Linearer Aktuator gesucht - Hub 0-1mm analog, Frequenz ~1kHz

[Matthias_H]

Hallo zusammen,

nach viereinhalb Jahren stiller Mitgliedschaft ist es so langsam mal Zeit für einen ersten Beitrag. Und zwar suche ich nach einem Bauteil, mit dem ich einen kleinen Balken sehr stabil auf- und abbewegen kann, ohne Verkippen oder Torsion. Vielleicht lässt es sich am ehesten anhand eines Lautsprechers erklären:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3c/Lautsprecher_Schema.svg/330px-Lautsprecher_Schema.svg.png

Stellt euch vor, man würde auf der "Abdeckkappe" ein Streichholz quer, also liegend, aufkleben. Wenn der Lautsprecher jetzt arbeitet, vibriert das Streichholz auf und ab. Also genau so etwas suche ich, nur ohne den Lautsprecher drumherum. Ich will ja keine Luft schieben, sondern nur meinen kleinen Balken (sagen wir mal, in der Größe eines Streichholzes) mit einem Hub von bis zu 1mm und Frequenzen um 1kHz auf- und abbewegen. Schneller ist natürlich besser :)

Der zugrundeliegende Mechanismus ist relativ egal (Piezo oder elektrodynamisch). Leider kann ich nicht einfach einen Lautsprecher zerlegen, denn ohne Membran und Spinne ist ja die komplette Stabilität dahin (schon ausprobiert). Es darf absolut nichts kippeln oder drehen, nur auf und ab ist erlaubt. Es gibt zwar schnelle Piezoaktuatoren mit solch großem Hub, aber die gehen, so weit ich gesehen habe, leider erst bei 1k€ los. Mein Budget ist maximal 200€ für 2 Stück.

Kann mir irgendwer weiterhelfen? Bin dankbar für Tipps jeglicher Art ("Vergiss es" zählt aber nicht :)).

Gruß,
Matthias

[Richard]

Als erstes fällt mir da spontan eine Art Hubmagnet ein. Wenn der bewegliche Kern in einer Kunststoff Buchse sauber geführt wird sollte auch nichts kippeln. Am Besten einen langen dünnen Kern mit passender Spule, dann ist die Führung noch besser.

Gruß Richard

[Manf]

Ein Plattenarm hätte schon einmal eine bessere Aufhängung als der Lautsprecher.
Ich gehe dabei mal davon aus dass so ein Teil bei der großen Neubeschaffung größerer Platten fast überall übrg ist.
Die Lagerung und Führung ist ja immer dabei, das Streichholz wäre dann am Plattenarm angeklebt.

Vielleicht ist es für die weiteren Überlegungen auch interessant, wie groß der Mechanismus sein darf der sich mitbewegt. Ein Glockenankermotor mit einem Hebel an der Welle wäre eine ähnliche Konstruktion, immerhin auch leicht, 1mm bei 1kHz ist aber auch schon eine ganze Menge.

Hallo ihr zwei,

und vielen Dank für die ersten Meinungen.

Als erstes fällt mir da spontan eine Art Hubmagnet ein. Wenn der bewegliche Kern in einer Kunststoff Buchse sauber geführt wird sollte auch nichts kippeln. Am Besten einen langen dünnen Kern mit passender Spule, dann ist die Führung noch besser.

Ungefähr so etwas hatte ich mir vorgestellt. Der Kern sollte wahrscheinlich auch nicht gerade runden Querschnitt haben (sonst könnte er sich ja beliebig drehen), und auch nicht allzu viel Masse besitzen. Gibt es sowas von der Stange? Ich habe Zugmagnete mit ms-schneller Response gefunden, aber die können ja meist nur an und aus bis zum jeweiligen Anschlag.


Ein Plattenarm hätte schon einmal eine bessere Aufhängung als der Lautsprecher.
Ich gehe dabei mal davon aus dass so ein Teil bei der großen Neubeschaffung größerer Platten fast überall übrg ist.
Die Lagerung und Führung ist ja immer dabei, das Streichholz wäre dann am Plattenarm angeklebt.
Klingt gut, aber als Nichtrobotiker muss ich doch mal nachfragen: was meinst du mit "Plattenarm"? Einen Plattenspielerarm, oder doch nur ein flaches Stück Federstahl?


