Zeitschaltuhr Mini-Elektromotor/Federwerk

[talem]

Hallo zusammen,

Im Rahmen eines Hochschulprojekts habe ich eine Uhr entworfen bei deren technischer Umsetzung ich auf fachmännische Hilfe angewiesen bin, da ich leider von Elektronik und Mechanik nicht all so viel Ahnung habe.
Es handelt sich um eine Wasseruhr, die nach dem Sanduhrprinzip funktioniert. Die Besonderheit besteht darin, dass sich die jeweils an einer Achse befestigten Glaskobeln (einer für Stunden, einer für Minuten) automatisch nach 12h bzw. nach 1h drehen sollen.
Ist es möglich einen Motor so zu steuern, dass er die Achsen zu einem bestimmten Zeitpunkt um 180º dreht? Wenn ja wie?
Wäre das ganze auch mechanisch umsetzbar? D.h. eine Art Zeitschaltuhr für ein Federwerk, das man aufziehen kann?

Ich hoffe, dass ich mit meinem Anliegen in diesem Forum richtig bin und freue mich auf eure Hilfe.

LG, Ando

[Peter(TOO)]

Hallo Ando,

Ist es möglich einen Motor so zu steuern, dass er die Achsen zu einem bestimmten Zeitpunkt um 180º dreht? Wenn ja wie?

Da gibt es beliebig viele Möglichkeiten.
(Getriebe-)Motor, Schrittmotor, Elektromagnet, Modellbauservo .....
Dann braucht man noch einen Zeitgeber, das kann einfach eine programmierbare Schaltuhr sein oder halt so etwas wie ein Arduino.

Wäre das ganze auch mechanisch umsetzbar? D.h. eine Art Zeitschaltuhr für ein Federwerk, das man aufziehen kann?

Auch das ist Möglich, mach jede Standuhr mit Schlagwerk oder Kuckucksuhr auch schon.
Dürfte deine Fähigkeiten aber eher übersteigen.

Grundsätzlich sollte man erst mal wissen wie gross das Ganze werden soll?
Bei den Künstlern weiss man ja nie ob das ein Tischmodell wird oder eine grosse Skulptur mit einigen Tonnen Masse. Entsprechend wird auch der Antrieb unterschiedlich gross, bzw, die Möglichkeiten liegen anders.
Wichtig ist auch noch wie sich die Masse verlagert. Irgendwie muss sich das Wasser bewegen, wodurch der Schwerpunkt verschoben wird.

MfG Peter(TOO)

[PICture]

Hallo!

Es handelt sich um eine Wasseruhr, die nach dem Sanduhrprinzip funktioniert. Die Besonderheit besteht darin, dass sich die jeweils an einer Achse befestigten Glaskobeln (einer für Stunden, einer für Minuten) automatisch nach 12h bzw. nach 1h drehen sollen.

Meinst du zwei solche "Motoren": http://www.youtube.com/watch?v=cRkytiH6mSA ? Die Zeiten zwischen dem "Kippen" lassen sich wahrscheinlich mit Grössen und Massen der Körperteilen der zwei Vögel (für Stunden und Minuten) festlegen.

[i_make_it]

Je größer die Masse und damit auch die Glaskolben sind, um so warscheinlicher darf man sich darauf einstellen, das man am Design wieder was ändern darf. Sofern man nicht vorher den Drehvorgang an sich schon mit eingeplant hat.
Je voller der untere Glaskolben ist und je kleiner die Abflußöfnung um so Geringer ist das Problem der Masseverlagerung beim Drehen, das Problem der Massenträgheit, und der Wirksamen Hebelkräfte, bleibt davon aber unberührt.
Beim Beginn der Bewegung muß man so beschleunigen, das die Kräfte durch die Massenträgheit der Ruhemasse nicht die Stabilität des Glaßkoben übersteigt. Ebenso beim Bremsen das die Kräfte aus der kinetischen Energie nicht zu Groß sind. Damit ist eine Drehung in "nullzeit" nicht möglich und es fließt schon Wasser wärend der Drehung in den leeren Kolben. Wobei mit fortschreitender Drehung der hydrostatische Druck und damit die Durchflußmenge zunimmt. Das muß dann bei der Berechnung der Wassermenge für die geforderte Zeit (1h und 12h) berücksichtigt werden.

Ein Federwerk müsste auch wieder aufgezogen werden, weshalb direkt ein Motorantrieb sinnvoller ist als ein Federwerk oder Gewichtswerk das dann nochmal einen Motor zum aufziehen braucht.

[talem]

Zunächst einmal vielen Dank für die zahlreichen Antworten.

Ihr habt Recht was die mechanische Variante betrifft - das wird vermutlich zu kompliziert auch wenn eine rein mechanische Uhr durchaus ihren Charme hat.

@Peter(TOO)
Die Uhr soll nicht riesig werden, sondern als Zimmerstanduhr fungieren. In etwa 40cm in der Länge (als grobe Einschätzung). D.h. die Kolben umfassen ein Volumen zwischen 500ml - 1000ml.

@PICture
Ich habe zur Veranschaulichung mal eine schnelle Skizze gemacht. Die genaue Form steht noch nicht fest und hängt natürlich auch stark vom „Innenleben“ ab.
Bild hier  

@i_make_it
Vielen Dank für den Hinweis. Leider kann ich noch nicht einschätzen wie stabil die Glaskolben letztendlich werden. (Entweder werde ich auf vorhandene Kolben zurückgreifen oder welche fertigen lassen.)
Vielleicht lässt sich die Problematik anhand einer kleinen Versuchsreihe lösen.
Dass eine Drehung in Nullzeit nicht möglich ist und bereits während der Drehung Wasser zurückfließt ist mir bewusst. Aber ich denke diese relativ geringe Menge lässt sich, wie du bereits gesagt hast, über die Berücksichtigung der Wassermenge regeln.

LG, Ando

[Peter(TOO)]

Hallo Ando,

Die Uhr soll nicht riesig werden, sondern als Zimmerstanduhr fungieren. In etwa 40cm in der Länge (als grobe Einschätzung). D.h. die Kolben umfassen ein Volumen zwischen 500ml - 1000ml.

Ich habe zur Veranschaulichung mal eine schnelle Skizze gemacht. Die genaue Form steht noch nicht fest und hängt natürlich auch stark vom „Innenleben“ ab.
Bild hier  

OK, das ist mal eine Hausnummer

So grob über den Daumen, musst du die Lager für 2k Masse auslegen.
Der Motor muss so in der Grössenordnung ab 1Nm liefern.
Pi mal Daumen: 1 Liter Wasser = 1kg = 10N
Bei 40cm Zylinderhöhe und ganz gefüllter Zylinderhälfte befindet sich der Schwerpunk bei etwa 10cm.
Das ergibt einen Hebel von 0.1m bei 10N, gekürzt also 1Nm

Da wäre ein Getriebemotor am besten.
Von der Bauform würde am besten einer mit Schneckengetriebe in dein Modell passen, da geht die Achse seitlich weg.

Auf die Achse kommt eine Scheibe mit zwei Kerben, 180° versetzt oder einfach ein Hebel.
In den beiden Positionen wird ein Schalter (Lichtschranke, Halgenerator usw.) betätigt.

Die Steuerung erzeugt dann alle 60 Minuten (12h) einen Impuls und startet damit den Motor. Dieser läuft dann so lange, bis der Schalter wieder betätigt wird.

Fragt sich jetzt noch wie du die Steuerung hin bekommst?
Im Prinzip reicht da ein PIC und zwei MOS-FETs für den Motor. Noch ein paar Widerstände, Kondensatoren und Dioden sollten dann ausreichen.
Für eine bessere Gangenauigkeit wäre noch ein 32kHz Uhrenquarz angebracht, da gibt es aber PICs welche das können.

Irgendwie muss man dann noch die Uhr noch mit der Zeit synchronisieren können !
Im einfachsten Fall darf man sie nur um 12 und 24Uhr starten.

Da solltest du dir noch ein paar Gedanken dazu machen!

Ist jetzt noch die Frage, wie du zum passenden Programm kommst?
Sehr anspruchsvoll wird das nicht, die meiste Zeit muss der Controller sowieso warten, bis etwas zu tun ist. Ein Trick besteht im Strom sparen, wenn das Ganze auf Batterie laufen soll, ist aber auch nicht besonders schwierig.

MfG Peter(TOO)

[RoboHolIC]

Reizvoll wäre es auch, wenn die durchfließende Flüssigkeit selbst das zeigebende Element wäre, d.h. das Wenden der Kolben würde dann vom Leerlaufen des Vorratsbehälters ausgelöst und nicht von einem anderen, im Hintergrund laufenden zeitbestimmenden Prozess.

Ist eine Nullungsfunktion eingeplant, damit nicht die jeweilige Restmenge nach dem Wenden einen Zeitoffset mit sich bringt?
Und wie ist der genaue Tropfprozess geplant (reine Neugier!) ? Wo wird der Druckausgleich zwischen den beiden scheinbar geschlossenen Reservoiren realisiert? Die Zeichnung lässt das nicht erkennen.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Reizvoll wäre es auch, wenn die durchfließende Flüssigkeit selbst das zeigebende Element wäre, d.h. das Wenden der Kolben würde dann vom Leerlaufen des Vorratsbehälters ausgelöst und nicht von einem anderen, im Hintergrund laufenden zeitbstimmenden Prozess.

