Dikte as berekenen

[robart]

Bedankt voor de vele reacties en voor het wijzen op de gevaren bij deze installatie. Het is een installatie die ik wil bouwen voor mijn afstudeerproject voor mijn studie, vandaar dat jullie wel kunnen merken dat ik de materie niet tot in de puntjes beheers.

Mijn eerste prototype die ik heb gemaakt is dus met een DC motor die ~1000RPM haalde, het was een volledig houten constructie en eigenlijk gebaseerd op die van een ventilator. Dus een houten arm met daarop aan beide kanten een verstelbare pinspot welke door middel van motoren bestuurbaar is. *mijn vraagstuk van de armen kwam uit het feit dat ik wou kijken naar de mogelijkheden betreft de vormgeving.

Als ik het goed begrijp brengt het gebruik van armen meer knelpunten dan het gebruik van 1 rechte arm zoals een ventilator deze heeft?

Wat ik wil bereiken met deze installatie is het buigen van licht, ik heb dit zelf nog nooit gezien en ben door mijn prototype hierin erg geïnteresseerd geraakt en wil dit verder uitwerken. Dus vanuit een houten constructie naar een stabielere stalen constructie en kijken wat er mogelijk is. Vandaar dat ik dit topic ben begonnen met de hoop dat mensen met ervaring mij een goede kant op kunnen sturen.

@Tommywhite: Ik zou het geweldig vinden als we samen hierover kunnen sparren en een stevige constructie kunnen bedenken, dan laten we het idee van de armen maar even los lijkt me.

Als bijlage 2 foto's waarin de pinspots in 2 verschillende posities staan, er zijn dus meer mogelijkheden betreft het licht maar de buiging is hierop goed te zien. Hier hing het prototype aan een arm aan het plafond van mijn loods. Ik heb aardig wat tests gedaan met verschillende arm lengtes en standen van het licht om te kijken wat voor effecten dit heeft vooral op visueel gebied.

[Gast]

Dus je hebt al het één en ander gedaan met die hoge snelheden. Alleen zonder armen?

Ziet er mooi uit!

Maarruhm afstuderen in deze tijd?

Tijdens mijn werk op NHL Stenden university (inmiddels) heb ik een aantal afstudeerders bijgestaan. Maar die kregen een 3 . Omdat ze vrijwel alleen mijn bijdrage als scriptie hadden ingeleverd. (Zelf zo goed als niets.)

Dus ja, ik vind het prima om mee te denken (en kijken het liefst). Maar heb dan wel de complete opdracht nodig. En heb nu even veel tijd, maar vaak niet. Dus ik weet niet goed, stuur me anders een pm'etje (?)

[CoenCo]

Je wilt blijkbaar een in formaat en toerental opgevoerde versie van een GLP patend light maken.

https://www.elationlighting.com/patend-light-1200

Daar zit de lamp in het midden, en roteert alleen een periscoop-arm met spiegels. Zo heb je veel minder massa op de punt.

[OOOVincentOOO]

Hallo @robart,

Goed dat je vermeld dat het een studie project is voor je opleiding. Het is mij onbekend welke studie je volgt. In geval het een technische studie is hieronder advies om zaken mee te nemen in jouw verslag.

Ik lees het project als:
"Creeeren vloeiende continue lichteffecten".

1) Beeld vloeiend zien.
Om een beeld vloeiend te zien dient het beeld/lichtbron te verversen met frequenties hoger dan 50 Hz (dat is 50 beelden per seconde). Als oefening moet je dit zelf maar omrekenen naar rpm. Maak ook rekenvoorbeelden met meer of minder aantal armen. Studeer verder zoek bijvoorbeeld op 'Flicker Fusion Treshold": https://en.wikipedia.org/wiki/Flicker_fusion_threshold

2) Doe een brainstorm.
Defineer enkele ontwerpen met meer of minder aantal armen en verschillende diamters. Welke krachten komen dan op een spotlight aan het uiteinde van de arm?

