Glockenspiel in Zellerfeld September 2022:

Bittere Erfahrung

Im September 2023 ist es ein Jahr her, daß das vom Autor geschriebene neue Programm spielbereit zur Verfügung stand und auch auf normalen PCs getestet hätte werden können.

Auch die für die Ansteuerung der Glocken gebaute Spezialanfertigung war vor einem Jahr nach Zellerfeld geschickt worden.
siehe(Abb. 03-08) Der Erhalt des Gerätes ist sogar auch auf Foto dokumentiert.

Material und Arbeitszeit (einige hundert Euro, über hundert ehrenamtliche Arbeitsstunden) hat der Autor zur Verfügung gestellt.

Stand der Dinge jetzt: die Spezialanfertigung ist nicht mehr auffindbar (geklaut?) - mußte neu gebaut werden.
Eine Aufgabe für die Kriminalpolizei ??? Hat man den Verlust angezeigt?

Damit ergibt sich für den Autor nicht nur ein finanzieller Verlust, sondern auch eine herbe Enttäuschung.
Bisher kam nicht einmal ein Angebot, wenigstens die Materialkosten zu ersetzen.

Offensichtlich hat sich in der Berg- und Universitätsstadt Clausthal-Zellerfeld bis Mitte 2023 niemand gefunden, der dieses Geschenk in seine Obhut und Pflege hätte nehmen können.

Ade Oberharz !

Glück Auf!

Reparatur des Fahrkunstmodells

Neue Hard- und Software für das Glockenspiel

Weitere Informationen zu Maschinen und Anlagen des Oberharzer Bergbaus:

Friedrich BALCK, Wasserkraftmaschinen für den Bergbau im Harz, Frühneuzeitliche Spuren und deren Bedeutung am Beispiel der Grube Thurm Rosenhof und ausgewählter Anlagen, 277 S., 147 Abb., Clausthal-Zellerfeld: Papierflieger, 1999, ISBN 3-89720-341-3 balhabil-lowdens.pdf

Friedrich BALCK, Bilder, Fotos und Modelle, wichtige Schlüssel für die Technikgeschichte im Oberharz, Verlag Fingerhut, Clausthal-Zellerfeld, 2003, ISBN 3-935833-06-7, 348 Seiten, 300 SW-Abbildungen, 500 Farbfotos
2. Auflage Papierflieger Verlag,Clausthal-Zellerfeld 2014, ISBN 978-3-86948-414-3

DOI: 10.21268/20140612-234107 (http://doi.org/10.21268/20140612-234107)

1. Fahrkunst
2. Modell der Fahrkunst
3. Glockenspiel
4. Vorschläge für die neue/alte Mechanik der Fahrkunst

1. Fahrkunst

Abb. 01: Ein Wasserrad treibt über einen Kurbelzapfen an der Welle das Feldgestänge (links) an.
Eine lange Pleuelstange verbindet den Zapfen mit dem Gestänge.
Nachbau im verkleinerten Maßstab, Zellerfeld Carler Teich (FB)

Abb. 01-02: vom Feldgestänge (rechts) wird die Kraft über ein Kunstkreuz auf das Pumpengestänge im Schacht übertragen. An den Stangen hängen die Kolben der Pumpen.
Modell im Oberharzer Bergwerksmuseum (FB)

Abb. 01-02a: Zapfen mit zwei Kurbeln (Doppelkurbelzapfen), Original im Oberharzer Bergwerksmuseum (FB)

Abb. 01-03: Ein Kunstkreuz in abgewandelter Bauweise. Es setzt die Bewegung der horizontalen Stange (angetrieben vom einem Wasserrad) um in die paarweise entgegengesetzte Bewegung der beiden Pumpenstangen, Modell im Oberharzer Bergwerksmuseum (FB).

Abb. 01-04: Bergmeister G.L.W. Dörell (auf dem Alten Friedhof in Clausthal)

Abb. 01-05: GEB.. DEN 17.DECBR. 1795, GEST. Den 30. OCTOBR. 1854

Abb. 01-06: Archiv für Mineralogie, Geognosie, Bergbau und Hüttenkunde,
1837, Band 10, Seite 204/205

Abb. 01-07 einige Seiten aus dem Text von Dörell

Abb. 01-08: Illustration zum Text

Abb. 01-09: Illustration zum Text

Abb. 01-10: Modell im Oberharzer Bergwerksmuseum (FB)

Abb. 01-11: Modell im Oberharzer Bergwerksmuseum (FB)

Abb. 01-12: Originale Teile im Oberharzer Bergwerksmuseum (FB)

Abb. 01-13: Originale Teile im Oberharzer Bergwerksmuseum (FB)

Abb. 01-14: Das Pumpengestänge folgte der Neigung der Erzgänge.
Für die Fahrkunst bedeutete dies, daß die Bergleute auch mal auf der Unterseite des Gestänges gefahren sind.

Abb. 01-15: Original Fundstücke aus der Runden Radstube Grube Thurm Rosenhof (FB)

Abb. 01-16: Modell der Fahrkunst in der Ausstellung am Kaiser-Wilhelm-Schacht in Clausthal (FB)

Abb. 01-17: Modell der Fahrkunst in der Ausstellung am Kaiser-Wilhelm-Schacht in Clausthal (FB)

Abb. 01-18: Trittstufen in der Grube Samson, St. Andreasberg (FB)

2. Modell der Fahrkunst

Abb. 02-01: Fahrkunst und Glockenspiel an der Fassade der Zellerfelder Post (um 1990) (FB)
Das Modell der Fahrkunst stammt von Helmut Riesen, einem technischen Mitarbeiter an der TU Claustahl (FB)

Abb. 02-02: Pumpenstangen aus Aluminium U-Profil, Bergleute aus Eichenholz geschnitzt (FB)

Abb. 02-03: Die Halter mit den Bergleuten gleiten an der Vierkantstange entlang. Dadurch lassen sie sich von einer Pumpenstange zur anderen herüberschwenken. (FB)

Abb. 02-03a: 9.7.2003 (FB)

Abb. 02-03b: Lichtschranke (FB)

Abb. 02-04: Die komplizierte Ablaufsteuerung :
Pumpenstange auf/ab und anschließend Bergleute rechts/links
übernimmt ein einziger Wechselstrommotor, dessen Drehrichtung umgekehrt wird, wenn die Bergleute oben bzw. unten angekommen sind.
Foto: Thomas Müller (langjähriger Betreuer der Mechanik, als Nachfolger von Helmut Riesen)

Abb. 02-05: zwei senkrechte Bewegungen bedienen die Anlage an der Hausfassade über Seile:
links: auf/ab, recht: links/rechts.
Die Kräfte werden über ein Zahnrad, Hebel und Umlenkrollen übertragen.
Foto: Thomas Müller

Abb. 02-06: Beim Original der Fahrkunst bewegen sich die Stangen zeitlich gesehen sinusförmig.
Ein oder zwei Kurbelarme (Pleuel) am Wasserrad treiben die Pumpenstangen an. Die Bewegung der Bergleute muß genau in das Zeitfenster passen, in dem die Pumpenstangen sich nicht oder nur ganz langsam bewegen.
Bei der Konstruktion des Modells wechseln sich zwei Hubbewegungen zeitlich nacheinander ab.
Deren zeitlicher Verlauf ist nahezu rechteckig. Die beiden Kurbeln sind um 90° gegeneinander versetzt. Bei jeder Bewegung ändert sich die Länge der Kurbelarme entsprechend der Winkelstellung.
Vorteil dieser mechanischen Konstruktion: Auf/Ab und rechts/links sind starr miteinander gekoppelt. Ein Übertreten eines Bergmannes zum falschen Zeitpunkt ist ausgeschlossen. (Foto: Thomas Müller)

3. Glockenspiel

siehe auch zwei Glockenspiele in Claustahl-Zellerfeld welcome.htm

Abb. 03-01a: Papierwalze mit Löchern für jeden einzelnen Anschlag,
Abtastung mit elektrischen Kontakten (FB)

Abb. 03-01b: Leitungen zu den 16 Magneten (FB)

Abb. 03-01c: Mit diesem Stelltransformator läßt sich die Höhe der Wechselspannung für die Anschlagmagnete einstellen. 130V (FB)

Abb. 03-01d: Überstromschalter für die Glockenmagnete, falls ein Relais hängt, würde Dauerstrom fließen und die Magnete schädigen. (FB)

Digitale Version seit 1990

!Gl}ck auf ihr Bergleut jung und alt /C/ 37 buerg06 BERG
T110
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F ,F ;12

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B ,d ;2
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E ,G ;4
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E ,G ;4
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F ,A ;2
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B ,f ;2
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C ,F ;4
C ,E ;4
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p ;16

!Es leben die Studenten /A/ 36 BALCK128 STUDENT
t120
f+;2
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g,h;6
e;2
p;2
h;2
!vierte zeile

lied330.mid

Abb. 03-01: Glück auf ihr Bergleut jung und alt
Notenschrift als Textdatei für die Eingabe der Lieder in einen Computer.
(Satz von Robert Bürger, langjähriger Kantor an der Clausthaler Marktkirche.)

und Es leben die Studenten
Notenname, Notenname; Länge der Note.
CDEFGAHcdef Halbtöne mit +    C+ und D+ gibt es nicht als Glocke.
Das ! soll einen Taktstrich andeuten, erleichtert die Fehlerkorrektur.
Die Anweisung /A/ gibt an, aus welcher Tonart das Lied nach C transponiert werden soll.
Die Zahl dahinter die Spielzeit in Sekunden

Die absolute Notenlänge ergibt sich aus der Taktanweisung T110 (Metronomzahl)
Erst viele Jahre später war es dem Autor möglich, die Töne im MIDI-Format einzugeben und sie anschließend auf einem Keyboard probezuhören. Zur Zeit um 1990 geschah das Probehören durch Aufnahme mit einem Kassettenrekorder im Freien und Abhören im Wohnzimmer.   Schreibfehler   wie c statt C   waren an der Tagesordnung.

Heute nutzt man ein Keyboard für die Eingabe, der Computer schreibt beim Spielen mit und erzeugt die MIDI-Datei.
Diese läßt sich bequem mit einem MIDI-Editor bearbeiten.

Seit etwa 30 Jahren stehen über 400 Lieder zur Verfügung. Fast alle wurden mit dieser Notenschrift eingegeben und anschließen per Software in spielfähige Versionen umgewandelt. Zunächst war es ein eigenes Format. Die Konvertierung in das MIDI-Format war ab ungefähr 2000 möglich. (GNMIDI von G. Nagler )
Zum Einsatz kam das MIDI-format im Glockenspiel der TU am Feldgraben. Die entsprechende Soft- und Hardware hat Helmut Nietzel (technischer Mitarbeiter an der TU-Clausthal) geschrieben und erstellt.

Nach der Neuprogrammierung der Software durch den Autor 2022 spielt nun auch das Zellerfelder Glockenspiel nach MIDI-Dateien.

Damit können auch externe Personen Liedwünsche in Form einer ComputerDatei mitbringen und den Betreuern übermitteln.

Abb. 03-02: Blechschrank mit IBM-PC (ähnlich 286) , Bildschirm ( Röhre)
Die roten Batterien unten auf dem Blech über dem Bildschirm haben das Gedächtnis vom BIOS über viele Jahre mit Spannung versorgt. Erst jetzt im Jahr 2022 waren sie so leer, daß der Computer beim Einschalten nicht wußte, welche Eigenschaften seine Festplatte (ein Speicherchip) hatte.
Das war der Anlaß für einen Wechsel der Hardware. Da der Autor schon seit einigen Jahren nicht mehr im Harz wohnt, war auch niemand mehr da, der sich um die alte Technik hätte kümmern können.

