Ein herzliches Hallo!
ich habe eine ganz spezielle Aufgabenstellung vor mir und denke, daß Ihr
mir hier entscheidend weiterhelfen könnt.
Zunächst muß ich bißchen ausholen.
Und zwar geht es um eine Innovation im Orgelbau.
Die meisten Pfeifenorgeln werden mechanisch angesteuert, heißt: Taste
wird gedrückt, über Winkel, Umlenkungen, Zugruten usw. gelangt der
Tastenimpuls mechanisch zum Ventil unter den Pfeifen.
Vorteil: der Spieler hat absolute Kontrolle über die Tonerzeugung. Er
spürt das Ventil in der Taste und je nachdem, ob er stärker oder
schwächer "greift", beeinflußt das die Schnelligkeit des Ventilhubs und
damit auch der Pfeifenansprache.
Elektrische oder elektronische Steuerungen ("Trakturen") gibt es bei
Orgeln selbstverständlich, die Amerikaner bauen fast ausschließlich so.
Allerdings wirken hier Kontakte, die nur das Signal AN und AUS kennen.
Dementsprechend "unkontrolliert" empfindet man auch das Spiel auf
solchen Instrumenten.
Als Aktor dienen in aller Regel Ankermagnete, 24V DC, 200 Ohm, diese
öffnen die Ventile.
Zu meinem Problem: als Ergänzung einer Orgel sollen 18 Pfeifen
angesteuert werden, über besagte Ankermagnete. Die Orgel ist ansonsten
rein mechanisch. Am Ende der Klaviaturen könnte man nun Magnete
anbringen, die einen Hallsensor bedienen. Das ist auch noch nichts
Neues, da MIDI-Klaviaturen so funktionieren. Dahinter müßte man dann
eine Transistorstufe schalten, die wiederum die Magnete steuert. Da
jeder Magnet rund 0,5A zieht, braucht es schon was Ordentliches.
Nebenbei: die Magnete sind ab Werk schon mit Varistoren bestückt.
Nun möchte ich aber lineare Hallsensoren nehmen, die bei langsam
gedrückter Taste auch ein sich proportional änderndes Ausgangssignal
erzeugen. Dadurch soll auch der Magnet mit steigender Spannung versorgt
werden und weicher anziehen.
ist das überhaupt machbar??
Gut gemeinter Rat: Nenn es nicht Innovation, wenn es keine ist, das lässt dich als Schwätzer erscheinen und rückt deine wohl besten Absichten etwas zu verbessern in ein schlechtes Licht. So. Du führst das haptische Feedback durch die Mechanik als Vorteil auf, das wird mit Hallsensor und Magnet aber nicht hergestellt. Seh ich das richtig? Bleiben die Magnetventile denn reproduzierbar auf Zwischenpositionen, wenn man den Strom reduziert?
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250 KB
Hallo! Ja, das haptische Feedback ist ein wesentlicher Vorteil der Mechanik und auch der Grund, warum in Europa seit ca. 1950 die Mechanik wieder die erste Wahl darstellt, das war in den technikverliebten 20er bis 40er ganz anders, in USA immer noch. In meinem Fall geht es, wie gesagt um eine kleine Anlage, mit 18 Tönen/ Magneten. Die Magnete sind Standardware, Bild im Anhang. Es sind Gleichstrommagnete, die halt bei verringerter Spannung auch weniger Kraft ausüben.
Andreas K. schrieb: > Ja, das haptische Feedback ist ein wesentlicher Vorteil der Mechanik... Das beantwortet nicht meine Frage. Warum ist deine Idee nun besser als mechanisch, wenn doch die Haptik schlechter ist? Andreas K. schrieb: > Es sind Gleichstrommagnete, die halt bei verringerter Spannung auch > weniger Kraft ausüben. Das ist klar, das heißt aber noch nicht, dass die Klappenmechanik leichtgängig und gleichmäßig genug ist
Da hast Du vielleicht etwas falsch verstanden oder ich mich falsch ausgedrückt. Die Haptik der Mechanik ist unüberboten. Elektrische oder elektronische Systeme können das höchstens annähernd imitieren. Siehe Digital-Pianos. Es gibt aber Situationen, in denen man nicht umhin kommt, Pfeifen auch elektrisch anzusteuern. Und um den Fall geht es mir. Hier ist die elektrische Lösung eine Alternative, da es mechanisch nicht geht oder zu teuer, aufwendig etc. ist. Insgesamt sind es nur 18 Pfeifen, die über Hallsensoren und die besagten Magnete angesteuert werden. Orgeltechnisch also eine kleine Sache. Ein Problem der Elektrik ist, daß man dann in den Tasten immer den gleichen Aus- und Einschaltpunkt hat. Läuft nun eine Mechanik parallel (Dualtraktur), dann kann es passieren, daß die rein elektrisch angesteuerten Töne nach den rein mechanischen kommen und vor diesen wieder abschalten. Das heißt, es müßte eine Möglichkeit geben, Ein- und Ausschaltpunkt mit der Mechanik zu synchronisieren bzw. abzugleichen. Die Mechanik der Magnete ist absolut leichtgängig und zieht bei 6V schon an, ohne Hemmnis. Maßgebend ist hier ja das Gewicht des gegen den Winddruck zu öffnenden Ventils, in aller Regel um 250-350g.
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Andreas K. schrieb: > [...] > ist das überhaupt machbar?? Klar. Ich sehe zwar viele offene Detailfragen, aber grundsätzlich halte ich das für machbar und realistisch. Lustiges Projekt übrigens. -- Darf ich nach dem äußeren Rahmen fragen? Ist das reines Privat- vergnügen, oder ist das für einen Verein oder eine Kirchgemeinde?
ist für eine Orgelrestaurierung, also für eine Kirchengemeinde. Ich habe mal überlegt: am einfachsten wäre ja ein einfacher Hallsensor mit nachgeschaltetem Transistor. Um die Schaltschwelle anzupassen müßte es in Richtung linearer Hallsensor gehen, der dann, über einen Poti einstellbar einen Transistor schaltet. Oder Schmitt-Trigger.... Was würdet Ihr vorschlagen? Randdaten: Neodym-Magnet unter den Tasten, die sind zweiarmig, d.h. sobald die Taste gedrückt wird, bewegt sich der Magnet vom Hallsensor weg (!), das Tonventil wird von einem 24V-Magneten gezogen, der hat 20 Ohm und zieht rund 480mA. Pro Magnet ein Hallsensor.
Andreas K. schrieb: > Oder Schmitt-Trigger.... Dann is aber Essig mit Andreas K. schrieb: > proportional änderndes Ausgangssignal Nur An/Aus wolltest du doch nicht (?) Zeichnungen vom Taster wie du dir das vorstellst und dem Magnetventil wären hilfreich. Andreas K. schrieb: > Was würdet Ihr vorschlagen? Hall sensoren -> Analogeingang eines Microcontrollers -> PWM -> Transistor + Freilaufdiode -> Magnetventile Ideal wäre ein Positionsfeedback von den Ventilen, ich weiß nicht ob das machbar ist.
Positionsfeedback ist eigentlich nicht machbar. Das wäre ein riesen Aufwand. Üblich sind (bei Orgelbauern) Magnete unter den Ventilen. Das war's. Ich vermute, daß wir um das perfekt einzuregeln auch einen echten Regelkreis brauchen. Das ist so nicht machbar. Der größte Nachteil elektrischer Trakturen im Verhältnis zur mechanischen ist, daß die mechanische Traktur folgendes Verhalten zeigt: (wenn man die Taste sehr langsam drückt) - der Tastendruck steigt (Ventil ist noch geschlossen, Luftdruck lastet darauf), es klint noch kein Ton, man nennt das "Leerreise" - Öffnung des Ventils mit Druckentlastung (man spürt das als "Druckpunkt" in den Fingern) - nun läuft das Ventil proportional zum weiteren Niederdrücken der Taste. Beim Loslassen der Taste verhält sich alles umgekehrt, mit einem interessanten Unterschied: würde ich an der Taste den "Einschaltpunkt" der Mechanik markieren, dann läge der "Ausschaltpunkt" etwas unter diesem. Der Luftdruck zieht das Ventil halt früher zu. Bei den bekannten elektrischen Steuerung habe ich immer den gleichen Ein- und Ausschaltpunkt. Recht nahe ans "Original" käme man mit folgender Applikation: - der Einschaltpunkt kann justiert werden - der Ausschaltpunkt kann justiert werden - sobald der Magnet geschaltet wird, steigt die Magnetspannung bis zum maximalen Tastengang nochmal an, wir reden hier über 5mm.
