MODE 4 — FLYWHEEL

Ziel & Anwendung

Ein Schwungrad speichert Energie wie eine Batterie aus Bewegung — Züge, Busse und Raumstationen nutzen dasselbe Prinzip! Der DC-Motor dreht eine schwere Scheibe auf Hochtouren. Dann wird der Strom abgeschaltet: die Scheibe dreht sich noch sekundenlang weiter — das ist gespeicherte Rotationsenergie in Aktion!

• Der Antriebsmotor dreht die Schwungmasse hoch — der Dreh-Regler stellt die Ziel-Leistung ein
• Eine Anzeige zeigt die aktuelle Motorleistung, eine zweite die geschätzte Drehzahl, eine dritte den Betriebszustand
• Der Schrittmotor dreht mit als zusätzliche Schwungmasse — nach Abschalten dreht alles noch lange weiter

Anschluss & Funktion

Motoren am Board

Materialliste

• Schwere Karton-Scheibe (Durchmesser 12 cm) aus doppelt gelegtem Karton als Schwungmasse
• Münzen oder Schrauben mit Klebeband auf der Scheibe befestigt als Zusatzgewicht
• Kleiner Holzstab (10 cm) als Achse durch die Scheibenmitte
• Klebeband, Heißkleber

Step-by-Step Tutorial

1. Schwungscheibe bauen und ausbalancieren

   Zwei dicke Karton-Lagen aufeinander kleben (Durchmesser ca. 12 cm). Holzstab durch die Mitte stecken und mit Heißkleber fixieren. Münzen oder Schrauben gleichmäßig verteilt auf der Scheibe aufkleben — je schwerer und weiter außen, desto mehr Energie speichert sie. DC-Motor-Mitnehmer auf den Holzstab kleben oder den Stab direkt mit dem Motor-Aufsatz verbinden.

   Check: Scheibe dreht sich auf der Achse frei und ohne zu wackeln — kein Taumeln bei schneller Drehung

   Tipp: Gewichte (Münzen) gleichmäßig und symmetrisch auf der Scheibe verteilen — Unwucht erzeugt starke Vibrationen

2. Hochdrehen — Betriebszustände kennenlernen

   Der Dreh-Regler stellt die Ziel-Leistung ein, die Leistungs-Anzeige zeigt sie. Der Joystick-Knopf startet den Hochdrehvorgang: der Antriebsmotor geht in 2 Sekunden sanft auf die Ziel-Leistung hoch. Die Zustands-Anzeige zeigt: läuft. Zweiter Druck auf den Joystick-Knopf: Auslauf-Zustand. Der Antrieb stoppt, aber die Scheibe dreht noch weiter. Die Drehzahl-Anzeige zeigt, wie die geschätzte Geschwindigkeit langsam abnimmt.

   Check: Der Joystick-Knopf wechselt von Leerlauf → Hochdrehen → Betrieb → Auslauf — die Zustands-Anzeige zeigt jede Phase

   Tipp: Im Auslauf-Zustand steht der Antrieb still und trotzdem dreht sich die Scheibe noch — das ist der Effekt den wir sehen wollen

3. Zweite Schwungmasse einrichten

   Den Mitnehmer des Schrittmotors mit einem kleinen Karton-Gewicht (2 cm Scheibe) bestücken. Im Betriebszustand dreht der Schrittmotor mit dem gleichen Rhythmus wie die Hauptscheibe mit. So sieht man zwei verschiedene Schwungmassen gleichzeitig im Auslauf — welche dreht länger? Das zeigt den Unterschied in der gespeicherten Energie.

   Check: Im Betrieb dreht der Schrittmotor mit — beim Auslauf laufen Hauptscheibe und Schrittmotor gleichzeitig aus

   Tipp: Den Schrittmotor auf maximale Geschwindigkeit einstellen — er dreht als separate Trägheitsmasse mit

4. Leichtgängigkeitstest der Schwungscheibe

   Vor dem Einschalten: Scheibe von Hand antippen. Dreht sie mehrere Sekunden lang weiter? Klemmt die Achse? Wenn die Scheibe schnell stoppt, Achse mit einem Strohhalm als Hülse glätten oder etwas Vaseline an die Lagerstelle. Achse darf nicht schlagen — gleichmäßiger Lauf ist entscheidend für den Effekt. Erst nach OK Strom einschalten.

