Erhitzen durch Laser

[CODrix]

Hallo Zusammen,
bin neu hier im Forum und hab da einpaar Fragen die ich gerne an Euch stellen würde.

Ist es Möglich mit einem kleinen mini Laser etwas auf eine bestimmte Temperatur zu bringen?
Es darf keine Löcher irgendwo rein brennen, auch kein Lichtschwert oder am Ende ein Todesstern werden.

Es geht um diesen Beitrag.
http://www.golem.de/news/robotik-kuenst ... 04707.html

Hier kann man durch wärezufuhr diese Nylonschnur zum zusammen ziehen bringen. Mir geht es hier um die Wärmezufuhr. Ein Heizdraht íst wahrscheinlich nicht so einfach zu kontrollieren und ich weiss nicht wie lange es so ein Draht aushält wenn man es 1000 mal erhitzt und abkühlt. Da dachte ich mir es müsste mit einem Laser vielleicht auch Möglich sein.



grobe Skizze

-------------------------------- Zylinder
Laser O ############################o-|-------
--------------------------------
Das ganze bekommt eine Hülle, von was weiss ich nicht aber ich dachte an Alu...
Innen drin ist diese Nylonschnur
An einem Ende ist der Laser und am anderen Ende ist die Nylonschnurr an einen Kolben befestigt.

Nun stell ich mir vor dass ich mit dem Laser die Nylonschnurr schnell auf eine bestimmte Temperatur aufheizen kann.

Wahrscheinlich kann man den Laserstrahl nicht so steuern dass es immer strahlt aber ne andere Temperatur bewirkt, oder?
Vielleicht könnte man sowas auch als "Impuls". Regelmässige Strahlen in bestimmten Abständen führen zur gewünschten Temperatur?

Wie gesagt geht es mir nur um das erhitzen. darf keine Löcher reinbrennen oder sonst irgendwie zu gefählrlich werden.


Glaubt Ihr, sowas könnte ein Laser bewirken?

Danke euch für Eure konstruktiven und informativen Antworten

Grüsse

[CODrix]

Kleiner Nachtrag.

Es sollte wenn Möglich auch in sehr kleiner Form ausführbar sein.

[adminoli]

Hi,

was spricht gegen ein Peltier-Element?

[CODrix]

Hallo,
erstmal spricht nichts dagegen, da ich sowas noch nicht kannte.

Nach einer kurzen Google-Runde war das kleinste das ich gefunden hab 15x15mm das ist schon zu gross. Ausserdem kann ich diese nicht um die Schnur wickeln.
Ich hab zwar noch keine genauen zahlen aber ich denke so Konstruktion die ich da grob skizziert hab hat ne max Höhe von 10 mm.

Ich weiss es nicht genau aber ich wäre schon davon ausgegangen dass so eine Laser etwas sehr erhitzen kann. Oder täusch ich mich da?

Ich muss zugeben ich hab mich noch nie bisher mit Lasern beschäftigt, erst jetzt als ich diese Idee hatte.
Aber schon mal Danke für den Tipp

[guido]

Peltier´s gibt's runter bis 4x4mm
Aber ich denke das du mit Konstantan besser dran bist. Willst ihn ja nicht zum Glühen bringen denke ich.
Beachte auch das du ja nicht nur Punktuell erhitzen möchtest...denke ich zumindestens...
Dann hast du noch die Trägheit der ganzen Geschichte usw..

[CODrix]

Hallo Guido,
danke für Deine Antwort.
Dieses Konstantandraht kannte ich auch nicht. Gibt es bestimmt ncoh einige viele Drähte die ich nicht kenne. Bei Drähten hab ich so meine bedenken das sie nach 100 mal erhitzen irgendwann den Geist aufgeben. Ich denke auch dass ein Draht auch länger braucht zum abkühlen.

An Laser dachte ich auch deswegen weil die Nylonschnur ja etwas transparent ist, und wenn der Strahl der Länge nach durchgeht, wird er gleichmässiger erhitzt.

