Konstruktion

Bodenplatte und Rundbogenleiste sind mit Ketten- und Kreissäge aus einem Eibenholzstamm geschnitten und anschließend geschliffen. Eine dünne Holzplatte, schwarz gestrichen und an den Rundbogen angepasst, bildet die Rückseite.

In die noch ungebogene Rundbogenleiste ist mit einer Oberfräse eine Rille eingefräst, um später den LED Streifen aufzunehmen. Anschließend wässerte ich die Leiste zwei Tage und bog sie dann um einen Rundkörper. In meinem Fall war es eine passend vorhandene Autofelge.

Rundbogen

Abmessungen in cm

Bogenleiste mit LEDs

In den Kupferrohren und -bögen sind die beiden Magnetspulen, 2 LEDs und die Zuleitungen untergebracht.Eine Spiralfeder mit Metallstreifen und zwei Kleinmagneten bilden das schwingende Element zwischen den Magnetspulen. In den Videos ist ein Balsahozstab oder ein Gänsekiel an diesem Streifen befestigt.

Rechts unten in der Rückseitenplatte befindet sich ein Bohrloch. Hier ist ein Potenziometer für die Frequenzeinstellung befestigt. Links unten sieht man ein OLED Display. Das Displaygehäuse sieht zwar kupfern aus, besteht aber aus der beschichteten Pappe einer Pralinenverpackung. Die Elektronikplatine ist auf der Rückseite mit einem Winkel angeschraubt und wird von einem externen 12V Trafo gespeist.

Hinweise:

• Die liegenden Kupferrohre sind mit einem Langloch versehen und mit einer Schraube befestigt, die durch die Bodenplatte geht. Auf diese Weise lassen sich die Rohre von unten lockern und verschieben, um den günstigsten Abstand zur schwingenden Metallleiste zu finden.
• Magnetspule, Diode und Widerstand (vorher verdrahten! ) sind mit Heißkleber im Kupferrohr befestigt.

Skizze Kupferrohr, Maße in cm

Ansicht Kupferrohre

Elektronik

Der Schaltplan wurde mit KiCad erstellt und ist als PDF abrufbar.

Je nach verwendeten Bauteilen ist er möglicherweise anzupassen. Konzeptionell sind eine Leistungsschaltstufe für den LED Streifen, eine 5V Versorgung für die Elektronik und eine, ggf. auch diskrete H-Brücke für die Magnetumschaltung notwendig. Auf das OLED Display, es zeigt die eingestellte Frequenz an, kann verzichtet werden.

Elektronik

Hinweis:

• Beim Anschluss der Magnetspulen ist sicherzustellen, dass die Kraft beider Magnete in die gleiche Richtung geht. Zieht Spule A den Kleinmagneten auf der Metallleiste an, muss Spule B ihn abstoßen und umgekehrt.

Programm

Gestartet bin ich mit einem Raspi 2B als Controller. Für die Programmierung und erste Versuche mit entsprechenden Werteausgaben und -änderungen über Tastatur und Bildschirm ist das recht komfortabel. In der finalen Version habe ich das rudimentäre Raspi Python Programm für den ESP8286 Controller auf Micropython umgestellt und weiterentwickelt. Der ESP muss dazu vorher natürlich auf Micropython "umgeflashed" (Firmware) werden.

Das Programm erfüllt insbesondere 2 Hauptaufgaben:

• synchronisierte Steuerung von Magnetspulen und LED Streifen
• Datenausgabe auf dem OLED Bildschirm (optional)

Zum Verständnis muss man wissen, dass alle Vorgänge zeitgesteuert sind, obwohl die Vorstellung einer bestimmten örtlichen Position oft hilfreich ist.

Mit der vom Potenziometer eingestellten Schwingfrequenz liegen die Periodendauer T und damit der Umschaltzeitpunkt für die Magnetspulen fest. Die Magnetspulen sind fest miteinander verdrahtet. Es reicht also, im Folgenden nur jeweils eine Spule zu erwähnen, die andere arbeitet immer entgegengesetzt. Also, A zieht an und B stößt ab oder A stößt ab und B zieht an. Die erstmalige Zuordnung Spule A, Spule B ist beliebig, sollte allerdings dann auch konsistent durchgezogen werden. In meiner Vorstellung ist A von vorn gesehen die linke Spule bzw. das linke Kupferrohr.

Um ein stehendes Bild zu erzeugen, muss der LED Lichtimpuls immer dann erfolgen,wenn sich der Metallstreifen am gleichen Ort befindet. Nehmen wir an, dies sei ein Punkt P1 kurz vor der Magnetspule A und A stoße gerade ab, d.h. die Periodendauer T startet. Dann muss zum Zeitpunkt t1, wenn der Metallstreifen sich in Punkt P1 befindet, ein Lichtblitz erfolgen. Zieht A an, kommt der Metallstreifen aus Richtung der Magnetspule B. Der Lichtimpuls muss dann zum Zeitpunkt T-t1 erfolgen. Eigenhändige Skizzen sind hilfreich, die Zusammenhänge zu verstehen.

Das Programm bietet die Option, den "Zündzeitpunkt" langsam zu verschieben. So entsteht nicht der Eindruck eines stehenden, sondern eines sich langsam bewegenden Bildes.

Das Micropython Programm für den ESP8266 kann hier heruntergeladen werden.

Inbetriebnahme

Vor der Gesamtinbetriebnahme sollte man einige Funktionen separat überprüfen.

LED Streifen

• 12V direkt anlegen, der Streifen sollte leuchten.
• Den Controllereingang der LED Leistungsstufen mit 3,3V aktivieren, der Streifen sollte leuchten.

5V Spannungserzeugung

• Ausgangsspannung messen, es sollten 5V sein

Magnetspulen

• 12V direkt anlegen, der Metallstreifen sollte von Spule A angezogen und von B abgestoßen werden.
• 12V Anschlüsse vertauschen, der Metallstreifen sollte von Spule B angezogen und von A abgestoßen werden.

Einstellung

• Im Ruhezustand muss der Metallstreifen mit den beiden Dauermagneten senkrecht stehen und darf nicht zu einer Seite kippen bzw. am Kern einer Magnetspule kleben. Man verschiebt dazu die Kupferrohre und passt damit den Abstand der Magnetspulen an. Auch die Härte der Spiralfeder hat einen großen Einfluss. Ist sie zu weich, ist der Ruhezustand nicht erreichbar oder sehr labil. Bei zu großer Härte schwingt der Metallstreifen kaum. Hier ist Ausprobieren mit verschiedenen Spiralfedern angesagt.

Versuchsaufbau 1	Vibrationsversuche	Bogenleiste mit LED-Streifen
Relais mit Magnetspule	Versuchsaufbau 2	LED Test