Stolpklok met stappenmotor

Gepost door Jeroen Vreuls op dinsdag 14 februari 2023

De tandwielen

Ik was al een hele tijd van plan om eens een klok te maken, op internet kom je van alles tegen qua elektronische klokken. Grote tableaus met oplichtende tekst erin, klokken met oplichtende wijzerplaten, de standaard digitale klokken, enzovoort.

Ik wilde eigenlijk een combinatie maken van elektronisch en mechanisch, na wat denken en schetsjes maken kreeg ik gaandeweg een idee hoe het moest worden.

Ik ben begonnen met het uitwerken van een tekening voor de tandwielen, het mechanische gedeelte dus.

Aandrijving voor de klokAandrijving voor de klok

Volgens de berekening kwam ik uit op tien tandwielen. De tandwielverhouding is wel iets anders dan van een gewone klok. Alleen de verhouding tussen de minutenwijzer en urenwijzer is hetzelfde, die moet 1 op 12 zijn. Omdat we een stappenmotor gaan gebruiken voor het verstellen van de wijzers maakt de eerste vertraging niet zoveel uit, als je maar op hele getallen uitkomt qua tanden is het goed. Als je naar de eerste vertraging kijkt, zie je een tandwiel met 12 tanden op de stappenmotor en 60 tanden op de tussenas. Dat geeft bij elkaar een vertraging van 60 : 12 = 5. De volgende vertraging is een tandwiel met 12 tanden op de tussenas en 36 tanden op de minuten as, dat geeft een vertraging van 36 : 12 = 3. De totale vertraging tussen de stappenmotor en de minuten as is dus 3 X 5 = 1 op 15.

We gaan de klok één keer per minuut verstellen, dat moet in één uur dus 60 maal gebeuren. Voor de stappenmotor gebruik ik een motor met 0.9 graden per stap, dat zijn dus 400 stappen per omwenteling. De stappenmotor ga ik bedienen met micro stappen, de stappenmotordriver staat op 1/32 stap. Dan krijgen we dus 32 X 400 = 12800 stappen per omwenteling van de stappenmotor. Nu hadden we een vertraging van 1 op 15, als we nu 15 vermenigvuldigen met 12800 dan krijgen we 15 X 12800 = 192000 stappen voor één omwenteling van de minutenwijzer. Als we die 192000 delen door 60 krijgen we 192000 : 60 = 3200 stappen voor één minuut. De stappenmotor draait dus iedere minuut een kwart rondje.

Nu hebben we de minuten werkend en gaan we naar de uren kijken. Eigenlijk weten we dat al, dat moet één twaalfde deel zijn. Als de minutenwijzer één maal rond is moet de uren wijzer één twaalfde deel verdraaien. Dat kan met één tandwielcombinatie, maar dan wordt het wel erg groot. Ik heb dat met twee tandwielcombinaties gedaan. Eenmaal met een tandwiel vertraging van 1 op 4 en eenmaal met een tandwiel combinatie van 1 op 3, samen wordt het dan 4 X 3 = 12.

Op de tekening zie je nog twee keer tandwielen staan, dat is gedaan om de zelfde draairichting van de wijzers te krijgen en om de afstand te overbruggen tussen de tandwielen.

De tandwielen zijn volgens deze tabel geprint. De tandgrootte is module 1.5.

Tandwielen tabelTandwielen tabel

Als we bijvoorbeeld even kijken naar het tandwiel met 60 tanden, dan zien we dat de diameter (A) 93 mm is en de pitch (B) is 90 mm. De maten D, F en G zijn respectievelijk 27, 23 en 12 mm.

Maten van een tandwielMaten van een tandwiel

In de tabel kun je ook de maten van de andere tandwielen vinden. De tandwielen zijn geprint zonder gat, die heb ik op de draaibank erin gemaakt. Het printen van een gat is nooit helemaal precies, dus vandaar. De assen zijn van 4 mm messing, dat is overal te koop, de as voor de uren is van aluminium. Dat is een stukje buis met een buitendiameter van 6 mm en een binnendiameter van 4 mm, dat past dus precies over de minuten as. De lagers zijn gemaakt van kunststof, die zijn ook op de draaibank gemaakt.

De tandwielen zijn in drie lagen opgebouwd in de klok. Op de eerste laag zie je de stappenmotor en het grote tandwiel, 12 en 60 tanden. De pijlen op de tandwielen geven de draairichting aan. Op het tandwiel met 60 tanden is weer een tandwiel met 12 tanden bevestigd.

De eerste laag tandwielenDe eerste laag tandwielen

Op de tweede laag zie je dat het tandwiel met 12 tanden het minuten tandwiel met 36 tanden aandrijft. Het minuten tandwiel drijft via een tandwiel met 12 tanden het tandwiel aan met 48 tanden, op dat tandwiel zit weer een tandwiel met 12 tanden.

De tweede laag tandwielenDe tweede laag tandwielen

Eigenlijk zijn er dus twee tussenassen, de eerste is de tussen as tussen de stappenmotor en het minuten tandwiel. En de tweede tussenas is de as tussen het minuten tandwiel en het uren tandwiel.

Als laatste hebben we de derde laag, daar zitten drie tandwielen op met 12 tanden en het uren tandwiel met 36 tanden.

De derde laag tandwielenDe derde laag tandwielen

De kleine tandwielen zijn er eigenlijk alleen om de juiste draairichting te krijgen en om de afstand te overbruggen naar het uren tandwiel.

Eigenlijk was de draairichting al goed, zoals je kunt zien aan de pijlen. Maar de afstand tussen het kleine en grote tandwiel was te groot. En dat kon niet anders omdat je met de steek van de tandwielen te maken hebt, daar ben je nu eenmaal aan gebonden. Je hebt te maken met een bepaalde tandwielverhouding voor de vertraging en daar horen verschillende diameters bij voor de tandwielen.

De delen waar de tandwielen tussen komen zijn van 12 mm multiplex gemaakt, de diameter van de delen zijn rond 170 mm. Deze delen zijn uit een vierkante plaat gemaakt op de freesbank, daar zijn ook de gaten op geboord voor de assen waar de tandwielen op zitten.

Later zijn er nog stukken uitgefreesd om de tandwielen beter zichtbaar te maken.