Fahrzeuge mit Beinen

Mal laienhaft ausgedrückt : in den Ableitungen der Bewegungsgleichungen.

Ein mit gleichmäßiger Geschwindigkeit rollender Reifen erzeugt mit Ausnahme dem Coriolis-Effekt keinerlei zusätzliche Kräfte aus das Trägersystem. Ein Bein, wie einfach es auch immer ausgeführt sein möge, hat eine Masse m und übt beim rauf und runterfahren Kräfte (0,5mv^2) auf das Trägersystem aus. Besitzer von

1-Zylinder-Mopeds können Dir ein Lied davon singen.

Um sich mit Beinen fortzubewegen muss die "Sohle" mit einer gewissen Kraft auf den Untergrund gedrückt werden, um eine zur Beschleunigung notwendige Haftreibung zu erhalten. Bei einem "Laufzeug" kann es sich letztlich nur um die Gewichtskraft handeln, die durch Masse und Erdbeschleunigung gegeben ist. Das heißt, das Bein muss nach dem Aufsetzen auf dem Boden das Gefährt (Geläuf ?) ein wenig hochheben, um die notwendige Bodenhaftung zu erhalten. Die menschliche Gangart könnte man ja auch durch ein kontrolliertes sich fallen lassen und wieder aufrichten beschreiben. Aber dabei wird Hubarbeit geleistet, weil der Körperschwerpunkt stets ein wenig gesenkt und gehoben wird. Deshalb ist ja Fahrradfahren wesentlich effizienter aus Laufen, weil sich die Höhe des Schwerpunkts nicht verändert. Aber zurück zum Laufzeug: Auch hier werden die Beine mit vorhandener Bodenhaftung ein wenig in die "Knie" gehen müssen, um dem neu aufsetzenden Bein die erforderliche Hubarbeit zur Erzeugung einer ausreichenden Haftreibung zu ermöglichen. Das Fahrzeug rüttelt. Bei Tempo 200 rüttelt es nicht mehr. Es dürfte innerhalb weniger Meter kaputt sein, weil es derartig in Schwingung geraten ist, dass die verfügbaren Materialien zur Aufhängung der Beine aufgegeben haben.

Ein weiteres Thema deiner Überlegungen dürfte das Aufsetzen der Sohlen im unebenen Gelände sein. Da du postulierst, dass die Beine "nur" bis zum Boden ausfahren, benötigst du einen Sensor, der dir sagt wo gerade der Boden für dieses Bein ist. Damit kannst du ein Servoaktuator steuern, der dir dieses Bein für diesen Schritt optimal plaziert. Du wirst das für jeden neuen Schritt von jedem Bein neu zu rechnen haben und neu zu steuern. Du kannst die Energie für die Beine nicht aus einem kontinuierlich rotierenden Antriebssystem beziehen. Du benötigst ein Antriebssystem das für jeden Schritt beschleunigt, stoppt und wieder beschleunigt. Da fließen Energien, die ich jetzt nicht in Zahlen oder Größenordnungen fassen kann. Ein konventionell aud Reifen rollendes System benötigt nahezu keine Energie um bei konstanter Geschwindigkeit zu rollen. Ein Beinläufer hebt sein Bein, misst den Abstand, lässt sein Bein fallen, oder beschleunigt sogar nach unten, bremst rechtzeitig ab, um den Körper nicht zuviel hochzuheben, stoppt, führt seinen möglicherweise energiefreien Vorschub aus und fängt wieder an das Bein zu heben. So ein System kann nur verlieren.

Entschuldige meine etwas wirren Gedanken, um das Problem darzulegen, aber das hat so in den Fingern gejuckt, dass ich gleich antworten musste, ohne es morgen noch ein wenig auszuarbeiten.

Grüße und eine gute Nacht

Günter

BTW: hast Du deinen Newsreader ein wenig anders eingestellt ? Ich kann dein Posting mit OE sogar ohne Morver lesen, was mir bisher versagt geblieben ist.

