Endlosbahn
21.12.24
Ich mache mir schon sehr lange Gedanken, wie man das Problem lösen könnte, dass man das Auto immer wieder umdrehen muss und in meinem Fall sogar wieder anschieben muss, damit es wieder weiter fährt.
Das wird manchmal kritisiert (wenn man es immer wieder anschiebt, dann könnte es ja endlos fahren) und im Falle vom Guinness-Buch ist es im Wettbewerb nicht erlaubt.
Auch wenn diese Kommentatoren keine Ahnung haben und für Wettbewerbe nicht einhaltbare Regeln aufgestellt haben, habe ich nach einer Lösung gesucht, die genau diese Möglichkeit bietet. Das Auto soll die gesamte Strecke von alleine fahren können, man muss es nicht umdrehen und man kann berührungslos die Richtung des Fahrzeuges korrigieren, ohne das Fahrzeug dadurch zu bremsen oder gar zu beschleunigen.
Die Lösung kam mir im Gym. Dort stehen einige Laufbänder, auf denen man stundenlang laufen kann, ohne sich auch nur einen Meter fortzubewegen. Am Ende ist man auf kleiner Fläche 10km gelaufen.
Das scheint genau die Lösung zu sein, die ich benötige.
Ich kann eine perfekte Bahn bauen (horizontal, eben und glatt, und relativ hart), und ich muss das Auto nicht mehr berühren während der Fahrt.
Nur wie korrigiere ich die Richtung? Das Auto wird immer in einer Kurve fahren, und wenn es eine sehr große Kurve ist, es wird über diese Länge messbar zur Seite weg fahren. Und auch wenn das Auto perfekt geradeaus fahren könnte, man kann es nie so auf die Bahn stellen, dass es nach einigen Metern immer noch mittig auf der Bahn fährt.
Die Fahrtrichtung muss also korrigiert werden können.
Wie kann ich also die Richtung des Autos beeinflussen ohne dem Auto Energie zuzuführen oder zu entziehen?
Ich habe über einige wenige Lösungen nachgedacht. So viele sind mir dazu gar nicht eingefallen:
- das Laufband kippen
- das Laufband verschränken
nach einigem Überlegen ist mir dann eine geniale Lösung eingefallen, die ich auch umgesetzt habe:
zwei Laufbänder.
Wenn beide Laufbänder nebeneinander stehen und das Auto mit einem Rad auf dem einen und mit dem zweiten Rad auf dem anderen Laufband fährt, kann ich die Richtung kontrollieren.
Ich kann ein Band im Vergleich zum anderen etwas nach vorne schieben oder etwas zurück.
Da das Auto ja mit je einem Rad auf einem Band steht wird das eine Rad eben auch etwas vor oder etwas zurück geschoben.
D.h. das Auto fährt jetzt in eine andere Richtung weiter.
hier mal ein Konzeptbild.
das Auto steht mit jedem Rad auf einem eigenen Laufband (gelb).
Jetzt kann man sich leicht vorstellen, dass man das Auto, welches hier nach links fahren würde, etwas nach rechts drehen kann, indem man das rechte Laufband etwas gegenüber dem linken zurückzieht (oder das linke vorschiebt)
Damit wird das rechte Rad zurückgezogen und das Auto wird seine Richtung ändern.
und so sieht das Gerät gerade aus.
Mit dem Kästchen unten im Bild kann ich die Geschwindigkeit der Bänder einstellen und die Richtung des Autos kontrollieren.
Die Laufbänder sind gerade zwei durchsichtige Kunststoffstreifen, die mit braunem Paket-Klebeband zusammengeklebt wurden.
Da muss ich noch ne neue Lösung finden. Das Paketband hat etwa 0,1mm Dicke. Das merkt mein Auto bereits. Ich hätte gerne eine Lösung, die ich nicht zusammenkleben muss.
das ist natürlich kein Mausefallenauto. Es soll nur die Größe meines Autos, das da drauf fahren soll, darstellen.
