ich möchte euch ein Projekt vorstellen, an dem ich in letzter Zeit intensiv gearbeitet habe: ein vollständig funktionsfähiges, aktiv geregeltes Magnetschwebesystem mit einer selbst entwickelten Platine.
Im Unterschied zu vielen einfachen Magnetschwebeprojekten, bei denen ein Magnet lediglich unterhalb eines einzelnen Elektromagneten hängt, wird das Objekt bei meinem Aufbau aktiv in mehreren Freiheitsgraden stabilisiert. Die Position wird fortlaufend über Sensoren erfasst und durch digital geregelte Elektromagnete korrigiert.
Zusätzlich zur Hardware habe ich eine eigene Analyse- und Steuerungs-App entwickelt. Damit lassen sich während des Betriebs unter anderem folgende Funktionen nutzen:
Echtzeitanzeige der Sensorwerte und PWM-Signale
Anpassung der PID-Parameter (K_p), (K_i) und (K_d) ohne erneutes Kompilieren oder Flashen
Veränderung der Sollposition beziehungsweise Schwebehöhe
Kalibrierung und Überprüfung der Sensoren
Beobachtung des Regelverhaltens direkt am schwebenden Objekt
Eine mögliche Anwendung wäre eine interaktive Lern- und Demonstrationsplattform für Regelungstechnik. Gerade die Auswirkungen der verschiedenen PID-Parameter lassen sich an einem real schwebenden Objekt wesentlich anschaulicher darstellen als nur anhand von Diagrammen oder Simulationen.
Mich würde interessieren, welche weiteren Anwendungen euch für ein solches System einfallen. Denkbar wären beispielsweise:
schwebende Produkt- oder Ausstellungsobjekte
interaktive Messeexponate
physikalische Demonstratoren
Versuchsaufbauten für Regelungstechnik
kinetische Kunstobjekte
Spiele oder Eingabegeräte mit berührungslos geführten Elementen
Seht ihr darin über einen technischen Demonstrator hinaus echtes Potenzial, oder bleibt es aus eurer Sicht eher eine interessante Spielerei?
Außerdem überlege ich, das Projekt später inklusive Firmware, Platinenunterlagen und App als Open-Source-Projekt zu veröffentlichen. Besteht an einem solchen Aufbau grundsätzlich Interesse?
Als mögliches nächstes Projekt denke ich über eine Uhr mit einem frei schwebenden Zeiger nach. Der Zeiger soll oberhalb des Ziffernblatts schweben und gleichzeitig kontrolliert gedreht beziehungsweise auf die aktuelle Uhrzeit ausgerichtet werden.
Dabei stellen sich insbesondere folgende Fragen:
Ist eine solche Uhr aus eurer Sicht ein interessantes Produkt beziehungsweise Demonstrationsobjekt?
Oder würdet ihr auf Basis des vorhandenen Magnetschwebesystems ein anderes Projekt für sinnvoller halten?
Ich freue mich über technische Kritik, Anwendungsideen und auch ehrliche Einschätzungen zur Uhr. Besonders interessant wären Vorschläge, die sich mit dem bestehenden System realistisch umsetzen lassen.
Eigentlich ist ja immer interessant, wie die Position des schwebenden Teils gemessen wird, und interessant ist es, wenn kein zusätzlicher Sensor (Lichtschranke, Kamera) notwendig ist.
Dein Ding scheint 12 Magnete zu besitzen, das ist fur viele Anwendungen overkill, aber vielleicht genau das notwendige für deinen Uhrzeiger - wenn er an der Wand hängt und nicht auf dem Tisch
Die beiden anderen zeigen die übliche Anwendung, wo das Objekt /über/ den Magneten schwebt - das dritte Bild, sofern korrekt ausgeerichtet, aber würde, wenn es real wäre, einen Gegenstand zeigen, der /neben/ den Magneten schwebt.
/Das/ wäre als "Design-Uhr" o.ä. sicherlich ein Hingucker.
Vielen Dank für das Feedback! Das dritte Bild mit der Uhr ist tatsächlich ein eventuelles Folgeprojekt. Es ist zwar aktuell nur ein KI-generierter Entwurf, aber ein Anfang ist bereits gemacht: Der Schwebemagnet schwebt schon stabil in der vertikalen Ausrichtung, wie auf dem angehängten Foto zu sehen ist.
Vielen Dank für das Feedback! Zu den 12 Magneten kurz zur Erklärung: Die sind tatsächlich zwingend für die stabile Schwebe notwendig. Sie bilden zusammen einen Magnetring um die Schwebevorrichtung. Ein solcher Ring ist erforderlich, weil sein spezifisches Magnetfeld genau die Eigenschaften erzeugt, die für eine stabile Schwebelage physikalisch notwendig sind.
Das dritte Bild mit der Uhr ist
tatsächlich ein eventuelles Folgeprojekt.
Wenn du den Minutenzeiger zeitgenau (über den Tag oder auch nur eine
Stunde hinweg) zum Schweben bekommst, gebe ich dir einen aus :-)
Angebot/Herausforderung akzeptiert :) Das Schweben an sich ist nicht das Problem, der Magnet schwebt bei mir bereits dauerhaft stabil in der Vertikalen (siehe 7 Beiträge weiter oben).
Die wahre Herausforderung ist die gezielte Winkelverstellung des Zeigers. Ich überlege gerade noch, wie ich das am besten löse: Reicht eine einfache Steuerung oder führt kein Weg an einer geschlossenen Regelung vorbei? Das ist aktuell die größte Baustelle am Projekt.
Nicht wenn der Schwerpunkt des Zeigers genau auf den Schwerpunkt
des Magneten fällt.
Man könnte am hinteren Ende des Zeigers noch ein entsprechendes Gegengewicht vorsehen, so dass der Zeiger durch seine eigene Gewichtskraft nicht anfängt sich von selbst zu drehen!
Ich gehe davon aus, dass die Kugel ein polarisierter Magnet ist, der in Richtung der Zeigerachse polarisiert ist (Bild) und nicht etwa um 90 Grad dazu verdreht.
Welcher von den 3 Zeigern soll den schweben? Ich persönlich würde den Sekundenzeiger vorziehen, weil man so die Schwebung und die Sekundenanzeige im Sekundentakt gleichzeitig beobachten und bewundern kann! Stunden- und Minutenanzeige könnten als kleines LCD-Display in der oberen Hälfte des Ziffernblattes integriert werden.