Vielleicht ist es für die weiteren Überlegungen auch interessant, wie groß der Mechanismus sein darf der sich mitbewegt. Ein Glockenankermotor mit einem Hebel an der Welle wäre eine ähnliche Konstruktion, immerhin auch leicht, 1mm bei 1kHz ist aber auch schon eine ganze Menge.
Ich vergaß zu erwähnen, dass das Teil nachher nicht nur "Sinus" können soll. Ein analoger Eingang (Response praktisch wurscht, kann man ja alles rauskalibrieren) ist also absolut erforderlich.

Gruß,
Matthias

[Matthias_H]

Der letzte Beitrag stammt selbstverständlich von mir :)

[Manf]

Ich meine schon so einen Aktuator mit Schreiblesekopfarm aus einer Festplatte.
Ich nehme an, dass man soetwas leicht bekommt, schlimmstenfalls gegen Porto wenn man "hier" schreit.
Allerdings ist die analoge Ansteuerung nicht linear. Es gibt den Armkörper mit seinem Trägheitsmoment der über den Spulenstrom beschleunigt wird.

http://www.xdatenrettung.de/festplatte.jpg

[PicNick]

Ich schliesse mich dem an, dass es unter den genannten Anforderungen darum geht, einen geeigneten und leistbaren "Voice-Coil-Motor" zu finden.

Aber vielleicht verrätst du, was es werden soll ? Vielleicht hilft Querdenken nach anderen Lösungen, keine Ahnung.

[Manf]

Da fällt mir gerade noch die Linse aus einem CD Laufwerk ein, die ist schon recht leicht, schnell und hat eine Brennweite, (falls das Streichholz noch so gestaltet werden soll, es hat ja sonst eher eine Brenndauer).

Ich habe damit einmal eine optische Oberflächenabtastung ausprobiert bei der der von der Oberfläche reflektierte Lichtstrahl dann besonders hell ist wenn der Fokus gerade auf der Oberfläche liegt.
Verschiebt man die Linse periodisch dann kann man an der Phasenlage von Linsenbewegung und Helligkeit den Zeitverlauf des Abstands - und beim Scannen das Oberflächenprofil messen.

[Matthias_H]

Festplattenlaufwerk

Ah so! Ich dachte schon ans gute alte Grammophon ;-) Guter Tipp, das wäre mit ein bisschen Biegen vielleicht sogar machbar. Linear braucht die Sache nicht zu sein. Werde morgen mal unsere EDV-Leute fragen, was die an aussortierten Platten so herumfliegen haben.


Ich schliesse mich dem an, dass es unter den genannten Anforderungen darum geht, einen geeigneten und leistbaren "Voice-Coil-Motor" zu finden. Aber vielleicht verrätst du, was es werden soll ? Vielleicht hilft Querdenken nach anderen Lösungen, keine Ahnung.

Ich will auf einer elastischen Membran (Gummifilm) Wellen anregen, die über ein Stereo-Audiosignal (keine Musik) vorgegeben werden. Die quadratische Membran soll an vier Seiten eingespannt sein: zwei fest, zwei beweglich (Aktuatoren). Wofür das Ganze einmal gut sein soll, darf ich leider noch nicht sagen :)

[Manf]

Dann habe ich wieder mal zu schnell geschrieben.
Für ein Analogsignal erscheint mir der Plattenarm optimal, es wird nur in etwa ein analoges Differenzieren des Signals nötig sein.

[Matthias_H]

Dann habe ich wieder mal zu schnell geschrieben.
Für ein Analogsignal erscheint mir der Plattenarm optimal, es wird nur in etwa ein analoges Differenzieren des Signals nötig sein.
Das Signal wird aus Sinustermen synthetisiert, sowas differenziert sich ja quasi von selbst ;-)

[PicNick]

I see. Und noch eine Rückfrage: Es soll wohl alles unterhalb der Membran stattfinden ?