Bin ich denn mit der Laser idee komplett auf dem falschen Pfad?

[VDX]

... ich würde eher zu einem Stück Nitinol-Draht (Memory-Metall) raten - die gibts in unterschiedlichen Stärken und 'Memorierungen'.

Ich habe Mikrogreifer, die über ein etwa 10mm kurzes Stück Nitinoldraht über Erhitzung gegen die Kraft einer Feder geöffnet werden, beim Abkühlen entspannt sich der Draht wieder und der Greifer geht wieder zusammen.

Die 'Zykluszeit' bei dem kleinen Greifer ist etwa 1s zum Öffnen, etwa 0.5s zum Schließen.

Die Kontraktionslänge eines NiTi-Drahts beträgt max. etwa 3% ... damit werden aber auch Federn 'memoriert', die dann eine entsprechend größere Kontraktion haben ... ich habe welche, die über 300% schaffen!

Das Erhitzen geht am Einfachsten durch einen Strom durch den Draht

Viktor

[CODrix]

Hallo Viktor,

ist es Möglich dass der Greifer jetzt nicht komlett zugreift, sondern nur sagen wir mal nur den halben weg zurücklegt und in der position bleibt (verharrt).

Ich dachte diese Drähte wären sehr teuer. Wie ist die Lebensdauer bei solchen Drähten bei vielen Kontraktion?
Vielleicht hast Du da Erfahrungen gesammelt mit Deinem Greifer.

Danke im Vorraus

Grüße
Tim

[adminoli]

Hi,

vielleicht wäre eine richtige Skizze von dem was du vorhast hilfreicher. Hier im Forum findest du die ganze Bandbreite an Helfern. Vom Bastler bis zum Professor ist hier alles vertreten.

Gruß
Oliver

[CODrix]

Ok hier die Idee

Idee.jpg

Der Laser soll die verdrillte Nylonschnur erhitzen, die dadurch sich zusammen zieht und so auch den Kolben weiter reinzieht.
Wie schon gesagt denke ich dass die Nylonschnur ziemlich gleichmässig erhitzt wird da sie etwas transparent ist.
Und meine Vorstellung setzt eigentlich vorraus dass es mit einem Laser möglich sein sollte die Nylonschnur auf die gewünschte (einstellbar) Temperatur zu erhitzen und dei Temperatur zu halten.

Ich weiss ja nicht wie klein solche Laserdioden (falls diese überhaupt in frage kommen würden) sind aber das ganze Ding wie in der Skizze soll in verschiedenen grössen geben... also von 1cm dick bis 4 oder 5 mm

[adminoli]

Hi,

ein Laser erhitzt aber nur Punktuell, evtl. bist du mit einem IR-Strahler besser bedient.
Ist das bei dir eine Machbarkeitsstudie oder soll der Kolben eine bestimmte Funktion erfüllen?

Evtl. kann man das einfacher mit einem Schub/Zug-Magnet bekommen.

Wenn es um eine genaue Position geht, könnte man dies auch über eine Spindel mit Servoantrieb realisieren.

Gruß
Oliver

[CODrix]

ich versuche sowas wie einen künstlichen Muskel zu machen.
es soll ein anderer antrieb als ein servo werden.

Im moment natürlich alles nur theoretisch. Es wäre gigantisch wenn man die solche stellzeiten wie in einem servo hätte mit genauer position und auch das position halten... nur halt schöner verpackt.

ich hab schon an viel gedacht auch an linearservos. Bin aber noch ziemlich unbefangen und für gute vorschläge immer zu haben.

an magnetische lösung hab ich auch schon gedacht. aber in der grössenordnung in der ich mein vorhaben irgendwann mal umsetzen will sind die magnete wohl nicht so stark.

also wenn alles so klappt wie ich will dann wird mein erstes projekt eine hand... gesamtgrösse sagen wir mal 6 bis 8 cm. bei dieser grösse ist man am ende doch sehr eingeschränkt was die möglichkeiten betrifft. daher war ich so fasziniert von dieser nylonschnur sache. vor allem wenn ich die hand erweitere um den arm sollte er doch etwas mehr an kraft aufweissen und grob geschätzt mal 10 kilo heben können.

