3D Iarga Funktionsmodell

In Fortführung der Experimente zur Iarga Theorie des kosmischen Trägerfeldes wurde nach dem Bau des 2 dimensionalen Modells auch ein echtes dreidimensionales Modell gebaut. Ziel dieses Modells ist es, die komplexen dreidimensionalen Rotationen darzustellen und die zu ihrer Erzeugung nötigen Felder zu veranschaulichen, welche nach der Iarga Theorie die Struktur der Materie bilden.


Um den mecahnischen Aufbau zu vereinfachen, wurden anstelle der 12 Seitenrotoren 12 Spulen verwendet. Diese können den Magnetfluss in genau gleicher Weise beeinflussen, wie die Rotoren mit ihren Permanentmagneten. Die Spulen können einerseits zum Antrieb und andererseits auch zur Messung verwendet werden. Dazu dient das Steckfeld an der Frontplatte, über das ein elektrischer Zugriff auf jede einzelne Spule besteht. Als Zentralrotor dient ein magnetischer Dipol mit einer kardanischen 3D Aufhängung. Der Zentralrotor kommt ohen Antrieb aus, weil er immer dem magnetischen Feldvektor, der durch die 12 Spulen erzeugt wird, folgt.

Mechanischer Aufbau

Um eine einfache Fertigung zu ermöglichen, wurde das Modell aus 6 gleichen Seitenstücken, 6 Jochen und 4 Endplatten aufgebaut, die über M6 Schrauben verbunden werden. Diese Teile müssen wegen der geforderten magnetischen Leitfähigkeit aus Eisen sein.
Seite: Material: niedrig legierter Baustahl, Querschnitt 15.9 x 12.8 mm, Länge 130 mm
Kantenwinkel 54,74° = Raumwinkel des Tetraeders
Joch: Material: niedrig legierter Baustahl, Querschnitt 16 x 16 mm, Länge 31 mm
Endplatte: Material: niedrig legierter Baustahl, Durchmesser 45 mm, Dicke 13 mm
Lochkreisdurchmesser 26 mm
Die Spulen sind auf einen Trafospulenkörper M42 mit einer Kammer gewickelt und werden direkt auf die Seiten aufgeschoben. Eine Spule besitzt 2800 Windungen aus 0,25 mm dickem Lackdraht. Die Spulen müssen entsprechend dem Funktionsprinzip so geplot werden, dass ihre Magnetfelder gegeneinander wirken, damit der magnetische Fluss über das Joch zum Zentrum hin geleitet wird.

Der Zentralrotor besteht aus einer kardansichen Aufhängung mit 4 Kugellager, wovon die äußeren beiden direkt in zwei der 6 Joche eingesetzt sind. Die halbkugelförmigen Polschuhe sind in der Mitte des Kunststoffhalters auf einem Neodymmagnet aufgesetzt.
Magnet: Material: Neodym, Durchmesser 15 mm, Länge 8 mm
Polschuh: Material: niedrig legierter Baustahl, Durchmesser 24 mm, Länge 13 mm
Aufhängung innen: Material: Kunststoff, Durchmesser 20 mm, Länge 28 mm
Aufhängung außen: Material: Kunststoff, Durchmesser 40 mm, Breite 6 mm, Dicke 2 mm
Kugellager: Außendurchmesser 13 mm, Innendurchmesser 5 mm, Breite 5 mm

Elektronischer Aufbau

= Die Steuerung arbeitet nach dem Prinzip der Pulweitenmodulation. In 3 EPROMs oder EEPROMs sind die Pulsmuster für die verschiedenen Kurvenformen für jede der 3 Achsen gespeichert. Es können pro Achse jeweils 16 auswählbare Kurvenformen gespeichert und im Betrieb über Codierschalter angewählt werden. Die Einstellung der Drehzahl und Drehrichtung erfolgt über nur ein Potentiometer. In dessen Mittelstellung ist die Rotation gestoppt, und kann in beiden Richtungen vom Stillstand aus hochgeregelt werden.

