verfasst, am 7. Februar 2020 von Andreas

Laufmaschine – Bausatz für Maker Faire, Morgenmacher und so.

Für interne und externe Veranstaltungen ist es immer gut Bausätze in der Schublade zu haben, die in sog. “Mitmachstationen” interessierten Besucher*innen angeboten werden können. Insbesondere jüngeres Publikum will bei Aktionen wie dem Morgenmacher-Festival was zu tun haben. Also haben wir eine kleine Maschine gebaut, die sich auf unkonventionelle Weise fortbewegt. Da sie einen rauen Untergrund benötigt, erhielt sie dann die offizielle Bezeichnung “Teppichläufer”.

Der Läufer in fertig aufgebautem Zustand. Je nach Polung des Motors bewegt er sich nach links oder nach rechts. Wenn er sich im Bild nach links bewegt, ist er etwas schneller, bewegt er sich nach rechts, kann er besser klettern. Er kann Anstiege bewältigen und Stufen von über 5 cm herabsteigen (siehe Video unten).

Die wesentlichen Komponenten des Läufers bestehen aus 2,8mm starkem HDF (Hochdichte Faserplatte). Sie wurden mit unserem Lasercutter ausgeschnitten. Bei der “Frontplatte” (rechts neben der HDF-Platte) handelt es sich um Finnische Holzpappe (3mm). Diese kann von den Teilnemer/innen am Ende bemalt werden.

Der Bausatz aus HDF.

Materialliste:

  • HDF-Bausatz
  • Sekundenkleber
  • 1x Rundholz d=4mm, Länge 100mm
  • 3x Rundholz d = 4mm, Länge 12mm
  • 1x 3mm Metallachse 70mm
  • 1x 3mm Metallachse 40mm
  • 2x Kabelschuhe 2,8mm
  • 1x 1,5V Batteriekasten
  • 1x 1,5V Batterie
  • 1x DC-Motor / Mabuchi FF-180SH (Pollin Electronic)
  • 2x Doppelzahnrad Modul 0,5 – 62/12 Zähne / Bohrung 2,9 (Traudl-Riess, Nr. 02.004.0)
  • 1x Ritzel Modul 0,5 – 12 Zähne / Bohrung 1,9 (Traudl-Riess, Nr. 02.006.0)
  • 2x Distanzklemmen für Welle 0,3mm (Traudl-Riess, Nr. 01.321.5)
  • 1x Flachstab 3 Loch („Construction-Material“ – Traudl-Riess, Nr. 27.031.5)
  • 2x Schraube M4 x 14 Sechskantkopf
  • 2x Mutter M4
  • 2x Sicherungsmutter M4
  • 4x Holzschraube: 2,9mm x 6,5 – Stahl verzinkt – ISO 7049 / DIN 7981

Was wir vorbereiten, ist das Abisolieren und die Ausstattung der Kabel des Batteriekastens mit Kabelschuhen, da dieser Arbeitsschritt für viele der jüngeren Teilnehmer zu schwierig ist. Die Kabelschuhe werden dann im 90°-Winkel umgebogen. Das erleichtert später die Befestigung an den Motor-Anschlüssen.

Für den Kippschalter wird das schwarze Kabel aufgetrennt und abisoliert.

Die Kabelenden werden mit den kleinen Holzschrauben befestigt. Die Schraubenköpfe berühren sich nicht. Ein Flachstab aus Stahl sorgt dann für die Schließung und Unterbrechung des Stromkreises.

Die Teile des Grundkörpers sind nur zusammengesteckt, nicht verklebt. Der Laser ermöglicht das Fertigen genauer Passungen. Bei schwankenden Stärken der Platten (was je nach Charge durchaus sein kann), müssen sie ggf. angepasst werden. Generell fertige ich die Passungen lieber ein wenig zu eng, als zu locker. Mit Schlüsselfeilen können die Zapfen leicht angepasst werden. Einsatz von Klebstoffen (bei zu lockeren Passungen) kann bei Mitmachstationen problematisch werden.

Die 3mm-Wellen von Opitec passen sehr gut zu den Doppelzahnrädern von Traudl-Riess. Diese sitzen so fest auf den Wellen, dass sie sich auch dann nicht verdrehen, wenn der Teppichläufer im Kampf mit einem anderen verkeilt. Anfänglich war das Durchrutschen des Zahnrades auf der Welle ein Problem, sodass wir testeten, ob sie sich mit Sekundenkleber festkleben lassen (was nicht ging) und schon erwogen, diese in einem aufwändigen Verfahren mittels 1mm-starkem Federstahl mit den Wellen zu verstiften.

Die Zahnräder sitzen sehr fest auf den Wellen. Wir haben sie mit Hilfe eines Hammers und eines kurzen Rohres auf die Wellen getrieben.

Die Abstände der Wellen müssen genau stimmen, damit die Zahnräder ineinander greifen. Das Getriebe muss auf jeden Fall leichtgängig sein. Es ist empfehlenswert verschiedene Abstände auszuprobieren, bzw. sich langsam an die optimalen Maße heranzutasten.