Andreas K. schrieb: > Positionsfeedback ist eigentlich nicht machbar. Das > wäre ein riesen Aufwand. Üblich sind (bei Orgelbauern) > Magnete unter den Ventilen. Das war's. > > Ich vermute, daß wir um das perfekt einzuregeln auch > einen echten Regelkreis brauchen. Das ist so nicht > machbar. Hmm. Lass' es mich so sagen: Ich finde Dein Herangehen... ungeschickt. Du formulierst eine Anforderung, die eine bestimmte Lösungsidee nahelegt (Regelkreis mit Positions- messung), schließt aber im gleichen Atemzug diese Lösungs- idee aus. Einerseits fragst Du nach Hilfe, wie man das Ziel erreichen kann -- andererseits bist Du Dir sicher, dass eine möglicher- weise zielführende Idee viel zuviel Aufwand bedeutet. Wie passt das zusammen? > Der größte Nachteil elektrischer Trakturen im Verhältnis > zur mechanischen ist, daß die mechanische Traktur > folgendes Verhalten zeigt: [...] Ja! Und dieser Nachteil der elektrischen Traktur wird durch die binäre Ansteuerung der Magnete mittels Schalter hervorgerufen! > [...] > Recht nahe ans "Original" käme man mit folgender > Applikation: > - der Einschaltpunkt kann justiert werden > - der Ausschaltpunkt kann justiert werden > - sobald der Magnet geschaltet wird, steigt die > Magnetspannung bis zum maximalen Tastengang nochmal > an, wir reden hier über 5mm. Ja. Regelungstechnisch ausgedrückt: Du brauchst ein Proportionalventil mit justierbaren Totbereichen und Hysterese. Das Kernproblem an der Sache ist, dass sich ein einfacher Zugmagnet nicht zwingend als proportionaler Stellantrieb eignet. Das KANN funktionieren, MUSS aber nicht. Dieser Punkt müsste untersucht werden. Ein Regelkreis kann hier wahre Wunder bewirken. (Kennst Du eventuell den hübschen Demonstrationsversuch, bei dem eine kleine eiserne Welt- kugel unter einem Elektromagneten in der Schwebe gehalten wird?) Das Problem an Deinem Projekt ist auch nicht der Material- aufwand; ich lehne mich mal aus dem Fenster und sage: Der reine Bauteilaufwand für die fertige Schaltung liegt unter 20Euro je Taste (ohne Leiterplatte und Gehäuse). Das Problem liegt nur im Entwicklungsaufwand, d.h. primär in der Arbeitszeit.
Guten Morgen! Aaaaalso.... zunächst einmal: das Projekt ist in der Planungsphase. Nach Rücksprache mit dem Orgelbauer ergibt sich folgende Anforderung: Feinjustierung des Ein- und Ausschaltpunktes. Da es sich um tiefe Töne und damit große Pfeifen handele, mit entsprechendem Windverbrauch, sei eine proportionale Ansteuerung nicht nötig, da kaum wahrnehmbar. Im Gegenteil, hier sei ON-OFF und damit Magnet AUF-ZU wichtig. Wesentlicher sei es, das Schalten mit der vorhandenen Traktur zu synchronisieren, also die Schaltpunkt individuell einstellbar zu gestalten. An die Tastenhebel sollen Neodymmagnete geklebt werden, 4x2mm. Darunter dann die Hallsensoren. Diese müßte man dann per Kabel an eine Leiterplatte schließen, wo sich OpAmps und Potis befinden, die dann über eine Leistungsstufe (evtl. Optokoppler?) die Magnete schalten. Jeder Magnet erhält eine Vorsicherung. So der Rahmen.
Für diese Anforderungen gibt es fertige Lösungen von den einschlägigen Zulieferern für Orgelteile (z.B. Fa. Laukhuff oder Fa. Heuss). Diese arbeiten Mikrocontrollergesteuert und sind somit einfach (tastenweise) programmierbar (Ein-/Aus-schaltpunkt). Interessant ist, dass sogar ein automatisches Nachkalibrieren möglich ist, falls sich die Mechanik im Laufe der Zeit verändert. Also... einfach mal nachfragen!
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