klok (ontwerp)

Het leek me wel cool om weer eens iets met tandwielen te doen. Een van de eerste dingen waar ik aan denk bij tandwielen, is een klok. 

Een complete klok in elkaar zitten leek me wat lastig, maar een klein speeltje met een grote en een kleine wijzer is goed te doen. 

De verhouding tussen de grote wijzer en de kleine wijzer, is 1:12. Dat wil zeggen, als de kleine wijzer een héél rondje heeft gedraaid, dan draait de grote wijzer twaalf rondjes. 

Als je dat wil uitdrukken in een tandwiel, dan moet het ene tandwiel dus twaalf keer zo snel draaien als het andere tandwiel. Met twee tandwielen werkt dat niet echt, want dan zou het ene tandwiel héél groot worden:

Dus, wil je meerdere tandwielen. Bijvoorbeeld:

1:3 en 1:4, wat samen een verhouding geeft van 3 × 4 = 12. 

Bijvoorbeeld, een tandwiel met 10 tanden, dan een tandwiel met 30 tanden, die met een as verbonden is met een tandwiel met 10 tanden, en ten slotte een tandwiel met 40 tanden. 

Een handige website om met tandwielen te spelen, is geargenerator.com:

Het probleem is dan alleen, dat de assen van die twee overbrengingen niet op dezelfde plek zitten. Zie in de afbeelding hierboven dat het kleine tandwiel niet in het midden zit van het grote tandwiel hierachter.

Omdat je de twee wijzers van de klok wel vanaf hetzelfde punt wil laten beginnen, moeten de afstanden tussen de twee assen wel hetzelfde zijn. 

Na even puzzelen kwam ik erachter dat de afstand alleen afhankelijk is van het totaal aantal tanden van een overbrenging. Dus, 10 + 30 = 40 tanden en de andere moet ook 40 tanden hebben, maar een verhouding van 1:4.

Dus dat is dan 8 + 32.

En dat komt inderdaad precies uit:

Toen het voor mij duidelijk was hoe de tandwielen er uit zouden gaan zien, kon ik nadenken over de volgende stap. Want hoe kan je nu de kleine en de grote wijzer vanaf hetzelfde punt aansturen, terwijl ze niet even snel gaan? 

Om dat uit te schetsen, heb ik een ruwe schets gemaakt met Tinkercad:

Er klopt natuurlijk helemaal niks van de tanden van die tandwielen, maar het idee van een "holle as" leek me een oplossing. 

Nu was het tijd om een echte 3D tekening te gaan maken. Dat doe ik het liefst in OpenSCAD.

Toen het mechanisme ontworpen was, moest er een kistje omheen. Ook nog wat dingen om het mooier te maken, zoals gaten in de tandwielen en pijltjes op de wijzers.

Het (blauwe) tandwiel steekt aan de linkerkant uit, zodat de klok vanaf die plek aangestuurd kan worden. Verder wilde ik de bovenkant zo leeg mogelijk houden, zodat de aandacht naar de klok uitging. Aan de achterkant heb ik raampjes gemaakt zodat je de tandwielen goed kan zien draaien.

Aangezien het uiteindelijk met de lasersnijder uitgesneden gaat worden, en ik zo min mogelijk materiaal wil weggooien, wilde ik de platen waar de tandwielen uit gesneden gingen worden, gebruiken om het kistje van te maken waar ze in zouden zitten.

Bijkomend voordeel was dat het mogelijk was om de afgeronde hoeken te maken. 

In OpenSCAD kun je een projectie maken van alle onderdelen, zodat ze naast elkaar komen te liggen. Handig als je ze uit een plaat wil uitsnijden.

Dit kon vervolgens geëxporteerd worden als een .svg:

Vervolgens uitsnijden met de lasersnijder:

Zoals in de hoek van de bovenste plaat te zien is, is dit versie 10D. Er zijn heel veel versies daarvoor geweest, met allemaal hun eigen problemen.

Zoals te zien in versie 7, heb ik zelfs geprobeerd om vierkante assen te gebruiken, zodat ik die ook kon uitsnijden. Maar dat idee was precies even dom als je zou denken, dus daar ben ik weer vanaf gestapt. 

Uiteindelijk blijkt het belangrijk om de tandwielen goed te schuren, omdat ze natuurlijk even dik zijn als de platen waaruit ze zijn gesneden. Als die te strak op elkaar zitten, kunnen ze niet draaien en werkt de klok niet. 

Voorkant:

Achterkant: