kunstwerk 4 mtr breed, 5kg. moet 5 uur +- 54 cm op en neer gaan (1-20 rpm)

[Nora Kastein]

Hallo,
 
Ik hoop dat jullie me op dit forum verder kunnen helpen. Ik ben de wanhoop nabij na 8 weken experiment en mislukking. Ik heb een kunstwerk gemaakt dat gebruikt gaat worden in een theater. Ik loop helemaal vast op de mechaniek en krijg het niet voor elkaar om het werkend te krijgen.
 
Een schets is bijgevoegd.
Het gaat om een doek van 4 meter breed, het weegt 5 kg. en moet voor zo'n 5 uur uur constant ongeveer 54 cm. op en neer bewegen. Het moet ook regelbaar zijn tussen 1 en 20 rondjes per minuut (waarbij voornamelijk 1-2 rpm en af en toe iets harder). Het hangt aan een trus.
Op meter breedte hangt het aan draad welke middels katrollen naar het midden bovenin gaan. Vanuit dit punt zou het 54 cm. op en neer bewogen kunnen worden. zie bijlage.
 
Mislukkingen:
De laatste situatie is dat ik een ruitenwisser systeem gebruikt heb met bijbehorende motor en deze aangesloten op een accuoplader. Het is niet sterk genoeg (geen beweging) en de dimmer is doorgebrand (deze had ook nauwelijks effect). Een zonweringsysteem wordt te heet, net zoals een auping systeem welke ook na een keer of 20 doorbrand.
 
 
Wat ik me heb laten vertellen is dat het ruitewissersysteem zou kunnen werken met een 12 volt motor van 350-500 watt. Voor veel geld is dit te bestellen maar budget reikt tot max. 50 euro. Wellicht kan ik zo'n motor ergens uithalen? Een droogtrommel heb ik me laten vertellen...maar hoe kan ik het regelbaar maken?
 
Dacht zelf aan een wiel dat een kant op blijft draaien met het touw aan de rand geknoopt en naar het midden geleid wordt door een ringetje. Of dat het touw zichzelf opdraaid aan een buis of klein wiel met heen-en-weer-motor... maar wat voor motor, regelaars etc?
 
Misschien zijn er andere oplossingen? 
Voor degene die het leuk vinden op te zien, hier een deel van het doek (2 mtr.) wanneer ik handmatig de touwen beweeg. Het is analoog en digitaal. Een systeem van mechanica/machinaal zou het werk compleet maken. Inmiddels ben ik de wanhoop nabij en als het uberhaupt werkt ben ik al erg geholpen. 

 
Ik hoop op adviezen voor motor en regelaars en mechanische oplossingen om het op en neer te laten bewegen.

[Michel Uphoff]

Het maximale vermogen dat je nodig hebt is bij 3 seconden (20 keer per minuut) 5 kg 54 cm ophijsen en weer laten dalen. Voor dat dalen is weinig tot geen vermogen nodig, dus we berekenen alleen het hijsen: In 1,5 seconde 5 kg 54 cm optillen: 0,36m/s * 50N = 18 Nm/s = 18 Watt piekvermogen. Bij een 12 volts gelijkstroommotor vereist dit een stroomsterkte van 1,5 A

 

Onbekend is hoeveel verliezen je hebt door wrijving en dergelijke. Als we dit ruwweg op 50% zetten dan heb je een motor nodig die bij 12 volt 3 A trekt.

Het idee om een wiel met een diameter van 54 cm en een touw te gebruiken is denk ik wel bruikbaar (hoewel het doek dan niet echt gelijkmatig wordt gehesen, maar mogelijk is dit geen bezwaar). Wel moet je er hierbij rekening mee houden dat door de variabele hijssnelheid het piekvermogen met een factor 3,14 omhoog moet. Dat bezwaar heeft de oplossing met een as waarom zich een touw wikkelt niet, maar die vereist weer een omkeerschakeling voor de motor.

 

De goedkope gelijkstroommotortjes hebben meestal een zeer hoog toerental van 20.000 rpm of meer, wat een meertraps overbrenging zou vragen die je dan zelf moet knutselen. De betere motoren met laag toerental hebben een ingebouwde overbrenging, maar kosten zonder regeling wel meer dan 50 euro.

 

Bij Conrad vind je wel motoren die kunnen voldoen klik maar dan zit je nog met het variabele toerental, waarvoor je dan een regelbare voeding met een uitgangsspanning tot 12 volt en tot een Watt of 40 uitgangsvermogen. Die zijn ook wel te vinden, maar kosten op zich al meer dan 50 euro. Let ook op het koppel, dat is bij een massa van 5kg op een afstand van 27 cm bijna 14 Nm nog zonder verliezen. Ik denk dat het hierop bij jouw experimenten verkeerd is gegaan.

 

Als je afziet van al te grote snelheidsverschillen, bijvoorbeeld variabel tussen de 5 en 20 rpm, dan wordt het wat eenvoudiger te realiseren.

Zelf heb ik iets dergelijks vroeger wel eens goedkoop geknutseld met een naaimachinemotor en het bijbehorende voetpedaal wat en wat poelies. Dan is het toerental niet echt nauwkeurig te regelen omdat naast het toerental ook het koppel varieert. Op dit soort motortjes kan je ook een dimmer die geschikt is voor een inductieve last aansluiten, maar ook dan is het toerental niet echt nauwkeurig te regelen. Maar moet het goedkoop, dan is zoiets tweedehands voor een paar tientjes wel te regelen. Wel zal je dan zelf een geschikte meertraps overbrenging moeten maken want dit soort motortjes heeft al snel 10.000 rpm.

[Benm]

Je zou eens kunnen kijken naar een stappenmotor: die hebben een zeer hoge houdkracht en een zeer hoog koppel bij lage snelheid. Ze vereisen een specifieke controller, maar daarmee is de snelheid ook goed regelbaar. Beweging gaat in stapjes van normaliter 1.8 graden, hoeveel stapjes per je seconde je kan maken hangt af van de motor en controller.

De motoren kun je vinden in afgedankte laserprinters. De controller zul je moeten kopen, maar die zijn niet zo duur. Wel heb je een netvoeding nodig (12 - 24 volt, enkele amperes), maar die kun je wellicht lenen gezien je er niets aan hoeft te verbouwen oid.

[Nora Kastein]

Bedankt voor het meedenken en de info allebei!
 
 
Een naaimachine motor heb ik inderdaad nog liggen met snoer behalve het voetpedaal zelf. Morgen naar de elektronicawinkel om te vragen naar een dimmer die geschikt is voor de inductieve last. Na wat gegoogel is het nog niet echt begrijpelijk voor mij wat dat precies inhoud maar ze zullen het daar ongetwijfeld weten.
 
Het toerental hoeft niet nauwkeurig te regelen te zijn; als hij maar heel langzaam kan en soms iets harder (zoals in het filmpje). Dat hij niet constant gaat doordat het een cirkel beweging is, is jammer. Ik had dit zelf ook al bedacht. Aangezien ik mechaniek wel mooi en interessant vind maar ook weinig tijd en ervaring hiermee heb, is het een ok oplossing voor nu. De volgende wordt mooier kwa mechaniek
 
Ook heb ik gegoogeld op meertrapse overbrenging maar ik kan niet iets vinden waarin uitgelegd wordt hoe ik dat zelf kan maken of wat het precies is. Misschien weten jullie een diy hiervan te vinden of is het uit een ander apparaat te halen?
 
Verder vraag ik me af of het veilig is om de motor direct aan het wiel te maken (lassen?) of dat het beter is dat de motor met een leertje het grotere wiel aandrijft. Misschien ivm vastlopen en doorbranden...? Er lopen/dansen ook even mensen tussen het bewegende raster en het witte doek met de patronen erachter doorheen.
 
 
Ik hou de printer optie ook nog in n achterhoofd. Bedankt.

[Michel Uphoff]

Ik zou nog even wachten met de aanschaf van een dimmer (die on-line goedkoop te vinden zijn) totdat je helemaal hebt uitgewerkt hoe je die aandrijving wil realiseren.
 
Eerst moet je uitzoeken wat het toerental van dat motortje is. Als dat inderdaad 10.000 toeren per minuut is, en je wilt terug naar een maximale snelheid van 5 toeren per minuut, dan zal je dus een overbrenging 1:2000 moeten zien te realiseren. Dat is minder makkelijk. Je zou bijvoorbeeld kunnen denken aan een lange ronde riem over die schijf van 54 cm (waarin dan een groef moet komen) en aan de andere kant weer een wiel van zeg eens 2,7 cm. Dan heb je pas een overbrenging van 1:20. Dus zal je dan nog een factor 1:100 verder moeten reduceren. Je zou zelf van hout nog twee paar 1:10 schijven met rubberen riemen kunnen maken. Je moet dus eigenlijk zelf een soort omgekeerd versnellingsbakje (een reductiekast) fabrieken, en dat vereist de nodige handigheid en geschikt gereedschap.
 
Wat uitgesloten is, is dat je de motor direct op het wiel last, er zal dus eerst die reductie tussen moeten. Een leertje het grote wiel aan laten drijven lijkt mij niet geschikt, er moet toch 5 kg gehesen worden.
 
Een andere optie is de stappenmotor met controller en voeding Benm aangaf, maar ook daar zal je waarschijnlijk gezien het benodigde koppel een reductie moeten bouwen.

[Benm]

Ik denk dat die reductie bij een stappenmotor wellicht niet nodig is, afhankelijk van hoe je de as precies koppelt aan het op te hijsen touw. Kenmerkend voor stappenmotoren is juist dat ze een groot koppel kunnen leveren bij lage toerentallen, en over het algemeen geen heel hoge toerentallen opleveren.

De vraag is eerder of je de maximale snelheid ermee haalt. 18 watt mechanisch vermogen is aardig wat, en het rendement zal niet heel hoog zijn als je de motor heel snel laat stappen. Dit lijkt me echter een kwestie van uitproberen met welke snelheid het nog werkt zonder dat de motor te heet wordt. Pluspunt van stappenmotoren is wel dat je er vrij eenvoudig 2 op 1 as kunt zetten en met dezelfde electronica kunt aansturen.

[Nora Kastein]

Heren...
 
Ik begrijp het idee van hoe een snel draaiende cirkel vertraagd wordt door een riem naar een groter wiel (hoe dichter bij het centrum hoe sneller hij rond is). Het maken van een reductiesysteem van riemen en wielen zal vast lukken. Dat is nu nog abracadabra voor mij maar als het nodig is ga ik me erin verdiepen. 
 
Wat ik van 'koppel' begrijp is dat het te maken heeft met de kracht van de motor, wellicht de kracht die het nodig heeft om het zwaardere deel van de cirkel omhoog te hijsen. Een contragewicht kan misschien ook bijdragen om dit lichtter te maken (?).
 
Hoeveel toeren de naaimachinemotor heeft weet ik niet en kan dit ook niet vinden. Hij komt uit een antieke singer naaimachine, hij is 95 W en 220V 40-60 Hz Type S/61. Ik kan het niet uitproberen omdat het pedaal ontbreekt.
 
