Kürzlich habe ich ein Video gesehen, in
dem kleine Gegenstände zwischen zwei Ultraschall-Schallwandlern
schwebten. Das Prinzip ist klar: In einem Schallfeld mit stehenden
Wellen wird ein kleines Objekt in einem Schwingungsknoten festgehalten.
Das gibt es auch bei elektromagnetischen Wellen, und es wird bei der
Laser-Pinzette eingesetzt.
Ein eigener Vorversuch mit zwei 40-kHz Mikrofonen aus dem
Fledermausdetektor und einem Sinusgenerator war kläglich gescheitert,
vermutlich weil die Amplitude nicht ausreichte. Ich wusste aber nicht,
in welche Größenordnung ich dafür kommen sollte. Deshalb habe ich
sofort zugegriffen, als ich diesen preiswerten Bausatz entdeckt habe.
Der Bausatz kam in einem erstaunlich flachen Briefumschlag, und darin
fanden sich alle Bauteile und die Anleitung in einer kleinen
Plastiktüte.
Die
Hauptplatine war in einer halben Stunde fertig bestückt. Beim Aufbau gab es keine
Probleme. Man muss nur aufpassen, die beiden SMD-ICs nicht zu vertauschen. Die
Beschriftung ist sehr klein und schwach, sodass ich eine gute Lupe verwenden
musste.
Mit der Montage des zweiten Schallwandlers war alles fertig. Ich habe
dann zuerst vorsichtig mit dem Labornetzgerät getestet und bei 12 V
einen Verbrauch von ca. 30 mA gefunden. Die mitgelieferten farbigen
Styropor-Kügelchen wollten zuerst nicht stehen bleiben. Versuchsweise
habe ich den oberen Schallwandler umgepolt angeschraubt, da ging es
besser. Die Kügelchen neigen dazu, seitlich wegzuspringen. Nur wenn man
genau die richtige Position erwischt hat, bleiben sie stehen. Einmal
habe ich es sogar geschafft, zwei Kügelchen übereinander in
benachbarten Schwingungsknoten zu parken. Aber das Problem ist, dass
die Pinzette das Schallfeld verzerrt und ein bereits stehendes
Kügelchen wieder herausfliegt. Für den Versuch habe ich mir eine ganz
leichte und spitze Pinzette aus Karton gebastelt, aber auch die
beeinflusst noch das Feld.
Hier sieht man eine Position, die um eine halbe Wellenlänge tiefer
liegt. Die Wellenlänge beträgt 300 m/s / 40000 Hz = 7,5 mm, die Knoten
sollten also im Abstand 3,75 mm liegen. Schließlich ist es mir gelungen, bis zu drei Kugeln schweben zu lassen.
In der Bauanleitung findet man den Schaltplan. Den
STC15F104W
kannte ich bisher noch nicht. Es handelt sich um einen preiswerten
8051-kompatiblen Mikrocontroller, der hier offensichtlich an zwei Ports
ein Gegentaktsignal mit 40 kHz erzeugt. Der
TC4427
ist ein MOSFET Gate Driver, der die großen Kapazitäten der
Schallwandler problemlos voll aussteuern kann. Durch die
Gegentaktansteuerung in Brückenschaltung wird eine Ansteuerung mit
24Vss erreicht, das ist mehr als genug. Versuche haben gezeigt, dass
ich das Netzteil bis auf 8 V herunterdrehen konnte, um eine Kugel zu
platzieren. Erst unterhalb von 7 V fiel sie herunter.
Ergänzung zum US-Levitator, von Wolfgang, DL4OAD
Vor wenigen Tagen an einem Stand bei der Hannover Messe entdeckt,
offensichtlich nicht mit SMD-Teilen! Es stammt vom HRW-FabLab:
https://hrw-fablab.de/
Hinweise von Alexander Westhoff
Zu diesem Thema habe ich diesen Artikel gefunden:
https://www.heise.de/ratgeber/Einfacher-Ultraschall-Levitationsapparat-4022505.html
Den Versuch habe ich mir mit Fischertechnik damals aufgebaut, indem ich
die Ultraschallkapseln einfach zwischen je zwei Bausteinen eingeklemmt
habe und die Halterungen konnte ich gut in den Nuten der
Fischertechnikbausteine auf den richtigen Abstand verschieben. Man
schlachtet einfach zwei HC 04 Ultraschallmodule, für die Sendekapseln ,
einen Arduino Nano, einen L298 Motortreiber, etwas Fischertechnik
oder Stabilbaukasten und eine Stromquelle. Im unteren Schaltplan ist
der 239 D abgebildet, mit dem hatte ich es damals nicht getestet nur
mit dem L298.
