mechanische Translation?

[Unregistriert]

Hallo Forum,

ich brauche einen Rat, es geht darum eine mechanische translative Kraft auszuüben, z.B. um einen Knopf zu betätigen, oder in meinem Fall, um eine Instrumentsaite zu stoppen.
Ich weiß noch nicht genau wie die effektivste Konstruktion aussehen könnte. Wichtig sind folgende Eingeschaften:

-möglichst kompakt (um mehrere davon nebeneinander anzuordnen)
-möglichst schnell (5 Hz )
-genügend Haltekraft um Saite gedrückt zu halten (dazu ist eigentlich nicht viel Kraft nötig)

Meine erste Überlegung war es, einen Minimotor zu nehmen (ungefähr 7 mm Durchmesser) und an die Motorwelle eine kleine Schnecke zu fixieren. Motor und Schnecke kommen dann in ein ebenso kleines Außengehäuse, in dem
eine zur Schnecke passende Mutter an den Außengehäusewänden fixiert ist.
Jetzt fehlt es nur noch, den Motor so im Außengehäuse anzubringen, dass er sich nicht selbst dreht. Wenn das Motorgehäuse nicht rund ist, sind hierzu keine weiteren Schritte nötig.
Ansonsten könnte man z.B. dünne Schlitze in das Außengehäuse schneiden, und entsprechend das Motorgehäuse so verändern, dass es in diese Schlitze einrastet, sodass nur eine translative Bewegung möglich ist.

Das wars auch schon. Wenn der Motor aktiviert wird, schraubt er sich rein/raus, und gleitet dabei innerhalb des fixierten Außengehäuses. Die Schnecke muss auch nicht lang sein, es reichen einpaar Millimeter Abstand von der Saite.

Wird das funktionieren? Habt ihr Verbesserungsvorschläge oder gibts da komplett andere Möglichkeiten das umzusetzen?

Danke

[malthy]

Hi,

sag doch noch etwas konkreter was zu den räumlichen Randbedingungen. Was heißt "möglichst kompakt"? Welchen Abstand haben die Saiten? Müssen die Saiten an der gleichen Position gedämpft werden (wenn es eine Gitarre wäre also im gleichen Bund)? Auf den ersten Blick würde ich an einen kleinen Getriebemotor (vielleicht sogar ein Miniservo) mit einer Exzenterscheibe denken - wobei je nach Weg 200 ms Stellzeit dann schon recht grenzwertig für einen normalen Servo sein dürften.

Gruß
Malte

[Unregistriert]

Kleine Anmerkung noch von mir (Themenstarter):

Es geht wie angedeutet hierbei darum, ein Saiteninstrument, in diesem Fall Geige, mit diesen Dingern zu bestücken. Ziel ist es, rechts unabhängig von links zu trainieren. Leere Saiten zu spielen wird mit der Zeit nämlich öde. Außerdem habe ich in Moment verkürzte und überlastete Muskulatur im linken Arm und Schulter, Instrumentalisten unter euch wissen wie sehr das die Feinmotorik einschränken kann. Das ganze soll mir helfen, wieder etwas selbstbewusster an die Sache ranzugehen.
Geplant sind etwa 12 solche Translationsmodule pro Saite, also ingesamt 48, wobei das insgesamt ganz schön schwer werden kann, sodass die Geige "dynamisch" am Dach aufgehängt wird. Für jeden Halbton ein eigenes Modul dranzuschrauben wird zu schwer, und zu teuer. 12 pro Saite reichen bei den meisten Musikstücken aus um alle charakteristischen Töne abzudecken.

[malthy]

Okay, das ist ja noch schlimmer als ich befürchtet habe :-). Bei der Geige hast Du ja nichteinmal eine Bundierung dh das Niederdrücken der Saiten muss räumlich sehr präzise erfolgen. Das ist ein sehr - vielleicht zu - anspruchsvolles Projekt würde ich denken. Kennst Du das hier?


http://youtu.be/7Xlm8LFImno

Da bekommst Du einen Eindruck von dem technischen Aufwand ...

Aber mal ganz am Rande: "verkürzte und überlastete Muskulatur" klingt für mich nach nicht ganz optimaler Übungstechnik/ -weise, vielleicht wäre da der fruchtbarere Ansatz?