Ralf Kusmierz schrieb:

gibt es:

die Probleme liegen zum beispiel darin das das Bein während einer Bewegungsstrecke von hinten nach vorn beschleunigt werden muss. Bei

200km/h und sagen wir 2m 'beinstrecke' müsste es innerhalb kürzester Zeit von hinten nach vorne und würde bei 400km/h beingeschwindigkeit(zur strasse) 4m weiter vorne aufsetzen(zur strasse) 2m(zum auto) und dann müsste es also auf 0km/h(zur strasse) -200km/h(zum auto) gebremst werden und anschliessend während es sich zum auto mit -200km/h bewegt auch noch die doppelte kraft ausüben um die zum antrieb notwendige energie zu übertragen.

Das ist auf jeden fall deutlich schwieriger als eine gleichförmige rotierende Bewegung. Diese hat halt den nachteil das kaum nennenswerte sensorik und mechanik direkt am rad angebracht werden kann, da die Verbindung ja auch rotiernen muss (im Vergleich zum Fuss eines Geparden zum Beispiel).

Es gibt ja Autos mit Beinen, zum Beispiel für Forstarbeiten in bergigem Gelände. Sieht lustig aus, ein ganz normaler Traktor mit 6 Beinen. Hab aber keinen Link parat.

Interesantes Feld jedenfalls.

Mit Ketten ist es auch schwirig mit der Hohen Geschwindigkeit, die Kettenglieder sind deutlich schwerer als das Profil eines Reifens wenn sie hinten auf doppelte Geschwindigkeit gebracht werden. Ausserdem haben Ketten ein Problem beim Lenken.

Aber du kannst die Probleme ja lösen, dazu sind sie schliesslich da ;o)))

bye uwe

X-No-Archive: Yes

begin quoting, "Günter Schütz" schrieb:

Stimmt.

Ok, die Beschleunigungskräfte müßten kompensiert werden.

Richtig.

Nein, das ist falsch. Die Gewichtskraft kann ohne jede dynamische Komponente aufgebracht werden.

Das ist aber nicht physikalisch erforderlich, sondern liegt daran, daß der Mensch auch nur eine der üblichen biologischen Fehlkonstruktionen bzw. Kompromißkonfigurationen ist.

Diese Hubarbeit ist eben nicht erforderlich, das ist ein Irrtum.

Nö, das ist ebenfalls überflüssig. Im einfachsten Fall stell Dir vier gleiche Hydraulikzylinder vor, die mit dem gleichen Druck beaufschlagt werden. Die fahren eben aus, bis sie Bodenkontakt haben, und bleiben dann stehen - bei gleichem Druck alle mit der gleichen Aufstandskraft, unabhängig vom Gesamtweg. (Praktisch würde man es natürlich so machen, daß man das Bein mit Schnellvorschub bei geringer Vortriebskraft ausfährt, und sobald es gegen was Hartes resp. den Boden stößt, das als Signal zum Umschalten auf Volldruck bzw. den Kraftgang verwendet.)

Warum denn nicht? Das sollte sogar mit ein paar Kurvengetrieben leicht machbar sein, ohne alle Elektronik.

Da wird insgesamt weniger Leistung umgesetzt als beim konventionellen Fahren. Klar enthalten die rennenden "Beine" ziemlich viel kinetische Energie, aber die geben sie jeweils auch immer an die anderen zurück.

Falsch: wegen der Stetigkeit der Rollspur führen die Räder ständig Vertikalbewegungen unter Gewichtsbelastung aus, wobei ein erklecklicher Anteil dieser Hubarbeit in Schwingungsdämpfern vernichtet wird - das entfällt beim Laufen.

Das Gegenteil ist richtig.

Nö, alles wie immer. Hast Du versehentlich einen Newsreader installiert oder upgedated? (M$ scheint eingesehen zu haben, das es gegen mich nicht ankommt.)

Gruß aus Bremen Ralf

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Uwe 'hammernocker' Roßberg schrieb:

Na also, so langsam nähern wir uns ja doch dem 21. Jhd.

Gruß aus Bremen Ralf

Entweder starr gekoppeltes Kurvengetriebe oder Hydraulik aber nicht beides.

Ein Kurvengetriebe setzt das Bein nicht smooth auf. Es hat einen definierten unteren Totpunkt. Wenn da gerade Boden im richtigen Abstand (zum Bezugssystems der Fahrzeugs) da ist, dann ist alles ok, wenn er zu weit weg ist, hängt das Bein in der Luft und wenn er zu nah ist, wird das Gefährt mehr oder weniger sanft auf die "richtige" Höhe gebracht. Übrigens gibt es solche Beinlösungen schon, die aber meistens als Rad zählen, weil die Beine sich auf einer Kreisbahn abrollen und hiermit nur Segmente eines Rads darstellen.

Das gilt natürlich nur für Systeme mit mehr wie drei Beinen. Wenn du zwei oder drei Beine hast, kämpfst du mit oder gegen die Trägheit und die Erdbeschleunigung. Da kommt aber auch wieder die Schwerpunktverlagerung ins Spiel. (Ich würde Systeme mit weniger als vier Beinen in den weiteren Betrachtungen ausschließen)

Ich habe mal am Rande an der Entwicklung einer kleinen Spezialstanze (ca. 20kN) mitgearbeitet. Exzentermechanik mit Hydraulikmotor im diskontinuierlichen Start/Stop-Betrieb. Bei Hubzahlen um 2-3 Hübe/sek war das Hydrauliksystem ziemlich am Ende und auch keine bessere Lösung in Sicht. Deine Aufgabenstellung ist ähnlich, aber unvergleichlich "sportlicher".

Wenn ich jetzt bei dem schönen Wetter mein Fahrrad auf ebener Stecke vor sich hinrollen lasse, kann ich mir nicht vorstellen, dass das mit einem Beinsystem reibungsfreier und einfacher funktionieren könnte: Ein Kugellager und der Rollwiederstand pro Rad. Einer Beinkonstruktion unterstelle ich mal mindestens vier Kugellager bei einem Kurvengetriebe und zwei bei einer Hydrauliklösung. Jetzt erzähl mir mal, wie du das einfacher und reibungsfreier hinbekommst. Deine Beine werden übrigens auch Schwingungsdämpfer besitzen, sonnst ist das System nicht wirklich benutzbar. (Analog zum eisenbereiften Wagenrad und der Erfindung des Luftreifens)

Abgesehen davon finde ich die Idee mit den Beinen durchaus bedenkenswert. Ich meditiere noch darüber, ob die Insekten mit sechs Beinen oder die Spinnen mit acht Beinen ein Optimum gefunden haben.

Günter

IIRC gibt es tatsächlich experimentelle Arbeitsmaschinen für den Forstbereich, die den von Dir erkannten Vorteil nutzen. Diese Maschinen bewegen sich AFAIK auf sechs oder acht "Beinen". Bezeichnung will mir gerade leider nicht einfallen.

Die Probleme liegen IMHO hauptsächlich in der Kosten-Nutzen-Rechnung.

Heiko

Ralf Kusmierz schrieb: > Die theoretisch ideale Fortbewegungsart schiene mir aber das Laufen > auf Beinen zu sein - Vorteil: die Fahrspur ist "nulldimensional", > "Fußabdrücke" anstatt von Rollspuren.

Für Gehbehinderte will man laufende Rollstühle bauen. Prototypen existieren bereits.

Zur Verstärkung menschlicher Kraft gibt es Exoskelette: Daran ist auch das Militär interessiert. Erinnert an den Roboteranzug von Sigourney Weaver. Man forscht eifrig an laufenden Robotern, und eine Einsicht dabei ist, daß die Intelligenz in den Beinen selber stecken sollte; sie sind ihre eigenen Analogrechner. Beine sind dabei wie umgedrehte Pendel, was Energie spart.

200km/h erreicht man wohl nicht, aber Roboter können rennen.

Die Energieversorgung dürfte das Hauptproblem der Verbreitung von Robotern sein. Roboter der Zukunft werden IMHO mit künstlichen Muskeln statt Elektromotoren arbeiten. Da gibt es diverse Ansätze.

Grüße, Joachim

Heiko Aßmus schrieb: > IIRC gibt es tatsächlich experimentelle Arbeitsmaschinen für > den Forstbereich, die den von Dir erkannten Vorteil nutzen. > Diese Maschinen bewegen sich AFAIK auf sechs oder acht "Beinen". > Bezeichnung will mir gerade leider nicht einfallen.

Harvester vielleicht? Wenn man beim Waldspaziergang so einem Gerät begegnet, fühlt man sich gleich wie ein Ewok.

Das Militär forscht an robotischen Lasteseln. Grüße, Joachim

Heiko Aßmus schrieb: > IIRC gibt es tatsächlich experimentelle Arbeitsmaschinen für > den Forstbereich, die den von Dir erkannten Vorteil nutzen. > Diese Maschinen bewegen sich AFAIK auf sechs oder acht "Beinen". > Bezeichnung will mir gerade leider nicht einfallen.

Harvester vielleicht? Wenn man beim Waldspaziergang so einem Gerät begegnet, fühlt man sich gleich wie ein Ewok.

Das Militär forscht an robotischen Lasteseln. Grüße, Joachim

X-No-Archive: Yes

begin quoting, "Günter Schütz" schrieb:

Warum nicht?

Das ist richtig. Allerdings kann man die Antriebsenergie für Hydraulikantriebe sehr wohl auch aus einem kontinuierlich laufenden Motor beziehen.

Ich würde auch davon ausgehen, daß das Fahrzeug jederzeit an mindestens drei, besser vier, Punkten unterstützt wird. Dann braucht man mindestens acht Beine bzw. Füße, wobei ich so die Vorstellung hätte, daß an jeder der vier Ecken vier Füße sind, man also einen Sechzehnfüßler vor sich hätte. Bewegungsablauf an jeder Ecke in etwa der einer Raupenkette: man stelle sich ein Rad mit ca. 80 cm Durchmesser (Umfang ungefähr 2 x 1,25 m) vor und teile es durch einen vertikalen Schnitt, die beiden Hälften werden in Längsrichtung um diese 1,25 m auseinandergezogen. Ein Fuß läuft zunächst auf dem Umfang des vorderen Halbrads um, bis er den Boden berührt, bleibt dort stehen, während sich das Fahrzeug um 1,25 m über ihn hinwegbewegt, und läuft dann auf dem hinteren Halbradumfang nach oben, um sich dort geradlinig zum Anfang der vorderen Halbradumlaufbahn zu bewegen. Wenn der gesamte Umlaufweg von 5 m durch vier Füße belegt wird, befindet sich immer einer am Boden und drei sind angehoben.

Bei 200 km/h haben wir eine Umlaufgeschwindigkeit von knapp 60 m/s und

83 ms Umlaufzeit; das macht bei einem "Rollradius" von 40 cm eine Beschleunigung von 9000 m/s^2 (ca. 1000 g - stimmt das?) aus. Wahrscheinlich wäre ein sprunghafter Beschleunigungsstoß beim Übergang von der Kreisbahn zur Tangente nicht optimal, also wird man die Bahn wohl modifizieren müssen; vermutlich kommt als Optimum eine Art an der Aufstandsfläche flachgedrückte Kreisbahn heraus, in jedem Fall sind die auftretenden Beanspruchungen der Mechanik schon ziemlich ambitioniert. Übrigens "trampeln" die Füße dann an jeder Ecke mit einer Frequenz von 48 Hz - dieser "Brummton" (mit ziemlich viel Oberwellen, der Fuß "klatscht" wohl bei jedem "Tritt" auf den Boden) könnte evtl. ein wenig unangenehm sein, zudem überlagern sich vier fast gleiche solche Töne von jeder Fahrzeugecke und produzieren Schwebungen.

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Das Problem ist die Voraussetzung: mit dem Fahrrad fährst Du so nicht über den Stoppelacker.

*Das* natürlich nicht.

Die ungefederte Masse kann bei einem Fuß (angenommener "Latsch" vielleicht eine Ellipse 20 cm x 40 cm, also ungefähr 600 cm^2 Aufstandsfläche) aber deutlich kleiner als die einer Radkonstruktion von ca. 50 kg sein - man käme wohl mit 2-3 kg hin.

Ich biete mehr (s. o.) ;-)

Das "Insektenbeinprinzip" wäre vielleicht ein gaz guter Konstruktionsansatz. Idee: An einer Radnabe befinden sich vier gelenkig gelagerte "Beine", die um tangential angeordnete Drehachsen radial ausschwenken können. Die Arbeitsstellung ist ca. 10° aus der radachsparallelen Richtung herausgeschwenkt (spitzer Kegel), die Beinenden tragen die Füße. Bei der Rotation des Rads "rollt" die Kegelkante auf dem Boden ab. Das Ganze muß dann noch ein paar elastische Zwangsführungen haben, ferner muß das Moment auf die Radnabe abgefangen werden, wobei das am einfachsten ginge, wenn die Räder für beide Seiten (sind ungefederte Massen) zentral unter dem Wagen säßen und ihre Momente gegenseitig kompensieren würden. (Dummerweise muß man dann mit einer Leiter in das Fahrzeug hereinklettern, weil es "etwas mehr" Bodenfreiheit braucht ...)

Gruß aus Bremen Ralf

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Heiko Aßmus schrieb:

Mit oder ohne Einbeziehung der Straßenbaukosten?

Wo ich gerade dabei bin, "interessante" Ideen zu produzieren: warum benötigen Flugzeuge Rollbahnen (deren Qualität durchaus denen des Autobahnbaus entspricht, die allerdings relativ billig sind, weil man mit wenigen Kilometern pro Flughafen auskommt)? Können die beim Starten und Landen nicht einfach als Luftkissenfahrzeuge fahren, wobei die Triebwerke den nötigen Luftstrom erzeugen? Vorteil wäre, daß die auf fast jedem Untergrund starten und landen könnten, sogar auf dem Wasser.

Gruß aus Bremen Ralf

Ich komme nicht aus der Flugzeugecke, aber meineserachtens werden die Räder beim Landen aktiv gebremst, also zum Abbau der kinetischen Energie benutzt. Beim Starten hast du Recht, das könnte interessant sein. Allerdings hat ein Luftkissen keine Vorzugsrichtung ;-) und es könnte ein wenig ekelhaft sein, wenn das Flugzeug wegen Seitenwind schon auf der Rollbahn davondriftet, oder das Terminal nicht präzise ansteuern kann.

Günter

Und ob.

Das dürfte die Idee endgültig killen, da sehr viel bei Seitenwind gestartet und gelandet wird.

mawa

'n paar Beine mehr, aber passt ganz gut:

?section=1800 cu, Peter

Aber nur, weil die vorhandene Landebahn nicht in Windrichtung liegt. Genau das würde aber bei Benutzung eines größeren Feldes eh entfallen (s. München-Riem). Außerdem ist ein in-den-Wind-vorhalten gerade bei nicht richtungsgebundenem Fahrwerk kein Problem, es kann ja im Flugzustand gelandet und gerollt werden.

Ich wundere mich aber echt über diese Thematik. Ist es prinzipiell zwar interessant, so kommen mir die konkreten Vorschläge absolut laienhaft und naiv vor.

Wie funktioniert denn ein Luftkissenfahrzeug? Überlegt doch mal auch nur ansatzweise wie ein Luftkissen an ein Luftfahrzeug angebaut werden soll und es muss ja auch einziehbar sein...

X-No-Archive: Yes

begin quoting, "Stefan Lörchner" schrieb:

Wo ist das Problem? Gummischürze runterlassen bzw. runterklappen, Luft reinpusten (bei sehr geringem Druck übrigens), in der Luft wieder wieder einziehen.

Gruß aus Bremen Ralf

Am Sun, 23 Apr 2006 11:56:50 -0700 schrieb Stefan Lörchner:

Es hat AFAIK mal Versuche für Luftkissenfahrwerke für Flugzeuge gegeben.

mawa

Ich finde es durchaus interessant mal über den eigenen Tellerrand zu schauen. Das ist auch einer der Hauptgründe d.s.i.m mitzulesen. Ich empfinde es als durchaus statthaft über solche Dinge zu philosophieren. Mag sein, dass daraus keine marktreifen Ideen entstehen, aber zur Übung der geistigen Beweglichkeit und die solltest du als Ingenieur immer haben, ist es hilfreich. Und wer weis, ob du einen hier aufgefangenen Gedanken nicht doch noch beruflich einsetzen kannst.

Mas machst Du sonst an so einem Wochenende? Ausser in den schönen Momenten etwas Rad zu fahren :-)

Grüße Günter

Ich habe es zu drastisch ausgedrückt. Natürlich steh ich auf Deiner Seite was das mitlesen betrifft, aber Beine für Geschwindigkeiten jenseits der schnellsten Tiere anzusetzen und das augenscheinlich für gut möglich zu halten... Ich meine einen Ing zeichnet doch gerade eine gewisse Intuition für Machbares aus im Gegensatz zum Theoretiker. Warum sich mit solchen Geschwindigkeiten über rauhem Gelände beschäftigen, wenn es funktionierende Lösungen dafür gibt -> Fliegen.

Gut, ICH habe wohl etwas zu wenig Phantasie gehabt! :-)