vrijdag 11 november 2016

Hoe werkt een fietsbel?

De algemene functie van de fietsbel is om de fietser in staat te stellen anderen te waarschuwen van zijn/haar aanwezigheid. Met één vinger (meestal de duim) kan je de fietsbel een geluid laten produceren doordat twee metalen onderdelen tegen de resonator slaan. Een goede fietsbel kan je vanaf 25 meter horen. In dit artikel gaan we kijken hoe een fietsbel is opgebouwd en hoe de toegepaste techniek precies werkt.

Wist je dat de fietsbel meestal aan de linker kant van de stuur gemonteerd word?
Dit komt omdat men vroeger een toeter had in plaats van een fietsbel. Voor het gebruiken van de toeter moest je één hand van de stuur nemen, door het monteren aan de linker kant bleef de dominante hand (rechterhand) aan de stuur.

Wist je dat het in Nederland vanaf 1906 wettelijk verplicht is om een fietsbel op je fiets te hebben?
Voor een ondeugdelijke fietsbel kan je een boete krijgen van € 30,- euro!

Afbeelding 1 – doorsnede van een fietsbel


OPBOUW
De opbouw van een fietsbel (zie afbeelding 1) is als volgt:

1.    Onderstel met assen
2.    Veer
De functie van de veer is om de fietsbel lepel terug te duwen na het indrukken.
3.    Fietsbel lepel met vertanding (tandheugel)
Deze functioneert als drukknop waardoor de lepel om de as draait en middels de vertanding aan het einde als hefboom functioneert.
-       12 tanden waarvan 10 operationeel.
4.    Rondsel (tandwiel)
De rondsel is een dubbele tandwiel waarvan de kleinere tandwiel is aangesloten op de vertanding van de fietsbel lepel en de grotere tandwiel op de tanden van de tandwiel van de rotor.
-       8 tanden aangesloten op de 12 tanden van de fietsbel lepel
Voor één keer drukken op de fietsbel lepel maakt de tandwiel een rotatie van 1,25.
5.    Rotor met tandwiel
De rotor is middels de tandwiel aangesloten op de rondsel.
-       10 tanden aangesloten op de 22 tanden van de rondsel.
Voor één rotatie van de rondsel maakt de rotor een rotatie van 2,2.
6.    Metalen ring (2 stuks)
De metalen ringen zijn vast gemaakt aan de uiteindes van de rotor.
7.    Resonator
De resonator is een metalen kap voorzien van een bult (of een deuk) aan de binnenzijde. Door de rotatie van de rotor slaan de metalen ringen tegen de bult aan en ‘rinkelt’ de bel.
-       Door het indrukken van de fietsbel lepel maakt de rotor 2,2 rotaties en slaan de metalen ringen dus 4,4 keer tegen de resonator (twee ringen dus maal twee).
Vanwege de heen en weer beweging van de fietsbel lepel krijg je per keer dat je de fietsbel indrukt 8 ‘rinkels’.

Afbeelding 2 – Tandwiel overbrenging schematisch uitgetekend


WERKING
De fietsbel word geactiveerd door het uitoefenen van druk middels je duim op de drukknop. De drukknop bevind zich op de uiteinde van de fietsbel lepel, terwijl de vertanding zich op de andere uiteinde bevind. De rotatie van de fietsbel lepel brengt automatisch de vertanding aan de andere einde in rotatie. De vertanding van de fietsbel lepel is aangesloten op de kleinere tandwiel van de rondsel. De grotere tandwiel van de rondsel is aangesloten op de tandwiel van de rotor. Door deze tandwiel mechanisme krijgen we een hefboom van 1:2, dat wil zeggen dat voor één beweging van de fietsbel lepel maakt de rotor twee rotaties.

De rotor heeft twee metalen ringen aan de uiteinden. Vanwege de rotatie bewegen de metalen ringen weg van de centrum, maar stoppen vanwege de assen waarmee ze zijn vastgemaakt.

Wanneer de metalen ring de bult van de resonator raakt maakt het een geluid. Door de klap beweegt de ring weer richting de centrum, maar door de rotatie van de rotor beweegt de ring weer naar de uiteinde.

Wanneer we de druk van de drukknop afhalen, dan duwt de veer de fietsbel lepel naar haar oorspronkelijke positie. Dit veroorzaakt nog meer gerinkel omdat de fietsbel lepel weer terug roteert.


Conclusie: door de fietsbel één keer in te drukken krijg je acht slagen op de resonator wat overkomt als een rinkelend geluid.

vrijdag 4 november 2016

Hoe werkt een balpen?

Een balpen gebruiken we voor van alles, soms om even snel een notitie te maken, sommige mensen kunnen er prachtige tekeningen mee maken. Maar hoe werkt de balpen nou eigenlijk? Het heeft te maken met een rollend mechanisme. In dit artikel bekijken we de techniek achter de balpen.

Wist je dat de balpen is uitgevonden door de Hongaar Ladislao José Biro?
Zijn uitvinding werd voor het eerst op de Budapest Internationaal Fair van 1931 getoond. De uitvinding werd uiteindelijk gepatenteerd in 1938.

OPBOUW

Een pen bestaat in de basis uit de volgende onderdelen:
1.    Omhulsel
2.    Klik pen mechanisme (niet altijd van toepassing)
3.    Inkt
4.    Inkt reservoir (meestal van plastic)
5.    Punt (bal houder)
6.    Bal
Vaak gemaakt van het materiaal wolfraamcarbide. Deze kleine balletjes zijn in verschillende groottes verkrijgbaar, ze kunnen zelfs 0.3mm klein zijn!

Afbeelding 1 – doorsnede van de punt van een balpen


WERKING
Door te schrijven beweegt de bal in de houder van het punt. Door de beweging van de bal vloeit de inkt uit het reservoir naar beneden op de bal, door de rollende beweging van de bal word de inkt overgebracht op het papier. Door het rollende mechanisme in de pen kan men dus schrijven en/of tekenen.

Afbeelding 2 – werking van een balpen


Wist je dat een balpen ook in de ruimte werkt?
Er zit wel een maar aan, de inkt kan in de ruimte ontgassen vanwege geen zwaartekracht of als het te koud is kan de inkt bevriezen.

Wist je dat ze in de ruimte een speciale pen gebruiken?

Deze pen staat ook wel bekend als de ‘space pen’ of de ‘zero gravity pen’. Dit is er zo speciaal aan de pen: het kan schrijven bij nul zwaartekracht, onder water, over nat en vettig papier, en onder verschillende temperaturen!




maandag 20 juni 2016

Hoe werkt de Nerf Jolt EX-1 Blaster?

De Nerf Blaster Jolt EX-1 is een kleine, maar onwijs gave blaster die verassend ver kan schieten.

Specificaties van de JOLT EX-1
Type:                                     barrel-loading single-shot blaster
Schiet mechanisme:           direct plunger
Capaciteit:                           1 dart
Soort munitie:                     N-STRIKE ELITE DARTS
Bereik:                                 15-18 meter
Lengte van de loop:           10 cm
Uitgebracht in:                    2012



Afbeelding 1; Doorsnede van de NERF Blaster Jolt EX-1

OPBOUW
De opbouw van de NERF Blaster JOLT EX-1 is als volgt:

1.    Behuizing
2.    Zuiger & veer

Wist je dat…
Je de blaster nog harder kan laten schieten door de veer te vervangen?
Let op! Zulke aanpassingen zijn niet aanbevolen

3.    De as van de zuiger
Met behulp van de as trek je de zuiger naar beneden en staat de veer onder spanning.
4.    Klepmechanisme
5.    Luchtinlaat
6.    Trekker
7.    Pijltje (Dart)



WERKING
Door de as naar beneden te trekken kan je de zuiger vastklikken. De zuiger staat nu onder spanning vanwege de veer. Door vervolgens de trekker over te halen duwt de veer de zuiger omhoog en ontstaat er een stoot van perslucht. Het lucht verplaatst zich van de cilinder naar de luchtinlaat, door de sleuf van het klepelement, tegen het pijltje. Het pijltje word vanwege de stoot perslucht uit de loop geschoten, en kan wel 18 meter ver komen!


Wist je dat…
De perslucht twee functies heeft?
1.    De perslucht zorgt ervoor dat het pijltje weggeschoten kan worden.
2.    De andere functie is dat de perslucht ervoor zorgt dat het klepmechanisme in ‘open stand’ blijft gedrukt. Dit zorgt ervoor dat alle lucht maar één richting op kan: tegen het pijltje aan!

Leuk om te doen:
Als je de blaster onder spanning brengt zonder het te laden met een pijltje, en daarna de pijltje in de pistool probeert te doen dan merk je dat het pijltje naar buiten word geduwd. Dit komt omdat de perslucht ervoor zorgt dat de klepmechanisme dicht word gedrukt.


maandag 7 maart 2016

Hoe werkt een accuschroefboormachine?

Een accuschroefboormachine is een geweldige uitvinding om snel wat klusjes in huis te kunnen doen. De techniek in een accuschroefboormachine is eigenlijk heel simpel, het bevat een accu, een elektro motor en een mechanisme.