Gruß
Malte

[Unregistriert]

Der Abstand zwischen den Saiten beträgt etwa 1 cm in der ersten Lage. Das muss ich nochmal genauer nachmessen, meine Geige ist in Moment nicht bei mir. Allerdings ist das Griffbrett leicht gewölbt, d.h. die einzelnen Translationsmodule liegen ungefähr radial auseinanderstrebend auf den / über den Saiten. Radial ist etwas übertrieben ausgedrückt, jedenfalls nicht ganz parallel.
Mein bisheriger Plan wäre die Module auf 4 Schienen anzubringen , die über den Saiten schweben, und entlang der Saiten laufen. Das soll also wie gesagt dazu dienen, die Töne zu justieren, und charakteristische Töne zu besetzen.

Ich bin mir noch nicht sicher, wie man dann das tragende Gehäuse, dass die Schienen trägt an die Geige anbringen soll. Es gibt nicht viele Angriffspunkte auf dem Griffbrettbereich, ohne die Schwingung zu verhindern. Je weiter man nach oben geht (also zum Steg) umso weiter spreizen die Saiten auseinander. Da ist also Raum um Stützpfeiler auf das Griffbrett zu legen.

[amrosik]

3-4 mm Stellweg, bis zu 5Hz Taktrate, Abstände kleiner als 1cm zwischen den Berührpunkten kommen nicht vor. Beweis der Umsetzbarkeit:
https://www.youtube.com/watch?v=h7d4pBGsZak

Ist es möglich diese Translation mit einer Spule und einem beweglichen Eisenkern zu erzeugen?

[malthy]

Also wie gesagt, ich glaube der Aufwand ist erheblich ... Wenn Du auf die Bespielbarkeit der Leersaiten verzichten kannst, könnte man noch überlegen ob man es irgendwie schafft, eine Art Rolle mit einer Linearführung auf einer Saite langlaufen zu lassen. Das käme dem menschlichen Spiel dann sogar etwas näher, auch Glissandi wären möglich (naja, genau genommen hätte man zwischen allen Tönen einer Saite eins ;-)).

[amrosik]

Das mit der rolle wird meiner meinung nach den aufwand erhöhen, große sprünge sind nicht möglich, man bedenke dass man auch auf verschiedenen saiten spielt, außerdem ist das nicht gut für die saite wenn da ständig was drüberkratzt.

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Ich weiß nicht ob das Problem linear skaliert oder nicht. Natürlich kommen später auf grund der menge noch konstruktionsprobleme hinzu, aber ich muss erstmal wissen, womit ich anfange bzw welche methode ich zur translativen Kraftausübung verwende, um mir gedanken machen zu können, wie später die konstruktion aussehen soll. Es ist jetzt noch garnicht möglich vorauszuplanen. Jedoch um schonmal eine vage vermutung aufzustellen, kommt man an einer schienenartigen Konstruktion wahrscheinlich nicht vorbei, denn man möchte die einzelnen Module per Hand zehntelmillimetergenau auf die richtige Stelle justieren. Die größte Herausforderung wird bei der verwendung vieler Module sein, dass die gesamtkonstruktion sich nur an der Geige festhält, und nicht irgendwie extern befestigt ist.

Trotzdem nochmal zur ursprungsfrage:

Translative Kraftausübung:

Anforderungen:

-min. bis zu 2Hz taktrate (für triller)

(-bis zu 5Hz (für vibrato), schwer umzusetzen* )

-Die genau Abstände muss ich am Wochenende mal messen, aber unter 8mm Abstände zwischen Tönen kommen nicht vor. D.h. der Gesamtradius der Module sollte 4mm nicht überschreiten.

-so leicht wie möglich

- nicht zu weit nach oben rausragen, damit da nicht zu viel Drehmoment entsteht, wenn man die Geige kippt

[White_Fox]

-min. bis zu 2Hz taktrate (für triller)

(-bis zu 5Hz (für vibrato), schwer umzusetzen* )
Entweder Pneumatik/Druckluftzylinder oder Schubmagnete (evt. mit Rückholfeder). Beides kannst du recht schlank aufbauen und brauchst nur in der Höhe etwas Platz, Schubmagnete würden sogar recht kostengünstig werden. Die Spulen dazu zu wickeln wird aber eine Scheißarbeit.