Hint:

$$F=\frac{m v^{2}}{R}$$

Waar m de massa is op uiteinde arm in kg. R is de straal van de arm in meter. en v is de tipsnelheid in m/s. Zoek zelf uit hoe je de snelheid kan berekenen aan het uiteinde van de arm, tip: bepaal diameter omschreven circel en aantal omwentelingen per seconde.

Met 3000 rpm, arm 1 meter en spot 1 kg dan kom je uit op circa: 25000 N. Dat is 2500 kg naar buiten gerichte kracht. De tips bewegen dan met circa: 160 m/s (ga dat na en bereken dat zelf) hoeveel km/uur is dat? Bereken dat.

Blijf niet hangen bij een enkel ontwerp hoe trots je ook erop bent. Dat hoort ook bij engineering: trots opzij en open minded blijven de techniek laten spreken. Naar aanleiding irArjan misschien kan je ook een statische licht bron in het midden met enkel een snel roterende spiegel in het midden, dan is de tip snelheid veel lager en een stuk veiliger. Deze kan dan projecteren op spiegels in een krans eromheen. Industrieel zouden de spiegel op actuator kunnen bewegen. Voorbeeld:

3) Wat gebeurt er met de geprojecteerde intensiteit?
Stel je draait twee spots snel rond. Wat is de geprojecteerde intensiteit? Neem aan dat een stilstaande spot intensitiet 100% heeft geproject op de grond bij 30x30cm. Wat is de intensiteit wanneer een spot roterend geprojecteerd op omtrek van: 30x300 cm? Tip bekijk wat duty cycle is: hoeveel procent van de tijd is licht aan en / uit? Zie: https://en.wikipedia.org/wiki/Duty_cycle

Gemiddelde intensiteit:

$$I=\frac{t_{on}}{T_{cycle}}$$

Neem aan dat een stilstaande spot een diameter d (kleine d) heeft geprojecteerd op de grond. De tijd dat een plek op de vloer belicht \(t_{on}\) word is de tipsnelheid gedeeld door spot diameter: \(t=d/v.\)

De tijd voor een cyclus is afhankelijk van de grootte diameter D. Deze tijd is dan: \( T=D/v.\) Dus de waargenomen intensteit is:

$$I=\frac{t_{on}}{T_{cycle}}=\frac{d/v}{D/v}=\frac{d}{D}$$

Dus een stilstaande spot grootte 30 cm en roterende diameter op vloer: 300 cm levert een gemiddelde intensiteit op van : 30/300=10%.

Samengevat: het is zeker een mooi project. Echter, het is onverantwoord dergelijke opstellingen te bouwen zonder degelijke constructie kennis en ervaring.

Jouw project heeft zeker mooie techniek waarmee rekening te houden zoals ik hierboven aangeef.

Echter er zijn genoeg techinische uitdagingen wat beschreven kunnen worden in het verslag. Ik weet niet welke opleiding je volgt maar er zijn zeker techische uitdagingen en genoeg te leren.

Op basis van wat ik kan inzien zou je een mooi verslag erover kunnen schrijven. Misschien dat de praktische uitvoeren niet te realiseren is betreffende budget en technische feasiblity.

Sucses,

Vince

[OOOVincentOOO]

De tijd voor een cyclus is afhankelijk van de grootte diameter D. Deze tijd is dan: \( T=D/v.\) Dus de waargenomen intensteit is:

$$I=\frac{t_{on}}{T_{cycle}}=\frac{d/v}{D/v}=\frac{d}{D}$$

Dus een stilstaande spot grootte 30 cm en roterende diameter op vloer: 300 cm levert een gemiddelde intensiteit op van : 30/300=10%.