In dit artikel gaan we kijken hoe een accuschroefboormachine is opgebouwd en hoe de toegepaste techniek precies werkt.

OPBOUW


Afbeelding 1; Doorsnede van een Bosch accuschroefboormachine

Een accuschroefboormachine bestaat uit de volgende onderdelen (zie afbeelding):

1.    Behuizing
2.    Accu
     Dit is een oplaadbare batterij wat ervoor zorgt dat de accuschroefboormachine niet met een 
     kabel aangesloten hoeft te zijn op het stroomnetwerk.
     De accu is verbonden met de elektrische drukknop.
3.    Elektrische drukknop
     De elektrische drukknop zorgt ervoor dat er elektrische stroom naar de motor loopt en is 
     verbonden met de draairichting schakelaar.
4.    Schakelaar voor het instellen van de draairichting
     De schakelaar bepaalt hoe de elektriciteit door de elektrische motor loopt, hierdoor kan men 
     kiezen uit drie opties:
-       Linksomdraaien, zo draai je een schroef eruit.
-       Centraal, zo gebeurt er niets.
-       Rechtsomdraaien, zo draai je een schroef erin.

5.    Elektrische motor
     De elektrische motor heeft een aandrijfas met een cilindrische tandwiel met zes tanden. Deze 
     tandwiel is gekoppeld aan de planeetwielmechanisme.
6.    Een dubbele planeetwielmechanisme in een behuizing
     Het planeetwielmechanisme in onze situatie is een tandwielmechanisme welke voor een 
     snelheidsreductie (snelheidsvermindering) zorgt, en daarmee in staat is om een groot 
     vermogen over te brengen.


Afbeelding 2; Exploded view planeetwielmechanisme in een accuschroefboormachine

     Zoals in de afbeelding hierboven zijn ziet het er van binnen meer complex uit dan we beseffen.
     
     De opbouw in ons voorbeeld is als volgt:
a.    De aandrijfas van de elektrische motor functioneert als de zonnewiel en heeft zes tanden.
b.    Hieraan zijn drie planeetwielen op aangesloten, met elk 19 tanden.
       De planeetwielen zijn aangesloten op de satellietwiel, welke 48 inwendige tanden heeft.
     De satellietwiel is een vaste element en draait niet rond. De planeetwielen draaien dus rond binnenin de satellietwiel.
c.    De planeetwielen zijn gekoppeld aan een planeetwieldrager. 
d.  De planeetwieldrager heeft aan de andere zijde een tandwiel met zes tanden.
e.    De tandwiel van de planeetwieldrager is weer aangesloten op een tweede serie van drie planeetwielen met 19 tanden.
        Deze planeetwielen zijn weer aangesloten op een tweede satellietwiel met 48 inwendige tanden.
f.    De tweede set planeetwielen zijn weer gekoppeld aan een tweede planeetwieldrager.
g.    Deze planeetwieldrager is weer gekoppeld met de klauwplaat.

De overbrenging in ons voorbeeld is dan als volgt:
De aandrijfas moet 3,17 keer draaien om de eerste set planeetwielen één keer te laten
draaien.
De eerste set planeetwielen moeten 2,53 keer draaien om één keer binnenin de 
satellietwiel te draaien en daarmee de planeetwieldrager één keer te laten draaien.
De elektrische motor moet dus circa 8 keer draaien om de eerste planeetwieldrager één 
keer te laten draaien. Omdat er een dubbele planeetwielmechanisme in de behuizing zit 
moet de elektrische motor 8 x 8 = 64 keer draaien om de klauwplaat één keer te laten 
draaien.
Het neemt dus 64 keer meer moeite om de motor te laten stoppen met draaien!

Wist je dat…
De tandwielen van het planeetwielmechanisme ingevet moeten zijn? De vet of olie zorgt voor een goede smering en wordt ook gebruikt om warmte af te voeren wat bij de wrijving ontstaat.

7.    Een vergrendelingsmechanisme voor de klauwplaat
8.    De klauwplaat
9.    Schroefbit


Afbeelding 3; Foto van de klauwplaat met schroefbit

WERKING
Door op de elektrische drukknop te drukken begint er elektrische stroom vanuit de accu naar de motor te lopen. Afhankelijk van hoe de draairichting schakelaar is ingesteld zal de elektrische motor of linksomdraaien, of niet draaien of rechtsomdraaien. De aandrijfas van de elektrische motor brengt het planeetwielmechanisme in werking. Deze zorgt ervoor dat de klauwplaat met minder toeren draait dan de elektrische motor, hierdoor kan met meer kracht geschroefd of geboord worden. Afhankelijk van wat men in de klauwplaat geklemd heeft kan men boren of schroeven. Dus aan de slag!

vrijdag 26 februari 2016

Hoe werkt een LED diode?

