blog 't zelf: nauwkeurige slingerklok

Hoe vaak zie je ze nog, van die grote slingerklokken? Je vindt ze vooral nog in antiekwinkels waar ze verkocht worden voor veel geld. Je kan ze ook zelf maken, dan heb je gelijk een interessant ‘conversation piece’ in je woonkamer staan. Henk deed dit ook, portemonnee- en milieuvriendelijk!

“In sterrenwachten stonden vroeger altijd nauwkeurige klokken met een secondeslinger. Deze slingers hebben een lengte van een meter en een slingertijd van 2 seconden. Hij geeft elke seconde een tik zodat de astronoom, kijkend naar de sterren, de seconden kon aftellen. In het Museum Boerhave in Leiden staan er een paar. Je kunt ze nog steeds kopen, maar ze kosten al gauw duizenden euro’s. Dus heb ik er zelf maar één gemaakt.

Informatie vooraf

Als je een nauwkeurige slingerklok wilt maken heb je een compensatieslinger nodig, omdat de slingertijd wordt bepaald door de lengte van de slinger. En de lengte varieert met de temperatuur door de uitzettingscoëfficiënt van het materiaal. Je kunt een constructie maken van ijzer en messing, of een gewicht met kwik erin of zoiets. Tegenwoordig echter bestaat er een materiaal met een uitzettingscoëfficiënt van bijna nul: Invar. Helaas is het moeilijk verkrijgbaar voor particulieren en bovendien zeer duur. Een staafje van een meter kost ongeveer 250 euro.

Als elektronica-hobbyist weet ik dat ouderwetse beeldbuis-kleurentelevisies een schaduwmasker hebben van Invar. De elektronenstraal kon niet nauwkeurig genoeg gericht worden op de beeldpunten. Daarom werd er voorin de beeldbuis een schaduwmasker gemonteerd met voor elke beeldpunt een gaatje; een soort zeef dus. Omdat het gaatje precies voor het bijbehorende puntje moest blijven zitten, mocht het materiaal niet uitzetten. Daarom werd er Invar voor gebruikt. Ga dus even bij je oma op visite en vraag of je even de TV mag lenen. Die laat je per ongeluk vallen, en voilà: je hebt een stuk Invar. Een Sony Trinitron mag je overigens laten staan, die hebben namelijk een schaduwmasker van draad. Zelf vond ik een Grundig maar ook de meeste Phillips-modellen zijn geschikt. Kijk voor de zekerheid even op internet of je een goede tv hebt voordat je gaat slopen.

Het begin van je slingerklok?!
Het begin van je slingerklok?!

Slopen

Als je een goede televisie hebt gevonden is het tijd om de invar eruit te slopen. Als eerste schroef je de plaat aan de achterkant eraf. Als de TV kortgeleden nog is gebruikt, moet je oppassen voor hoge spanningen die nog op de condensatoren kunnen staan. Deze kun je eventueel ontladen met een stuk goed geïsoleerd draad naar het chassis.

Daarna haal je de diverse printen eruit. Achterop de hals van de beeldbuis zit een klein printje; deze trek je eraf. Als het goed is, zie je een stuk of tien pennen in een cirkel met daartussen een dotje glas. Daar zat het gaatje waardoor de buis vacuüm is gezogen. Leg de TV met de beeldbuis naar beneden op de grond en gooi er een oude deken met een gat in het midden over de TV. Daarna knip je het glasdruppeltje tussen de pennen kapot. Het is wel verstandig om een veiligheidsbril op te doen. De kans is aanwezig dat de hals breekt. Als dat gebeurt dan implodeert de beeldbuis en vliegen de glasscherven in het rond. Vandaar dus de deken en de bril.

Na het knippen hoor je een fluittoon, dat betekent dat het vacuüm is opgeheven. Nu kun je vanaf de achterkant de beeldbuis met een hamer kapot slaan tot het schaduwmasker helemaal vrij is. Als het goed is kun je het schaduwmasker nu makkelijk uit de beeldbuis trekken. Je kunt ook nog wat water in de buis gooien tegen ronddwarrelend stof.

Het masker zit op de vier hoeken vast geklikt. Het is gemaakt van 0,3 mm dik invarplaat. Op mijn exemplaar stonden de letters INV met wat cijfers. De randen van het masker heb ik eraf geknipt en zo had ik vier hoekijzers van 25 x 30 x 500 millimeter.

invar

De slinger

Nu heb je eindelijk de invar en kun je verder met de slingerklok. Om de slinger te maken heb ik de invar om een platgeslagen buisje gevouwen en dicht gehamerd. De drie stukken zijn aan elkaar geschroefd met een stukje aluminium ertussen. Je kunt denk ik ook gewoon stroken van 2cm breed knippen en die aan elkaar maken. Onderaan bevestig je een doormidden gezaagd messing gewicht van een oude klok. Dit gewicht moet zo min mogelijk luchtweerstand hebben, plat en glad dus. Onderaan het gewicht komt een klein maar sterk magneetje. Zelf heb ik een Geomag-speelgoedmagneetje gebruikt.

