Wie wuchte ich einen Kreisel aus?
Manche Kreisel sind nach dem Drechseln zwar rund, laufen aber nicht ruhig. Ursache ist eine schwankende Dichte des Holzes, so dass der Schwerpunkt des Kreisels nicht auf der Achse liegt. Bei Eibe ist das besonders häufig, bei Tropenhölzern, die das ganze Jahr gleichmäßig wachsen, kommt es kaum vor. Dieser Kreisel aus Eibe lief nicht gut, durch die schweren dunklen Teile des Holzes lag der Schwerpunkt nicht auf der Achse.
Der Kreisel flatterte ziemlich:
Manchmal wuchte ich solche Kreisel aus. Dazu den Kreisel schräg stellen und den Stiel an die Kante eines Lineals oder in die Ecke zweier Kanten (hier an einen Messschieber) oder einfach zwischen zwei Fingernägel anlehnen. Dann die Kante leicht nach oben und unten verschieben, um die Reibung zum Kreiselstiel zu verringern. Der Kreisel stellt sich mit dem schwersten Punkt nach unten. Auf der Seite, die jetzt nach oben zeigt, fehlt also Masse. Die obere Position markiere ich mit einem kurzen Bleistiftstrich.
Aus einem Sortiment verschieden großer Edelstahlkugeln (findet man im Internet) wähle ich eine aus und klebe sie provisorisch mit Klebestreifen an den Kreisel.
Dann den Kreisel mit der Kugel wieder schräg an die Kante lehnen. Wenn er sich nicht mehr deutlich mit einer Seite nach unten dreht ist es die richtige Kugelgröße. Den Kreisel ausprobieren und wenn er gut läuft eine Delle fräsen und die Kugel mit wenig Zweikomponentenkleber ("Uhu sofortfest") einkleben. Da die Kugel in der Delle näher an die Achse kommt, braucht man manchmal die nächstgrößere Kugel. Vorsicht: Wenn man beim Fräsen abrutscht, sieht es hässlich aus!
Siehe da, der Kreisel flattert nicht mehr:
Etwas aufwändig, aber ein schlecht laufender Kreisel ist halt nicht so schön.
Statistiken zu meinen Kreiseln
Kreisel haben verschiedene Eigenschaften: Sie sollen gut aussehen, sich angenehm anfühlen und lange laufen ohne zu flattern. Das Aussehen wird von der Materialauswahl und der Form bestimmt. Beim Anfühlen kommt noch die Oberflächenbehandlung hinzu. Damit ein Kreisel gut läuft, müssen mehrere Faktoren passen. Die Form bestimmt den Luftwiderstand. Eine harte Spitze reduziert die Reibung mit der Unterlage. Die Dichte, die Masse und deren Verteilung sind wichtig, da sie das Trägheitsmoment des Kreisels bestimmen. Ein hoher Schwerpunkt lässt sich schwieriger andrehen als ein niedriger. Ist der Schwerpunkt sehr niedrig, muss man den Kreisel fast senkrecht auf dem Tisch stehend andrehen, da er schon bei kleinen Kippwinkeln am Rand auf dem Tisch aufsetzt. Der Stieldurchmesser muss zum Rest passen: ist er zu dünn, fehlt beim Andrehen das nötige Drehmoment, ist er zu dick, erreicht man keine hohe Drehzahl. Bei Fingerkreiseln sind je nach Kreiselgröße Stieldurchmesser zwischen 5 mm und 7 mm günstig, bei Handkreiseln eher 10 mm.
Ich habe an den von mir bis jetzt gefertigten 417 Kreiseln einige Größen gemessen und zeige sie hier, wobei einzelne sehr große Kreisel rausgenommen sind. Die Anzahl pro Jahr gefertigter Kreisel schwankt:
Im Dezember und Januar ist es draußen ungemütlich, also wird mehr gedrechselt. Im Februar ist dann die Luft raus. Im Sommer ist es zu warm und draußen schön:
Der mittlere Kreiseldurchmesser liegt bei etwa 43 mm:
Die mittlere Kreiselhöhe liegt bei etwa 51 mm:
Das mittlere Verhältnis von Kreiselhöhe zu Kreiseldurchmesser liegt bei etwa 1,25:
Die mittlere Kreiselmasse liegt bei etwa 15 g:
Kreisel als Wasserwaage
Auf einer waagerechten Oberfläche bleibt ein rotierender Kreisel auf einer Stelle stehen. Läuft ein Kreisel auf einer Oberfläche nicht seitlich weg, kann man daraus schließen, dass die Oberfläche waagerecht liegt. Damit kann man einen Kreisel wie eine Wasserwaage nutzen.
Wenn sich ein Kreisel auf einer leicht geneigten Oberfläche dreht, dann wandert er senkrecht zur "bergab"-Richtung auf der Oberfläche. Wenn sich der Kreisel andersherum dreht, wandert er in der entgegengesetzten Richtung.
Ein Kreisel auf einer geneigten Ebene; der eine Pfeil gibt die Drehrichtung des Kreisels an, der andere die Wanderrichtung des Kreisels
Die Ursache ist, dass die Kreiselspitze nie ganz spitz, sondern etwas gerundet ist. Dadurch liegt der Punkt auf dem der Kreisel steht nur bei einer waagerechten Fläche genau auf der Rotationsachse des Kreisels. Bei einer geneigten Fläche liegt der Aufstandspunkt des Kreisels in einem Abstand r zur Drehachse. Dadurch rollt der Kreisel auf einem kleinen Kreis um seine Drehachse ab und damit rollt er bei jeder Umdrehung etwas weiter.
Aus der Wandergeschwindigkeit v lässt sich der Neigungswinkel a der Oberfläche berechnen. Die Wandergeschwindigkeit v hängt vom Neigungswinkel der Oberfläche, von der Drehzahl n des Kreisels und vom Radius RSpitze der Kreiselspitze ab.
Der Kreisel rollt auf einem kleinen Kreis um die Spitze des Kreisels ab.
Bei jeder Umdrehung des Kreisels rollt er auf der Oberfläche die Länge des Umfangs Ur eines Kreises mit dem Radius r weiter:
mit
Die Wandergeschwindigkeit v des Kreisels ist:
Damit ist der Neigungswinkel a der Oberfläche:
Beispiel: Ein Kreisel mit einem Spitzenradius von 1 mm dreht sich mit 20 Umdrehungen/s und wandert mit 10 mm/s über eine Oberfläche. Diese hat damit einen Neigungswinkel von:
Da die Messung der Drehzahl des Kreisels und des Radius der Kreiselspitze schwierig sind, begnügt man sich besser damit, den Kreisel nur als Wasserwaage und nicht zur Messung des Oberlfächenneigungswinkels zu nutzen. Oder man legt einfach eine Murmel auf die Fläche: Wenn sie nicht rollt, ist die Fläche eben:-)