DE3926403A1

DE3926403A1 - Mechanisch/elektronisches faden-pendel

Info

Publication number: DE3926403A1
Application number: DE19893926403
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Muth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-08-10
Filing date: 1989-08-10
Publication date: 1991-02-14

Description

Die Erfindung betrifft ein mechanisch/elektronisches Faden-Pendel, dessen Schwingungsamplitude konstant bleibt, zur Verwendung als Präsent oder Dekorationsobjekt.

Bekannt sind rein mechanische Pendelvorrichtungen, welche z. B. einen einmal erzeugten mechanischen Schwingungsimpuls eines Pendelkörpers über mehrere andere Pendelkörper fortpflanzend einem x-ten Pendel element übertragen, welches dann wiederum diesen erhaltenden Energie impuls in eine Schwingungsbewegung umwandelt. Hier handelt es sich stets um gedämpfte Schwingungen, welche nach einem gewissen Zeit ablauf zum Stillstand kommen.

Wenn an einem schwingenden Körper, dem von außen keine Energie zugeführt wird, eine Reibungskraft angreift, dann nimmt die Schwingungs amplitude beständig ab. Er vollführt eine gedämpfte Schwingung. Die Reibung verursacht also eine Abnahme der Frequenz. Die durch die Rei bung verursachte Dämpfung kann so groß sein, daß eine Schwingung überhaupt nicht mehr zustandekommt. Der Körper kehrt allmählich in seine Ruhelage zurück, ohne über sie hinauszuschwingen.

Um eine ungedämpfte Schwingung zu erhalten, muß der schwingenden Masse während einer Periode gerade die Energie wieder zugeführt werden, die sie in einer Periode durch Reibung verliert. Man erreicht das durch Selbststeuerung oder Rückkopplung; durch das schwingende System werden in geeigneter Phase Kräfte ausgelöste, die den Energieverlust bei jeder Periode wieder wettmachen. Diese Energie wird einem anderen Energie vorrat entnommen.

Greift an dem schwingenden Körper von außen her eine periodisch ver änderliche Kraft an, so vollführt er Schwingungen, die (nach einer An laufzeit, Einschwingungszeit) mit der Frequenz erfolgen, mit der die äußere periodisch veränderliche Kraft auf ihn wirkt.

Dem schwingenden System wird also Energie zugeführt; sein Energie inhalt würde über alle Grenzen wachsen, wenn ihm nicht auf anderem Wege Energie entzogen wird; das geschieht durch Dämpfung. Die Schwingung wird stationär, wenn die während einer Periode zugeführte Energie gleich dem Energieverlust durch Reibung wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Faden-Pendel-Konstruk tion mit stationärem Schwingungsverhalten zu schaffen, bei welchem dem schwingenden Pendelkörper eine auf ihn angreifende Kraft zuge führt wird, durch welche der Pendelkörper eine gleichgerichtete Be schleunigung erfährt und deren Energiegehalt gleich dem Energieverlust durch Reibung ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die in dem Patentanspruch 1 gekenn zeichneten Maßnahmen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand der Fig. 1 (mechanische Anordnung) und 2 (Prinzipschaltung) nachfolgend beschrieben.

Ein ca. 5 mm starker Aluring mit einem Durchmesser von ca. 200 mm ist mit dem Basisgehäuse fest verbunden. An einem dünnen Nylonfaden (4) hängt eine Alu-Kugel, mit einem Durchmesser von ca. 25 mm. In diese Kugel ist, für den Betrachter unsichtbar, unten ein kleiner Stabmagnet eingelassen.

Die Elektronik ist so ausgelegt, daß bei ruhender Kugel keine Ansteuer impulse (Kraft- resp. Energieimpulse) generiert bzw. abgegeben werden. Wird der Pendelkörper (hier Kugel) jedoch leicht angestoßen, generiert die Elektronik bei jedem Nulldurchgang (Ruhestellung der Kugel) durch Induktion einen Impuls. Durch Impulsformung wird ein Ansteuerimpuls geformt, der durch dieselben Spulen geschickt wird, aus welchen der ursprüngliche Impuls beim Nulldurchgang generiert wurde, und an die Kugel eine richtungsmäßig gleichgerichtete Beschleunigungskraft an legt. Diese Kraft ist gleich der Energie, die durch Reibung verloren geht. Hierdurch bleibt die Schwingung der Kugel erhalten.

Im unteren Teil der Alu-Kugel (1), für den Betrachter unsichtbar, be findet sich eine Bohrung, in welcher sich ein Magnet (2) befindet. Links und rechts der Mitte des Basisgehäuses (6) sind die beiden Induktions spulen (7) und (8) direkt unter dem Deckel des Basisgehäuses angebracht (Fig. 1). Ebenso befindet sich darin die Steuerelektronik (9).

Solange sich die Alu-Kugel (1) und damit der Magnet in Ruhestellung befinden, wird in den Spulen (7) und (8) keine Spannung induziert und der Eingang des Operationsverstärkers (OP) liegt über den Innenwider stand der Spulen auf Massepotential.

Sobald die Alu-Kugel in Bewegung versetzt wird, induziert der Magnet (2) in den Spulen (7) und (8) eine Spannung. Diese ist negativ, wenn sich der Magnet auf die Spulen zubewegt und wird im selben Moment positiv, in dem der Magnet die Spulen passiert hat und sich von ihnen fortbewegt.

Die positive Spannung wird vom Operationsverstärker (OP) verstärkt und an dessen Ausgang erscheint ein positiver Spannungsimpuls. N₁ nimmt eine Impulsformung und Invertierung vor. Bei jedem Nulldurch gang der Kugel erscheint am Ausgang des Inverters N₁ ein negativer Impuls. Über D₄ wird der Kondensator C₁ schlagartig entladen und der Ausgang des Inverters N₂ wechselt sein Potential von Masse nach Positiv.

Das Differenzglied C₂, R₅ überträgt diesen Impuls auf den Eingang des Inverters N₃, so daß dessen Ausgang von Positiv nach Massepotential wechselt.

Der Ausgang des Inverters N₄ wechselt im selben Moment sein Potential von Masse nach Positiv. Über D₁ wird in die Spulen (7) und (8) ein Strom eingespeist. Die verhältnismäßig hohe Spannung wird ebenfalls vom Operationsverstärker (OP) verstärkt, so daß dessen Ausgang in die Be grenzung geht. Der Zustand der Inverter N₁ und N₂ bleibt somit erhalten.

Nach Ablauf der durch C₂ und R₅ bestimmten Zeitkonstanten wechselt das Potential des Ausganges des Inverters N₃ wieder auf Positiv und der Ausgang des Inverters N₄ geht wieder auf Massepotential.

Der in den Spulen (7) und (8) eingespeiste Strom fällt ab, wobei sich die Spannung an den beiden Spulen aufgrund der Eigenschaften von Indukti vitäten kurzzeitig umkehrt. Da es beim Ausschalten der Induktivitäten in Verbindung mit der hohen Verstärkung des Operationsverstärkers (OP) zu kurzen Impulsen an dessen Ausgang kommen kann, wurde das Ver zögerungsglied R₄, C₁ dem Inverter N₁ nachgeschaltet, so daß ein kurzer Ausschaltimpuls nicht übertragen wird. Die Spulen (7) und (8) werden bei jedem Schwingungsnulldurchgang mit einem einzigen, exakt definierten Impuls angesteuert.

Dieser Impuls bewirkt ein Abstoßen des Magneten (2), und die Kugel wird in ihrer Bewegung unterstützt.

Claims

1. Vorrichtung zum Erzeugen einer ungedämpften, stationären Schwingung eines Faden-Pendels zur Verwendung als Präsent oder Dekorationsobjekt, mit einem nichtferromagnetischen Metallring (5), in welchem sich an einem Nylonfaden (4) mittig hängend eine nicht ferromagnetische Metallkugel (1) befindet und einem der Befestigung des Metallringes (5), der Aufnahme der Elektronik (9), der Batterie (10) sowie zweier Spulen (7) und (8) dienenden Basisgehäuses (6), dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer die Schwingung der Kugel (1) unterstützenden Kraft, sich in der nichtferromagnetischen Metallkugel (1) ein Stab magnet (2) in senkrechter Anordnung befindet, dessen untere Polung gleichnamig ist wie das von den beiden Spulen (7) und (8) erzeugte, impulsförmige Magnetfeld.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulen (7) und (8) mechanisch nebeneinander und in rechtem Winkel zur Schwingungsrichtung und mittig unter dem Pendelkörper (1) im Basisgehäuse (6) an der Deckelinnenseite angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erzeugung eines positiven Spannungsimpulses durch Induktion des sich in dem Pendelkörper (1) befindlichen Stabmagneten (2) und der beiden Spulen (7) und (8), dieser über einen Operationsverstärker (OP) verstärkt, durch (N₁) geformt und invertiert, eine schlagartige Ent ladung des Kondensators (C₁) über (D₄) und eine Potentialänderung des Inverters (N₂) von Masse nach Positiv hervorruft, das Differenzglied (C₂, R₅) diesen Impuls auf den Eingang des Inverters (N₃) gibt und dessen Ausgang von Positiv nach Massepotential wechselt und dieser Impuls eine Potentialänderung von Masse nach Positiv des Inverters (N₄) hervor ruft, wodurch eine Stromeinspeisung in die Spulen (7) und (8) erfolgt und die Ausgangsspannung des Inverters (N₄) ebenfalls vom Operationsver stärker (OP) verstärkt wird, so daß dessen Ausgang in die Begrenzung geht und der Zustand der Inverter (N₁ und N₂) erhalten bleibt, das Zeitglied (C₂, R₅) nach Ablauf einer Zeitkonstanten das Potential des Ausganges des Inverters (N₃) auf Positiv und den Ausgang des Inverters (N₄) auf Massepotential wechselt, der in die Spulen (7) und (8) eingespeiste Strom abfällt, wobei sich die Spannung an den beiden Spulen (7) und (8) aufgrund der Eigenschaften der Induktivitäten kurzzeitig umkehrt und die durch die hohe Verstärkung des (OP) hervorgerufenen kurzen Impulse durch das Ver zögerungsglied (R₄, C₁) am Ausgang des Inverters (N₁) nicht übertragen werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden sich gegenüberstehenden Polungen des Stabmagneten (2) und der beiden Spulen (7) und (8) gleichnamig sind.