De slinger is 107 cm. De effectieve lengte van de slinger is 1 meter volgens de formule van Huygens: Tijd=2 x pi x wortel uit Lengte/zwaartekracht. De uitslag van de slinger heb ik op 8 cm ingesteld.

De ophanging van de slinger moet met een slingerveerje, een stukje verenstaal van ongeveer 0,1 mm dik. Dit kun je nieuw kopen of uit een oude klok slaan. Een derde mogelijkheid is het gebruik van een scheermesje.

ophanging-2

De kast

Ook de kast heb ik zelf gemaakt. Hier kun je in principe mee doen wat je wilt. Ik heb 18 mm meubelplaat gebruikt. De afmetingen van de kast zijn als volgt: HxBxD= 130 X 25 X 12 centimeter.

Elektronica

Onderin de kast monteren we een spoeltje, die van mij komt uit een solar zonnebloem. Elk spoeltje is goed, als het maar hoogohmig is en geen kern heeft. Een luchtspoeltje dus. Het is niet verstandig om in de onderkant van de kast magnetische of ijzeren materialen te gebruiken.

Als de magneet over het spoeltje gaat, ontstaat er een sinusvormige spanning van ongeveer 200mV. Met een paar transistortjes of opampjes kun je de spanning versterken zodat de slinger een zetje krijgt. In principe kan het met 1 transistor, maar de quartzklok moet ook nog aangestuurd worden.

De elektronica van de quartzklok wordt niet gebruikt. Het stappenmotortje heeft een spanning van 1,5 volt nodig die telkens wordt omgepoold. Ook moet de uitslag van de slinger instelbaar zijn. Een klok loopt het nauwkeurigst als de impuls op het laagste punt van de slingering plaatsvindt. Daarom heb ik nog een tweedeler gebruikt zodat de slinger alleen een zetje krijgt als hij naar rechts gaat boven het rechtse gedeelte van de spoel. Het verbruik van de schakeling is 1,5mA bij 3 volt. Als je alleen transistors gebruikt, kan het verbruik nog veel minder zijn.

spoel-gewicht

Het schema

Linksonder zie je het spoeltje onderin de klok. Met de instelpot van 1K kun je de sterkte van de stroom en dus de uitslag van de slinger regelen. Als de slingermagneet over het spoeltje gaat, komt er een sinusvormige spanning van ongeveer 200mV uit. De LM393 opamp versterkt het. Met de instel pot op 3 kun je de breedte van de uitgaande puls instellen. De 7474 Flip-Flop deelt het signaal door tweeën en op de uitgang staat dan een nette blokgolf van een halve hertz. De quartzklok gaat 1 tik verder op de opgaande en de neergaande flank van de puls. Gelijkzetten doe je met driestandenschakelaar S1. In de middenstand staat de klok stil en in de andere standen normaal of 2x zo snel. De LM393 rechtsonder geeft een puls enkel op de opgaande flank van de flipflop. Dus elke 2 sec. De voeding komt uit een accu met een zonnepaneeltje.

schema klein

Afstellen

De nauwkeurigheid van mijn klok is beter dan 1 seconde per dag  bij een variatie van enkele graden Celsius. Plus of min 3 graden ongeveer. Als de temperatuur rond de 20 graden blijft is de afwijking wel eens minder dan een seconde per week. Als de nauwkeurigheid nog beter moet, is luchtdrukcompensatie noodzakelijk. Op die vreselijk dure Duitse mechanische klokken wordt dit gedaan met een luchtdruk-balgje met een gewichtje op de slinger. Op onze klok zou je dat kunnen doen met een elektronische drukopnemer die de uitslag van de slinger beïnvloedt.

Het afstellen van de klok vergt heel veel tijd. Het gebeurt bovenaan de slinger met twee m3 moertjes, zodat de klok door kan blijven lopen tijdens het afstellen. Voor het grove werk heb ik een geijkte periodemeter gebruikt. Maar voor de precieze afregeling neem je een zender gestuurd klokje, en dan elke dag op dezelfde tijd de afwijking bekijken en eventueel bijregelen.

Mochten er nog vragen zijn dan hoor ik het graag. Veel plezier bij het bouwen.”

klok-kast

 

Vind je dit een gaaf project? Laat het Henk weten: klik op “like/vind ik leuk” en geef ‘m een G+je! De blog-het-zelver van het project met de meeste likes/plusjes wint €50,- Conrad-shoptegoed. Heb jij ook een tof DIY project en wil jij hierover bloggen? Mail de redactie!

Plaats reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *