3D printen: uurwerk

[f.heinen]

De initiële vraag
Mijn vraag klonk eenvoudig voor mijzelf: ik wil een metrische tijd klok hebben. Een klok met 10 uur per dag, 100 minuten per uur en 100 seconden per minuut.
Vroeger in de 18e eeuw heeft Frankrijk ook de klok gepoogd om metrisch te maken. Zoals we weten, is dit niet onze standaard geworden en zijn we bij het 24x60x60 systeem gebleven.

Wat heb ik reeds gedaan
Met dit idee ben ik al een jaartje bezig om te zien of ik zo'n klok kan kopen of maken. Natuurlijk niet een antieke maar een moderne variant.

Waarom? Gewoon omdat dit interessant is om met een ander perspectief naar tijd te kijken.

Resultaat van het afgelopen jaar: deze klokken worden niet gemaakt en niet verkocht in welke vorm of maat dan ook. Online de wereld afgezocht en gevraagd. Offline bij klokkenmakers geweest en gevraagd. Helaas.

Dus zit er maar één ding op: zelf maken.

Wat zoek ik
Een gewone wandklok. Qua looks super eenvoudig.
Maar met aangepaste wijzerplaat, uur, minuut en secondewijzer.
Een tikkende seconde wijzer (dus niet doorlopend) is zeer wenselijk.
Het liefst op batterijen maar dat is nice to have.
Ik dacht: koekje, paar tandwielen en klaar. Ook dat is niet zo eenvoudig.


Het probleem/De problemen
De problemen zijn de volgende:
1 - Het uurwerk
In een cheap uurwerk zelf, daar zitten een stuk of 7 tandwieltjes in. Het enige wat hier moet gebeuren is dat ze allemaal een andere hoeveelheid tanden krijgen. Maar zo'n klein uurwerk in een quartz klok heeft tandwieltjes van 3mm groot tot 20mm. Super klein dus.

2 - Quartz oscillator
Normaal is deze 32768Hz en dan een 2^15 flip/flop er op om tot 1 seconde te komen. Maar gezien je nu van 86.400 sec/dag naar 100.000 sec/dag gaat, gaat die quartz oscillator nooit werken. Dit zou omgerekend een 37.925,9259Hz moeten zijn.

De vraag
1 - Zijn er oplossingen om kleine tandwieltjes te 3d printen? Het kan natuurlijk wel een factor 10 groter, dat raak je wel kwijt achter een wandklok van 30cm. Iemand advies? Tips?

2 - Quartz oscillator, wat voor alternatieven zijn hier voor?
Je zou natuurlijk een stappenmotor oid kunnen gebruiken en dan een Raspberry Pi of Arduino, maar dat wordt denk ik lastig achter een klok te plakken en met batterijen te voeden. En het is ook niet heel stil.
Dus wie heeft hier tips of ideeën?

[Voor 1% gewijzigd door f.heinen op 05-02-2023 16:44. Reden: Tikkende secondewijzer toegevoegd]

[WEBGAMING]

Foutje

[Voor 98% gewijzigd door WEBGAMING op 05-02-2023 16:04]

[f.heinen]

Correct. Helaas zit hier een normaal uurwerk in. Dit is een normale klok met een aangepaste wijzerplaat.

[WEBGAMING]

Ja, dat zag ik inderdaad ook toen ik verder aan het lezen was... Lekker nutteloos zo.

Lastige. Maar ik kan me eigenlijk moeilijk voorstellen dat er niet een klok of uurwerk bestaat wat op die manier werkt.

[Tom-Z]

Waarom moet per se de oscillator vervangen worden? Je zou het toch allemaal met tandwielen kunnen doen?

In principe zou je een bestaand klokmechanisme kunnen pakken, en met een tandwieloverbrenging iedere wijzer op de juiste snelheid laten draaien. Secondewijzer 108 op 125, minutenwijzer 36 op 25, urenwijzer 61 op 25.

[f.heinen]

Tom-Z schreef op zondag 5 februari 2023 @ 16:15:
Waarom moet per se de oscillator vervangen worden? Je zou het toch allemaal met tandwielen kunnen doen?