   Check: Scheibe manuell anschubsen: dreht sie sich mehrere Sekunden frei weiter ohne zu klemmen?

   Tipp: Reibung ist der Feind des Schwungrades — je reibungsärmer die Achse, desto länger dreht es nach

5. Energie-Demo: Hochdrehen und Auslaufen vergleichen

   Dreh-Regler auf halbe Leistung. Joystick-Knopf: hochdrehen, 5 Sekunden warten, dann Auslauf starten. Auslaufzeit messen. Zurücksetzen. Dreh-Regler auf volle Leistung. Wieder hochdrehen, 5 Sekunden, Auslauf. Zweite Messung. Mehr Energie gespeichert = längere Auslaufzeit. Das ist Rotationsenergie sichtbar gemacht!

   Check: Niedrige Leistung vs. hohe Leistung: bei mehr Energie dreht die Scheibe deutlich länger im Auslauf

   Tipp: Auslaufzeit mit Handy-Stoppuhr messen: bei halber vs. voller Leistung — der Unterschied ist spürbar!

Troubleshooting

• Scheibe stoppt sofort wenn DC abgeschaltet wird — Achse hat zu viel Reibung — Lager glätten, Strohhalm als Lagerhülse einbauen, oder leichtere Achse verwenden
• DC-Motor brummt aber Scheibe dreht sich nicht — Verbindung Motor-Achse zu lose — Mitnehmer fester auf die Achse pressen und mit Klebeband sichern
• Starke Vibrationen beim Hochdrehen — Scheibe ist nicht ausbalanciert — Münzen/Gewichte gleichmäßiger verteilen, oder leichtere Scheibe verwenden

Modifikationen & Sicherheit

• Pro-Tipp: Stepper trägt eine kleine Karton-Fahne — so kann man die Umdrehungen visüll zählen
• Sicherheit: Schwere Schwungscheiben immer sicher fixieren — bei hoher Drehzahl können sich Teile lösen und wegfliegen!

Wichtige Code-Teile

// Betriebszustände: 0=idle, 1=spinning_up, 2=running, 3=coasting
static uint8_t flyState = 0;
static float wheelSpd = 0;
targetPower = constrain(targetPower + (int)EncoderPos * 3, 30, 100);
EncoderPos = 0;

if(isButtonPressed(JoystickButton, lastJoyBtn)) {
    if(flyState == 0) flyState = 1; // Hochdrehen starten
    else if(flyState == 2) flyState = 3; // Auslauf
}

if(flyState == 1) { // Sanft hochdrehen über 2s
    float ramp = (float)(millis() - flyT) / 2000.0f;
    int dcPow = (int)(constrain(ramp, 0, 1) * targetPower);
    setMotorspeed(dcPow);
    if(ramp >= 1.0f) { flyState = 2; wheelSpd = targetPower; }
}
if(flyState == 2) setMotorspeed(targetPower);
if(flyState == 3) { // Auslauf: DC=0, Geschwindigkeit nimmt ab
    setMotorspeed(0);
    wheelSpd = max(0.0f, wheelSpd - 0.02f);
    if(wheelSpd <= 0) flyState = 0;
}

// S1=Leistung, S2=geschätzte Drehzahl, S3=Zustand
servocontroller.setServoPulse(1, map(targetPower, 30, 100, 1000, 2000));
servocontroller.setServoPulse(2, map((int)wheelSpd, 0, 100, 1000, 2000));
servocontroller.setServoPulse(3, map(flyState, 0, 3, 1000, 2000));
// S4/S5: visülle Drehzahl-Anzeige
int spdVis = (int)(wheelSpd * 4);
servocontroller.setServoPulse(4, constrain(1500 + spdVis, 1000, 2000));
servocontroller.setServoPulse(5, constrain(1500 - spdVis, 1000, 2000));
// Stepper dreht mit
if(flyState >= 2 && stepper.distanceToGo() == 0) stepper.move(50);
stepper.run();

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