Insgesamt hat die Technik über 30 Jahre nahezu störungsfrei gearbeitet! (FB)

Abb. 03-03: Bildschirm vom 21.8.2000 9:14
gespielt wurde Grün, grün, grün sind alle meine Kleider mit Wiederholungen ,
sowie Hab mein Wage voll gelade
Die Übertragung von möglichen Liedwünschen vom Museum aus war aktiviert und bereit.
Um 10:10 hätte man Wünsche spielen lassen können. (FB)

Abb. 03-04: über eine Parallel-Schnittstelle mit 8255 Bausteinen gingen die Anweisungen nach oben zu einem Interface, das die Pegel invertiert hat. https://de.wikipedia.org/wiki/Intel_8255 (FB)

Abb. 03-05: am Interface zeigten Leuchtdioden an, wenn eine Glocke erklingen sollte. (FB)

Abb. 03-06: 16 HalbleiterRelais, die im Nulldurchgang der Wechselspannung schalten, steuern die 16 Magnete für die Hämmer an. Über kleine Glimmlampen läßt sich die Ansteuerung beobachten.
Die Relais arbeiten bei einer Gleichspannung von rund 4 V bis 30 V.
Das Programm steuerte die Ralais per Interrupt an, der aus den Halbwellen der Netzspannung generiert wurde. 100 Hz
Für jede Glocke gab es per Tabelle einstellbare Haltezeiten des Magneten. Damit ließ sich die Härte des Anschlags verändern.
Die Anzahl der Halbwellen gingen von 5 bis 10 entsprechend 0.05 bis 0.1 s
Nummer Anzahl:
1 10; 2 6; 3 5; 4 8; 5 8; 6 7; 7 8; 8 6; 9 5; 10 6; 11 6; 12 6; 13 5; 14 5; 15 5; 16 6
(FB)

Abb- 03-07: Die neue Programmversion ist für WINDOWS geschrieben und erlaubt eine komfortable Bedienung (FB)

Abb. 03-08: Das MIDI to Gate -Interface MTC64 (rechts) gibt die MIDI-Befehle (fünfpoliges Kabel) weiter als digitale Pegel an die Glockenmagnete (25 pol. blaues Kabel).
https://doepfer.de/mtc.htm
Die MIDI-Signale kommen über einen USB-MIDI-Wandler von der USB-Schnittstelle im Computer.
http://logilink.info/showproduct/UA0037.htm (FB)

Abb. 03-09: Die Struktur der Spielpläne ist hierarchisch angeordnet.
Für jeden Wochentag gibt es die gleichen Lieder.
Jeder Wochentag kann mehrere Spielzeiten haben.
Jeder Spieltermin kann mehrere Liedwünsche enthalten.

Es gibt Sondertage, bei denen ein Extra-Ablauf vorgegeben werden kann.
z.B. HeiligAbend oder Festtag

Über einen Briefkasten lassen sich bei laufendem Programm Wünsche einschleusen, die sofort ausgeführt werden.
Dies geschieht über eine Datei mit dem Namen spezial.dat - im gleichen Format wie die anderen Auftragsdateien z.B. AUFTR17.DAT

Abb. 03-11:
Es gibt "Schalttage", an denen hinterlegte Wochenpläne automatisch in das aktuelle Verzeichnis übernommen werden. z.B. 03jun für die Umstellung auf das "Sommerprogramm"
Zur besseren Wartung der Software wird ein Log-Buch geführt.

4. Vorschläge für die neue/alte Mechanik der Fahrkunst.

4.1 Entscheidung: Restaurierung oder Neukonstruktion?

Abb. 04-01: (aus Abb.02-06)

Bisheriger Antrieb:

Die beiden Hubstangen werden von einem einzigen Motor bedient.
Damit gibt es eine starre Kopplung zwischen der Bewegung der Hubstangen (auf/ab) und der der Bergleute (links/rechts).
Die Drehrichtung des (einzigen) Antriebsmotors bestimmt, ob die Bergleute sich nach oben oder unten bewegen.
Der Motor hat eine hohe Drehzahl und braucht mehrere Stufen mit Keilriemen, um die Drehzahl herabzusetzen.
Die abgeplatteten Kurvenscheiben bedeuten einen erheblichen mechanischen Aufwand für die nahezu sinusförmige Bewegungen. Es gibt hohe mechanische Kräfte beim Übergang von der runden zur flachen Seite der Kurvenscheiben.
Über eine Gewindespindel - gekoppelt an die Motorbewegung - wird die Position der Bergleute bestimmt.
Daraus ergeben sich die Umschaltsignale (Lichtschranke) für die Drehrichtung ( Bergleute ganz oben / Bergleute ganz unten)
Bei Ablauf der Fahrzeit dreht sich der Antrieb solange weiter, bis die Bergleute in der Parkstellung ( Lichtschranke) angekommen sind.
Bei Stromausfall bleiben die Bergleute stehen, nach Netzwiederkehr wird deren Bewegung fortgesetzt.

