MODE 2 — SCHUBKURBL

Ziel & Anwendung

So funktioniert jeder Motor der Welt! Eine Kurbel dreht sich, eine Pleuelstange verbindet sie mit einem Kolben — und der Kolben schiebt sich vor und zurück. Ein Servo ist die rotierende Kurbel, ein anderer zeigt die Kolben-Position. Der Dreh-Regler stellt die Pleuelstangen-Länge ein — und ändert damit die Kolben-Bewegung!

• Ein Servo dreht sich als Kurbel, ein anderer zeigt die resultierende Kolben-Position als linearen Zeiger
• Der Dreh-Regler verändert die virtuelle Pleuelstangen-Länge — kürzere Stange = asymmetrischerer Kolbenhub
• Ein zweiter Zylinder läuft mit einem Versatz von einer Vierteldrehung — wie ein Zwei-Zylinder-Motor

Anschluss & Funktion

Motoren am Board

Materialliste

• Langer Karton-Kanal (25 cm) als Kolben-Führung
• Kleiner Karton-Block (5×4 cm) als Kolben mit Führungs-Nuten
• Karton-Streifen (10 cm) als Pleuelstange mit zwei Gelenk-Löchern
• Holzstäbchen als Kolben-Führungsschienen
• Stecknadeln als Gelenk-Pins, Heißkleber, Klebeband

Step-by-Step Tutorial

1. Kolben-Führung und Kurbel aufbauen

   Baue einen langen Karton-Kanal als Kolben-Führung. Kolben-Block (5×4 cm) passgenau einpassen — er soll gleiten aber nicht wackeln. Löcher in Karton mit einem Kugelschreiber ausweiten und glätten für besseres Gleiten. Plastik-Servo-Horn auf die Kurbel aufschrauben, Kurbel-Arm (6 cm) flächig draufkleben. Pleuelstange (10 cm) verbindet Kurbel-Ende mit Kolben — Stecknadeln als Gelenk-Pins. Das Horn des Kolben-Servos ist mit dem Kolben verbunden und dreht proportional zur Kolben-Position.

   Check: Kurbel dreht vollständig, Kolben gleitet gleichmäßig vor und zurück — kein Klemmen in der Führung

   Tipp: Kolben-Führung etwas breiter als der Kolben — etwa 1mm Spiel reicht für freies Gleiten ohne zu wackeln

2. Pleuelstangen-Länge per Encoder variieren

   Der Dreh-Regler stellt die virtuelle Pleuelstangen-Länge ein (von kurz bis lang). Bei langer Pleuelstange: die Kolben-Anzeige bewegt sich fast perfekt linear hin und her. Bei kurzer Pleuelstange: sie bewegt sich schneller in eine Richtung als zurück — genau wie bei echten Motoren. Der Zeiger des zweiten Zylinders zeigt die aktuelle Stangen-Länge an.

   Check: Dreh-Regler dreht: der Zeiger des zweiten Zylinders wechselt — bei kurzer Stange ist der Kolbenhub ungleichmäßiger als bei langer

   Tipp: Der Dreh-Regler ändert die virtuelle Länge — der physische Mechanismus bleibt unverändert, nur die Kolben-Anzeige reagiert anders

3. Zwei-Zylinder-Motor mit Phasen-Versatz

   Plastik-Servo-Horn aufschrauben, zweiten Kolben-Zeiger draufkleben. Der zweite Zeiger zeigt denselben Kolbenhub wie der erste, aber eine Vierteldrehung später in der Kurbel-Drehung. So bewegen sich zwei Kolben gegeneinander versetzt: einer vorne, einer hinten — gleichmäßiger Antrieb. Die beiden Schwungrad-Servos drehen als Referenz mit der Kurbel-Geschwindigkeit mit.

   Check: Die Kolben-Anzeige und ein zweiter Zeiger bewegen sich versetzt — wenn einer vorne ist, ist der andere schon auf dem Rückweg

   Tipp: Ein Versatz von einer Vierteldrehung bei zwei Zylindern macht den Antrieb gleichmäßiger — genau das Prinzip hinter V2-Motoren

4. Leichtgängigkeitstest des Kolbens

   Bevor Strom eingeschaltet wird: Kurbel manuell einmal vollständig drehen. Gleitet der Kolben die ganze Länge? Klemmt er an einem Punkt? Pleuelstange arbeitet gerade ohne seitliche Kraft auf den Kolben? Führungs-Spiel ausreichend? Erst nach OK Strom einschalten.