Correctie grootte D is niet de diameter. Maar dient de omtrek te zijn van omschreven geprojecteerde circel. Maar dat is wel duidelijk uit de context hoop ik.

$$I=\frac{t_{on}}{T_{cycle}}=\frac{d}{\pi D}$$

[robart]

@OOOVincentOOO: Bedankt voor je uitgebreide antwoord, het idee met de spiegels kan ook een mooi effect opleveren inderdaad! Ik zit op de Hogeschool van de Kunsten, het is dan ook liever dat er iets visueels komt met een onderbouwing van de keuzes op constructie gebied in lijn met de gewenste uitstraling van het werk, dan een alleen een technisch verslag.

*Ik ga aan de gang met een ander ontwerp en probeer hierin de reacties te verwerken die ik hier heb gekregen. Ik heb zelf 0 ervaring met het hanteren van formules maar ga mijn best doen.

[OOOVincentOOO]

Aha, prima nu begrijp ik meer. Als aankomend kunstenaar ben je natuurlijk bedreven en creatief de extremen te vinden van de techniek. Dat is ook de bedoeling als je kunstenaar of architect bent!

Het concept wat je bedacht hebt is zeer goed, echter moeilijk veilig te realiseren in de door jouw gewenste afmetingen.

Misschien kun je iets moois ontwerpen met draaiende spiegels. Indien je diameter van het draaiende object verkleind nemen de krachten snel af. Maar voorzicht is nog steeds belangrijk. Bij 10 cm diameter en 100 gram voorwerp met 50 Hz=3000rpm is nog steeds een uitwaardse kracht van circa 50 kg! Hier zou je bijvoorbeeld een spiegel kunnen laten roteren in een plexiglas cilinder, mocht de spiegel uit elkaar spatten/vliegen. Zorgen dat alles in balans is belangrijk, indien het gewicht slecht verdeeld is kan het sterk gaan vibreren. Vandaar dat commerciele theater belichting ook niet bij deze hoge snelheden word toegepast.

Enkele ideen waar je misschien inspiratie uit kan halen:

Misschien mogelijkheden creatieve ideeen met lagere RPM's?

Wist je dat in DLP projector. Een array aan heel kleine spiegeltjes zitten? Dus de pixels van het beeldscherm zijn zeer kleine spiegels die aan/uit staan. https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_m ... ror_device. Deze schakelen aan/uit met de door jouw gewenste frequentie van 50 Hz. Misschien technologisch niet eenvoudig toe te passen. Maar wie weet misschien in de toekomst.

In het modelvliegen worden vaak brushless motoren gebruikt met snelheids regelaar. Deze kunnen hoge regelbare toerentallen bereiken. Hier is een voorbeeld van een brushlush motor met controller. https://www.makerfabs.com/5v-12v-dc-bru ... -wire.html

Infinity mirror: https://www.youtube.com/watch?v=sAPGw0SD1DE

Daniel Rozin: https://www.youtube.com/watch?v=h4NXhzm7GK4

Groeten,

Vince

[OOOVincentOOO]

Even algemeen voor de techneut op het forum zonder kunstkennis. Daniel Rozin is een genie als cross over tussen wetenschap en kunst:

https://www.youtube.com/watch?v=kV8v2GKC8WA

[robart]

@OOOVincentOOO: Top voorbeelden. Ik zit na de reacties hier te denken aan een staande constructie waarin dezelfde apparatuur zich bevindt als in mijn eerdere prototype. Een soort kooi constructie met ten hoogte van de draaiende arm beveiliging in de vorm van dik gaas/metalen spanten, voor het eventueel losschieten van de lamp. Mijn zelf ontworpen pinspots die ik 3D heb geprint zijn zeer lichtgewicht dus in combinatie met een stevige arm (aluminium/staal) zie ik dit nog wel gerealiseerd worden.

- Als ik jouw voorbeeld neem van de 100gr en de uitwaardse kracht van 50kg lijkt me dat aluminium/staal deze kracht wel moet kunnen houden? Als de pinspot dicht langs het beschermingsgaas/spanten ronddraait kan deze bij losschieten niet genoeg momentum creëren om hierdoor heen te gaan.

Betreft trillingen kan ik onderin deze kooi een vloer realiseren van bakstenen, vergt nog wel de vraag of het verstandig is de motor bovenin of onder in de constructie te plaatsen. Boven zwaar maakt wellicht onstabiel?

[Xilvo]

- Als ik jouw voorbeeld neem van de 100gr en de uitwaardse kracht van 50kg lijkt me dat aluminium/staal deze kracht wel moet kunnen houden? Als de pinspot dicht langs het beschermingsgaas/spanten ronddraait kan deze bij losschieten niet genoeg momentum creëren om hierdoor heen te gaan.

Pas op. Die impuls (momentum) heeft het voorwerp al op het moment dat het (eventueel) losschiet. De afstand tot het scherm of gaas doet er niet toe. Hooguit zal het de afscherming onder een wat kleinere hoek raken.

[Michel Uphoff]

Denk vooral nog even na over het voorbeeldje van oooVincentooo:



Het is een goed idee. Omdat de spiegelkrans statisch is, is het goed veilig te bouwen, en de hoek kan eenvoudig gewijzigd worden door het centrale spiegeltje te manipuleren (kantelen, hoger en lager plaatsen). De felle puntspot gericht op dat centrale roterende spiegeltje zou ook een felle groene laser kunnen zijn, maar misschien wil je dat scherp begrensde licht juist niet. Met een goedkoop motortje en een variabele voeding kan je het toerental eenvoudig enorm variëren. Je kan zo ook een staande constructie maken als dat beter uitkomt.

Nadeel is wellicht dat de lichtkegel / diabolo niet echt aaneengesloten is, tenzij je de spiegeltjes in de krans echt tegen elkaar aan laat sluiten.

[CoenCo]

Denk vooral nog even na over het voorbeeldje van oooVincentooo:



Het is een goed idee. Omdat de spiegelkrans statisch is, is het goed veilig te bouwen, en de hoek kan eenvoudig gewijzigd worden door het centrale spiegeltje te manipuleren (kantelen, hoger en lager plaatsen). De felle puntspot gericht op dat centrale roterende spiegeltje zou ook een felle groene laser kunnen zijn, maar misschien wil je dat scherp begrensde licht juist niet. Met een goedkoop motortje en een variabele voeding kan je het toerental eenvoudig enorm variëren. Je kan zo ook een staande constructie maken als dat beter uitkomt.

Nadeel is wellicht dat de lichtkegel / diabolo niet echt aaneengesloten is, tenzij je de spiegeltjes in de krans echt tegen elkaar aan laat sluiten.

In feite hoeven dat geen losse spiegels te zijn, maar zou een rechte reflecterende cylinder ook voldoende zijn. Een plastic buis die van binnen met spiegelfolie beplakt is bijvoorbeeld.
Het kost wel wat extra hoogte, omdat de lichtbron dan boven de spiegelring zit, ipv ertussen.

[OOOVincentOOO]

- Als ik jouw voorbeeld neem van de 100gr en de uitwaardse kracht van 50kg lijkt me dat aluminium/staal deze kracht wel moet kunnen houden?

Vergeet niet 100 gram diameter 10 cm met 50 Hz (is 50 omwentelingen per seconde) is een kracht van 50 kg. Indien je de diameter verdubbeld verdubbel je ook de kracht:

Dus stel je hebt een superlichte constructie en slechts 100 gram gewicht aan uiteinde arm. Dan zijn de uitwaartse krachten:

Diameter: 10 cm, uitwaartse kracht 50 kg
Diameter: 20 cm, uitwaartse kracht 100 kg
Diameter: 40 cm, uitwaartse kracht 200 kg
Diameter: 80 cm, uitwaartse kracht 400 kg
Diameter: 160 cm, uitwaartse kracht 800 kg.

Mijn natuurkunde kennis is niet meer zo paraat maar anderen die reageerden zijn beter hierin. Maar ik kan jouw geen praktische tips bedenken of geven om spots te laten draaien met 50 Hz 3000 rpm (of 1500 rpm bij twee spots).

Praktisch gezien zal je constructie veel zwaarder zijn dan 100 gram. Voor roterende massa's 1 kg kom je op immense krachten uit orde 1000 kg. Dan moet je denken aan ronddraaiende propellers vliegtuig of centrifuge wasmachine.

Een model helicopter draait bij circa 1900 rpm in de buurt van wat jij wilt, met een diameter van 1 meter. De rotors zijn gemaakt licht gewicht van composite veelal koolstof of glasvezel. Als voorbeeld hier een demo vlucht (en ja dat is niet zomaar wat sturen, vraagt echt 3D inzicht): https://www.youtube.com/watch?v=PTYQwMF9KtM. Dan krijg je een indruk welke krachten er vrij komen bij een helicopter van 2 kilogram met rotors verwaarloosbare massa. Bij dergelijk toerentallen moet alles perfect in balans zijn qua massa anders gaan de lagers snel kapot. Indien je zoekt op internet vind je ook filmpjes waar het misgaat en serieus letsel optreedt.

Jij vraagt zeer extreme eisen. Als voorbeeld: de Inginuity helicopter momenteel op Mars draait zijn rotors met circa 50 Hz (2700 rpm) en heeft een diameter van 1.2 meter. De rotors zijn gemaakt van zeer sterk licht en stijf koolstof over een "piep" schuim kern. Een miljoenen project aan onderzoek en ontwikkeling. https://en.wikipedia.org/wiki/Ingenuity_(helicopter)

Misschien kan je een lokale RC helicopter piloot je advies geven. Maar dan kan je vergeten jouw gewenste spot te monteren aan de rotor. Die spot is veel te zwaar misschien een kleine laser of LED jes monteren lukt wel.

[robart]

Even een vraag tussendoor aan de hand van mijn bevindingen.

Ik heb het volgende ondervonden:
- De lange arm van 100cm welke in het midden vast zit op de as van de motor bereikt rond de 500RPM het gewenste effect.
- De korte arm welke 20cm is bereikt rond de 1200RPM het gewenste effect.

Betekend dit dat als je met licht werkt je dus blijkbaar minder rotaties benodigd hebt als het licht op de punt van de arm zit in plaats van tegen het midden?

Dit betekend in ieder geval wel dat als ik mijn RPM terugschroef naar 500RPM er evenveel krachten komen op een langere arm als het idee met de spiegel van 10cm diameter. Goed nieuws dus.

Welk gegevens heb ik nu nodig om de benodigde as dikte te kunnen berekenen? Arm lengte vanaf midden of totale arm lengte? + gewicht pinspot op de tip?

[OOOVincentOOO]

Ik heb het volgende ondervonden:
- De lange arm van 100cm welke in het midden vast zit op de as van de motor bereikt rond de 500RPM het gewenste effect.
- De korte arm welke 20cm is bereikt rond de 1200RPM het gewenste effect.

Goed: meten is weten. Bij 500 rpm zijn de krachten beter te overzien en redelijk reëel, maar nog steeds opletten! Dan vliegen brokstukken met 100 km/uur om je oren!

Enkele vragen:
- Hoe meet je het toerental?

Het gewenste effect (zo door jouw genoemd) is een subjectieve waarneming. Daar is niets verkeerd aan. Maar dan er is er moeilijk een natuurkundige uitspraak over te doen. Dan zul je jouw kennis qua esthetiek moeten definiëren, beschrijven en omzetten in nummers.

Qua interesse: hoe heb je elektriciteit toevoer aan de bewegende spots gemaakt?