Neuer Antrieb:

Es gibt für jede Bewegung einen eigenen Motor.
Die Drehzahl bzw. das Geschwindigkeitsprofil läßt sich individuell einstellen.
Bei der Hubbewegung (Hub ca. 20 cm) sind jeweils die beiden hölzernen Bergleute zu bewegen (ca. 10 kg), am halben Hebelarm der Zahnstange sind daher ca. 2 x 100 N aufzubringen - plus Reibungskräfte über die Seile und Umlenkungen)
Für die Schwenkbewegung sind die Kräfte sehr viel kleiner.
Beide Bewegungen müssen wie bei einer Ampelsteuerung (Fußgänger und Autos) gegeneinander verriegelt werden.
Man könnte die verschiedenen Wechsel auf/ab und rechts/links über ein Schrittschaltwerk (wie bei einer Waschmaschine) steuern. 3 mal (auf*, links, ab, rechts*) Pause, 3 mal (ab*, links, auf*, rechts) * rechte Stange
Die Grenzpositionen der Bergleute ( ganz oben / ganz unten) muß bei einer Ampelsteuerung z.B. über eine mitlaufende Hilfskonstruktion ermittelt werden. Beim Verwendung eines Schrittschaltwerkes bzw. einer CNC-Steuerung würde dies entfallen.
Für jede Bewegung werden an beiden Enden Endschalter benötigt.
Die Bewegungen sind so zu verriegeln, daß nur dann eine Bewegung erlaubt ist, wenn die andere in der Endstellung ist.
Bei Ablauf der Fahrzeit sollen die Bergleute solange weiterfahren bis sie in Parkstellung sind.
Bei Stromausfall ist nach Netzwiederkehr zu prüfen, welche Weiterfahrt sinnvoll ist.
Beide Antriebe müssen selbsthemmend sein, d.h. ohne Stromversorgung müssen sie in der aktuellen Position halten.
Die beiden Antriebe können direkt als Linearantriebe konzipiert werden und müssen nicht aus einer Kurbelbewegung kommen.
Zum Schutz der Anlage bei Überlast sind Kraftbegrenzer (Rutschkupplung) bei den Hubantrieben vorzusehen.

Der Autor empfiehlt die Neukonstruktion in der Version Schrittmotor mit CNC-Steuerung (4.2.3)

4.2 Neukonstruktion

Abb. 04-02: symbolisch: Zwei Linearantriebe (Gleichstrom 12V) sind mit den Hubstangen verbunden
links: starker Motor für auf/ab, rechts: schwächerer Motor für links/rechts
(FB)

Abb. 04-02a: die blauen Stangen symbolisieren die beiden Hubantriebe.
die grünen Stangen sind "Pleuelstangen", die das Zählwerk (die kleine gelbe Scheibe) antreiben. (FB)

Abb. 04-03: An jeder der drei Drehachsen gibt einen kleinen Kurbelarm,

links unten (auf/ab),
rechts oben (links/rechts)
und rechts unten das mitlaufende Zählwerk mit der Zahnstange und den Endschaltern..