Ein Zählwerk zählt die Umdrehungen des Bandes mit einer Lichtschranke. Jedes Mal, wenn der braune Klebestreifen an der Lichtschranke vorbei fährt, wird um eins hochgezählt.
Da das Band genau einem Meter lang ist entspricht der Stand auf dem Zählwerk genau der Strecke, die das Band zurückgelegt hat.
Mit dem Drehknopf links neben dem Zähler kann ich die Helligkeit der LED, die den Fotosensor beleuchtet, einstellen.
auf diesem Video sieht man wie das Auto so gesteuert werden kann, dass es auf der Bahn bleibt:
und hier sieht man das "Auto" auf der Bahn fahren. Weil es ja keinen Antrieb hat, habe ich zwischen die beiden Bahnen einen dünnen Metallstab eingeklemmt, der das Auto "anschiebt"
17.01.26
ich bin noch dabei die Endlosbahn weiter zu bauen. Derzeit muss ich sie öfter umbauen, weil das Auto schneller fährt, als ich das Laufband ausgelegt habe. Ohne Luftwiderstand und auf dem rechte harten Untergrund fährt das fast doppelt so schnell.
Sobald die Bahn sauber funktioniert, werde ich ein Video mache, das zeigt, wie das Auto auf der Bahn fährt und dann wird recht bald ein neuer Rekord aufgestellt werden, weil ja die Strecken, die ich zum "wieder in Fahrt bringen" abgezogen hatte, entfallen.
Und da das Auto auf der Bahn so gut fährt, kann ich mir vorstellen, ein neues Auto zu bauen, mit dem die 2km Strecke machbar erscheinen. Man muss sich ja Ziele setzen.
07.02.26
bei den ersten Versuchen mit dem Auto8 habe ich festgestellt, dass ich die Richtung ständig nach links korrigieren muss. D.h. ich musste immer wieder den linken Knopf an der Steuerung drücken, so dass das linke Band etwas schneller läuft.
Das kommt daher, dass die Räder des Autos nicht exakt denselben Durchmesser haben.
Übertrieben schaut das Auto also etwa so aus. Das linke Rad ist etwas größer als das rechte.
Dass das Auto dann eine Rechtskurve fährt erscheint logisch.
Nach einer Testfahrt von 43m (43 Umdrehungen des Laufbandes) ist das linke Band etwa 9cm weiter gefahren.
D.h. das Auto fährt einen Kreis, bei dem das linke Rad auf eine Fahrstrecke von 43m eine 9cm längere Strecke fährt, als das rechte.
Ich wollte noch herausfinden, wie weit das Auto auf einer geraden Bahn nach rechts gefahren wäre, könnte ich die Richtung nicht korrigieren. Ihr könnt das mal selbst ausrechnen (Radabstand 10cm): Es sind 18,1m!
Dieser Wert erscheint mir recht viel. Das hätte mir ja auch auf der Kegelbahn auffallen müssen .
Auf der Strecke von etwa 13m hätte es fast zwei Meter nach rechts fahren müssen!
Ich kann mich nicht erinnern (und auf den Videos sieht man es auch nicht), dass das Auto einen solchen Bogen fährt.
Fakt ist aber, dass es den Bogen auf dem Endlosband fahren will und ich den korrigieren muss.
Da ich das Auto auf keinen Fall ändern möchte und ich in die Endlosbahn ja die Möglichkeit eingebaut habe die Fahrtrichtung zu korrigieren, ist das Ganze aber ja kein Problem. Das Einzige was die Steuerung schwierig macht, ist dass man wirklich ständig aufpassen muss, dass das Auto nicht nach rechts von der Bahn herunterfährt. Das ist etwas nervig. Obwohl das Auto auf dem Band wahrscheinlich nur etwa eine halbe Stunde fährt, möchte ich die Steuerung etwas einfacher machen.
Ich habe mich deshalb entschieden die fest angebaute Steuerung durch eine Fernsteuerung zu ersetzen.