Wat betreft de optie voor een stappenmotor uit een printer... Ik kan me voorstellen dat deze niet gemaakt is om 5 uur lang te draaien of heen en weer te gaan. Voorzien jullie problemen hierin? 2 motoren op 1 as zetten begrijp ik denk ik niet helemaal...bedoel je dat er 1 linksom draait en 1 rechtsom, om de kracht te verdelen? Dat zou bij een heen en weer mechanisme mss wel kunnen (dat het touw zich bijvoorbeeld 54 of 108 cm opdraaid en vervolgens weer terug/eraf). Bij een wiel niet omdat het touw zichzelf dan vastdraait. Het kan wel weer wanneer het touw in een katrol (van iets maar dan de helft van 54 cm.) glijdt waarvan de as aan de rand van de katrol zit i.p.v. in het centrum (een van de mislukte experimenten; zwaar-balans).

[Michel Uphoff]

Je kan inderdaad bij een omkeerbare motor het doek hijsen door een touw op een as laten wikkelen, en als je dan een gewicht van 5 kg aan een touw hangt dat tegengesteld gewikkeld wordt, is het grootste deel van het koppel weggewerkt. Maar dan zal je een systeem met wisselschakelaars oid moeten bouwen dat automatisch de draairichting omkeert als het doek boven en beneden is. Dat kan in principe met een gelijkstroommotor (door telkens de plus en de min om te laten keren), niet met een naaimachinemotor, want daarvan kan je de draairichting niet zomaar omkeren.
 
Of een naaimachinemotor er tegen kan 5 uur ononderbroken te draaien.. mogelijk niet. Hangt van de kwaliteit af. Een goede stappenmotor kan daar wel tegen, maar ook die keer je niet weer makkelijk om als dat niet in de controller als optie ingebouwd is.
 
Het toerental zou je ongeveer kunnen bepalen door een lang stuk garen op het draaiend asje te laten wikkelen. Stel dat het asje van die motor 8 mm dik is, dan is de omtrek dus Pi * 0,8  ongeveer 2,5 cm. Bij 10.000 toeren per minuut wordt er dan ongeveer 4,2 meter per seconde op het asje gewikkeld. Even wat oefenen en je hebt een redelijke schatting.
 
Met zo'n reductiekast bedoel ik iets als dit:
 

Image1 801 keer bekeken

 
Als je aan riemen kan komen van voldoende lengte is dit met wat handigheid wel zelf te bouwen van multiplex of zo. De kleine rondjes zitten vast aan de grote-. 1:10 betekent dat het kleine rondje tien keer zo klein is als het grote-. Zo ga je dus van 10.000 toeren via 3 overbrengingen (1:20 - 1:10 - 1:10) naar 5 rpm.
 
Let ook op het geluid dat een naaimachinemotor kan maken, mogelijk is dat irritant bij het kunstwerk.

[Benm]

Stappenmotoren zijn niet slijtagegevoelig, het zijn contactloze motoren zonder spanningsvoerende contactpunten als koolborstels die rap verslijten. In printers en dergelijke zijn het geen onderdelen die het normaliter vergeven voordat het apparaat afgedankt is.

Als je er twee op een as zet, zodat ze 'elaar aankijken' is het een kwestie van de windingen andersom aansluiten zodat de ene een stap met de klok mee doet en de andere een stap tegen de klok in.

Mijn suggestie ze te gebruiken is vooral omdat ze veel torque produceren bij lage toerentallen en zelfs bij stilstand uitstekend in staat zijn de as op zn plaats te houden. Uiteraard is een contragewicht wenselijk als dat de realiseren is, dat scheelt energieverbruik en daarmee opwarming van de motor, zowel bij stilstand als bij verplaatsing.

[Nora Kastein]

Dank jullie wel! Het houdt de moed erin en is erg interessant en leerzaam.
 
De reductiekast is ook erg inspirerend voor een nieuw gelaagd werk waar ik net aan begonnen ben. Bedankt! Mooi!
 
Ik ga het voorleggen aan diegenen die me ermee willen helpen. Wellicht kom(en) ik/we gaandeweg weer nieuwe problemen tegen en hoop dat ik er weer hier mee terecht kan. Voor nu...genoeg info om aan de slag te gaan.
 
Hoop dat ik het resultaat spoedig kan posten hier