Die Schwenkbereiche (Kreissegmente) sind hellgrün gekennzeichnet.
Bei auf/ab sind es rund 190 °, bei links/rechts etwa 45°. (FB)

Abb. 04-04: Zählwerk mit Zahnstange und zwei Endschaltern.
Ein dritter Schalter in der Mitte könnte den Ort für die Parkposition signalisieren. (FB)

Abb. 04-05: die Endschalter sind verschiebbar montiert. (FB)

Abb. 04-06: Beispiel für die Kurbelstangen.
Damit der Bewegung wegen der "Rechteckbahn" nicht gehindert wird, müssen die Kurbelarme Langlöcher haben:
In der 45 °-Stellung (42,4/2 mm) muß die horizontale Stange stehen bleiben können, während der Kurbelzapfen durch die vertikale Stange noch bis 60 / 2 mm laufen kann. (FB)

4.2.1 Steuerung über ein Schrittschaltwerk

Wie beim Programm z.B. einer Waschmaschine sind alle Einzelschritte vorgegeben (programmiert).
Die Nocken auf der Scheibe geben den Ablauf vor. An den leeren Plätzen sind die Bergleute ganz oben bzw. ganz unten.
Bei Stromausfall und nach Wiederkehr des Netzes ist der vorherige Zustand mechanisch gespeichert. Die Bewegung kann an dieser Stelle fortgesetzt werden.

Abb. 04-07: Schrittschaltwerk, ein kompletter Umlauf Bergleute ganz nach oben, Bergleute ganz nach unten jeweils mit den Fahrbefehlen Auf, links, ab, rechts. (FB)

4.2.2 Steuerung wie bei einer "Ampelschaltung"

4.2.2.1 Steuerung mit einer Hochsprache   ( VisualBasic 6)

' Fahrkunst-Antrieb
' Steuerung einer Bewegung von zwei Motoren --
' Die Bewegung erfolgt wie beim Umlauf um einen Rechteck-Rahmen.

'   Es gibt zwei "Drehrichtungen" mit jeweils vier Schritten.
'   auf - links - ab - rechts    bzw. auf - rechts - ab - links
'
' Beide Motoren sind gegeneinander verriegelt. Es darf immer nur einer laufen.
' Die Bewegungen werden von vier Endschaltern gesteuert (jede Bewegung hat an beiden Enden einen Schalter)
' Nach mehreren Umläufen gibt es einen weiteren Endschalter, der die Drehrichtung umgekehrt.

' Immer dann, wenn zwei Endschalter gleichzeitig aktiv sind (im Eckpunkt des Rechtecks) wird entschieden, welcher Motor als nächstes in welche Richtung fahren soll.

' Beim Aufwachen (Netzwiederkehr) gibt es eine Sonderbehandlung.
' F. Balck    November 2022

Private Sub Timer1_Timer()
Dim geschwindigkeitLiRe As Single
Dim geschwindigkeitObUn As Single

ZeitWert = ZeitWert + Timer1.Interval / 1000

Schritt = Schritt + 1

'********************************************

    geschwindigkeitLiRe = GeschwLiRe
    geschwindigkeitObUn = GeschwObUn

' 1 beide am linken unteren Endanschlag
If xPos <= EndeLinks And yPos <= EndeUnten Then

    If Pause = 2 Then
        If DrehRichtung = 1 Then ' es geht aufwärts an dieser Stange
            MotorLiRe = 0
            MotorObUn = 1
        ElseIf DrehRichtung = -1 Then
            MotorLiRe = 1
            MotorObUn = 0
        End If
        Pause = 0

    ElseIf Pause = 1 Then Pause = 2
    ElseIf Pause = 0 Then
        MotorLiRe = 0
        MotorObUn = 0
        Pause = 1
    End If

End If

'2 beide am linken oberen Endanschlag
If xPos <= EndeLinks And yPos >= EndeOben Then ' es geht nach rechts

    If Pause = 2 Then
        If DrehRichtung = 1 Then
            MotorLiRe = 1
            MotorObUn = 0
        ElseIf DrehRichtung = -1 Then
            MotorLiRe = 0
            MotorObUn = -1
        End If
        Pause = 0

    ElseIf Pause = 1 Then Pause = 2
    ElseIf Pause = 0 Then
        MotorLiRe = 0
        MotorObUn = 0
        Pause = 1
    End If
End If

'3 beide am rechten oberen Endanschlag
If xPos >= EndeRechts And yPos >= EndeOben Then

    If Pause = 2 Then
        If DrehRichtung = 1 Then
            MotorLiRe = 0
            MotorObUn = -1
        ElseIf DrehRichtung = -1 Then
            MotorLiRe = -1
            MotorObUn = 0
        End If
        Pause = 0