Am genialsten wäre es natürlich, wenn alle 3 Zeiger schweben könnten ;-)
Nicht wenn der Schwerpunkt des Zeigers genau auf den Schwerpunkt des
Magneten fällt.
Der Schwerpunkt des Zeigers müsste auch mit dem Schwerpunkt der Kugel übereinstimmen (der liegt wohl im Kugelinnern des Magneten), um weitere unerwünschte bzw. schwer ausregelbare Drehmomente zu vermeiden
Genau, das Schwerpunktproblem beim Zeiger löse ich über ein Gegengewicht. Zur Skizze nochmal: Die Polung und Orientierung ist genauso wie in meiner Skizze. Die Schwerkraft erzeugt allerdings ein leichtes Kippmoment auf den Magneten selbst, also unabhängig vom Zeiger, wodurch er leicht aus der Ebene kippt. Ob und wie stark das am Ende die Stabilität beeinträchtigt, muss ich noch austesten.
Was die Zeiger-Logik angeht: Ich plane eine eigene App dafür. Auf dem KI-Bild/Entwurf sieht man kleine Aussparungen, das sollen später LEDs werden. Über die App lässt sich dann flexibel einstellen, ob der schwebende Zeiger als Stunden-, Minuten- oder Sekundenzeiger läuft. Finn hat aber völlig recht, der Sekundenzeiger wird wahrscheinlich die größte Challenge: Durch die schnellere, kontinuierliche Bewegung wird die Regelung deutlich komplexer und das System potenziell instabiler.
Die Drehbewegung möchte ich über zusätzliche Spulen lösen, die um das System herum angeordnet sind, ähnlich wie auf dem einen Bild. Je nach Spulenstrom stellt sich der Zeiger dann in den passenden Winkel. Ob das am Ende über eine reine Steuerung läuft oder ich eine echte Regelung brauche, schaue ich mir im nächsten Schritt an.
Wie schwer ist eigentlich dieser verspiegelte Kugelmagnet? Ist der nicht fix und fertig als verspiegelter Kugelmagnet gekauft? Ich frage, weil auf dem Bild 3 aus dem letzten Post sieht der irgednwie anders aus, als ob du sein Innenleben selbst gestaltet hast ??
Der Magnet wiegt zwar etwa 60 g, allerdings spielt das Gewicht kaum eine Rolle, da er vom Permanentmagnetring getragen wird und nicht von den Spulen, dadurch verbraucht eine gut parametrierte Regelung im ruhigen Zustand fast keinen Strom. Beim Betrieb über USB-PD (meist bei 9 V, teilweise bis 20 V) liegt der Stromverbrauch bei stabiler Schwebelage gerade einmal bei 0,01 bis 0,1 A, wovon der Großteil bereits auf den ESP32, den Sensor und die restlichen Bauteile entfällt.
Hallo, mich würde mal interessieren was du dafür ausgegeben hast, da es z.B. bei Bambulab sowas fertig für unter 60€ zu kaufen gibt (oder bei Aliexpress unter 40€) und ich echt am überlegen bin, ob ich einfach aus Faulheit kaufe oder selber baue...
Wenn es dir rein um die Schwebefunktion geht, würde ich dir auf jeden Fall dazu raten, fertige Module online zu kaufen, das sind analoge Regelungen.
Eine digitale Regelung bietet zwar den Vorteil, dass sie rein von den Materialkosten her deutlich günstiger ist (rein für die Bauteile liegt man wahrscheinlich unter 20 €), allerdings ist die Umsetzung extrem komplex. Ich habe im Rahmen meiner Abschlussarbeit und auch danach über ein Jahr daran gearbeitet. Wenn man sich online umsieht, sieht man schnell: Es gibt kaum jemanden, der ein solches System digital wirklich stabil zum Schweben bringt.
Selbermachen lohnt sich also eigentlich nur, wenn du zwingend eine digitale Lösung brauchst, um Einstellungen anzupassen, oder eine ganz spezielle Sonderfunktion benötigst. Es ist definitiv ein langer und steiniger Weg, bis das zuverlässig läuft. Ich habe dazu auch eine eigene App entwickelt und den Gesamten Code, den ich gerne bereitstellen kann, aber wie gesagt: Wenn du einfach nur das Schweben an sich haben willst, fährst du mit einer fertigen, analogen Kaufversion deutlich entspannter.
Der Magnet wiegt zwar etwa 60 g, allerdings spielt das Gewicht kaum eine
Rolle, da er vom Permanentmagnetring getragen wird und nicht von den
Spulen
Kann ich nachvollziehen für den "waagerechten Betriebszustand". Aber wie wird die Schwerkraft (auch wenn es nur 60g sind) kompensiert, wenn die Vorrichtung mit den Gegenmagneten senkrecht steht (Bild 3, "Uhrfall")? Wo kommen die 0,6 Newton "Auftriebskraft" für diesen Betriebszustand (Bild 3) her (der Permanentmagnet kann ja eine Kraft nur in horizontaler Richtung dann aufbringen)?
Das liegt an deen speziellen geometrischen Eigenschaften das Permanentmagnetrings: Durch das passende Positionieren des Permanentmagnetrings lässt sich ein Punkt finden, an dem der Ring die Gewichtskraft des Schwebemagneten in alle Raumrichtungen vollständig aufnimmt, sodass die Spulen an diesem Betriebspunkt theoretisch gar keine Kraft mehr aufbringen müssen.
Interessant, hätte ich in der Position so nicht gedacht. Vielen Dank für deine zeitnahen und ausführlichen Ausführungen und deine ganze Mühe, die Arbeit hier mal vorzustellen. Ich glaube zwar nicht, dass man mit überschaubarem Aufwand einen praktischen Nutzen damit erzielen kann, aber für Lernzewcke, wie eine digitale Regelung funktioniert, ist das ein sehr gutes, praxistaugliches Beispiel. insofern würde ich dir raten, die Arbeit an deiner Hochschule irgendwie im Rahmen eines Labors/Praktikumversuchs einzubringen. Im Bereich Regelungstrechnik/Systemtheorie würde das sicher wie die Faust aufs Auge hineinpassen und den Studenten nicht nur Theorie sondern auch Praxis vermitteln und vorallem einen Sinn zeigen, was man mit der Regelungstechnik (hier digital) alles anstellen kann.
Vielen Dank nochmals und weiterhin viel Erfolg!
Vielleicht eine idee um dein Rotationsproblem zu lösen:
den Zeiger 3D-gedruckt machen (Kunststoff), den dann über deine Regelung in der schwebe halten. Um die zentrale einheit einen zweiten Magnetring anordnen und in der Spitze des Zeigers nochmal einen Mini-Magneten verbauen - damit quasi den Zeiger "in Position ziehen"
Die Einbindung als Lern- beziehungsweise Laborversuch ist wahrscheinlich tatsächlich eine der sinnvollsten und sinnstiftendsten Möglichkeiten für das Projekt. Gerade um digitale Regelungstechnik nicht nur theoretisch, sondern auch an einem anschaulichen realen System zu vermitteln, könnte sich der Aufbau gut eignen.
Ich werde jetzt einfach weiter an dem Projekt arbeiten und schauen, was sich daraus entwickelt. Aktuell habe ich Semesterferien und kann die Zeit gut dafür nutzen. Vielleicht ergeben sich dabei noch weitere sinnvolle Anwendungsmöglichkeiten oder Verbesserungen.
Die weiteren Ergebnisse und Fortschritte werde ich auf jeden Fall hier im Forum veröffentlichen.
Ja, das habe ich tatsächlich auch schon gesehen. Ist aber noch mal um einige Level höher wie die Plattform, die ich bis jetzt gebaut habe. Also eventuell mal in ein paar Jahren, aber das wäre natürlich , ein Anwendungsbereich, der wirklich einen produktiven Mehrwert schaffen würde.
Wahrscheinlich wäre es einfacher eine Uhr, die die Zeiger bewegt, sozusagen in den Magneten einzubauen und den Magneten nur festzuhalten. Aber das wäre natürlich auch irgendwie etwas langweilig.
Als mögliches nächstes Projekt denke ich über eine Uhr mit einem frei
schwebenden Zeiger nach. Der Zeiger soll oberhalb des Ziffernblatts
schweben und gleichzeitig kontrolliert gedreht beziehungsweise auf die
aktuelle Uhrzeit ausgerichtet werden.
Schön und ausbaufähig wäre auch ein wirklich schwebender Globus, der dann sogar zu einem Land oder Ort gesteuert werden kann.
Schade so viel Energie und Intelligenz in so ein sinnloses Projekt zu stecken.
Was passiert mit der hübschen Uhr wenn der Strom ausfällt?
Sorry für meinen Pessimismus, ich habe gerade "One Second After" von Forstchen gelesen.
Da geht es um ein Amerika, wo sämtliche Elektronik durch einen atomaren Elektromagnetischen Puls (EMP) ausfällt.
Keine Elektronik, keine Kommunikation, kein Strom, keine staatliche Ordnung, keine Lebensmittel, keine Medizin.
Die Gesellschaft fällt innerhalb von 2 Jahren ins Mittelalter und teilweise noch weiter zurück.
Da wird einem schnell bewusst dass moderne Technik verdammt abhängig macht.
Die magnetische Uhr ist ein perfektes Beispiel dafür.
Nein, lies mal genau! Ich habe LCD-Display gesagt!
Ist doch ein Jehova-Äquivalent. Genau wie ABM-Maßnahme. Denn das M in ABM steht schon für Maßnahme. Eine ABM-Maßnahme wäre also eine Arbeitsbeschaffungsmaßnahme-Maßnahme. Genau wie ein LCD entweder ein LC-Display oder eben ein LCD ist. Es ist aber kein Liquid Crystal Display-Diaplay.
Und von mir kannst du die Dinger auch nennen wie du willst, das Forum wird sich aber immer an sowas hochziehen....
Schade so viel Energie und Intelligenz in so ein sinnloses Projekt zu
stecken.
Was passiert mit der hübschen Uhr wenn der Strom ausfällt?
Ich muss dir zugestehen: Mit dem Einwand, dass der praktische Nutzen einer schwebenden Uhr überschaubar ist, hast du durchaus einen Punkt. Genau deshalb hatte ich ursprünglich auch nach Ideen aus der Community gefragt, die über eine Uhr hinausgehen. Als technisches Hobbyprojekt finde ich eine Uhr mit frei schwebendem Zeiger allerdings nach wie vor ziemlich reizvoll.
Was das apokalyptische Szenario betrifft, würde ich die Sache etwas weniger pessimistisch betrachten. Natürlich zeigt ein vollständiger Ausfall von Strom und Elektronik sehr deutlich, wie abhängig unsere Gesellschaft von moderner Technik ist. Allerdings lässt sich dieses Argument letztlich auf nahezu jede technische Entwicklung und einen großen Teil unseres heutigen Alltags übertragen. Aus dieser Perspektive dürfte man konsequenterweise kaum noch ein modernes Gerät verwenden oder überhaupt das Haus verlassen.
Falls der Strom ausfällt, funktioniert die Uhr selbstverständlich nicht mehr und der Zeiger fällt herunter. Das ist bei einer elektrisch betriebenen Uhr zunächst einmal keine besonders überraschende Eigenschaft. Der Zeiger soll zudem extrem leicht ausgeführt werden, sodass daraus kein ernsthaftes Sicherheitsrisiko entstehen sollte.
Dass moderne Technik Abhängigkeiten schafft, ist unbestritten. Ob ausgerechnet die zusätzliche Abhängigkeit vom Ablesen einer schwebenden Uhr dabei einen nennenswerten Unterschied macht, würde ich allerdings als eher vernachlässigbar betrachten.
Das Uhrwerk direkt in den schwebenden Magneten zu integrieren, ist tatsächlich ein sehr cleverer Ansatz. Dadurch würde der Mittelpunkt der Uhr vermutlich etwas größer und klobiger ausfallen, aber einige der bisherigen Probleme ließen sich damit deutlich einfacher lösen insbesondere die Umsetzung eines Minuten- und Sekundenzeigers. Das grundlegende Problem der freien Drehung um die Z-Achse, also um die Achse der Schwebehöhe, wäre damit allerdings noch nicht vollständig gelöst. Trotzdem dürfte es wesentlich einfacher sein, den Magneten in seiner Winkelposition festzuhalten, als ihn aktiv und präzise um diese Achse zu drehen. Auch das verlinkte Projekt finde ich sehr interessant. Persönlich gefällt mir eine Uhr mit einem tatsächlich frei schwebenden Zeiger aber deutlich besser als eine im Prinzip nur umgedrehte Magnetschwebeeinheit. Das andere Konzept ist trotzdem technisch und gestalterisch spannend. Ich habe allerdings gesehen, dass die Uhr ausverkauft ist und offenbar schon seit längerer Zeit nicht mehr erhältlich ist. Bei einer kurzen Recherche konnte ich leider nicht herausfinden, warum sie nicht mehr verkauft wird. Vielleicht weißt du dazu noch etwas Näheres.
lso ich finde die Uhr so richtig geil! Da genügt auch nur der Stundenzeiger. Und kein LED-Geblinke!
Einfach einfach, ohne mit. :-)
Wie ist das, wenn mal der Zeiger runterfällt (Stromausfall z.B.), würdest du den wieder richtig hinbekommen? Auch wenn die Uhr nicht mehr weiß wie spät es ist?
Ähhh ... die Uhr braucht ja denn sowieso immer ein externes Zeitsignal, denn die Uhr stellen mit Zeiger verdrehen wäre wohl eine massiv übertriebene Anforderung. ;-)
Hallo Dominic,
Ich weiß nichts weiter über die von mir verlinkte Uhr. Sie ist mir nur vor ein paar Jahren aufgefallen. Die hat kurz einen Habenwollen Reflex ausgelöst und ich habe etwas nachgedacht, wie das wohl gemacht sein könnte. Ich habe mich aber nicht lange damit beschäftigt und auch nie angefangen selber was in diese Richtung zu bauen.
Die einfachste Realisierung wäre wohl eine mechanische Lösung:
Ich vermute man könnte den rotierende Magneten auch ein rotierendes Fled erzeugen und, die (zwei bis drei) Spulen um diese Geld zu erzeugen könnte man dann an einem Arm befestigen und langsam drehen und fertig ist die verlinkte Uhr. Wir sie tatsächlich funktioniert weiß ich nicht. Und länger als eine Stunde hat mein Interesse auch nicht angehalten, darum kann ich nichts nützliches beitragen.
Dein Projekt finde ich sehr interessiert und es wäre super, wenn du es dokumentieren und veröffentlichen würdest.
Anwendungen, bei denen man Berührungen gerne vermeiden würde, gibt es übrigens z.B. im Zusammenhang mit biologische Proben in der Laborautomatisierung.
Ist doch ein Jehova-Äquivalent. Genau wie ABM-Maßnahme.
Ach so, das meinst du. Okay, dann kommen noch die künstliche KI und die PIN-Nummer und noch ein paar weitere Äquivalente hinzu. Diese Sprache hat sich nun mal eingefleischt und sitzt zumindest bei mir so tief in den Knochen, dass man sie nicht mehr raus bekommt! Ich achte beim Sprechen auch schon gar nicht mehr darauf.
Was passiert mit der hübschen Uhr wenn der Strom ausfällt?
Eine rein mechanische Uhr mit Pendel ist natürlich auch schön, aber solange wir alle noch Strom, Wasser, Atemluft, Geld, Zeit, Platz, genügend Bauteile und keine anderen Probleme im Leben haben, sollte man sich ruhig mit der faszinierenden "sinnlosen" Elektronik beschäftigen!
Einfach nur aus Spaß for Fun.
Dadurch behält man seine persönliche positive Ausstrahlung und man bleibt zuversichtlich. Außerdem hält es gesund und man bleibt geistig fit. Man darf niemals den inneren "haben-wollen-Reflex" abstreifen, oder sich von anderen abstreifen lassen!
Genaugenommen meinte das derjenige, der dich drauf ansprach. Ich lieferte nur ungefragt die Erklärung dazu. Ich sehe das jetzt auch nicht als weltbewegendes Problem, wenn jemand LCD-Display sagt...
Aber manche Leute haben sonst halt nix zu sagen, die freuen sich dann, wenn sie sich mal wichtig fühlen dürfen.
vielen Dank für deine ausführliche Rückmeldung und auch für den Link zum Paper. Die mechanische Lösung ist auf jeden Fall ein interessanter Ansatz. Für mein aktuelles Konzept wäre eine solche mechanische Konstruktion zwar nur bedingt geeignet, aber als alternative Lösung ist der Gedanke definitiv spannend.
Ich möchte den Aufbau auf jeden Fall weiter dokumentieren und nach Möglichkeit später auch veröffentlichen. Vermutlich werde ich dafür aber noch etwas Zeit benötigen, da Firmware, Platine, App und Dokumentation inzwischen doch recht umfangreich geworden sind.
Nach meinem aktuellen Konzept ist ein kontrolliertes Absenken leider nicht direkt möglich, da die von mir verwendete Regelung keine aktive Regelung der Schwebehöhe vorsieht. Dafür wäre vermutlich noch eine zusätzliche Spule beziehungsweise ein weiterer Aktor erforderlich. Den Zeiger bei einem Stromausfall oder beim Abschalten zumindest gezielt in eine bestimmte Position zu bringen, sodass er dort möglichst sanft und kontrolliert landet, finde ich aber durchaus interessant. Vielleicht lässt sich dafür auch eine rein passive Lösung finden.
Mein Fokus liegt momentan allerdings zunächst auf der Winkelsteuerung des Zeigers. Dafür habe ich zwar bereits einige mögliche Ansätze, aber noch keinen, bei dem ich sagen würde, dass er technisch zuverlässig und endgültig verwendbar ist. Genau das ist aktuell die größte offene Herausforderung des Projekts.
Eine rein mechanische Uhr mit Pendel ist natürlich auch schön, aber
solange wir alle noch Strom, Wasser, Atemluft, Geld, Zeit, Platz,
genügend Bauteile und keine anderen Probleme im Leben haben, sollte man
sich ruhig mit der faszinierenden "sinnlosen" Elektronik beschäftigen!
Einfach nur aus Spaß for Fun.