Meinst Du dass ich es mit einem Laser nicht so kontrolliert erhitzen kann ?
natrülich auch in einer gewissen geschwindigkeit. will ja nicht 2 min warten bis sich ein finger bewegt
neulich dachte ich auch schon an eine gelartige flüssigkeit die durch den laser erhitzt wird... da wüsste ich noch nciht wie ich die flüssigkeit so schnell kühlen kann... aber mir gehen zur zeit sehr viele ideen durch den kopf...
eher simple ideen da ich einiges nicht kannte wie diese peltierelement... sehr interessant... vor allem zum kühlen...

ich kam eigentlich nur auf die idee mit dem laser, da man mit nem laser auch metal schneiden kann... bestimmt nicht mit einer laserdiode aber die schafft es vielleicht hitze zu erzeugen

[VDX]

... wenn du einen Nitinol-Aktor nicht überlastets (unter 90% der max. Belastbarkeit) bleibst, hält der durchaus mehrere Hunderttausend Zyklen durch.

Eine lineare Regelung über Stromregelung ist auch möglich, du bräuchtest aber einen Längensensor, da der Draht von der Eigenerwärmung nichtlinear beeinflußt wird.

Für eine 'Hand' würde ich aber eher auf eine hydraulische Lösung setzen - schau mal, wieviele und wie große Muskel wir in unserem Unterarm haben, um die Finger mit mäßiger Kraft zu bewegen!

Das müßtest du ähnlich nachbauen, allerdings ist die Muskulatur viel effizienter, als es eine elektromechanische/elektrische Lösung sein könnte ... da ist einfach die biologische Evolution ein paar Millionen Jahre weiter, als unsere Ingenieure

Eine 'hydraulische' Hand würde ich nicht an unserer Motorik orientieren, sondern an den Fangarmen und Saugnäpfen eines Oktopus - mit ihrem Herzen als 'Pumpe' und verteilten 'Ventilen' sind sie in der Lage den lokalen Druck und damit die Verformung des Fangarms besser zu steuern, als wird das mit unsern Fingern hinbekommen

Ich habe mir vor Jahren mal intensivere Gedanken gemacht, wie ich mit einer kleinen oszillierenden Druckpumpe und einem Ventilfeld den Druck in über ein Bündel innerhalb eines Arms (und der Finger) verteilten elastischen Röhrchen soweit Auf- und Ab-bauen kann, daß sich der Arm und die Finger steuern lassen ...

Viktor

[CODrix]

Hallo Viktor
an Hydraulik hatte ich auch gedacht aber ich hab noch nirgends so kleine ventile gefunden wie ich sie bräuchte.

Es wird wohl einige jahre dauern bis die forschung ein material gefunden hat welches genauso effizient ist wie ein muskel, das werde ich leider nicht mehr erleben :/ daher such ich für mich eine schöne lösung was ich noch erleben kann

Zum Beispiel dieser Versuch. ist zwar auch mit dem Nylonzeug und mit Flüssigkeiten gesteuert aber die aktionen find ich sehr gut. Hier wird in einem beispiel durch heisse und kalte flüssigkeiten das zusammenziehen verursacht.
http://www.youtube.com/watch?v=OO0Rbx0w ... 1yIsQQ5tLw

daher bin ich in der idee mit dem laser hängengeblieben
wenn man das was man mit flüssigkeiten machen kann, auch mit was anderem hinbekommt, dann könnte man sich aktoren basteln die klein und stark sind, sogar welche die auch noch um die ecke funktionieren

mit hydraulik könnte man das sicher auch, aber ich glaub das kann man es nicht so klein machen. wenn ich mich irre dürft ihr mich gerne berichtigen

Grüße
Tim

[CODrix]

So ein IR Strahler (Diode) wisst ihr wieviel Hitze so ein Ding erzeugen kann und wie schnell?

[VDX]

... ich habe verschiedene IR-Laserdioden, die aus einer Faser mit 0.1mm Kerndurchmesser bei einer Wellenlänge von 975nm 5Watt, 9Watt oder 25Watt emittieren -- mit einem Fokusdurchmesser von auch etwa 0.1mm kann ich bereits ab 9W dunkle Keramikglasur wegdampfen ... die Dioden kann ich auch zu 'Bündeln' zusammenfassen ... mit höherer Leistung wirds entsprechend 'heißer'

Wie heiß du damit einen Draht bekommst, hängt von der absorbierenden Fläche und dem zu erhitzenden Volumen ab.

Perfekt diffus gestreut/absorbiert hast du dann die Nennleistung der Diode als Leistungsinput ...

Viktor

[CODrix]

ernsthaft?
das hört sich doch super an.
ich weiss zwar nicht wann so ne keramikglausur verdampft, aber ich bin mir sicher dass es doch ne hohe Temperatur dazu benötigt wird. Die Temperatur sollte zum erhitzen einer Nylonschnur zum Test reichen.

Hast Du vielleicht nen kleinen Schaltplan oder was brauch ich alles um das mal auszuprobieren?
Worauf sollte ich achten wenn ich mir so ne IR Laserdiode besorgen will?

[VDX]

... eine durchsichtige Nylonschnur wirst du so nicht erwärmen können -- die sollte dunkel sein, um das IR-Licht absorbieren zu können.

Eine IR-Laserdiode mit ausreichend Leistung ist enorm gefährlich für die Augen! ... auch oder vor Allem, da der Strahl völlig unsichtbar ist und von der Augenlinse auf die Retina fokussiert wird, wo schon kleine Leistungen im Bereich von einigen Zehn Milliwatt irreparablen Schaden anrichten können

Solche IR-Laserdioden mit angekoppelter Faser und Leistung von 9Watt bekommst du in der Bucht für etwa 300$ ... dazu kommt dann noch eine entsprechende, dafür geeignete Laserschutzbrille, die auch bis mehrere hundert Euro kosten kann ...

Zum Testen bzw. auch zum Betrieb reicht ein Konstantstrom-Treiber aus mehreren parallel geschalteten LM317 oder LM338 Spannungsreglern in der Stromkonstanter-Beschaltung (siehe Datenblätter zu den Chips).

Du brauchst dafür noch ein Netzteil mit 8V bis 12V und entsprechender Strombelastbarkeit von 10 Ampere ...

Viktor

[CODrix]

ach nö

300 ist etwas teuer ne

Allgemein gilt wohl das was ich mit einem Laser will könnte ich vielleicht schon erreichen aber nicht ohne Gefährdung andere. Ist nämlich schon ne vorraussetzung das keiner blind wird oder ähnliches.

schade, muss ich mir doch was anderes überlegen.

[adminoli]

Hi,

du willst das doch auf möglichst kleinem Raum realisieren, aber in deinem Video ist die Wicklung vom Versuchsaufbau im Verhältnis zur erreichten Bewegung relativ lang, da würde ich eher auf Hydraulik setzen, das wird definitiv kleiner als der Aufbau mit der Schnur.

Gruß
Oliver

[CODrix]

kleiner?
ich dachte wenn ich nur ne regelbare wärmequelle hätte könnte man das ganze ziemlich minimal aufbauen.

Bei hydraulik brauch ich ja ne Pumpe, die wirds nicht so klein geben. Dazu kommen noch die Anschlüsse udn ich glaub die haben auch eine minimalgrösse oder?

Bin gerade dabei mir möglichkeiten mit hydraulk anzuschauen.