   Check: Kurbel manuell drehen: Kolben gleitet sauber vor und zurück — kein Klemmen, kein Springen

   Tipp: Stecknadel-Gelenke an der Pleuelstange mit einer kleinen Perle oder Strohhalm-Stück als Abstandhalter — verhindert Schleifen

5. Motor-Demo: Pleuelstangen-Länge vergleichen

   Strom einschalten. Dreh-Regler auf Maximum (lange Stange): die Kolben-Anzeige bewegt sich gleichmäßig. Dreh-Regler auf Minimum (kurze Stange): sie bewegt sich schneller in eine Richtung — asymmetrischer Hub. Der zweite Zylinder pendelt versetzt mit. Das Prinzip hinter jedem Verbrennungsmotor — mit einem Servo erklärt!

   Check: Kurze Stange vs. lange Stange: die Kolben-Anzeige zeigt deutlich unterschiedliche Bewegungsmuster

   Tipp: Demo-Reihenfolge: erst lange Stange (gleichmäßig), dann kurze Stange (ungleichmäßig) — der Unterschied ist sofort sichtbar

Troubleshooting

• Kolben klemmt bei bestimmten Kurbel-Positionen — Pleuelstange zu kurz oder schräg — verlängern oder Kolben-Führung seitlich weiter machen
• Die Kolben-Anzeige zeigt keine klare Hin-und-Her-Bewegung — Kurbel-Arm zu kurz — auf 6–8 cm verlängern für deutlicheren Hub
• Kurbel blockiert bei voller Drehung — Pleuelstangen-Gelenk-Pins klemmen — Pins mit Abstandhalter versehen oder Gelenke weiter ausweiten

Modifikationen & Sicherheit

• Pro-Tipp: Zweiten echten Kolben-Mechanismus mit S3 bauen — echter Zwei-Zylinder-Motor aus Karton
• Pro-Tipp: Stepper dreht ein Schwungrad — macht die Kurbel-Drehung gleichmäßiger bei langsamen Geschwindigkeiten

Wichtige Code-Teile

// Kurbel dreht sich kontinuierlich
crankPhase += 0.04f;

// Pleuelstangen-Länge per Encoder
linkLen = constrain(linkLen + (float)EncoderPos * 0.1f, 1.1f, 3.0f); EncoderPos = 0;

// Kolben-Position aus Kurbel-Winkel und Stangen-Länge
float r = 1.0f, l = linkLen;
float pistonX = r * cos(crankPhase)
              + sqrt(l*l - r*r * sin(crankPhase) * sin(crankPhase));

// S1: Kolben-Position, S2: Kurbel-Rotation
servocontroller.setServoPulse(1, map((int)(pistonX * 400), -800, 800, 1000, 2000));
servocontroller.setServoPulse(2, 1500 + (int)(sin(crankPhase) * 450));
// S3: zweiter Zylinder 90° versetzt
float pX2 = r * cos(crankPhase + 1.5708f)
           + sqrt(l*l - r*r * sin(crankPhase + 1.5708f) * sin(crankPhase + 1.5708f));
servocontroller.setServoPulse(3, map((int)(pX2 * 400), -800, 800, 1000, 2000));

// S4/S5: Schwungrad
servocontroller.setServoPulse(4, 1650);
servocontroller.setServoPulse(5, 1350);
if(stepper.distanceToGo()==0) stepper.move(10);
stepper.run();

Ähnliche Projekte

• MODE 1 — CRANK ROCK — Die einfachste Gelenk-Magie der Mechanik: Eine Kurbel dreht sich endlos, die Schwinge pendelt hin und her — aus einer Drehbewegung wird eine Schaukelbewegung! Der Dreh-Regler steuert die Geschwindigkeit. Die Schwinge schaukelt, die Kurbel rotiert. Klassische Mechanik zum Anfassen.
• MODE 3 — GERADE — Eine gerade Linie — ganz ohne Schiene! Diese jahrhundertealte Mechanik-Erfindung erzeugt aus einer reinen Drehbewegung eine fast perfekt gerade Bahn. Ein Zeiger bewegt sich scheinbar linear hin und her, während im Hintergrund alles rund läuft. Ein Klassiker, bevor es Linearführungen aus Metall gab.
• MODE 4 — SCISSOR — Scheren-Mechanismus aus Karton — und er hebt wirklich! Der Schrittmotor drückt die Basis auseinander, die gekreuzten Scherenarme heben die Plattform gleichmäßig nach oben. Der Joystick steuert die Höhe. Drei Zeiger-Servos zeigen den Spreiz-Winkel der Schere. Minimale Kraft, maximale Wirkung — Mechanik pur.