Dadurch behält man seine persönliche positive Ausstrahlung und man
bleibt zuversichtlich. Außerdem hält es gesund und man bleibt geistig
fit. Man darf niemals den inneren "haben-wollen-Reflex" abstreifen, oder
sich von anderen abstreifen lassen!
Ich finde die Idee mit einem Globus, bei dem man sich den gewünschten Ort nach oben / vorne drehen lassen kann eigentlich auch super.
Klar dazu müsste es eventuell ein bisschen größer werden.
Falls daraus später wirklich ein Produkt wird, wären Minuten wahrscheinlich schon sinnvoll. Aber extra für dich baue ich eine Funktion ein, mit der man die Minuten-LEDs ausschalten und nur den schwebenden Zeiger genießen kann. :-)
Nach einem Stromausfall müsste der Nutzer den Zeiger kurz auf eine Referenzposition setzen. Danach könnte die Uhr ihn automatisch wieder auf die richtige Stellung bringen. Die aktuelle Uhrzeit ließe sich beispielsweise über ein verbundenes Handy per BLE, über Funk oder über WLAN beziehen.
Finde ich auch eine spannende Idee. Wenn das Rotationsproblem gelöst ist, ließe sich das wahrscheinlich relativ einfach umsetzen, vielleicht sogarr als Open-Source-DIY-Plattform für eigene Projekte.
Aber extra für dich baue ich eine
Funktion ein, mit der man die Minuten-LEDs ausschalten und nur den
schwebenden Zeiger genießen kann. :-)
Musst du natürlich nicht. :-)
Es gibt einige minimalistische Uhren die halt nur einen Stundenzeiger haben. Und minimalistischer wie Deine geht nicht. Nicht mal eine Drehachse.
Und genau das gefällt mir an der Uhr.
Ich würde sie kaufen, auch wenn ich den Preis noch nicht kenne.
Ja, tatsächlich meinte ich gar nicht diesen Thread hier. Wie du aber auch schon gesagt hast: Wenn man sich in anderen Foren oder Diskussionen etwas umhört, ist der Umgangston teilweise wirklich grenzwertig und geht stellenweise schon in Richtung Respektlosigkeit.
So sehr ich mich auch anstrenge, ich kann mir einfach nicht erklären, wie man so eine Kugel in Position halten kann, wenn die Spulen vertikal positioniert sind und die Kugel davor (nicht darüber) schweben soll.
Könnte mir da vielleicht jemand mit einer kleinen Skizze auf die Sprünge helfen?
Vielleicht ist meine Idee ja völlig unqualifiziert, aber könnte man auch 2 Kugeln an unterschiedlichen Positionen schweben lassen und an beiden die jeweiligen Zeigerenden festtackern?
Nicht mal eine Drehachse.
Und genau das gefällt mir an der Uhr.
Ich würde sie kaufen, auch wenn ich den Preis noch nicht kenne.
So sehe ich das auch. Diese Uhr hat einen maximalen Verblüffungseffekt! Man könnte mit einem DIN A4 Blatt zwischen Zeiger und Zifferblatt durchfahren und der Zeiger wird trotzdem wie von Geisterhand schwebend in der Luft immer in der korrekten Zeitposition festgehalten! Der Gesichtsausdruck von den betrachtenden Arbeitskollegen wäre megakrass.
Also ein ideales kinetisches Kunstobjekt mit zusätzlicher sinnvoller Zeitanzeigefunktion fürs Chefbüro, dass man tatsächlich für teures Geld auf dem Markt für erlesene Kunden anbieten könnte.
Aber eine Uhr hat 2-3 Zeiger! Kommen da die Magnetfelder nicht
durcheinader?
Wenn das Problem der Rotation des schwebenden Objekts gelöst ist, lässt sich durch eine deutliche Vergrößerung des Aufbaus (viel mehr Spulen) in Form einer Kreisbahn sicherlich auch eine Bewegung des schwebenden Objekts entlang dieser Kreisbahn erzeugen.
Der "magnetische Angriffspunkt" des Zeigers ist in so einem Fall aber nicht die Stelle, an der eine herkömmliche Uhr ihre Zeigerachsen hat, sondern z.B. in der Mitte oder am der Achse gegenübergesetzten Ende.
Der Zeiger muss also zwei Bewegungen gleichzeitig ausführen, die Bewegung entlang der Kreisbahn und eine abgestimmte Rotation, so daß er auf die virtuelle Zeigerachse in Kreisbahnmitte zeigt.
Wenn das ganze ausreichend groß ist, sollten zwei Kreisbahnen für zwei sich bewegende und drehende Zeiger und einen sich lediglich drehenden Zeiger realisierbar sein.
Das allerdings dürfte mit einem enormen Materialaufwand einhergehen, denn entlang der Kreisbahnen sind sehr, sehr viele Elektromagnete erforderlich.
Das ist kein Fake.
Ich hab das Teil selbst, und es funktioniert genau wie im Video gezeigt.
Übrigens, die Kugel rotiert ganz langsam. Drehung ist also möglich.
Wie bereits erwähnt wäre so eine Uhr mit zwei Zeigern der absolute Knüller. Ich denke aber auch, dass da nur einer geht.
Man könnte den zweiten Zeiger auf das "Ziffernblatt" drucken und dieses Blatt entsprechend rotieren lassen.
Was noch cool wäre: Ein Pendel (aus Papier o.ä.) das zwischen Zeiger und Ziffernblatt pendelt.
Als ich die KI vor einiger Zeit selbst nach Ideen gefragt habe, waren die Vorschläge bei Weitem nicht so gut. Vielen Dank für die Anregung, die Idee kommt auf jeden Fall mit auf die Liste!
Könnte mir da vielleicht jemand mit einer kleinen Skizze auf die Sprünge
helfen?
Der entscheidende Punkt ist zunächst, dass die einander zugewandten Flächen des Permanentmagnetrings und des schwebenden Magneten entgegengesetzt gepolt sind. Der Ringmagnet erzeugt in seinem Zentrum jedoch kein einfaches, gleichförmiges Magnetfeld. Wie in der zweiten Skizze angedeutet, verlaufen die Feldlinien im Bereich der Ringöffnung zunächst in Richtung der Mitte und ändern mit zunehmender Höhe ihre Richtung. Dadurch entsteht entlang der senkrechten Achse ein Bereich mit besonderen Feldeigenschaften.