Evt würde ich darüber nachdenken, für jede Saite einen einzigen solchen Fingersimulator zu bauen, und diesen über eine Schiene längs über die Saite fahren zu lassen. So kannst du sämtliche Töne und Halbtöne in jeder beliebigen Lage spielen.

2Hz sind für mechanische Systeme machbar (dabei denke ich an das Arbeitstempo von SMD-Bestückungsautomaten), aber im allgemeinen doch schon recht sportlich. Ob du mit 5Hz schon ein vernünftiges Vibrato hinkriegst mußt du sehen-ich sehe das nicht so optimistisch. Du könntest dem Fingerdrücker aber unten eine Gummirolle spendieren und dem ganzen Schlitten an einem Ende des Verfahrweges noch einen Elektromagneten spendieren und diesen mit einer Wechselspannung höherer Frequenz betreiben, sodass der E-Magnet in Verfahrrichtung am Schlitten rüttelt. Damit würdest du bestimmt ein tolles Vibrato hinkriegen, dass du in seiner Intensität/"Frequenz" sogar recht variabel einsetzen kannst.

Wichtig: Kurze, gaaaaaannz ganz kurze Wege. Sonst hämmerst du zu stark auf dein Griffbrett ein, ich denke nicht das Ebenholz darauf ausgelegt ist mechanisch stark belastet zu werden.


-so leicht wie möglich

- nicht zu weit nach oben rausragen, damit da nicht zu viel Drehmoment entsteht, wenn man die Geige kippt
Vielleicht wäre ein anderer Ansatz besser: Nicht die Geige hält deine Apparatur, sondern die Apparatur hält deine Geige.

[malthy]

Die genau Abstände muss ich am Wochenende mal messen, aber unter 8mm Abstände zwischen Tönen kommen nicht vor.

Bist Du sicher dass in höheren Lagen ein Halbtonschritt nicht deutlich weniger ist als 8 mm? In der ersten Okatve könnte es gerade so hinkommen. Ist jetzt aber eher so "gefühlt" von mir, wenn man die Mensur der Geige kennt, sollte man es ausrechnen können ...

[amrosik]

Ja in höheren Lagen ist er deutlich kleiner. Ich möchte allerdings auf der G,D,A saite nicht über die erste Oktave hinweg. Auf der E saite unter umständen. Es muss auch nicht jeder ton abgedeckt sein, es reichen auch die charakteristischen töne, das ganze soll ja kein ersatz für die linke seite sein, sondern nur ein practice aid.


Für jede Saite einen Schlitten zu bauen (oder Rolle) ist meiner Meinung nach weitaus aufwendiger. Die Konstruktion ist einerseits komplizierter, und außerdem : bring mal 4 rollen an einen Geigenhals an, ohne dass sie irgendwann unten oder oben kollidieren.
Außerdem müssen die sich antizipativ verhalten, bzw während eine Rolle an seinem Ziel ist, muss eventuell schon die andere Rolle schonmal zum Zielort wandern, bevor der Saitenwechsel stattfindet.
Also konstruktionsmäßig ist sowas schonmal nur möglich, wenn wie du schon vorgeschlagen hast, die Geige von der Konstruktion getragen wird, und diese dabei Rollen nur von Oben auf das Griffbrett angreifen.
Andererseits kommt noch das Problem der Genauigkeit hinzu: Es addieren sich doch ungenauigkeiten auf, oder? Ich meine die Rollen dürfen nach unzähligem auf und ab rollen kein offset in der position aufweisen. Wie soll man die position der Rolle ohne fehler bestimmen?


Im Gegensatz dazu mag das system mit den festen Schubmagneten leichte ungenauigkeiten aufweisen aufgrund falscher justage, jedoch addieren sich die fehler nicht mit der zeit auf.


Also ich bin immernoch für das gleiche system, was der gitarrentyp verwendet hat.


Schubmagnete hören sich gut an, das erklärt auch die kondensatoren am griffbrett des gitarrenvideos.


