TheKiller - Das Laufwerk

Unmittelbar an das Tonarm-Projekt anschliessend steht der Bau eines zum Arm passenden Laufwerkes an. Zwar reichte es auch aus eine Stand-Basis zu fertigen und den Arm neben den MyTechnics zu stellen, aber ich bevorzuge ein anständiges passendes Laufwerk auf dem der Arm solide und dauerhaft befestigt wird. Analog dem Arm soll auch dieses Laufwerk "TheKiller" heissen.

Bedingt der grösseren Abmessungen des Armes muss auch das Laufwerk grösser werden. Als Basis dient wieder ein Technics-Antrieb mit Teller, der auf eine Schieferplatte als Zarge montiert wird.

Die Schieferplatte bestellte ich als günstiges Angebot über ebay.

Sie ist 40x50cm gross und 3cm dick, mit angefasten Kanten und Ecken.

Die besondere Höhe des Armes erfordert eine zusätzliche etwa 28mm starke Zarge zwischen Schieferplatte und Lager/Teller. Sie wird aus MDF gefertigt und orientiert sich am Design der Zarge der Technics SP-10, SP-15 und SP-25.

Hier ein paar Netzfunde dazu. Je zwei SP-10, SP-15 und SP-25

Zarge nach Vorbild SP-15, SP-25
Zarge nach Vorbild SP-15, SP-25

Unter der Schieferplatte wird noch eine dicke MDF-Bodenplatte angefügt, die Platz bietet für Baugruppen wie z.B das Netzteil und Anschlussbuchsen. Zur Entkopplung sollen gefederte Füsse dienen.

Eine CAD-Zeichnung verschafft einen ersten Eindruck.

Die leicht gewschwungene Form der SP-15 und SP-25 gefällt mir besser als die des SP-10. Letztere ist allerdings einfacher zu fertigen.

Durch den schönen Sommer blieb das Projekt erst einmal liegen. Ausserdem habe ich nochmal intensiver über das Konzept nachgedacht, vor allem über den Punkt Schwingungsentkopplung/Dämpfung. Der Aufstellungsort ist auf einem ziemlich nachgiebigen schwingfreudigen Holzbohlen-Fussboden.

Da ich eine zweite Schieferplatte habe, kam natürlich auch ein Aufbau ähnlich dem ersten Bild oben in Frage. Die zwei Schieferplatten sind dabei durch Dämpferelemente getrennt. Solche Elemente aus Sorbothane oder ähnlichen Elastomeren besitzen zwar eine gute interne Dämpfung, allerdings in einem höheren Frequenzbereich >50Hz.

Für tieffrequente Schwingungen des Racks oder der unteren Schieferplatte wirkt der Dämpfer wie eine steife Verbindung und gibt sie nahezu 1:1 an die obere Platte weiter. Davon ist besonders die Tonarm-Tonabnehmer-Kombination betroffen, die selber ja eine tieffrequente Resonanzstelle aufweist, die vorzugsweise zwischen 8Hz und 12Hz liegen sollte. Um diese Resonanzstelle nicht anzuregen muss das Feder-/Dämpfersystem hier schon effektiv wirken. Eine auf die Hälfte (-6dB) verringerte Anregung erforderte eine um eine Oktave niedrigere Einsatzfrequenz des Dämpfers um 4Hz bis 6Hz. Mein Ziel ist es möglichst unter 3Hz zu kommen und die Anregung auf 1/3 bis 1/4 zu senken.

Nach intensiver Recherche verschiedenster Systeme blieb als effektive und trotzdem sehr kostengünstige Lösung eigentlich nur die klassische Schaubenfeder übrig. Die Verwendung  von vier bis sechs Federn bietet sich an, da die Masse  der Schieferplatte samt Laufwerk und Tonarm recht homogen verteilt ist.

Die Federn können also ziemlich gleichmässig um den geometrischen Mittelpunkt der Platte verteilt sein. Damit wird das Gesamtgewicht gleichmässig auf die Federn aufgeteilt. Für die Berechnung der einzelnen Feder kann also das Gesamtgewicht durch die Federanzahl geteilt werden.

Damit lassen sich nun die Resonanzfrequenz und die Hub- und Gewichtsreserven berechnen.

Aus vielen Berechnungen kristallisierte sich die VD-234G von Gutekunst als optimal heraus. Diese Feder aus 2mm rostfreiem Stahldraht 1.4310, misst 34mm im Aussendurchmessser und die ungespannte Länge Lo 78,1mm.

Sie ist mit 3,5 Windungen gewickelt und weist eine Federkonstante c von 1221N/m auf. Anmerkung: Parameter R im Datenblatt ist die Angabe für N/mm statt N/m.


Die Rechnungen sind einfach.

