu machen, jedoch ohne Erfolg. Ich hoffe ihr könnt mir da weiterhelfen

LG Killian

[Geistesblitz]

Kommt doch drauf an, in welche Richtung die Kräfte wirken. Normalerweise werden die dann ja über das Superpositionsprinzip miteinander verrechnet, also nicht einfach betragsmäßig addieren, sondern vektoriell.
Für eine Worst-Case-Abschätzung nimmt man eh den Fall, in welchem die ungünstigsten Bedingungen herrschen, also bei dir die höchste Kraft wirkt. Ich weiß jetzt auch nicht, wie die Kräfte bei dem Vakuumsauger in die verschiedenen Richtungen sich verhalten, also längs und quer zur Ansaugöffnung.

[killian3110]

Zur etwas besseren Verständlichkeit und um eventuelle Unklarheiten zu eliminieren hab ich mal ne Zeichnung gemacht.
Also, der Roboter fährt mit dem Sauger auf der Kreisrunden Bahn (schwarz), der Sauger hält ein Werkstück (leider nur schlecht zu erkennen, grau) welches mit einer Kraft (G=m*g) nach unten gezogen wird.
Gleichzeitig wirkt noch die Fliehkraft (rot) nach außen und die Haltekraft (grün) und die Richtung in die rotiert wird.

[i_make_it]

Nimm mal die Zenrifugalkraft als Länge (a) und die Gewichtskraft als Länge (b).
Jetzt wende mal den Pythagoras drauf an, (Da Gewichtskraft und Zenrifugalkraft rechtwinkelig zueinander stehen)
c (die Hypotenuse) ist dann die resultierende Gesamtkraft und den Winkel unter dem die Kraft wirkt kannst Du wenn du magst auch ermitteln.
Stichwort: Kräfteparallelogramm.
https://de.wikipedia.org/wiki/Kr%C3%A4fteparallelogramm
http://www.leifiphysik.de/themenbere...-und-zerlegung

[oberallgeier]

.. Zenrifugalkraft als Länge (a) und die Gewichtskraft als Länge (b) .. den Pythagoras .. Da Gewichtskraft und Zenrifugalkraft rechtwinkelig zueinander stehen ..

Vielleicht denke ich jetzt zu kompliziert, aber die Masse rotiert doch. Da muss, meines Erachtens, doch noch die Kraft in Umfangsrichtung wirken um die (bei der Drehung) auftretende Reibung zu überwinden - die in der Skizze als grüner Pfeil dargestellt ist. Damit dann nach "dem ersten Pythagoras" das Ergebnis (c) nochmal per Pythagoras mit der "Kraft zum Versetzen" verrechnen.

[i_make_it]

Beim Beschleunigen und beim Bremsen, ja.
Da ist dann aber auch die Zentrifugalkraft entprechend kleiner.
Die Zentrifugalkraft ist am größten wenn die Umfangsgeschwindigkeit am größten ist. Dann wirkt aber weder eine Beschleunigung noch eine Verzögerung.
Es kommt drauf an wie stark beschleunigt oder abgebremst wird, danach richtet sich ob die wirkenden Kräfte größer sind.
Zuerst muß man festlegen ob Beschleunigen und Bremsen, Rampen oder Kurven sind. Dann die Resultierende aus Tangentialkraft und Radialkraft bilden und daraus wiederum die resultierende mit der Fliehkraft bilden.

Bei gleichförmiger Bewegung ist es halt nur die Radialkraft und die Gewichtskraft.
Es kommt aber noch mehr dazu was man beachten muß.
Oberflächenrauhigkeit des Werkstücks (Beinflußt die Leckrate und damit die maximale Haltekraft des Saugers)
Bauform des Saugers und somit die Formstabilität der Dichtlippe bei den wirkenden Querkräften.