    ElseIf Pause = 1 Then Pause = 2
    ElseIf Pause = 0 Then
        MotorLiRe = 0
        MotorObUn = 0
        Pause = 1
    End If


End If

'4   beide am rechten unteren Endanschlag

If xPos >= EndeRechts And yPos <= EndeUnten Then

    If Pause = 2 Then
        If DrehRichtung = 1 Then
            MotorLiRe = -1
            MotorObUn = 0
        ElseIf DrehRichtung = -1 Then
            MotorLiRe = 0
            MotorObUn = 1
        End If
        Pause = 0

    ElseIf Pause = 1 Then Pause = 2
    ElseIf Pause = 0 Then
        MotorLiRe = 0
        MotorObUn = 0
        Pause = 1
    End If



End If

' gegenseitige Verriegelung
'If MotorLiRe <> 0 Then MotorObUn = 0
'If MotorObUn <> 0 Then MotorLiRe = 0

xPos = xPos + geschwindigkeitLiRe * MotorLiRe
yPos = yPos + geschwindigkeitObUn * MotorObUn

Open "D:\visual-basic-test\fahrkunst-antrieb\debug-001.txt" For Append As 20
Print #20, Format(ZeitWert, "000.0"); " X "; xPos; " Y "; yPos; " MLiRe "; MotorLiRe; " MObUn "; _
       MotorObUn; " Drehr "; DrehRichtung; " BX "; BergmXpos; " BY "; BergmYpos
Close 20

BergmXpos = xPos
If DrehRichtung = 1 Then
    If MotorObUn > 0 Then
        BergmYpos = BergmYpos + 1
    End If
Else
    If MotorObUn < 0 Then
        BergmYpos = BergmYpos - 1
    End If
End If

' Bergmann ganz unten angekommen
If BergmYpos <= HoeheMin Then    ' Lichtschranke
    If Pause2 = 0 Then
        MotorLiReAlt = MotorLiRe
        MotorObUnAlt = MotorObUn
        MotorLiRe = 0
        MotorObUn = 0
    End If

    If Pause2 = 2 Then
        MotorLiRe = -MotorLiReAlt    '   PAUSE nötig !!!!!!!!!!!!!!!
        MotorObUn = -MotorObUnAlt
        DrehRichtung = 1
        Pause2 = 0
    ElseIf Pause2 = 1 Then
        Pause2 = 2
    ElseIf Pause2 = 0 Then
        Pause2 = 1
    End If
End If

' Bergmann ganz oben angekommen
If BergmYpos >= HoeheMax Then   ' Lichtschranke

    If Pause2 = 0 Then
        MotorLiReAlt = MotorLiRe
        MotorObUnAlt = MotorObUn
        MotorLiRe = 0
        MotorObUn = 0
    End If

    If Pause2 = 2 Then
        MotorLiRe = -MotorLiReAlt    '   PAUSE nötig !!!!!!!!!!!!!!!
        MotorObUn = -MotorObUnAlt
        DrehRichtung = -1
        Pause2 = 0
    ElseIf Pause2 = 1 Then
        Pause2 = 2
    ElseIf Pause2 = 0 Then
        Pause2 = 1
    End If
End If


End Sub

Abb. 04-08: Ergebnis der Simulation
Position der Bergleute ( x und y) und einer Hubstange ( y)
Die Bergleute ( rote Kurve) steigen bei jedem Hub schrittweise auf und wieder ab.
Nach funf Aufstiegen wechselt die Drehrichtung
In der Realität sind es weniger Schritte bis zum Wechsel. (FB)

Abb. 04-09: Position der Bergleute ( x und y) und einer Hubstange ( y)
Es gibt überlappende Bereiche, wo beide Antriebe stillstehen (z.B. bei den schmalen Rechtecken) (FB)

4.2.2.2 Simulation mit "Holzmodell" und Relais ( alternativ SPS)

Abb. 04-10: Abfolge der Entscheidungen, wenn zwei Endschalter gleichzeitig betätigt sind. (FB)