Das geschätzte Gesamtgewicht von etwa 22kg verteilt auf vier Federn, belastet jede Feder mit 5,5kg. Mit der Erdbeschleunigung g=9,81m/s² multipliziert wird jede Feder mit einer Kraft von ca. 54N gespannt.

Aus der Federkonstante ergibt sich dann die Strecke s2 um die die Feder gestaucht wird zu: s2 = F/c, hier s2 = 54/1,221 [N]/[N/mm] = 44,2mm.

Die gestauchte Länge der Feder beträgt L2 = Lo-s2 = 78,1-44,2mm ~ 34mm

Die kleinste Länge der Feder beträgt Ln = 14,4mm.

Unter dynamischen Bedingungen sind aber nur Lndyn=16,1mm anzusetzen.

Es bleibt eine Eintauch-Reserve von L2-Lndyn von 34-16,1mm = 17,9mm

Das bedeutet, das die Feder um den Gleichgewichtspunkt ~44mm ausfedern und ~18mm einfedern kann.

Die Resonanzfrequenz berechnet sich zu F = 1/2pi x sqrt(c/m)

F = 1/6,28 x sqrt(1221/5,5) [1/s] =  2,37Hz

Die maximale Federkraft bei Ln beträgt Fn = 77,7N.

Auch hier gibt es einen dynamischen Wert Fndyn = 75,7N der anzusetzen ist.

Das entspricht einer Gewichtkraft von 7,72kg, bzw. 30,9kg für vier Federn.

Wir haben also gute 9kg Gewichtsreserve zu den angesetzten 22kg.

Bei starken Einfederungen muss man darauf achten, das die Feder nicht seitlich wegknickt. Auch seitliche Auslenkung und kippen der Auflageflächen kann zur Knickung führen. Daher sollte in solchen Fällen eine Begrenzung durch äussere Hülsen und/oder innenliegende Dorne vorgesehen werden.

Da eine Feder eine schlechte Dämpfung aufweist muss dies in anderer Form erzielt werden. Ich denke da an Schaumstoffstopfen innerhalb der Feder, oder an eine Fluiddämpfung in Form eines an der Schieferplatte befestigten Paddels, das in ein hochviskoses Öl taucht.

Nach einer längeren Pause aber nicht gänzlich untätig, mal wieder ein Update.

Auf der AAA Anfang November 2015 in Krefeld ausgestellt.

Die Versuche mit den Federn haben sich leider als eher untauglich erwiesen.

Zwar resoniert das Laufwerk mit der errechneten Frequenz, aber die Federn sind äusserst instabil und ohne Dämpfung ´hoppelt´ das Laufwerk lange nach. Entscheidender ist jedoch das sie dadzu tendieren seitlich weg zu knicken.

Also muss ich Alternativen suchen.

Das wären zum einen Gummistopfen aus dem Sanitärbereich, die es in verschiedensten Grössen, Härtegraden und Formen gibt, zum anderen eine Luftfederung auf einem oder mehreren Fahradschläuchen und zum dritten die Lagerung auf Sylomer-Elementen.

Als Gummistopfen kämen z.B. drei oder vier HT Gummi-Manschetten für Siphons der Art NW50/30 in Frage.

Diese HT-Gummistopfen gibt es in jedem Baumarkt für kleines Geld.

Die Manschetten sind allerdings recht hart, sodas sie sich eher als Gerätefüsse eignen, denn als echte Schwingungsdämpfer.

 

Bei Fahradschläuchen ist die Anzahl an verschiedensten Durchmessern und Dicken ebenfalls gross. So könnten z.B. drei sehr kleine Schläuche des Typs ETRTO 54-110 (Innendurchmesser 110mm, dicke 54mm) verwendet werden, oder ein einzelner Schlauch der dünneren Typen 37-288 bis 37-390 oder der dickeren ETRTO 62-305 und 50-355. Ein Vorteil der Schläuche ist, das man sie auf einen bestimmten optimalen Druck aufpumpen kann. Bei drei  Schläuchen lässt sich das Laufwerk dann sogar noch leicht austarieren, bzw. das vertikale Ausschwingen optimieren.

Ein Problem könnte  auf Dauer die Dichtigkeit der Schläuche und Ventile werden.

Die Ventile sollten also zumindest so angeordnet sein, das man leicht an sie heran kommt.

Sylomer ist ein Polyurethan-Elastomer mit sehr guten Dämpfungseigenschaften. Am günstigsten erscheint die Variante SR55-25. Hier reichen drei runde Elemente mit 40mm Durchmesser aus, das Gewicht des TheKiller zu tragen und mit recht niedriger Resonanzfrequenz sowohl vertikal als auch horizontal ausschwingen zu lassen. Die Einfederung hält sich auch mit wenigen mm in Grenzen. Erste Tests verlaufen sehr vielversprechend

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