In principe zou je een bestaand klokmechanisme kunnen pakken, en met een tandwieloverbrenging iedere wijzer op de juiste snelheid laten draaien. Secondewijzer 108 op 125, minutenwijzer 36 op 25, urenwijzer 61 op 25.

1 seconde is langer dan een metrische seconde. Dus nee, helaas.

[Onbekend]

De motor in een klok is bijna altijd een stappenmotor. Op netstroom is het eenvoudig, want je ontvangt 50 (of 100) pulsen per seconde. Met een frequentie-deler ertussen kan je deze exact gelijk laten lopen. (Een frequentie-deler hoeft niet altijd een veelvoud van 2 te zijn.)
In een bestaande klok wordt de 32768Hz oscillator gebruikt met een frequentie-deler, omdat delen door 2 het meest eenvoudig is. Dat "tikken" wat je hoort is dat de stappenmotor een stap beweegt. Misschien dat je een andere deler in kunt zetten om de frequentie te verhogen. Een andere oscillatorfrequentie gebruiken kan ook, en dan je een 1 of 4 MHz oscillator gebruiken, met een grotere frequentie-deler.

Je moet wel opletten dat met zelfbouw (en 3D-printen) het mechanisch wel wat extra weerstand heeft. Mogelijk heb je een veel krachtigere motor nodig om het uurwerk in beweging te houden (met extra stroomverbruik uit de batterijen tot gevolg).


In het uiterste geval, kan je ook het geheel helemaal zelf maken. Ik zou dan eerst beginnen met een stappenmotor uit te kiezen en de elektronische aansturing daarvan (gewoon een goedkope stappenmotor sturen van een paar euro). Daarachter hang je een schuifregister die de juiste pulsen doorgeeft. En deze laat je op de gewenste frequentie lopen.

[Tom-Z]

f.heinen schreef op zondag 5 februari 2023 @ 16:20:
[...]


1 seconde is langer dan een metrische seconde. Dus nee, helaas.

Hoezo kan het dan niet met tandwielen? Je kan toch nog steeds een overbrenging doen die versnelt/vertraagt?
(Ik zie nu wel in dat de verhoudingen die ik hierboven heb gegeven misschien niet kloppen maar er moet een verhouding zijn die het doet. 434 op 625 voor de secondewijzer?)

[Voor 24% gewijzigd door Tom-Z op 05-02-2023 16:27]

[sjirafje]

Als je een uurwerkje neemt met een sweeping seconde wijzer kun je in principe de tandwielen aanpassen. Op die manier hoef je niets aan de electronica te veranderen. Ze zult dan wel zelf een wijzerplaat moeten maken die tot 100 loopt, en het meest lastige is de tandwieltjes maken. Die zijn zo klein dat ik niet denk dat je die (stevig genoeg) met een fdm printer kunt maken.

[f.heinen]

Tom-Z schreef op zondag 5 februari 2023 @ 16:21:
[...]

Hoezo kan het dan niet met tandwielen? Je kan toch nog steeds een overbrenging doen die versnelt/vertraagt?
(Ik zie nu wel in dat de verhoudingen die ik hierboven heb gegeven misschien niet kloppen maar er moet een verhouding zijn die het doet.)

Ahh, nu begrijp ik je. Je bedoeld een doorlopende secondewijzer. Ik bedoel een tikkende/stappende seconde wijzer. Dat had ik niet netjes in mijn topic vermeld maar dit is wel een eis voor mij. Dus daarmee kan dat niet.

[f.heinen]

sjirafje schreef op zondag 5 februari 2023 @ 16:28:
Als je een uurwerkje neemt met een sweeping seconde wijzer kun je in principe de tandwielen aanpassen. Op die manier hoef je niets aan de electronica te veranderen. Ze zult dan wel zelf een wijzerplaat moeten maken die tot 100 loopt, en het meest lastige is de tandwieltjes maken. Die zijn zo klein dat ik niet denk dat je die (stevig genoeg) met een fdm printer kunt maken.