[Matthias_H]

I see. Und noch eine Rückfrage: Es soll wohl alles unterhalb der Membran stattfinden ?
Unterhalb der Ebene, in der die Membran liegt, ja. Der Grundriss spielt eine untergeordnete Rolle, im Grunde kann alles auch ein bisschen breiter sein als die Membran selbst.

[PicNick]

Das Ganze von der Seite: Der obere Strich ist die Membran,
A u. B sind drehpunkte von zwei hebeln a la PlattenLesekopf (s.o)


____________________________
\_______A B__________/

Denkbar ? (bitte nicht schlagen)

[Matthias_H]

Das Ganze von der Seite: Der obere Strich ist die Membran,
A u. B sind drehpunkte von zwei hebeln a la PlattenLesekopf (s.o)


____________________________
\_______A B__________/

Denkbar ? (bitte nicht schlagen)

Denkbar :) Obwohl es wahrscheinlich platzmäßig von außen her besser passt. Ich geh jetzt erst mal heim und schaue mir morgen die Altplattenbestände unserer IT-Abteilung an. Die freuen sich immer, wenn ihnen jemand die alten Festplatten aufschraubt, weil sie es sonst selbst tun müssen ;-)

So weit vielen Dank für heute,
Matthias

[RoboHolIC]

Dir Festplattenmechanik scheint wirklich vielversprechend zu sein. Ich hab das hier gefunden, als ich mich etwas über "voice coil" belesen habe:

http://hackedgadgets.com/2007/10/02/hard-disk-drive-voice-coil-laser-shutter-actuator/

[Matthias_H]

Sieht GUT aus soweit! "Wieviele brauchst du denn, und welche Größe?" :-) Habe gleich mal eine alte Serverplatte 10krpm zerlegt und zurechtgedremelt. Der Klirrfaktor ist natürlich indiskutabel, und der Arm hat bei 1000Hz gar keine sichtbare Auslenkung mehr, aber mit den Wellen bin ich bisher jedenfalls recht zufrieden.

[PicNick]

Der wird schon ganzschön Saft brauchen, um sich deutlich zu bewegen.

[Matthias_H]

Der wird schon ganzschön Saft brauchen, um sich deutlich zu bewegen.
Tut er auch so schon; das Teil wird in der Tat ganz schön warm. Das ist aber nicht das Limit (hängt an einer 240W Hifi-Endstufe), sondern eher die Nichtlinearität. Wenn man die Leistung aufdreht, noch bevor die Auslenkung wirklich sichtbar wird, hört man bereits die ersten krassen Untertöne (Subharmonische?) aus der Chassis erschallen. Vielleicht ist das bei kleinerer Ausführung noch besser. Habe von 1.8" bis 5.25" alle Formfaktoren da und werde morgen mal eine ausführliche Versuchsreihe starten :)

mhh was ist mit diesen motoren aus den elektrischen zahnbuersten? (wurden die nicht auch bei diesem buerstenbot benutzt?) nur mal als kleine querdenk einlage, eig hab ich ja keine ahung :D

[PICture]

Hallo!

@ Matthias_H

Mir scheint für unverzerte akustische Bewegungen ein miniatur Lautsprecher am besten zu sein. Ich hätte z.B. mit Handy-Lautsprecher bzw. kleinem Kopfhören probieren, den man ins Ohr steckt ... :)

Ich habe bei mir einen alten Kopfhörer mit 8 Ohm und flacher Metallmembran Ø12x5,5 mm (ohne Gehäuse) gefunden. Er wird aber für dich zu kleinen Hub haben und Handy-Lautsprecher wäre sicher besser.

MfG

[Matthias_H]

Ein Festplattenarm (bzw. zwei) war genau die Lösung meines Problems, danke Manf! Der Forschungsartikel ist geschrieben, mal abwarten, was die Gutachter dazu meinen :)

[Matthias_H]

Und angenommen! Mein erstes Paper für 2011 :-) Danke nochmal an alle Ideenspender.

[Manf]

Schneller geht es ja kaum für 2011, lass mal bei Gelegenheit etwas von der Lösung hören, sehen. (Im Moment wird vielleicht es noch nicht gehen.)