Der Grund dafür ist, dass ich die Bahnkorrektur dann so programmieren kann, dass ich sobald ich das Laufband starte einen einstellbaren Wert zumischen kann, um den das linke Band dann schneller (oder falls benötigt) auch langsamer fahren kann.
Diese Zumischung soll aber proportional zur Geschwindigkeit des Bandes sein. Das Streckenverhältnis ist ja unabhängig von der Geschwindigkeit.
Egal in welcher Zeit (je nach Geschwindigkeit des Autos) eine bestimmte Strecke zurückgelegt hat, das linke Band muss immer dieselbe Strecke weiter gefahren sein.
Bisher hat das linke Band immer mit konstanter Geschwindigkeit schneller gedreht, wenn ich den linken Knopf an der Steuerung gedrückt habe. Unabhängig von der Geschwindigkeit mit der das Band gerade gefahren ist.
Jetzt soll das linke Band um einen einstellbaren Faktor schneller laufen als das rechte. Und das geht mit meiner Jeti DS12 Fernsteuerung.
An der habe ich einen Mischer programmiert (das war nicht einfach und hat leider einen ganzen Nachmittag gedauert), der nun je nach Geschwindigkeit (Motor) auf einen zweiten Kanal (Lenkung) einen mit einem Poti einstellbaren Wert zumischt.
Bei null Gas wird nichts zugemischt, bei Vollgas eben ein einstellbarer Wert. Dazwischen wird proportional gemischt.
21.03.26
am 17.01.26 hab ich geschrieben, dass das Auto sehr schnell auf dem Endlosband gefahren ist. Ich hab auch einiges an der Anlage ändern müssen, damit das Band überhaupt so schnell ist wie das Auto. Ich hab mich nur gewundert, dass das Auto so viel schneller fährt. Als einzige Ursache fiel mir nur der Luftwiderstand ein. Eine Steuerung des Autos auf der Bahn erschien mir auch nahezu unmöglich. Das Auto auf der Bahn zu halten war nur sehr schwer möglich. Ich hätte es hinten anhängen müssen, damit es gebremst wird.
Damals war das aber nur ein Probelauf. Jetzt hab ich festgestellt, dass das Auto doch nicht so viel schneller fährt.
Es ist beim Probelauf nur ganz leicht bergab gefahren. Das hab ich jetzt je näher ich mich der echten Fahrt nähere genauer eingestellt und siehe da... es fährt doch langsamer.
Da hätte ich mir wahrscheinlich den ganzen Aufwand mit dem Umbau des Bandes auf höhere Geschwindigkeiten sparen können. Wieder mal nicht dem Bauchgefühl vertraut.
Na ja, ich muss mir sowieso Gedanken machen, wie ich das Band nun perfekt horizontal einrichten kann. Das ist gar nicht so einfach wie man denkt.
Wasserwaage
Eine normale Wasserwaage ist von der Genauigkeit her nicht so gut. Damit würde ich nur 1mm auf 1m Länge schaffen. D.h. das Auto würde immer noch 1mm auf 1m Strecke bergab bzw. (weil ich ja nicht bergab fahren will um nicht zu schummeln) bergauf fahren.
Das ist mir viel zu ungenau. 1mm Steigung auf 1m Bahnstrecke? Damit sind keine Rekorde zu machen!
Es gibt Wasserwaagen, die auf 1m Entfernung eine Neigung von nur 0,02mm messen können. Die sind mir aber zu teuer.
Es gibt aber auch welche, die z.B. 0,1mm/m genau ermitteln können.
Neigungsmesser
mit dem Smartphone oder einem Neigungsmesser kann man Neigungen bis 0,1° genau messen. Das entspricht auf einen Meter Abstand viel zu große 1,7mm Höhe. Abgesehen davon brauche ich noch eine Ebene, auf der der Neigungsmesser kalibriert werden kann.