Klopt, dat zou kunnen. Ik vind een tikkende wijzer veel mooier gezien je dan ook echt het gevoel hebt dat je een andere (snellere) seconde hebt. Maar dat eigenlijk grotendeels los van het tandwielen verhaal.

En de vraag is dus voor de tandwielen, hoe klein je wel kunt gaan?

[sjirafje]

Ik denk dat je met SLA printen behoorlijk stevige kleine tandwieltjes kunt maken. Zelf heb ik alleen geen ervaring met SLA.

Je kunt het eventueel ook over een heel andere boeg gooien door gebruik te maken van een microcontroller (arduino?) en een steppermotor. Dan is een 100x tikkende wijzer per "uur" zonder meer mogelijk. Dit vreet alleen wel batterijen.

Als draadloos niet perse een eis is dan zou je kunnen overwegen om gebruik te maken van ons stroomnet, dat "tikt" 50x per seconde (3000x per minuut, 180.000x per uur, 4.320.000x per dag)

[xah5kiDe]

Leuk project. Maar wel verwarrend als je metrische en normale seconden door elkaar gebruikt. 1 msec= 0.864 sec.
Dit kun je met een 32kHz oscillator maken door een counter af te laten tellen vanaf 28 312 naar nul. Dan weer laden met deze waarde en weer aftellen. Dat kan draaien vanaf een knoopcel. Frequentie is niet precies want eigenlijk moet je 28311.552 tellen. Je zit er dan 16ppm naast of 1 metrische minuut per 60 dagen. Vaak kun je het crystal wel 16ppm verstemmen.
Als het wat minder zuinig mag kun je 0.864Hz ook prima maken met een PIC of Arduino.

[Voor 13% gewijzigd door xah5kiDe op 05-02-2023 20:00. Reden: uC optie toegevoegd]

[Damic]

Je kan tandwielen in brons/rvs/staal/titanium laten printen, dat is geen probleem. het probleem gaat de resolutie/afwerking zijn, het blijven kleine tandwielen.

Je kan ze ook laten frezen uit een kleine blok metaal dat is al veel beter te doen.


Maar de huidige seconden is toch 1000ms, dan moet je toch gewoon een andere teller hebben (1min = 100s,1h=100min)? OF heb ik het zo mis? edit ooow het moet nog wel overeenkomen met de huidige dag

60*60*24 = 86400 / 10/100/100=0.864s

[Voor 12% gewijzigd door Damic op 05-02-2023 19:49]

[WEBGAMING]

Je kan tandwielen gewoon kopen in een miljoen maten. Daar zou ik me niet zo'n zorgen om maken.
Ik zou me meer zorgen maken over de complexiteit van het hele project. Ik denk dat dit al heel snel behoorlijk ingewikkeld gaat worden.

Ik denk dat de makkelijkste oplossing is, zoals iemand anders al zei, arduino oid, Gewoon een digitale klok, die door de arduino omgezet word in het bewegen van een fysieke klok.

@f.heinen Je zegt dat je een tikkende klok wilt, hoe erg zit je daar aan vast? Want dat lijkt me ook wel iets wat het nog veel complexer kan maken.

[Voor 24% gewijzigd door WEBGAMING op 05-02-2023 20:24]

[f.heinen]

@WEBGAMING die tandwielen worden wel het probleem. Je hebt natuurlijk de seconde as naar de wijzer. Die is simpel. De minuten tandwiel met "as" daar is het een buis, want daar zit de seconde as in. Idem voor het urentandwiel.

En gezien het zo klein is, kun je ook niet standaard tandwielen weer asjes in maken.

En dan nog niet te vergeten: het op tijd instellen van de klok.

Dus het verhaal wordt al snel heel complex zo.

En daarmee dacht ik een bestaand uurwerk exact ombouwen. Maar dat heeft weer het probleem dat het super klein is. Dat kan ik niet zo even vergroten. Of ik moet het hele uurwerk een factor 5x vergroten.

De seconde tikken is niet een harde eis.