De lichtdiode word in het Engels een Light-Emitting-Diode genoemd, vandaar de afkorting LED. De LED diodes word tegenwoordig heel veel toegepast, zo vind je het in de verlichting voor de kerstboom, en word het toegepast in tv’s en LED lampen.
Maar een lichtdiode is geen gloeilamp, het licht wat wij van de LED diode waarnemen ontstaat doordat een kristal elektromagnetische golven uitstraalt. In dit artikel gaan we kijken hoe een LED diode is opgebouwd en hoe de toegepaste elektrotechniek precies werkt.

 Afbeelding 1 – symbool LED diode, hierbij geven de twee pijltjes het uitstralen van licht aan


OPBOUW
Afbeelding 2 – doorsnede LED-diode

Een LED-diode bestaat uit de volgende onderdelen:

1.    Aansluitpunten: de anode (A) en de kathode (K)

Dit zijn de pootjes aan de onderzijde van de lichtdiode. De LED diode kan maar in één richting stroom doorlaten, het lange pootje van de LED diode moet aan de + geschakeld worden.

Wist je dat…
Je aan de lengte van de pootjes kunt zien welke pootje de anode en welke de kathode is?
De pootjes zijn te klein om erop aan te geven welke pootje wat is. De anode is de lange pootje (aansluiten op +) en de kathode is de korte pootje (aansluiten op -).

2.    Kunststof behuizing, gemaakt van epoxyhars
3.    Vlakke zijde
De vlakke zijde heeft als functie dat het aangeeft welke pootje de kathode is.

4.    Ondersteuning
De ondersteuning is de deel van de kathode draad wat zich in de kunststof behuizing bevind. heeft als functie om de draadverbinding te dragen, daarnaast is deze zo gevormd dat jet het niet uit de kunststof behuizing kunt trekken.

5.    Aambeeld
De draden van de anode en de kathode in de kunststof behuizing zijn zo gevormd dat je het er niet uit kunt trekken.

6.    Draadverbinding
7.    Reflector
8.    Kristal (halfgeleider)

Wist je dat…
Je de kristal in de LED diode kunt zien als je de LED diode tegen een lichtbron (lamp of zonlicht) houd?

De kleur die de LED diode uitstraalt word niet bepaalt door de kleur van de behuizing, maar juist door de toegepaste kristal.

Hiervan zijn er verschillende materialen die allemaal een eigen kleur licht kunnen uitstralen:
-       AlGaAs (Galliumaluminiumarsenide)                       Rood of infrarood
-       AlInGaP (Aluminiumindiumgalliumfosfide)               Rood, oranje en geel (amber)
-       GaAsP (Galliumarseenfosfide)                                 Rood, oranje en geel (amber)
-       GaP (Galliumfosfide)                                                Groen
-       GaN (Galliumnitride)                                                 Blauw of wit
-       SiC (Siliciumcarbide)                                                Blauw
-       ZnSe (Zinkselenide)                                                 Blauw
-       InGaN (Indiumgalliumnitride)                                   Groen, blauw of ultraviolet

Er bestaan ook LED diodes met meerdere kleuren, bijvoorbeeld de RGB-LED diode, hierbij staat RGB voor: Red Green Blue.

LED diodes met meerdere kleuren hebben dan ook meerdere aansluitpunten.

Afbeelding 3 – RGB LED-diode

WERKING

Het licht wat wij waarnemen van de LED diode heeft te maken met de werking van de kristal als halfgeleider wanneer er elektrische stroom doorheen gaat.

Materialen functioneren verschillend als geleider van elektrische stroom, er word onderscheid gemaakt in de categorieën: geleider, isolator en halfgeleider.

Voor het energieverschil in het materiaal word er onderscheid gemaakt in de valentieband (+) en de geleidingsband (-). Hierbij verplaatst de elektron zich van de geleidingsband naar de valentieband.

Bij geleiders loopt de valentieband over naar de geleidingsband, het kost dus weinig energie om elektrische geleiding mogelijk te maken. Metalen zijn bijvoorbeeld goede geleiders.

Bij isolatoren is er een kloof tussen de valentieband en de geleidingsband, dit word ook wel de verboden zone genoemd. Deze verboden zone is zo breed dat er geen tot weinig elektronen verplaatsen van de valentieband naar de geleidingsband.

Halfgeleiders hebben een kloof die niet al te breed is, hierdoor kan een elektron over de verboden zone heen springen/vallen. Hierbij komt energie vrij in de vorm van een foton, dat is een elektromagnetisch golfverschijnsel. Afhankelijk van de frequentie kunnen wij het met onze ogen waarnemen.
Bij halfgeleiders word vanwege dit effect onderscheid gemaakt in N-type materiaal en P-type materiaal (n van negatief en de p van positief).
Hierbij worden de vrije elektronen in de N-type materiaal aangetrokken naar de + aansluiting, terwijl de gaten in de P-type materiaal naar de -  aansluiting bewegen.

Afbeelding 4 – Geleiding bij isolatoren, geleiders en halfgeleiders

Werking van de LED diode is dus…
Doordat de LED diode is aangesloten middels de aansluitpunten (de anode en kathode) kan er stroom lopen door de kristal. Hierbij komen fotonen vrij door het vallen van elektronen uit de N-type materiaal naar de gaten in de P-type materiaal. Afhankelijk van de frequentie van de elektromagnetische golven van de fotonen nemen wij dit waar als zichtbaar licht.


Afbeelding 5 – Schematische weergave ‘springende elektron’



donderdag 19 november 2015

Hoe werkt een LED-lamp?

De toepassing van LED lampen in het huishouden groeit enorm, hoewel dit niet altijd zo is geweest, de lampen waren simpelweg te duur. Maar door het verbod op de gloeilamp en door de energiebesparende werking is de interesse naar de LED lamp enorm toegenomen. De technologie ervoor bestaat echter al een langere tijd.
In dit artikel gaan we kijken hoe een LED lamp is opgebouwd en hoe de toegepaste elektrotechniek precies werkt.
 

OPBOUW
Afbeelding 2 – doorsnede LED lamp

Een LED lamp bestaat uit de volgende onderdelen (zie afbeelding):
1.    Metalen schroefdraad
Hiervan heeft het voetje (a) de - aansluiting en de schroefdraad (b) de + aansluiting.

2.    Koellichaam

De levensduur van een LED lamp is niet alleen afhankelijk van de LED-diodes maar ook van de transformator. De levensduur van de transformator word beïnvloed door de temperatuur waarin de transformator functioneert.

Dit is de reden waarom de koellichaam ook een belangrijke onderdeel is van de LED lamp.
De koellichaam is vaak een metalen bevestiging waardoor de warmte sneller afgevoerd kan worden.
Goedkopere LED lampen hebben een kunststof koellichaam en dit heeft een ongunstige invloed op de levensduur van de LED lamp.
De regel is dat hogere temperaturen de levensduur van de transformator verkort en lagere temperaturen verlengen haar levensduur.

3.    Printplaat welke functioneert als transformator (ook wel driver genoemd)

Om de LED lamp te laten werken moet de 230V wisselspanning van onze elektriciteitsnetwerk omgezet worden naar 12V gelijkspanning. Hiervoor bevat de lamp een printplaat welke functioneert als transformator.
 
Zonder de juiste transformator kunnen verschillende gevolgen optreden, een lamp kan een zoemend geluid geven, het gaat kapot door de te grote stroom, of het werkt gewoon niet.
 
Wist je dat…
Wanneer een LED lamp kapot is dit vaak te maken heeft met een kapotte transformator?  
Meestal werken de LED-diodes nog prima. Dit is de reden waarom duurdere lampen voorzien zijn van een printplaten met een condensator welke de spanning omzet. Goedkopere LED lampen bevatten vaak zware transistoren in plaats van een condensator.

De regel is dat duurdere LED lampen langer leven en daardoor uiteindelijk goedkoper zijn dan de LED lampen welke goedkoop aan te schaffen zijn.

4.    Printplaat met platte LED-diodes (5)

6.    Kap

Uiteraard zijn er verschillende varianten in de lamp vorm en/of toepassing. Echter de basis componenten zoals hierboven omschreven blijven van toepassing.
 

WERKING
De LED lamp maakt contact met het elektrisch netwerk door het metalen schroefdraad en het metalen puntje aan het begin (voet).

Dit is de reden waarom de lamp niet meteen begint te branden als je het in de fitting draait, maar pas wanneer de voet contact maakt met de betreffende aansluiting.

Vanaf het metalen schroefdraad en het metalen voet lopen twee koperdraden de lamp in. Deze zijn verbonden met de printplaat van de transformator. De transformator veranderd de 230V wisselspanning van het netwerk naar 12V gelijkspanning. De transformator is middels koperdraad verbonden met de printplaat van met de platte LED diodes. De 12V gelijkspanning zorgt ervoor dat de LED diodes beginnen te branden waardoor zichtbaar licht vrijkomt.

Afbeelding 3 – Een opengemaakte LED lamp