Eigenbau
Ich habe mir daher überlegt eine Vorrichtung zu bauen, die ich selbst genau einstellen kann. Dazu nehme ich mir eine Schlauchwasserwaage und einen Laser. So kann ich die Vorrichtung und damit die Bahn hoffentlich auf 1-2mm auf 9,5m (länger ist unser Haus innen nicht) einstellen. Besser werde ich das nicht hinbekommen. Ist eh fraglich ob ich das überhaupt so genau schaffe.
Es wird aber definitiv nicht bergab fahren!
22.03.26
hab heute mal überschlagen mit welcher Genauigkeit ich mit einer Eigenbauvorrichtung die Bahnneigung einstellen könnte.
Leider denke ich, dass das nicht viel besser als mit einer normalen Wasserwaage geht.
Nur die selbst gebaute Vorrichtung dürfte schon mit 0,36mm/m recht ungenau werden.
Das Band kann ich dann nur mit geschätzten 0,57mm/m einrichten.
Wahrscheinlich wird der Wert sogar noch größer.
das ist der Laserpunkt meines Diodenlasers in 9,5m Entfernung.
Er ist bereits 0,8mm hoch. Hier kann ich die Lage der Mitte maximal auf ±1mm sicher schätzen.
Inwieweit ich die Lage des Laserpunktes zu dem Wasserniveau der Schlauchwaage schätzen kann, kann ich noch nicht sagen.
Da muss ich erst noch einen Versuch machen.
Ich befürchte ich brauche doch eine andere Lösung.
Vielleicht doch ne Wasserwaage mit höherer Genauigkeit z.B. 0,1mm/m?
27.03.26
ich hab eine bessere Lösung gefunden. Ich habe mich doch für eine Wasserwaage entschieden. Ich habe eine gebrauchte gefunden, die extrem genau ist. Ich kann nun eine Steigung von 0,04mm auf einem Meter messen.
Das ist nun viel genauer, als ich es mit einer selbst gebauten Laservorrichtung hätte einrichten können. Mal schauen, wie genau ich die Endlosbahn damit wirklich einrichten kann. Kann sein, dass meine einstellbaren Füße daran gar nicht so fein verstellbar sind.
28.03.26
heute habe ich mal einen Versuch unternommen, das Band ganz leicht steigend einzurichten.
Die Wasserwaage funktioniert perfekt. Sie merkt sogar, wenn ich auf die Arbeitsplatte, auf der sie grad steht drauf drücke.
hier sieht man, dass die Blase etwas nach rechts in der Libelle verschoben ist. Der linke Rand der Blase ist sie zwei Striche rechts von dem längeren Strich, am rechten Rand ist sie drei Striche rechts vom längeren Strich.
D.h. die Blase ist jeweils einen halben Strich länger als der Abstand der längeren Striche zueinander. (Da scheint schon etwas Flüssigkeit verloren gegangen zu sein.)
Die Blase liegt also genau in der Mitte, wenn sie links einen halben Strich links und rechts einen halben Strich rechts liegt.
Bei dieser Ausrichtung ist also die Blase um 2,5 Strichabstände nach rechts verschoben. D.h. das Band ist in diesem Fall rechts etwa 0,04/m * 2,5 = 0,1mm/m angehoben.
Jetzt müssen wir aber noch prüfen, wie genau die Wasserwaage selbst ist.
Dazu drehen wir die um 180° um und schauen nach, ob sie dasselbe Ergebnis wieder anzeigt.
Hier liegt die Blase nun ganz leicht anders.
Links ist sie jetzt nur einen Strich rechts vom längeren Strich, rechts nur zwei Striche rechts vom längeren Strich.
D.h. das Umdrehen hat die Blase um einen Strich nach links geschoben.
Die Genauigkeit der Waage ist also ±0,02mm/m.
Sie kann zwar auf 0,04mm/m anzeigen, das Ergebnis ist dann aber um 0,02mm/m falsch.
Um nun die korrekte Steigung der Bahn zu ermitteln, nehmen wir den Durchschnitt beider Messungen.
Durchschnitt links: 1,5 Striche rechts von langen Strich
Durchschnitt rechts 2,5 Striche rechts vom langen Strich
Die Blase würde also im Schnitt nur 2 Striche nach rechts versetzt.
Damit ist die Steigung der Bahn, nach der Fehlerkorrektur der Wasserwaage 0,04mm/m * 2 = 0,08mm/m.
Das ist doch ein perfektes Ergebnis. Ich habe eine für mich perfekte Lösung gefunden, das Endlosband ganz leicht steigend einzurichten (so kann niemand sagen, das Auto fährt ja nur bergab) und trotzdem eine so kleine Steigung einzuhalten um extreme Reichweiten möglich zu machen.
Ein erster Test des Laufbandes mit dem Auto 8 zeigt, dass es schön langsam fährt. Ich kann also meine ursprüngliche Steuerung wieder einbauen und das Band wieder sehr langsam machen. Allerdings ist auch das Klebeband, mit dem die Folienstreifen zusammengeklebt wurden ein Risiko. Das Auto fährt gerade so noch drüber. Es könnte aber auch stehen bleiben. Hier bin ich schon lange am Überlegen, ob für spätere neue Versuche nicht ein ungeklebtes Band her muss.
Ich werde jetzt das Endlosband nochmal umbauen und dann einen neuen Rekordversuch mit dem Auto 8 machen.
29.03.26
Es wird spannend.
Bei ein paar kleinen Probefahrten gestern ist das Auto manchmal sogar stehengeblieben.
Was ist das Problem? Es ist doch auf der Kegelbahn gut gefahren?
Jetzt kommen wir in der Physik in Richtung "Impuls"
Ein Auto, welches irgendeine angenommene Geschwindigkeit und irgendeine angenommene Masse hat, wird noch etwas weiterfahren, auch wenn es gar nicht mehr angetrieben wird. Es rollt einfach weiter. Wieso das so ist, ist eigentlich jedem klar. Wir würden vielleicht sagen "das Auto hat noch etwas Schwung".
Der Begriff, der dahinter steckt, heißt Impuls. Er wird berechnet aus Masse mal Geschwindigkeit.
(Es ist nicht dasselbe wie die kinetische Energie. Die wird E = 1/2 m*v² berechnet)
Mein Auto auf der Kegelbahn hat erstmal den Impuls dass es mit seinem Gewicht langsam über die Bahn fährt.
Kommt jetzt ein kleines Hindernis, z.B. ein Sandkorn auf dem Boden, so kann das Auto drüber rollen, weil das Sandkorn es nicht schafft dem Auto den Impuls zu nehmen, es also anzuhalten. Es wird kurz "drüberholpern", es wird kurz etwas langsamer, aber es wird weiterfahren.
Mein Auto auf dem Endlosband hat keinen Impuls, zumindest nicht den, dass es mit seinem Gewicht eine Geschwindigkeit hat.
Es hat beim Anfahren kurz einen Impuls, weil das Band noch steht und sich das Auto in Bewegung setzt. Das möchte ich ja auch so haben, weil eigentlich in allen Wettbewerben das Auto alleine anfahren muss.
Diesen Impuls klaue ich dem Auto aber wieder, indem ich das Endlosband so schnell anfahren lasse, dass das Auto zwar relativ zum Band noch fährt, relativ zur Umgebung aber nicht mehr (sonst würde es ja hinten vom Band runterfahren)
Es hat also wenn es dann fährt und das Endlosband genauso schnell ist, wie das Auto, keinen Impuls mehr. Zumindest fast keinen)
Jetzt könnte einem aufmerksamen Leser einfallen, dass ich das Endlosband ja zusammengeklebt habe.
An dieser Stelle ist das Band ja kurz dicker und das Auto muss wie über ein Sandkorn fahren. Wie schafft es das dann?
Klar es wird immer weiter angetrieben, es rollt ja nicht. Aber diese Steigung muss das Auto überwinden und das geht nur wenn es dabei langsamer wird. Und das wird es auch. Es wird an der Klebestelle ganz leicht langsamer und muss dann, wenn es die Klebestelle
verlässt, wieder auf das Band selbst runter. Es holt sich diesen Verlust also wieder.
Die Klebestelle ist (noch) kein Problem.
Ich habe aber festgestellt, dass das Auto einfach so plötzlich ganz langsam wird und eben fast stehenbleibt. Wenn es nicht stehengeblieben ist, wird es wieder schneller und fährt mit der vorherigen Geschwindigkeit weiter.
(Vielleicht war das auf der Kegelbahn auch schon so und ich habe die reduzierte Geschwindigkeit auf die "Steigungen" in der Bahn geschoben.)
Was ist da nun los? Meine Vermutung ist, dass das Getriebe bei bestimmten Konstellationen schwerer geht. Die Zahnräder sind ja nicht perfekt rund, die Achsen nicht perfekt gerade,...
Das scheint jetzt zum Problem zu werden. Und genau hier hat der Impuls auf der Kegelbahn geholfen. Der hat das Auto einfach weitergeschoben, auch wenn der Antrieb durch etwas mehr Reibung reduziert war.
Und genau das fällt jetzt fast komplett weg.
Es gibt noch einen weiteren Impuls, den das Auto hat: die drehenden Räder.
Manche bauen Mausefallenautos, bei denen die Mausefalle die Energie schnell an das Fahrzeug abgibt und das Auto dann den Rest der Strecke rollt. Hierzu hat Mark Rober in seinem Video (bei 8:52) auch schon Versuche gemacht. Er hat Räder, bei denen die Masse innen liegt, mit welchen, bei denen die Masse außen angebracht war, verglichen. Die Räder, die die Masse außen haben, brauchen etwas länger bei der Beschleunigung, dafür drehen sie sich dann länger. Das hat auch was mit dem Impuls zu tun.
Auch hier bewegt sich ja Masse mit einer Geschwindigkeit. Hier bewegt sie sich nur immer im Kreis und heißt deshalb Drehimpuls.
Bei meinem Auto gibt es also noch einen weiteren Impuls der sich drehenden Räder. Und der ist bei dem Auto immer gleich, egal ob es auf der Kegelbahn oder auf dem Laufband fährt.
Leider ist der so klein, dass er nicht so richtig hilft, die nur ganz leicht erhöhte Reibung des Getriebes mit zu überwinden.
(Bei der leicht dickeren Klebestelle des Laufbandes könnte er etwas helfen.)
Deshalb bleibt das Auto auf dem Laufband manchmal stehen.
Trotzdem werde ich natürlich versuchen den Rekord mit dem Auto 8 auf der Kegelbahn zu bestätigen oder sogar zu überbieten
(Ich muss die Umdreh- und Anschiebestrecken nicht mehr abziehen)
Und ich werde ein neues Auto #9 bauen. Ich hoffe das Auto nochmal deutlich leichter machen zu können. Und ich hoffe natürlich, dass das Getriebe dann perfekt läuft.
30.03.26
der heutige Versuch hat nicht geklappt. Das Auto fährt stellenweise so langsam, dass die Klebestelle des Bandes das Auto "zurückwirft".
Wenn es dann gerade so noch über die Klebestelle drüber gekommen ist, dann hat es kaum Zeit wieder etwas Fahrt aufzunehmen dann kommt die Klebestelle schon wieder vorbei.
Es wäre so, als ob das Auto auf einer richtigen Bahn ständig über Klebestreifen, die in einem Meter Abstand auf den Boden geklebt wurden, drüber fahren muss. Die Kegelbahn habe ich jeweils vor den Fahrten gekehrt, so dass nicht ein Staubkorn mehr auf der Bahn lag.
So kann ich den Rekord auf der Kegelbahn jedenfalls nicht bestätigen.
Ich muss unbedingt das Endlosband nahtlos machen.
Das ist gar nicht so einfach eine Plastiktüte mit genau einem Meter Umfang zu finden.
Na ja, zur Not muss ich die Maschine komplett umbauen.