Ik denk dat van de week maar eens een stappenmotor en een Arduino aanschaf. En eens wat ga spelen.

[M2M]

Met een arduino en wat stappen motoren kun je gelukkig wel 3 eenvoudige klokken maken. 1 voor minuut, 1 voor uur en 1 voor secondes. Dan heb je in ieder geval al een idee hoe het er uit gaat zien

[Wilke]

Leuk, in de jaren '90 had Swatch een marketing campagne met "internet time", kijk eens op http://www.swatchclock.com/ - 1000 eenheden van elk 100 "seconden" in een dag, welke ook wereldwijd hetzelfde is (dus, voor lokale tijd is het dan even wennen welk tijdstip waar zit).

Interessant, maar ik kan logischerwijs zo geen klokjes meer vinden waar dat in zit, maar die moeten dus wel (hebben) bestaan. Digitaal horloge in elk geval (Swatch beat). Er zijn vast al wel prettig gestoorde personen geweest die dat in moderne smart watches hebben geklust?

Niet dat dit je vraag beantwoord verder, althans: als je toch buiten de platgetr den paden aan het denken bent, je opdracht wordt wellicht een stuk eenvoudiger als je het acceptabel vind om een wandklok te faken met bv. een rond LCD-display, of een projectie-klok.

Nee, da's niet hetzelfde natuurlijk, maar maakt het wel makkelijker te knutselen met verschillende concepten van tijd.

[Fiber]

Zelf maken is cool natuurlijk, maar kopen is een stuk eenvoudiger...

https://www.redbubble.com/shop/metric+clocks

Bijvoorbeeld:

[WEBGAMING]

Fiber schreef op zondag 5 februari 2023 @ 22:12:
Zelf maken is cool natuurlijk, maar kopen is een stuk eenvoudiger...

https://www.redbubble.com/shop/metric+clocks

Bijvoorbeeld:

[Afbeelding]

Dat was dus ook mijn eerste (verwijderde) reactie, bij de eerste staat al:
[[PLEASE NOTE: CLOCK DOES NOT ACTUALLY RUN IN METRIC TIME! THIS CLOCK RUNS ON STANDARD 12HOUR TIME. THE FACE IS ONLY A DESIGN!]]

Dat zal met al die klokken wel zo zijn.

@f.heinen Ik kwam dit nog tegen bijvoorbeeld:
https://www.hobbyklok.nl/en/all-categories/clock-movements
Hebben zo te zien ook veel onderdelen. In de modelbouw is ook erg veel te koop.

[Voor 33% gewijzigd door WEBGAMING op 05-02-2023 22:55]

[Thijsmans]

Hmm, je kunt wel een double coaxial stepper motor kopen, maar een triple is zo te zien alleen gemaakt door een universiteit... Jammer, want dat zou wel erg makkelijk zijn geweest. Mocht je geen secondewijzer nodig hebben, dan zou je kunnen kijken naar de X40.

[f.heinen]

WEBGAMING schreef op zondag 5 februari 2023 @ 22:47:
@f.heinen Ik kwam dit nog tegen bijvoorbeeld:
https://www.hobbyklok.nl/en/all-categories/clock-movements
Hebben zo te zien ook veel onderdelen. In de modelbouw is ook erg veel te koop.

M2M schreef op zondag 5 februari 2023 @ 21:48:
Met een arduino en wat stappen motoren kun je gelukkig wel 3 eenvoudige klokken maken. 1 voor minuut, 1 voor uur en 1 voor secondes. Dan heb je in ieder geval al een idee hoe het er uit gaat zien

Deze ideeën gecombineerd kan wel een mogelijke oplossing zijn. De 3 losse motoren is wel een slim idee, daarmee is de overbrenging niet relevant meer. Die kan ik in de software regelen. Daarmee heb ik alleen nog passende tandwielen nodig bij een uurwerk. Dat moet met het Hobbyklok.nl idee wel lukken schat ik zo.