Sicher reizvoll!
Nun geht es schon damit los, dass sich das Volumen des Wassers mit der Temperatur ändert

Man könnte in der Mitte zwei Nadeln anbringen, welche dann bei entsprechendem Wasserstand durch das Wasser verbunden werden und damit das Kippen auslösen.

Ich habe jetzt aber keine Ahnung, welche Ganggenauigkeit damit erreichbar ist
Da wäre die Ausdehnung des Wassers und des Zylinders zu berechnen und natürlich ist der Motor auch nicht immer gleich schnell.

Und es stellt sich noch die Frage, wie man das Stundenglas mit dem 12h Glas synchronisiert.

MfG Peter(TOO)

[talem]

Vielen Dank für die ganzen Informationen - schön, dass einem hier so geholfen wird

@Peter(TOO):
Danke, für die Einschätzung was den Motor betrifft. Die Zylinderhöhe wird sich auf 20-25cm belaufen (Die 40cm bezogen sich nur auf die Gesamtlänge der Apparatur). Ein Schneckengetriebe wäre perfekt für die angedachte Form.

Auf die Achse kommt eine Scheibe mit zwei Kerben, 180° versetzt oder einfach ein Hebel.
In den beiden Positionen wird ein Schalter (Lichtschranke, Halgenerator usw.) betätigt.

Das ist eine gute Idee! Wäre es auch möglich die zwei Kolben über einen Motor anzutreiben, indem man ein Zahnrad mit 12 Kerben integriert (für die 60min) und eines mit einer Kerbe (für 12h)? Wenn das möglich wäre, würde man sich das Synchronisieren der beiden Kolben sparen.

Im Prinzip reicht da ein PIC und zwei MOS-FETs für den Motor. Noch ein paar Widerstände, Kondensatoren und Dioden sollten dann ausreichen.
Für eine bessere Gangenauigkeit wäre noch ein 32kHz Uhrenquarz angebracht, da gibt es aber PICs welche das können.

Leider bin ich was sowas angeht schon raus - mit Begriffen wie PIC und MOS-FET fange ich nichts an. D.h. ich werde mir auf jeden Fall jemanden suchen müssen, der mir das Ganze zu einem studentenfreundlichen Preis zusammen baut. Ich kann leider nicht einschätzen wie zeitintensiv das wäre und welche Kosten auf mich zukämen - aber habt ihr zufällig eine Adresse an die ich mich wenden könnte? Ich denke anhand der super Infos von euch bekommt das sicherlich jemand hin, der ein bisschen Ahnung von der Materie hat.

Irgendwie muss man dann noch die Uhr noch mit der Zeit synchronisieren können !
Im einfachsten Fall darf man sie nur um 12 und 24Uhr starten.

Der einfachste Fall wäre schon vollkommen ausreichend.
Die Uhr soll mit einem Akku betrieben werden, die Verwendung eins Netzteils ist ausgeschlossen. Bei einem Akkuwechsel muss die Uhr wieder leicht zu starten sein.

@RoboHolIC:
Auch eine schöne Idee und sicherlich reizvoll. Allerdings müssten ja dann Sensoren im Kolben angebracht werden, da diese aber aus Glas sind eher schwierig. Ich denke auch von der Genauigkeit noch im Rahmen.
Eine Nullfunktion ist nicht geplant. Die relativ geringe Restmenge ist meiner Meinung nach zu vernachlässigen und könnte ja auch bei der Anbringung der Skala, sowie der Wassermenge berücksichtigt werden. Der Tropfprozess ist so angedacht, dass auf dem vollen Behälter durch eine kleines Loch das Wasser entweichen kann. Den passenden Durchmesser für die Kolbengröße will ich ebenfalls über eine Versuchsreihe ermitteln.
Auch der Druckausgleich ist meiner Meinung nach zu vernachlässigen. Die Uhr befindet sich im Wohnraum und ist deshalb keinen extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Man kann ja auch eine halbvolle Wasserflasche um 180° drehen. Oder habe ich was falsch verstanden?

LG, Ando

[witkatz]

Der Tropfprozess ist so angedacht, dass auf dem vollen Behälter durch eine kleines Loch das Wasser entweichen kann.

Wie gelangt dann die verdrängte Luft aus dem jeweils unteren Behälter in den oberen?