Ist es besser die Schubmagnete selbst zu bauen? ungeachtet des aufwands natürlich, aber von der funktionalität her. Ich hab hier ne seite mit einem guten sortiment gefunden:


http://www.tme.eu/de/katalog/#id_category=100637&s_field=artykul&s_order=ASC&visible_params=2%2C2214%2C98%2C74%2C2010%2C36%2C15 04%2C38%2C564%2C317%2C2215&used_params=2214%3A17139%3B


Aber die Maße stimmen nicht ganz. Die offenen rechteckigen modelle sind ganz ansprechend, aber kleiner wäre besser. wenn man sowas selbst machen will, wo kriegt man die materialien her? Spule bzw isolierter draht, Eisenkern, gehäuse etc.

- - - Aktualisiert - - -


Da muss genug kraft da sein, die Saite nach unten zu drücken und auch dort zu halten ohne bei Saitenschwingungen nachzugeben, und gleichzeitig der Rückholfeder entgegenwirken.Ist es besser individuelle Schubmagnete selbst zu bauen? kriegt man die (wenn man mit sorgfalt arbeitet) qualitativ besser hin als die massenware aus dem online shop?

[White_Fox]

Für jede Saite einen Schlitten zu bauen (oder Rolle) ist meiner Meinung nach weitaus aufwendiger. Die Konstruktion ist einerseits komplizierter, und außerdem : bring mal 4 rollen an einen Geigenhals an, ohne dass sie irgendwann unten oder oben kollidieren.
Außerdem müssen die sich antizipativ verhalten, bzw während eine Rolle an seinem Ziel ist, muss eventuell schon die andere Rolle schonmal zum Zielort wandern, bevor der Saitenwechsel stattfindet.
Also konstruktionsmäßig ist sowas schonmal nur möglich, wenn wie du schon vorgeschlagen hast, die Geige von der Konstruktion getragen wird, und diese dabei Rollen nur von Oben auf das Griffbrett angreifen.
Andererseits kommt noch das Problem der Genauigkeit hinzu: Es addieren sich doch ungenauigkeiten auf, oder? Ich meine die Rollen dürfen nach unzähligem auf und ab rollen kein offset in der position aufweisen. Wie soll man die position der Rolle ohne fehler bestimmen?
Mein Fach ist zwar eher die Elektrotechnik, aber so kritisch wie du würde ich die Mechanik trotzdem nicht sehen.

Die Konstruktion mit den Rollen würde ich mir ähnlich vorstellen wie z.B. den Aufbau eines XY-Tisches an einer Fräse. Genau wie den Antrieb: Schrittmotor und Spindel (oder Gewindebolzen mit Mutter, das wäre die Billigvariante). Damit kann man weitaus präziser arbeiten als es ein Mensch mit seinen Fingern je könnte, wenn man die Mechanik fein genug hinkriegt. Wenig Platz ist nur da, wo die Rollen auf der Saite langfahren würden, wenn du die "Rollenarme" entsprechend gestaltest kannst du an deren Befestigung am Schlitten weitaus mehr Platz rausholen. Und die Wiederholgenauigkeit sollte sich auch gut in den Griff kriegen lassen. Wenn du z.B. Schrittmotoren verwendest und prüfst ob ein angeforderter Schritt auch ausgeführt wurde solltest du keine Probleme mehr haben. Ansonsten gibt es noch weitaus mehr Möglichkeiten, um Verfahrwege zu messen.

Wenn du jeder Schlittensteuerung einen eigenen kleinen Controller spendierst sind unabhängige Bewegungen auch kein Problem. Siehe wieder CNC-Fräse...da bewegen sich auch alle Achsen, ohne auf die jeweils andere zu warten.


Schubmagnete hören sich gut an, das erklärt auch die kondensatoren am griffbrett des gitarrenvideos.
Meinst du die silbergrauen "Tonnen" unter der Metallplatte? Ich glaub nicht dass das Kondensatoren sind. Ich wüßte auch nicht was ein Kondensator da soll...eine Freilaufdiode wäre angebracht.


Ist es besser die Schubmagnete selbst zu bauen? ungeachtet des aufwands natürlich, aber von der funktionalität her. Ich hab hier ne seite mit einem guten sortiment gefunden:
Naja, du hast einen sehr speziellen Anwendungsfall, spezielle Bauteile kommen da durchaus mal vor. ;)
Wenn du Schubmagnete findest die auch klein und kräftig genug sind-dann nimm die. Ich fürchte aber, du wirst schon Probleme bekommen überhaupt SCHUBmagnete zu finden, üblicherweise verkaufen und nutzen die meisten lieber ZUGmagnete.
Es ist keine Kunst, ein Stück magnetisch neutrales Eisen von einer Spule anziehen zu lassen, völlig egal wierum das magnetfeld gepolt ist und ob es ein Gleich- oder Wechselfeld ist: Das Eisen wird zur Spule gezogen. Du brauchst aber einen Kern, der bereits eine Remanenz besitzt, d.h. schon von sich aus ein Magnetfeld aufbaut. Die Spule außen herum soll jetzt ein Feld aufbauen, das den Kern herrausstößt. Möglich dass es sowas gibt...aber es ist schon recht speziell da viel aufwendiger zu fertigen, und für die meisten Anwnedungen würden wohl auch Zugmagnete funktionieren. Daher würde ich Schubmagnete wohl eher als Nischenanwendung ansehen.

Was du machen könntest:
Gute Neodymmagnete kriegst du günstig hier:
https://www.magnet-shop.net/

Such dir kleine bolzenförmige Magnete aus, und die würde ich evt. auf einen kleinen Alubolzen kleben. Das wird dein beweglicher Spulenkern. Ein sehr dünnwandiges Rohr wird dein Spulenkörper. Das Rohr darf nicht aus ferromagnetischem Material sein, dies würde das Feld "um deinen eigentlichen Kern herumleiten". Auf dem Rohr wird dann die Spule gewickelt.


Wie gesagt, das ist nur ein Vorschlag.
Was dir im Einzelfall eher zusagt mußt du berechnen...oder ausprobieren. :)

[amrosik]

Meinst du die silbergrauen "Tonnen" unter der Metallplatte? Ich glaub nicht dass das Kondensatoren sind. Ich wüßte auch nicht was ein Kondensator da soll...eine Freilaufdiode wäre angebracht.

Ne da sind wirklich 6 Stück Elektrolytkondensatoren an der Seite, etwas niedriger als Griffbretthöhe, zu sehen.

Ja das mit Schrittmotoren ist wahr, allerdings benötigt das dann eine große stabile Konstruktion, an der die Geige befestigt wird. Das will ich nicht machen (hab schonmal was ähnliches probiert) weil das über die Zeit sehr krampfig wird, weil man sich selbst dann auch dieser fixen Geigenposition anpassen muss. Das wird über kurze Zeit seeeehr krampfig. Auch wenn sie optimal eingestellt ist, man kann sich nicht bewegen.

EDIT:
Wenn man eine etwas dynamischere Konstruktion mit Schrittmotoren hinkriegt, wäre das die Wahl. Fällt euch da was ein?

[Peter(TOO)]

Hallo,

Meinst du die silbergrauen "Tonnen" unter der Metallplatte? Ich glaub nicht dass das Kondensatoren sind. Ich wüßte auch nicht was ein Kondensator da soll...eine Freilaufdiode wäre angebracht.

Freilaufdioden haben einen gewaltigen Nachteil. Sie schützen zwar vor Spannungsspitzen, aber sie Leiten die Energie der Gegeninduktion als Kurzschlussstrom ab. Einer Magnetspule ist es nun aber egal, wie rum der Strom fliesst!

Mit Freilaufdiode wird die mechanische Schaltzeit verlängert, weil der Anker länger angezogen bleibt.
Um schnelle mechanische Schaltzeiten zu erhalten, muss man eine möglichst hohe Gegeninduktionsspannung zulassen.

Mit den Kondensatoren hat man einerseits einen Speiche für die Impulsströme und andererseits kann man die Dioden so schalten, dass die Gegeninduktionsspannung die Elkos auflädt. Dies verkürzt dann auch die mechanischen Schaltzeiten.

MfG Peter(TOO)

[White_Fox]

Mit Freilaufdiode wird die mechanische Schaltzeit verlängert, weil der Anker länger angezogen bleibt.
Um schnelle mechanische Schaltzeiten zu erhalten, muss man eine möglichst hohe Gegeninduktionsspannung zulassen.
Stimmt...ich vergaß. :eek:

Mea Culpa!