Schaltungsbeschreibung
Der Oszillator IC10 stellt den Takt für die Pulsweitenmodulation her. Er wird mit R24 auf 5kHz abgeglichen. Der synchrone Zähler IC4 zählt an der positiven Flanke des PWM-Taktes weiter und speist mit seinen 7 Ausgangsbits die Adressleitungen A0 bis A6 der EPROMs. In diesem Adressbereich ist das PWM-Muster für den aktuellen Zeitwert in den EPROMs abgelegt.
An JP7 ist das Poti für die Einstellung der Frequenz und Drehrichtung angeschlossen. IC12A und IC12B werten aus, ob das Poti unter oder über der Mittelstellung steht und schalten über IC14D und IC14A die Richtungseingänge am synchronen Zähler im GAL IC5 um. IC13A und IC13B verstärken die Differenzspannung für jeden Drehrichtungsbereich auf etwa 0 bis 4,5V. Über die Analogschalter IC6A und IC6B wird diese Spannung je nach gewählter Drehrichtung auf den spannungsgesteuerten Oszillator IC11 geschaltet. Die variable Frequenz gelangt an den Takteingang vom GAL IC5 und stellt den darin programmieren synchronen Zähler mit 9 Bit an der positiven Flanke weiter. Die Ausgänge dieses Zählers speisen die Adressleitungen A7 bis A15 der EPROMs, womit die 512 möglichen Zeitschritte des Ausgangssignals weitergeschaltet werden. Diese Steuerung ist vollkommen unabhängig von der PWM, womit auch im Stillstand immer das korrekte PWM Muster ausgegeben wird.
Jeder EPROM dient zur Versorgung von zwei unabhängigen Kanälen für die jeweils gegenüberliegen Spulenpaare einer Diagonale, der insgesamt drei Achsen. Ein Kanal besteht aus zwei Bits für die Steuerung der Hi und Lo Seite einer Halbbrücke. Über die Multiplexer IC7, IC8 und IC9, sowie über die Adressleitungen A16, A17 und A18 können insgesamt 16 Speicherplätze angewählt werden, dazu sind an SV2, SV3 und SV4 drei binäre Codierschalter angeschlossen. Über den Freigabeeingang der Multiplexer kann zusätzliche jede Achse einzeln ausgeschaltet werden.

= Der Leistungsteil der Steuerung besteht aus 8 MOSFET Halbbrücken, von denen nur 6 verwendet werden. Jede der 6 Seiten wird separat angesteuert, wobei die 2 Spulen einer Seite immer parallel geschaltet werden. Zwei gegenüberliegende Spulenpaare werden zu einer Achse zusammengefasst, sodass sich drei Achsen, entsprechend dem dreidimensionalen Koordinatensystem ergeben.

Schaltungsbeschreibung
Die Halbbrücken arbeiten an einer +-24V Spannung für die Versorgung der Spulen. Zur Versorgung der MOSFET Treiber wird noch zusätzlich eine isolierte Spannung mit +-15V benötigt. Das PWM-Signal gelangt von der Steuerung über SV1 auf die beiden GALs IC1 und IC2. Diese haben die Aufgabe den unzulässigen Schaltzustand, bei dem beide Transistoren gleichzeitig leitend sind, zu verriegeln. Weiters kann über die Eingänge an JP1 bis JP4 die Polarität jeder Achse umgeschaltet werden, also die Hi und Lo Seite der beiden Spulenpaare vertauscht werden. Die GALs steuern über Vorwiderstände direkt die Optokoppler der MOSFET-Treiber an. Die Treiber steuern über die isolierte 15V Spannung direkt das Gate der Endstufentransistoren an. Es werden komplementäre N und P-Kanaltransistoren verwendet, wodurch die Steuerimpulde für die P-Kanaltransistoren invertiert werden müssen, was auch von den GALs übernommen wird. Die Datensätze für die EPROMs und GALs, sowie die Platinenlayouts können auf Anfrage gerne zur Verfügung gestellt werden.

