Horloge magique

(Difficulté : * facile)

Nous proposons ici la réalisation d'une horloge "magique" :

Principe :

Il s'agit d'un mouvement d'horloge à aiguilles classique.

L'aiguille des secondes n'est pas utilisée...

Sur le dessus de l'aiguille des heures, nous avons collé un disque transparent souple sur lequel sont collés 2 aimants Ø6e2 à 45 et 90 du centre

Sur le dessous de l'aiguille des minutes, nous avons collé un disque transparent souple sur lequel est collé 1 aimant Ø6e2 à 135 du centre.

L'horloge, avec ses disques et ses aimants est installée juste derrière une feuille blanche tendue.

On pose 4 billes en acier de Ø6, une en face de chacun des aimants, de l'autre côté de la feuille.

L'horloge apparaît donc, avec une façade blanche, sans inscription, sur laquelle roulent trois billes en acier (attirées par les aimants). Une bille au centre, immobile. 2 billes pour l'aiguille des heures et une bille à l'extrémité des minutes.

Les billes ont l'air de flotter sur la feuille (en fait elles roulent dessus), à part celle du centre.

La réalisation est assez simple il faut juste s'assurer que :

• Les aimants sont suffisamment puissants, et suffisamment proches de la feuille pour que les billes soient maintenues, même quand l'horloge est en position verticale. On peut secouer un peu l'horloge pour le vérifier.

• Le poids des aimants et des billes qui est plus ou moins compensé par le poids des aiguilles.
  
  

•  Les frottements sur la feuille ne soient pas trop importants pour que l'horloge entraîne les disques. Sinon, il faut insérer des petites cales cylindriques Ø6 collées aux aimants, côté feuille : ça augmente la distance entre l'écran et la bille et ça diminue donc les frottements mais les billes se décrochent plus facilement si on secoue l'horloge.

Les disques transparents souples permettent de compenser des défauts de planéité de la feuille (tiges non parallèles), de parallélisme entre les aiguilles et la feuille (mécanisme d'horloge mal monté), les écarts de distance...

Mesures :

• Distance entre aimant Ø6x2 et bille Ø2.6 :

  • 3 mm : parfait
    
    

  • 3.5 mm : ça va encore

  • 3.8 mm : tangent

  • 4 mm : insuffisant

  • 
    
    

• Distance entre aimant Ø6x2 et bille Ø4 :

  • 3 mm : parfait
    
    

  • 3.5 mm : ça va encore

  • 3.8 mm : tangent

  • 4 mm : insuffisant

• Distance entre aimant Ø6x2 et bille Ø6 :

  • 2 mm : parfait (mais il faut passer l'aiguille des heures et l'épaisseur de la plaque...
    
    

  • 2.3 mm : ça va encore

  • 2.5 mm : tangent

  • 2.8 mm : insuffisant

Donc, si ça ne passe pas, il faut choisir des billes plus petites mais malheureusement moins visibles.

Nomenclature :

• Un mécanisme classique d'horloge suffisamment puissant que l'on trouve pour 3 ou 4 euros. Pour info, le mécanisme consomme 0.18 mA. Avec une pile AA (LR6) standard de 2850 mA, la pile devrait donc durer 2850/0.18=15800 h soit 659 jours presque deux ans... La puissance absorbée par l'électronique est donc de 1.5*.18=.27 mW ou 270 µW : ce n'est évidemment pas beaucoup ! Vu le rendement du moteur, les pertes dans les engrenages... nous estimons la puissance fournie à l'aiguille des minutes de l'ordre de P = 30 µW. P = T × Ω. T couple,
  Ω vitesse angulaire : 1t/h soit 2PI/3600=0.0017rd/s, T=30 10-6/0.0017=0.018 N.m (Newton mètre). L'aimant est à 0.135 m de l'axe. La force disponible est donc de 0.018/0.135=0.13 N (Newton) soit l'équivalent d'un poids de 13 g. Il faut donc une feuille très lisse (surtout côté intérieur), un aimant pas trop puissant ou une cale entre l'aimant et la feuille (dans un matériau qui glisse bien, de préférence) ...

• 4 aimants Ø6e2

• 4 billes acier Ø6 (par exemple)

• 1 feuille opaque blanche A3 : 420 x 297 (C'est la pièce maîtresse de l'horloge). Il faut choisir soigneusement un papier ou un plastique suffisamment rigide pour ne pas faire de plis et suffisamment souple pour s'enrouler correctement autour des cylindres et rester plan sur l'avant. On peut faire les essais avec une feuille de papier A3...On peut découper un morceau de toile cirée ou de nappe plastique...