Befindet sich der schwebende Magnet in der vorgesehenen Höhe und wird etwas nach unten gedrückt, wirkt auf ihn eine Kraft nach oben. Hebt man ihn dagegen etwas weiter an, wird er wieder nach unten in Richtung des Ringmagneten gezogen. In vertikaler Richtung entsteht dadurch ein passiver Gleichgewichtsbereich. Die genaue Schwebehöhe wird so gewählt, dass die nach oben wirkende magnetische Kraft das Gewicht des schwebenden Magneten ausgleicht.
In horizontaler Richtung ist dieser Zustand allerdings nicht von selbst stabil. Wird der Magnet innerhalb der Schwebeebene seitlich verschoben, nähert er sich auf einer Seite dem Ringmagneten an und wird aufgrund der entgegengesetzten Polung noch stärker in diese Richtung gezogen. Genau hier kommen die Elektromagnete und der Hallsensor ins Spiel. Der Sensor erkennt die seitliche Abweichung, und die Spulen erzeugen lediglich die kleine Gegenkraft, die den Magneten wieder in die Mitte zurückführt.
Die Spulen müssen den Magneten also nicht dauerhaft gegen die Schwerkraft tragen. Diese Aufgabe übernimmt im Wesentlichen das Magnetfeld des Permanentmagnetrings. Die aktive Regelung korrigiert hauptsächlich seitliche Abweichungen. Deshalb kann das System im ausgeregelten Zustand mit sehr wenig Spulenstrom auskommen.
Deine Idee ist alles andere als unqualifiziert. Tatsächlich war das sogar meine ursprüngliche Überlegung. Ich wollte zwei Schwebeplattformen verwenden, eine fest in der Mitte und eine zweite am äußeren Ende des Zeigers, die sich zusammen mit diesem dreht.
Ich habe diesen Aufbau mit zwei Plattformen auch schon getestet, und grundsätzlich funktioniert er, zudem stabilisieren sich die beiden Systeme sogar gegenseitig, wodurch die Regelung insgesamt stabiler wird. Der große Nachteil ist allerdings die zusätzliche Mechanik. Außerdem müsste man die Stromversorgung und die Signale zuverlässig auf den rotierenden Teil übertragen, beispielsweise über einen Schleifring oder eine kontaktlose Lösung. Das wäre also durchaus machbar, würde den Aufbau aber erheblich aufwendiger machen. Vielen Dank fürs Mitdenken, die Idee ist auf jeden Fall sinnvoll und funktioniert grundsätzlich auch.
Oh ja, die Idee finde ich tatsächlich sehr gut und sie wäre vermutlich auch deutlich einfacher umzusetzen. Man könnte am unteren Ende des Pendels einen kleinen Permanentmagneten anbringen und darunter einen Elektromagneten platzieren. Über einen Hallsensor ließe sich erfassen, wann und mit welcher Geschwindigkeit das Pendel den unteren Punkt passiert. Der Elektromagnet müsste dann nur im richtigen Moment einen kurzen Impuls geben, um die Reibungsverluste auszugleichen und die Schwingungsweite gezielt zu regeln. Die eigentliche Schwingungsdauer würde dabei hauptsächlich durch die Pendellänge bestimmt. Ich finde das wirklich eine sehr spannende Idee. Sollte die Umsetzung mit dem freischwebenden Zeiger nicht funktionieren, wäre das für mich definitiv die zweite Option.
Mini-Kernfusion
steuerbare Figur wie Schutzmann oder Sport oder Tanz
Blumenstrauß ohne Vase
Und die Uhr: -> Empfehlung: schrittweise herangehen - einen einzelnen Zeiger erstmal im Viertel drehen lassen z.B.
Generell bin ich aber eher ein Freund von Funkuhren, die Laufwerke kann man teilweise auch in Aldi-Keksbüchsen (zusätzlich schön bemalt) einbauen.
Wenn das ganze ausreichend groß ist, sollten zwei Kreisbahnen für zwei
sich bewegende und drehende Zeiger und einen sich lediglich drehenden
Zeiger realisierbar sein.
Da stimme ich dir zu. Wenn die Magnetsysteme für die Kreisbewegung vollständig voneinander entkoppelt werden und beide Zeiger lediglich den zentralen Festmagneten zur Führung gemeinsam nutzen, sollten sich die Zeiger ohne gegenseitige Kopplungseffekte übereinander anordnen. Der gemeinsame Mittelpunkt wäre dann nur noch die Lagerung, während die eigentlichen Antriebe der Zeiger vollständig unabhängig voneinander arbeiten.
Was hälst Du von der Idee, die Zitatfunktion mehr zu benutzen, damit man
weiss, worauf Du Dich jeweils beziehst?
Oh ja, guter Vorschlag, vielen Dank! Ich bin gerade noch einmal durch den Thread gescrollt und dabei ist mir aufgefallen, dass tatsächlich an einigen Stellen nicht eindeutig ersichtlich ist, worauf ich mich jeweils beziehe.
, vielen Dank! Ich bin gerade noch einmal durch
den Thread gescrollt
Immerhin nutzt du die Zitatfunktion wie gedacht, wenn du sie nutzt. Es gibt hier auch so Spezialisten die die Zitatfunktion so zerpflücken, das nicht mehr (ohne Rechercheaufwand) nachvollziehbar ost, wer zitiert wurde.
Übrigens, die Kugel rotiert ganz langsam. Drehung ist also möglich.
Ja, eine Drehung um die Z-Achse ist möglich, weil der aktuelle Aufbau rotationssymmetrisch ist. Der Nord- beziehungsweise Südpol des schwebenden Magneten zeigt dabei annähernd entlang der Z-Achse zur Plattform. Dadurch erzeugt das Magnetfeld um diese Achse kein rückstellendes Moment, weshalb dieser Freiheitsgrad im jetzigen System weitgehend frei bleibt. Genau darin liegt aktuell die größte Herausforderung des Projekts: Diese Drehbewegung gezielt zu kontrollieren, ohne dabei die eigentliche Schwebe-Stabilisierung zu beeinträchtigen.
Mini-Kernfusion
steuerbare Figur wie Schutzmann oder Sport oder Tanz
Blumenstrauß ohne Vase
Und die Uhr: -> Empfehlung: schrittweise herangehen - einen einzelnen
Zeiger erstmal im Viertel drehen lassen z.B.
Generell bin ich aber eher ein Freund von Funkuhren,
Erst einmal vielen Dank für die Rückmeldung. Die zuerst genannten Schwebeobjekte sind tatsächlich so die klassischen Dinge, die man mit solchen Plattformen schweben lässt. Mit meinem System wäre das grundsätzlich problemlos möglich. Welche Masse getragen werden kann, wird im Wesentlichen durch den verwendeten Permanentmagnetring bestimmt. Ähnlich ist es bei der Schwebehöhe, wobei dort zusätzlich die Grenzen der aktiven Regelung eine Rolle spielen.
Wie die Uhr später ihre genaue Zeit erhält, ist noch völlig offen. Denkbar wäre ein DCF77-Empfänger wie bei einer klassischen Funkuhr, eine regelmäßige Synchronisierung über WLAN oder eine einmalige Einstellung über eine App. Da bin ich noch nicht festgelegt und freue mich daher auch über Rückmeldungen, welche Variante ihr am sinnvollsten fändet. Vermutlich wäre ein DCF77-Empfänger im Alltag die unkomplizierteste Lösung.
noch einmal vielen Dank für das tolle Feedback der letzten drei Tage. Die vielen Ideen und technischen Hinweise haben mich darin bestärkt, das Projekt tatsächlich umzusetzen und die Entwicklung öffentlich zu dokumentieren. Mir ist dabei wichtig, möglichst viele Interessierte mitzunehmen und gleichzeitig möglichst viel fachliches Feedback zu bekommen.
Inzwischen habe ich das Projekt auch im Arduino-Forum und im EEVblog-Forum vorgestellt:
Welche Plattform würdet ihr für die weitere Dokumentation empfehlen? Eher YouTube, Instagram, ein fortlaufender Forenthread oder etwas anderes? GitHub würde ich zusätzlich für Schaltpläne, Software und die ausführlichere technische Dokumentation nutzen.
Das liegt an deen speziellen geometrischen Eigenschaften das
Permanentmagnetrings: Durch das passende Positionieren des
Permanentmagnetrings lässt sich ein Punkt finden, an dem der Ring die
Gewichtskraft des Schwebemagneten in alle Raumrichtungen vollständig
aufnimmt, sodass die Spulen an diesem Betriebspunkt theoretisch gar
keine Kraft mehr aufbringen müssen.
Bist du in der Lage den verlauf der Feldlinien zu zeigen?
Ich bin gerade dabei, das System auf eine zustandsbasierte Regelung (LQR) umzustellen. In diesem Zuge erstelle ich aktuell eine FEM-Simulation des Systems. Sobald diese abgeschlossen ist, werde ich Bilder des überlagerten Magnetfeldes sowie die Simulationsergebnisse hier posten.
In diesem Zuge erstelle ich aktuell eine FEM-Simulation des Systems
würde mich interessieren welches (3D) FEM Programm Du dafür verwendest? Speziell für die Berechnung der Kraft.
Anmerkung zu den PMs:
Es gibt 8 PM im Kreis, dann zusätzlich 4 PM dazwischen und 4 Spulen für die Regelung.
Nach den Bildern sind die Ringmagnete mit Schrauben befestigt. Schrauben aus magnetischen Material machen aber einen "magnetischen" Kurzschluss - nicht ganz optimal.
Anmerkung zu den PMs:
Es gibt 8 PM im Kreis, dann zusätzlich 4 PM dazwischen und 4 Spulen für
die Regelung.
Nach den Bildern sind die Ringmagnete mit Schrauben befestigt. Schrauben
aus magnetischen Material machen aber einen "magnetischen" Kurzschluss -
nicht ganz optimal.
Ich bin gerade dabei, einen V2 Aufbau zu machen (siehe Bild), der ein homogeneres Magnetfeld hat. Und er braucht gar keine Schrauben mehr. Aber trotzdem vielen Dank für die Info.
Aktuell verwende ich Gmsh für die 3D-Geometrie und Vernetzung sowie
GetDP als eigentlichen FEM-Solver. Gesteuert wird das Ganze über Python.
Gmsh/GetDP ist ein mächtiges Werkzeug - aber nicht ganz einfach.
Wäre an der GEO Datei mit der Geometrie interessiert. Dann könnte ich mit FreeFem++ [https://freefem.org/] selbst Versuche machen.
Es gibt auch wenn du suchst Layoutdateien und Pläne online.
Ich habe inzwischen auch schon einige dieser analogen Regler-Bausätze von AliExpress zusammengebaut. Das erste Problem ist, dass bei den wenigsten eine wirklich brauchbare Anleitung dabei ist. Zwar basieren viele davon offenbar auf derselben Plattform und lassen sich auf einen gemeinsamen Hersteller zurückführen, trotzdem haben bei mir bereits zwei dieser Selbstlöt-Bausätze nicht funktioniert. Natürlich kann der Fehler auch bei mir gelegen haben, etwa an einer schlechten Lötstelle oder daran, dass ich ein Bauteil zu stark erhitzt habe. Wer sich allerdings keine größere Fehlersuche antun möchte, dem würde ich eher zu einer bereits fertig aufgebauten Lösung raten. Wobei ich mir vorstellen kann, dass viele hier im Forum gerade an solchen Bausätzen und der Fehlersuche ihren Spaß haben.
Ich will die Entwicklung einfach sauber dokumentieren und die Leute mitnehmen, die Bock haben, selbst eine Magnetschwebeeinheit zu bauen oder Regelungstechnik und Systemtheorie besser zu verstehen. Und für mich ist es genauso eine gute Chance, in dem Bereich noch was dazulernen.
Schummel doch beim Zeiger und hab einen extra rotierenden Magnetring
entlang der Umkreisbahn der Spitze.
So eine Lösung würde ich ehrlich gesagt sehr ungern verwenden, da ich eine aufwendige zusätzliche Mechanik möglichst vermeiden möchte, siehe dieses Beispiel: https://www.youtube.com/watch?v=yiFXQtijMQU bzw. das beigefügte Bild. Mein Ziel wäre es, das Ganze möglichst ohne zusätzliche mechanische Komponenten zu lösen. Gerade arbeite ich deshalb an einem Ansatz nach dem Prinzip eines Axialflussmotors.