Ansteuerung

Bei der Ansteuerung der 12 Spulen ergeben sich eine Vielzahl von möglichen Phasenlagen und Frequenzen. Um das Verhalten eines 3 dimensionalen Magnetkreises vorab testen zu können, wurde ein elektrisches Analogon mit Widerständen aufgebaut. Ganz ähnlich wie beim Widerstandswürfel kann auch hier der Gesamtwiderstand über eine Diagonale berechnet werden. Von besonderem Interesse ist der Widerstand zwischen den Mittelpunkten zweier gegenüberliegenden Seiten. Diese Strecke wird ja im magnetischen Modell vom Dipol überbrückt. Für die Dimensionierung der Spulen ist es von Interesse die Aufteilung der Durchflutung im Eisen zu kennen.

Software

Download von Iarga3D.exe Um die komplexen dreidimensionalen Rotationsformen zu simulieren und um die Signalformen für die Steuerung zu erzeugen wurde das Programm Iarga3D geschrieben.
Das Programm ermöglicht es, sowohl einzelne Zeitsignale für die drei Achsen vorzugeben, als auch rotierende Vektoren in verschiedenen Ebenen zu definieren. Die Darstellung der Raumkurve erfolgt in einer dreidimensionalen Ansicht und kann zur besseren Verdeutlichung auch animiert werden.

Mechanisches Modell

Die 12 Spulen erzeugen in dem Eisenrahmen einen wechselnden Magnetfluss. Wie von elektrischen Maschinen her bekannt ist, kann ein solcher Fluss auch durch rotierende Permanentmagnete erzeugt werden. Somit ist es möglich ein rein mechanisches Modell zu bauen, indem man die Spulen durch rotierende Magnete ersetzt.
Angetrieben wird dieses Modell über einen Permanentmagneten im Zentrum der Pyramide, der von unter her in der horizontalen Ebene in Drehung versetzt wird. Der Magnetfluss wird über die 6 Joche symmetrisch in der Pyramide verteilt, sodass alle 12 Außenrotoren gleichmäßig versorgt sind. Die 12 Schwungscheiben an den rotierenden Magneten halten mit ihrer Trägheit die Synchronisation aufrecht, sodass sich alle Rotoren gleichmäßig schnell und phasensynchron drehen.

Ausblick

Nach der Theorie des kosmischen Trägerfeldes sollen diese komplexen dreidimensionalen Rotationsformen die Struktur der Materie in unserem Universum darstellen. In Interpretation dieser Theorie sollten weitere Versuche konkret auf die Eigenschaften der Materie abgestimmt werden. Die hier dargestellten Modelle dienen nur zur Veranschaulichung der Rotation, können aber nicht direkt mit der Struktur der Materie in Wechselwirkung treten.
Eine mögliche Anwendung der Theorie des kosmischen Trägerfeldes ist die Antigravitation. Dafür muss nach dieser Theorie die Materie in einen konjugierten Schwingungszustand versetzt werden, der dann zu einer abstoßenden Kraft führen soll. Da der Atomkern als Träger der meisten Masse im Atom auch einen Großteil der Gravitation erzeugt, liegt es nahe, ihn als Ansatzpunkt für weitere Experimente heranzuziehen. Es könnte versucht werden, das magnetische Kernspinmoment der Atomkerne in eine dreidimensionale Rotation zu versetzen.

Dazu wurde eine dreidimensionale Spulenanordnung gebaut. Für jede der drei Raumachsen ist ein Spulenpaar an den gegenüber liegenden Seiten des Würfels vorgesehen. Die Spulen haben einen Durchmesser von 95 mm und bestehen aus 270 Windungen mit 0,5 mm dickem Lackdraht. Gegenüber liegende Spulen sind so in Serie geschaltet, dass sich ihr Magnetfeld gegenseitig verstärkt. Damit erhält man im Würfelinneren ein möglichst homogenes Magnetfeld, ähnlicher einer Helmholzspule. Die drei Raumachsen sind orthogonal zueinander, sodass eine Stromänderung in einem Spulenpaar keine Spannung in den anderen Spulen induziert.

Magnetseite