• 2 feuilles A4 (transparentes de préférence) souples

• 2 profilés bois 40 x 25 x 330

• 4 cylindres ou tubes aluminium, laiton, fibre de verre, carbone... Ø6ext L430

• Un morceau de CTP 335 x 115 x 3 (ou 4 ou 5)

• 4 pieds plastique noirs adhésifs (sauf si l'horloge est uniquement destinée à être fixée au mur)
  
  

Réalisation :

• Ouvrir délicatement le mécanisme (axe vers le bas) en déclipsant les 4 clips.

• Percer 3 trous Ø3 dans le capot fumé transparent les plus écartés possible

• Y installer 3 vis M3x15, tête fraisé, tête à l'intérieur du capot et visser 3 écrous M3

• Déposer de la colle époxy à l'intérieur du capot pour bloquer les têtes de vis

• Oter délicatement l'engrenage des secondes et recouper son axe métallique (à la pince) pour ôter environ 10mm

• Remonter l'engrenage des secondes et remonter le capot (mécanisme axe vers le bas) et clipser

• Déposer une petite quantité de colle époxy dur l'axe des minutes, y poser un aimant Ø6x2 centré et laisser durcir, aimant vers le bas

• Recouper l'aiguille des minutes et des heures si besoin.

• Découper dans une feuille A4 transparente un disque Ø200. Percer un trou au centre et coller le disque sur l'aiguille des heures côté extérieur.

• Côté intérieur, à l'opposé de l'aiguille, coller un aimant Ø6x2 à 45 du centre et un autre à 90 du centre.

• Installer le disque comme une aiguille des heures, l'aimant en haut, aiguille en bas.

• Découper dans une feuille A4 transparente recoupée à 210x210 un disque Ø210 en gardant deux coins opposés de la feuille, percer un trou au centre et coller le disque sur l'aiguille des minutes côté intérieur.

• Côté extérieur, coller dans le coin à l'opposé de l'aiguille, un aimant Ø6x2 à 135 du centre.

• Installer ce disque avec 2 coins comme une aiguille des minutes, coin du disque avec l'aimant en haut, aiguille en bas.

• S'assurer que les aimants des disques peuvent toucher la feuille A3 opaque blanche.

• Il peut être nécessaire de rajouter une petite plaque, de 2 par exemple, sur les aimants, côté avant, pour que la force des aimants ne déforment pas trop la feuille et que le frottement n'empêche pas les disques (surtout celui des minutes) de tourner.

• Découper 2 profilés bois 40 x 25 L330.

• Percer 4 trous Ø6 profondeur 16 sur la grande face des 2 profilé bois : entraxes : 28 x 300. (Les trous doivent être bien perpendiculaires à la face des profilés)

• Poncer et vernir les profilés.

• Déposer de la colle à bois dans chacun des 4 trous du profilé du haut et sur l'extrémité de chaque cylindre.
  
  

• Enfoncer chaque cylindre (ou tube) Ø6 dans un trou et laisser sécher.

• Monter les cylindres (ou tubes) sans colle sur le profilé bois du bas et vérifier que l'on atteint juste la largeur de la feuille A3

• Les démonter, les remonter avec la feuille A3 et de la colle dans les trous et sur les extrémités des cylindres, veiller à ce que les 4 cylindres soient parallèles et laisser sécher.
  
  

• Percer un trou Ø16 à 80 d'un petit bord dans la plaque de CTP. Percer une découpe pour pouvoir régler l'horloge et changer les piles.

• Percer 3 trous Ø3 dans la plaque de CTP en face des 3 vis du capot d'horloge pour que les aiguilles soient centrées. Poncer vernir.

• Fixer cette plaque en CTP par 4 vis à bois contre l'arrière des profilés bois. (Axe de l'horloge bien centré sur le centre de la feuille)

• Dévisser les 3 écrous M3 fixés sur les 3 vis du capot, installer 3 ressorts de compression, monter le mécanisme sur la plaque de CTP et monter les 3 écrous M3

• Régler les 3 écrous pour que l'axe soit perpendiculaire à la feuille et que les aimants passent près de la feuille blanche. (Le mécanisme doit être bien parallèle à la plaque de CTP).

• Percer 2 trous Ø4 environ (perforatrice de bureau) sur chaque petit bord de la feuille à 75 du grand bord (si la feuille est en papier, on peut la renforcer avec un adhésif avant de faire les trous).

• Appliquer la feuille blanche contre les cylindres, la rabattre dessus et la maintenir par 2 ressorts de traction reliés des 2 côtés à un fil d'acier accrochés dans les trous, qui passe derrière la plaque de CTP.