Abb. 04-10a: mechanisches Modell mit zwei Linearantrieben.
Es werden die beiden Holzklötze verschoben links: auf/ab, rechts: links/rechts.
vier Endschalter begrenzen die Bewegung. (FB)

Abb. 04-11: Klassische Schaltung für den Ablauf mit Relais. (FB)

Abb. 04-11a: Klassische Schaltung für den Ablauf mit Relais. (FB)

Abb. 04-12: Schaltplan
es fehlt noch das "Aufwachen nach Netzausfall" / Neustart ( rote Objekte) (FB)

4.2.3 Antrieb mit Schrittmotoren und CNC-Steuerung

Für die beiden Antriebe bietet sich eine zweiachsige CNC-Steuerung an.
Damit lassen sich Position, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen auf einfachste Weise am Rechner vorgeben.
Dies erspart in der Testphase enorm viel Zeit.
Da für das Glockenspiel ohnehin ein Rechner zur Verfügung steht, wäre diese Art der Steuerung somit ohne größeren Aufwand möglich.

Abb. 04-13: einfacher Aufbau für die Hub-Bewegung mit Spindelantrieb (Wagenheber ca. 20 Euro ) und Schrittmotor (50 Euro). Es fehlt noch nach das zweite Axial-Lager, das die Verschiebung der Spindel nach rechts in Richtung Motor auffängt. Das andere Axial-Lager ist bei "Zollstock 28 cm"
Der Antrieb ist selbsthemmend.

Deutlich sichtbar: Brems- und Anfahrvorgang

Video https://www.biosensor-physik.de/fahrkunst/20221105_111607.mp4

(FB)

Abb. 04-14: Steuerung mit CNC-Befehlen, ein Motor (X-Achse), mehrmals auf und ab.
Der andere Motor ( Y-Achse) steht bei 0. (FB)

Abb. 04-15: Arduino nano Prozessor. (25 Euro)
https://www.conucon.de/3d-usb-cnc-schrittmotor-steuerung-vanilla-mit-software_2000008_1100

Abb. 04-16: Arduino mit zwei Motortreibern, ein Spindelantrieb mit Schrittmotor (FB)

Es gibt Schrittmotore mit Encoder und Steuerung, die Schrittfehler verhindern und die Motoren immer an die richtigen Positionen fahren lassen.
Somit wäre die Anlage sicherer zu betreiben.
Allerdings wäre noch eine Lösung für das Verfahren nach Stromausfall und Netzwiederkehr abzuklären.

Möglich wäre hierfür der Einsatz von absoluten Encodern für die Stellung der beiden Hubstangen.
Auch zwei absolute Neigungssensoren an den Hebelarmen könnten diese Aufgabe erledigen.

Damit wäre das Steuerprogramm in der Lage, aus jeder Position heraus in der richtigen Reihenfolge die Fahrt wieder aufzunehmen.

Die Lösung:

Abb. 04-17: Schrittmotore für den Schwenk und für den Hub
links: Kleiner Motor mit integrierter Spindel Gehäuse NEMA17
rechts: starker Motor mit closed-loop Steuerung Gehäuse NEMA23
diese Steuerung soll verhindern, daß Schrittfehler auftreten.

“National Electrical Manufacturers Association” , Größe (Angabe in 1/10 Zoll)
(FB)

Baugröße	Flanschmaß	Lochabstand u. Bohrungen	typische Baulänge	Wellen-durch-messer	Drehmoment-Bereich	typischer Phasenstrom	Bemerkungen
Nema17	42mm	31,0mm 4*M3	33-59mm	5,0mm (0,1969″)	0,15-1,0Nm	0,25-2,0A
Nema23	56,4mm	47,14mm 4*4,5mm	41-112mm	6,35mm (1/4″)	0,4-3,4Nm	0,7-4,0A	Wellendurchmesser z.T. auch 8,0mm Befestigungslöcher teilw. auch 5,0mm

http://www.schrittmotor-blog.de/nema-schrittmotor-was-ist-das-eigentlich/

Glockenspiel in Zellerfeld September 2022:

Bittere Erfahrung

Reparatur des Fahrkunstmodells Neue Hard- und Software für das Glockenspiel

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