Das Getriebe sorgt für eine passende Drehzahl und ausreichenden Drehmoment.

Die Exzenterscheiben sind mit Langlöchern ausgestattet, damit man die Stellung der “Beine” nach der Montage noch korrigieren kann. Die Schrauben zunächst ungefähr in der Mitte der Langlöcher befestigen.

Die Exzenterscheiben für die Beinbewegung.
Die Exzenterscheiben sitzen sehr fest auf der Welle. Eine Zange erleichtert das Aufschieben. Einige Teilnehmer/innen benötigen hierbei Hilfe.

Damit die Exzenterscheiben wirklich fest auf den Wellen sitzen, ist es unausweichlich sie mit Hilfe von kleinen Scheiben und Sekundenkleber “anzuflanschen”. Die kleinen Scheiben lassen sich (auch von Kindern) leicht auf den Wellen verschieben. Die Exzenterscheiben sitzen stramm. Bei dieser Montage ist v.a. bei jüngeren oder weniger versierten Teilnehmern Hilfe nötig.

Die kleine Scheibe wird an die Exzenterscheibe gepresst. Der Sekundenkleber gewährleistet eine feste Verbindung zwischen den Scheiben und der Stahlwelle.

Einer der wichtigsten Faktoren für das Funktionieren des Läufers ist die Stellung der Schrauben der gegenüberliegenden Exzenterscheiben. Darauf muss während des Verklebens unbedingt geachtet werden. Wenn die erste Scheibe befestigt ist, bringt man die Schraube auf die 12:00 Uhr-Position (indem man am kleinen Zahnrad auf der Motorwelle dreht). Auf der anderen Seite wird die Scheibe dann so befestigt, dass deren Schraube sich höchstens auf 14:30 befindet. Der Winkel der Schrauben zueinander, darf nicht größer als 90° sein. Ansonsten dreht sich der Läufer auf den Rücken (was stets zur Erheiterung der Teilnehmenden führt.) Je kleiner der Winkel zwischen den Schrauben, umso kleiner sind die Schritte, die der Läufer macht. Er ist dann nicht so schnell unterwegs, kippt aber auch nicht so leicht um. Am lustigsten sieht die Bewegung allerdings aus, wenn der Winkel möglichst groß ist. Durch die Langlöcher, kann auch im Nachhinein noch eine Feineinstellung erfolgen.

Mit Hilfe einer derartigen (lasergeschnittenen) Vorrichtung, können auch Kinder mit einer Puksäge Rundhölzer auf Länge sägen. Sie wird mit einer Schraubzwinge für Laubsägebrettchen am Tisch befestigt. Das Rundholz liegt in einer “Führungsschiene”. Es ist nicht viel Kraft nötig das Rundholz während des Sägens festzuhalten.

Auch Kinder können mit dieser Sägevorrichtung umgehen.

Die “Beine” werden auf einer Seite mit “Rädern” ausgestattet. Die Räder sitzen fest auf der Rundholz-Achse und die Achse dreht sich in der Bohrung des “Beines”. Bei der Montage ist darauf zu achten, dass die Räder nicht bis ganz an das Bein heran geschoben werden. (Die Achse braucht ein wenig Spiel.)

Die Räder an den Beinen erleichtern das Vorwärtskommen des Teppichläufers.

Die Beine werden mit einer Sicherungsmutter auf den Schrauben der Exzenterscheibe gehalten. Natürlich dürfen die Muttern das “Bein” nicht fixieren. Die Sicherungsmuttern verhindern lediglich das Herabrutschen. Das Spiel darf aber auch nicht zu groß sein, weil die “Beine” dann zu stark wackeln.

Das Bein sitzt locker auf der Schraube. Die Sicherungsmutter verhindert das Herabrutschen.

Das Rundholz lässt sich mit ein wenig Kraft durch die Bohrungen des Korpus führen. Es muss fest sitzen.

Mit Hilfe der Kippschalter-Konstruktion wird der Stromkreis geöffnet und geschlossen. Der Flachstab sorgt für den Kontakt zwischen den Schraubenköpfen, unter denen die Litzen festgeklemmt sind.

Wird der Flachstab gekippt, berührt er die beiden Schraubenköpfe und schließt so den Stromkreis.

Die eigentümliche Schnittform der “Schalter-Platte” gewährleistet, dass die Schraubenköpfe durch den Flachstab ein wenig nach außen gedrückt werden. Somit besteht ein satter Kontakt zwischen den stromführenden Teilen. Das zuverlässige Schließen und Öffnen des Stromkreises war lange ein ungelöstes Problem. Wir haben einige Dinge ausprobiert und Daniel hat sich schließlich diese Variante ausgedacht.

Ein Video des Läufer in Aktion findet ihr hier

Über den Autor

Andreas

Ich habe lange Zeit in den Schülerlaboren der experimenta gearbeitet und bin 2019 in den Maker Space gewechselt, als dieser eröffnet wurde. Ist schön hier...

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