Echter daarmee krijg je wel een nieuw probleem. Omdat je geen relatie meer hebt tussen met name de minuten en uren wijzer en stappen motoren geen 0 punt hebben, dan is er geen reset/verstel mogelijkheid meer.
Ik zou dit kunnen omzeilen door de tijd die de klok weergeeft na een powerup in te geven en dat deze daarmee op de actuele tijd gaat staan. Ik kan de stappen voor de minuten wijzer en de urenwijzer daarmee berekenen dus deze op tijd stellen. Echter daar heb ik weer een (web-)interface voor nodig. Dit is natuurlijk te doen, maar loopt wel een beetje weg van het idee van een standaard klok.

Een tweede probleem is dat er geen kennis is van de klok van zijn actuele positie. Dus verschuiven of verlopen van de tijd of wijzer posities kan niet gecorrigeerd worden zonder een correctie zoals ik die net beschreven heb. Ik heb geen idee hoe nauwkeurig een stappen motor is na 1.000 omwentelingen, maar een afwijking van 0,25% is natuurlijk al heel veel. Want dan is de minuten wijzer bovenaan terwijl de urenwijzer op kwartvoor of kwartover staat.
Om dit te voorkomen zou je een 2 tal 0-punt sensoren moeten plaatsen. Maar om dit nu weer te doen is ook weer een beetje idioot...

Ik ga nu eerst deze week eens een Arduino aanschaffen met een 3 stuks stappenmotoren en drivers. Dan eens lekker gaan testen.

Het is nog niet helemaal het idee wat ik origineel voor ogen had: een bestaand uurwerk aanpassen met tandwielen en een andere quartz oscillator. Daarmee kan de klok gewoon de klok blijven. Maar dit idee klinkt een stuk eenvoudiger dan het is.

Super dan allemaal voor de input! Mocht je ideeën hebben dan hoor ik dit graag.

I'll keep you posted! Al kan dit wel even duren want ik heb diverse projecten lopen naast een druk leven.

[Voor 0% gewijzigd door f.heinen op 06-02-2023 19:48. Reden: Typo]

[Tom-Z]

f.heinen schreef op maandag 6 februari 2023 @ 19:47:
[...]

Ik heb geen idee hoe nauwkeurig een stappen motor is na 1.000 omwentelingen, maar een afwijking van 0,25% is natuurlijk al heel veel. Want dan is de minuten wijzer bovenaan terwijl de urenwijzer op kwartvoor of kwartover staat.

Een stappenmotor is 100% "nauwkeurig", tenzij er echt fysiek iets misgaat (dat je met geweld de wijzer verdraait bijvoorbeeld). Hij werkt namelijk met discrete stappen en verdeelt een volledige rotatie bijvoorbeeld onder in 180 stappen. Iedere stap is dan 2 graden, en op zich kan daar iets van afwijking in zitten (dat het net 1.9 graden is ofzo), maar het totaal van die 180 stappen zal altijd een volledige rotatie zijn omdat het iets discreets is.

Je zou het zo kunnen bouwen dat je gewoon handmatig de wijzers kan verdraaien. Klok uitzetten, wijzers op de juiste positie draaien, klok weer aan.

[WEBGAMING]

f.heinen schreef op maandag 6 februari 2023 @ 19:47:
maar een afwijking van 0,25% is natuurlijk al heel veel. Want dan is de minuten wijzer bovenaan terwijl de urenwijzer op kwartvoor of kwartover staat.

25% vs 0.25%. Je scenario klopt bij 25%, bij 0.25% is dat bijna niets. Ik denk dat een goedkope quartz klok ook al snel een afwijking heeft van 0.25%.

[KabouterSuper]

Wil je dat je seconde wijzer ook geluid maakt? Gevoelsmatig zou ik gek worden van een te snel tikkende wijzer.

[f.heinen]

KabouterSuper schreef op maandag 6 februari 2023 @ 20:25:
Wil je dat je seconde wijzer ook geluid maakt? Gevoelsmatig zou ik gek worden van een te snel tikkende wijzer.

