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Licht-Kreisel

Hinsichtlich Licht & Design & Funktion gibt's so Einiges - darunter auch immer wieder neue, interessante Formen von Lampen, Laternen, Leuchten, Lichtern - wie sie auch alle heißen mögen. Eine Lichtquelle in Bewegung mag aufregend (Feuerwerk), aber auch entspannend (Lavalampe) wirken. Schwebende Objekte faszinieren per se: Orbit, Hoverbord, Drohnen, usw. .

In diesem Entwurf kommt dreierlei zusammen:


Leuchten, Schweben und Kreiseln.


Eine auschmückende Verkleidung verleiht eigenen Charme.

Das gemächliche Pendeln mag beruhigen und entspannen.


Video: Kreisel in Aktion - Viel Spaß!

Serviervorschlag


[ Bilder zum Vergrößern anklicken ]

: Hinter der Kulisse

LED-Kreisel-Halterung, lesender Zeitgenosse Schachteln, Spulen, LEDs, Magnete

Die in den halbdurchsichtigen Schachteln untergebrachte Elektronik läuft mit üblichen 12 Volt.
Besondere Bestandteile außerhalb dieser sind neben der Blumenkastenhalterung aus Aluminium - hier Druckern entstammende - Spulen (Lackdraht d=0.5 mm, l~100 m), NeoDym-Magnete und ein Hall-Sensor (SS494).
Einer "professionellen" Ausgestaltung mit Platinen/SMD-Technik anstelle dieser experimentellen steht nichts im Wege.



Drei Oszillatoren


(1) Schweben - Tragender Magnet, Filter, Spule und Hall-Sensor

Spule mit Hallsensor, tragender NeoDym-Magnet Filter, Steuerung der Hebespule

Der Hall-Sensor (SS495) ist unten an der als Kern für die Spule dienenden Schraube mit einem Abstand von ca. 3 mm befestigt. Der Tragemagnet schwebt dadurch etwas tiefer, was die konstante Anziehung durch das Schraubeneisen verringert. Der Sensor ist zudem so herum befestigt, dass seine Ausgangsspannung bei einem Näherkommen des Magneten sinkt bzw. andersherum steigt.
Die Ausgangsspannung des Sensors variiert proportional zur Stärke des Magnetfelds und steuert über einen Transistor (BD535) den Spulenstrom: Bewegt sich der Magnet nach oben, sinkt der Spulenstrom, bewegt er sich nach unten, steigt er (aktive Feldregelung). Verlauf von Strom und Spannung entsprechen in diesem Oszillator einem Sinus.

Ein Filter aus Kondensator und zwei Widerständen unterdrückt das mögliche, aber unerwünschte Auf und Ab bei niedrigen Frequenzen (einige Hertz). So arbeitet dieser Oszillator nur im gewünschten Bereich von einigen Kilohertz (hier: T ~ 160 µs <=> f ~ 6.25 kHz).
Das schwebende Objekt kann allerdings auch Kippel-Schwingungen (weiterer Freiheitsgrad) ausführen. Durch Variieren der Geometrie des LED-Kreisels (Biegen, Formen) lässt sich ein Aufschaukeln dieser vermeiden (mitunter trickreich).



(2) Leuchten - LEDs und Schwingkreis, Hartley-Oszillator

Sender - Empfänger Hartley Oszillator

Dieser vereinfachte Hartley Oszillator schwingt bei mehreren 100 kHz (T ~ 1.2 µs <=> f ~ 833 kHz). Die mittels resonanter, induktiver Kopplung auf den Schwingkreis übertragene Energie reicht für diesen Abstand (ca 8 cm - geometrische Verdünnung) zur Speisung der beiden antiparallel betriebenen LEDs.

Der Transistor bedarf einer Kühlung (im Bild weggelassen).



(3) Kreiseln - Rechteckoszillator und Impulsformer

Drehpendel-Antrieb Rechteckoszillator und Impulsformer

Der LED-Kreisel kann sich aufgrund der Magnetlagerung quasi reibungsfrei bewegen und stellt sich mit seinem Drehwinkel zunächst auf die Summe der ihn umgebenden Magnetfelder ein (u.a. Erdmagnetfeld).

Die kleinen Magneten an den LEDs sind in gegenseitiger Abstoßung befestigt. Das Magnetfeld der Spule an der Blumenkastenhalterung ist so gepolt, dass der ihr jeweils näherliegende der beiden an den LEDs fixierten kleinen Magneten abgestoßen wird.

Ein dem eigenen Gusto entsprechendes Bewegungsmuster hinzubekommen ist eine reizvolle Aufgabe. Das Feld der Spule zieht bzw. drückt den LED-Kreisel in eine andere Winkelstellung und bringt ihn so zum Rotieren. On- und Off-Timing des Rechteckoszillators hängen bekanntermaßen von den dort eingesetzten Kondensatoren ab. Die durch den Rechteck-Oszillator gesteuerten zeitlichen Änderungen des Spulenfeldes treffen zusammen mit den verschiedenen Drehwinkeln des Kreisels.
Wird der Kreisel einem abrupten Feldanstieg ausgesetzt, kann das ein sich ungünstigenfalls aufschaukelndes Kippeln zur Folge haben. Hier ist "smoothe" Beschleunigung gefragt. Das erforderte langsame An- und Abschwellen des Spulen-Magnetfeldes bewirkt hier ein aus großem Kondensator, Widerstand und Potentiometer bestehendes Integrierglied am Ausgang (rechts) des Rechteckoszillators.

(Mir gefällt's so: Mal dreht der LED-Kreisel ganz herum, mal nur halb und wieder zurück, mal schneller, mal langsamer, bremst, stoppt, beschleunigt...)


Literatur

Resonanz - Physik-Department, TUM
https://de.wikipedia.org/wiki/Pohlsches_Rad

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Zimmermann@Biologie.Uni-Osnabrueck.De