• Régler la longueur des fils d'acier pour que les ressorts soient suffisamment tendus pour éviter les plis et avoir une feuille bien plane et pas trop pour ne pas déchirer la feuille. (Il vaut mieux ne pas trop tendre).

• Replier les fils de fer sur les trous.

• Poser les 4 pieds plastiques sous le profilé bois du bas (sauf si l'horloge est uniquement accrochée au mur).
  
  

• Insérer la pile et régler l'heure d'après les positions des aimants.
  
  

• Poser 3 billes acier Ø6 ou Ø4 en face des aimants de l'aiguille des heures.

• Poser une bille acier Ø6 en face de l'aimant des minutes.

• Accrocher délicatement l'horloge au mur ou la poser sur un meuble : les billes roulent lentement sur la plaque blanche...

Nota : si, à cause du frottement des billes, l'horloge ne tourne pas ou mal, on peut diminuer le diamètre des billes ou mettre des cales devant les aimants. Mais auparavant, il faut déjà tester l'horloge sans aucune bille. Puis uniquement la bille centrale (qui ne devrait pas poser de problème) puis la bille des heures à 45 du centre, puis celle à 90 du centre puis celle à 135 du centre : celle-ci peut poser problème puisqu'elle est reliée à l'aiguille des minutes (qui a forcément moins de couple que celle des heures. Et que l'aimant est plus proche de la bille.

Nota : On peut remplacer les disques par deux tiges (Ex: aluminium 10x1) mais il faut qu'elles aient la même longueur de chaque côté de l'axe pour équilibrer.

Nota : avec une loupe, en observant le bord extérieur du cercle des minutes, on le voit facilement tourner...

Nota : l'horloge est fragile : il ne faut pas la secouer ni la saisir par la feuille mais uniquement par les profilés en bois.

Vue de synthèse avant de l'horloge (3h07) :

Vue de synthèse arrière de l'horloge : Le trou pour l'attacher au mur, la découpe pour changer la pile et régler l'heure, les disques en plastique transparent, l'aiguille des heures, et des minutes.

Les aimants sont visibles à travers les disques transparents sur lesquels ils sont collés. Le tube aluminium à droite, les vis et les ressorts :

(Conseil : disposer un petit sac en plastique posé sur le profilé bois du bas, entre la plaque de CTP et la feuille avec quelques billes de rechange...)

Les deux disques souples découpés dans deux feuilles A4 transparentes percées et chacun destiné à être collé et entraîné par une des aiguilles de l'horloge posée contre la feuille A3 :

Vue arrière :  la feuille A3 perforée, renforcée par des fils Kevlar et un adhésif (pour que les ressorts ou les fils d'acier ne déchirent pas la feuille) tendus par 2 ressorts et 4 fils d'acier. Les deux disques souples transparents ont provisoirement été installés, tenus par 4 aimants et, de l'autre côté de la feuille, 4 billes Ø6. Il manque, évidemment, le mécanisme de l'horloge avec ses aiguilles collées sur les disques et la plaque de CTP pour tenir le tout :

Vue arrière horloge assemblée :

Vue avant en cours de montage, avec une feuille papier A3 papier.

Avec les pieds, sans la plaque CTP, ni l'horloge.

Nota : l'horloge est assez légère : si elle n'est pas accrochée au mur, mais simplement posée sur un meuble, on peut agrandir la largeur du profilé du bas ou le lester en posant une plaque d'acier ou de plomb dessus (environ 30 x 250) ou un poids de chaque côté.

Nota : on peut imprimer des graduations ou des chiffres sur la feuille. Mais nous trouvons que l'horloge est plus esthétique tel quel.

Nota : si les billes ne tiennent pas assez ou que l'on veut mettre des billes plus grosses : on peut remplacer les billes par des aimants Ø6x2 (les mêmes que du côté arrière de la feuille). Et laisser tel que ou poser une bille Ø6 ou plus gros sur chacun des aimants que l'on vient de rajouter.

Nota : les aimants, en particulier celui des minutes ne doivent pas être trop puissants. Sinon les frottements vont gêner ou empêcher la rotation...

Finalement, nous avons modifié l'horloge :

• Nous avons ôté les pieds du profilé du bas pour le coller sur un morceau de carrelage (de 300x60) pour lester un peu l'horloge, descendre son centre de gravité et améliorer sa stabilité

• Nous avons agrandi la plaque arrière pour protéger l'intérieur et empêcher la lumière d'éclairer la feuille par l'arrière
  
  

Photo de l'horloge avec le morceau de carrelage, une feuille A3 plastifiée :

La réalisation est simple et économique, l'horloge est silencieuse et l'effet est garanti...

Créé le 11/02/2022

A jour au 13/03/2023