Nee zeker niet. Die hebben mijn ouders en die wil ik elke keer van de muur slaan!
Het zou wel mooi zijn dat die beweegt per seconde. Dus exact zo als een cheap-ass keukenklok. Het moet een onderwerp van gesprek worden. Iets waar je naar kijkt en denkt: dit klopt niet... of wel?
De klok wil ik echt in een cheap-ass behuizing hebben. Een Ikea klok of een Action klok o.i.d.

[f.heinen]

WEBGAMING schreef op maandag 6 februari 2023 @ 20:04:
[...]

25% vs 0.25%. Je scenario klopt bij 25%, bij 0.25% is dat bijna niets. Ik denk dat een goedkope quartz klok ook al snel een afwijking heeft van 0.25%.

Gezien de relatie tussen uren en minuten weg is omdat je 3 motoren hebt, heb ik het echt over 0,25%. Bij een quartz klok heb je absolute tandwiel verhouding. Dus die afwijking tussen de urenwijzer en minuten wijzer is 0. Hij kan dan wel een kwartier achterlopen of voorlopen. Dat klopt.

[xah5kiDe]

Een quartz klok heeft een afwijking van minder dan 30ppm. Dat is 0.003%

[KabouterSuper]

Deze gezien? https://www.instructables.com/Tempus-a-Metric-Clock/

[WeeDzi]

DLP Printen voor je tandwielen zou wel een oplossing kunnen zijn. Daar is prima resin voor te krijgen en de resolutie van die printers is perfect voor tandwielen, je moet alleen je eigen ontwerp maken. Ook met 3 asjes die aandrijving maken is niet zon heel ingewikkeld iets lijkt me. Een standaard quartz klok heeft geloof ik 1 metalen pin met daaromheen 2 plastic spindels die elkaar lageren. Desnoods kun je 3 plastic maken ook dat is wel te maken met 3D printen. het heeft niet zoveel te houden behalve de plastic wijzers.

mocht je hulp nodig hebben met het ontwerp, zou ik je wel kunnen helpen.

[Voor 6% gewijzigd door WeeDzi op 07-02-2023 16:33]

[RAdri]

Voor 2 wijzers kan je met zo een setje aan de slag, ik weet niet of die met 3 wijzers bestaan.
Hierbij kan je de 2 wijzers apart aansturen met een arduino of andere microprocessor kit.

360 Graden Rotatie Stappenmotor voor Auto



Met voorbeeld code

[Voor 4% gewijzigd door RAdri op 07-02-2023 21:26]

[indigo79]

KabouterSuper schreef op dinsdag 7 februari 2023 @ 07:26:
Deze gezien? https://www.instructables.com/Tempus-a-Metric-Clock/

Lijkt mij inderdaad een mooi begin. De auteur daar vermeldt ook dat hij de stappenmotoren niet continu activeert (in veel toepassingen wordt dat gedaan omdat de motor dan weerstand biedt tegen externe krachten). Combineer dat met de mogelijkheden die Arduino's (en andere vergelijkbare microcontrollers) hebben om een op voorhand gedefinieerde tijd in diepe slaap te gaan (je metrische seconde min de verwerkingstijd bijvoorbeeld) en dan denk ik dat je met een batterij wel al ver komt.

En inventariseer wat je allemaal wil hebben op je microcontroller en kijk verder dan Arduino. Je hebt uiteraard een aantal I/O lijnen nodig, maar ook wifi is al lang niet exotisch meer op dat soort bordjes (dan kan je de tijd automatisch opvissen) en er zijn er een heleboel die Li-ion battery management (undervoltage protection en charging) verzorgen ook. En met Visual Studio Code + PlatformIO heb je voor (bijna) al die bordjes een perfecte ontwikkelomgeving.

En voor wat betreft de nulpuntafstelling van de wijzers: mijn Garmin Vivomove hrologe geraakt ook af en toe van slag (bij mountainbiken of zo) en dan heb ik gewoon een mode om de wijzers weer even alletwee op 12u te zetten, waarna hij zelf weer kan berekenen wat nodig is om ze juist te zetten. Mogelijk kan je dat met bijvoorbeeld een lichtgevoelige cel ook automatiseren.