Hallo,
ich würde gerne verstehen, wie das System mit der Magnetkugel in vertikaler Ausrichtung funktioniert.
Vermute, dass die Kugel ein Magnet mit Nord und Südpol ist.
Aber wie kann er auf Abstand in Position gehalten werden, ohne angezogen zu werden.
Abstoßende Kraft Nordpol auf Nordpol.... Aber wie wird verhindert, dass sich die Kugel nicht dreht und dann ein Anziehung stattfindet ?
Gibt es irgendwo eine Erklärung zu dem Funktionsprinzip ?
wie das System mit der Magnetkugel in vertikaler Ausrichtung
funktioniert.
Guckst Du in Beitrag "Re: Aktive Magnetschweberegelung – Anwendungsideen". Die Felder ändern sich ja nicht durch die Ausrichtung des Gesamtsystems. Lediglich die Regelung mit den Elektromagneten muss hier zusätzlich eine permanente Gegenkraft zur Erdanziehungskraft erzeugen.
Aber wie wird die Kugel daran gehindert, sich zu drehen, also Nord und
Südpol werden vertauscht ?
Weil sich Systeme immer auf den minimalen Energiezustand (hier die Energie des Magnetfeldes) einstellen.
Beispiel (NICHT Nachmachen!):
Wenn Du dein Bierglas umkippst, da läuft das Bier auf den Teppich und nicht an die Decke. Gravitation - oben höherer Energiezustand als unten.
Aber wie wird die Kugel daran gehindert, sich zu drehen, also Nord und
Südpol werden vertauscht ?
Der statische Magnetring trägt nicht nur zur Einstellung der Schwebehöhe bei, sondern erzeugt auf den Schwebemagneten auch ein rückstellendes Drehmoment. Wird der Magnet gegenüber seiner vorgesehenen Orientierung gekippt, wirkt dieses Moment der Kippung entgegen und richtet ihn wieder aus.
Betrachtet man die Schwebeebene als x-y-Ebene, werden lediglich die seitlichen Bewegungen in x- und y-Richtung aktiv geregelt. Die Schwebehöhe in z-Richtung sowie die Kippwinkel um die x- und y-Achse werden durch die statische Magnetanordnung passiv stabilisiert.
ist es technisch möglich, 2 Objekte auf unterschiedlichen Radien um ein
Zentrum zu bewegen?
Also 2 Ringe mit Spulen, 2 Objekte?
Z.B. Erde/Mond oder Planeten um die Sonne?
So etwas gibt es tatsächlich schon als Crowdfunding-Projekt. Ich würde dabei allerdings wirklich zur Vorsicht raten. Wenn man sich die Diskussionen und Kommentare dazu anschaut, gibt es dort erhebliche Zweifel an dem Projekt. Ich kann natürlich nicht beurteilen oder beweisen, was dahinter tatsächlich passiert, aber persönlich würde ich dort kein Geld investieren. Nach meinen bisherigen eigenen Versuchen halte ich es außerdem für äußerst schwer vorstellbar, ein solches System für rund 800 € als zuverlässiges Produkt anzubieten. Auch einige der Videos machen mich skeptisch, weil das gezeigte Verhalten nicht zu dem passt, was ich bei meinen eigenen Aufbauten beobachte. Gerade zwei Magnetschwebesysteme in unmittelbarer Nähe sind eben keine völlig unabhängigen Systeme, sondern beeinflussen sich gegenseitig. Ein System mit zwei schwebenden Elementen halte ich grundsätzlich trotzdem für machbar, auch auf unterschiedlichen Radien. Für meine Uhr möchte ich allerdings bewusst ohne zusätzlichen Motor und möglichst ohne mechanisch bewegte bzw. reibende Teile auskommen, weil Lager und Motoren wieder Verschleiß und entsprechenden Dauertestaufwand mitbringen.
Vielleicht reichen für die Regelung auch 3 E-Magnete?
Vielleicht ist es besser mehrere Hallsonden zu installieren um die
Position der Kugel besser erfassen zu können?
Rein theoretisch haben wir nur zwei zu regelnde Freiheitsgrade, daher reichen auch zwei regelbare Elektromagnete aus. Genau so ist mein aktueller Aufbau auch umgesetzt. Die jeweils gegenüberliegenden Spulen auf der X- bzw. Y-Achse sind in Reihe geschaltet, und zwar so, dass auf der dem Magneten zugewandten Seite einer Spule ein Nordpol und auf der gegenüberliegenden Seite ein Südpol entsteht.
Mehr Hall-Sensoren könnten das System sicherlich noch robuster machen. Aktuell habe ich vor allem mit dem Rauschen und der begrenzten Messrate des Hall-Sensors zu kämpfen, die Abstände zwischen den Messungen sind definitiv ein limitierender Faktor. Es gibt allerdings noch einige andere Punkte, die für die Gesamtstabilität deutlich relevanter sind und an denen ich noch arbeite. In horizontaler Richtung ist der geschlossene Regelkreis inzwischen sehr stabil und nur größere Störungen bringen den Magneten noch zum Absturz. In vertikaler Richtung ist es schwieriger, da durch die Schwerkraft eine permanente Vorspannung bzw. potentielle Beschleunigung im System vorhanden ist, wodurch diese Achse deutlich kritischer wird.
Eigentlich kann man ja nur das Magnetfeld (erzeugt von PM+Elektro) regeln. Man nimmt an, dass bei einem gleichförmigen Feld, die Kugel schön in der Mitte bleibt. Dies erfolgt durch die statische Kennlinie + Regelung.
Die Grenzen der Stabilität der Kennlinie (große Auslenkung) bekommt man dann aus der FEM Rechnung.
Im vertikalen Fall ist die Situation komplizierter. Man müsste dafür den Feldverlauf für Sollposition + Gewicht kennen, und diesen als Sollwert für die Regelung verwenden.
Falls sich die schwebende Magnetkugel etwas um die eigene Achse dreht, dann wird es interessant. Hat einen Einfluss auf das Magnetfeld bei gleicher Position.
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