Het zwaartepunt blijft in hetzelfde vlak

In de eerste soort panoramische koppen - besproken in het eerste artikel - klik hier -  loopt de (virtuele) horizontale as door het zwaartepunt van de roterende massa. Dat geeft weinig flexibiliteit, hij is maar geschikt voor camera’s met de juiste gewichtsverdeling en hij is redelijk omvangrijk. Indertijd waren er gelukkig  niet zoveel modellen, desnoods gebruikte men op de goede plaats bijkomende gewichten.

Maar om perfect in balans te zijn moet het zwaartepunt niet noodzakelijk onbeweeglijk zijn, het volstaat dat het in hetzelfde horizontale vlak blijft. Om het “wetenschappelijk” uit te drukken: zijn potentiële energie moet dezelfde blijven als men de camera kantelt. De operator hoeft dan geen inspanning te leveren om de camera in een bepaalde stand te houden.

William “Bill” Vinten bij zijn geesteskind. (Foto Vinten)

In 1956 komt de Britse firma Vinten op de markt met een kop die aan deze vereiste beantwoordt. Het is de beroemde Mark III en hij kent direct een enorm succes. Om de werking te begrijpen geven we eerst wat eenvoudige theorie.

Hoe ver daalt het zwaartepunt van een camera in functie van de neigingshoek ?? Uit de onderstaande figuren blijkt dat dit ‘hoogteverlies’ gelijk is aan h(1-cos?). (Zoals in het vorige artikel is h de afstand tussen het zwaartepunt en de as, het scharnierpunt).

Als men bij machines de positie van iets wil wijzigen in functie van een draaihoek, gebruikt men dikwijls een uitstulping, een nok, denk aan de nokkenas van een motor. Vinten deed het hier ook met een nok, in het Engels ‘cam’; wij spreken daarom ook over een kop met een ‘kam’. Zie hieronder, de tekeningen zijn gebaseerd op de figuren uit het originele octrooi.

Wat zien we? Bovenaan bevindt zich de plaat waarop de camera komt. Ze is, in de neutrale stand, op het punt A₀ scharnierend verbonden met een stang (in het geel) die tussen vier rollen verticaal kan bewegen. Aan de plaat is een kam bevestigd (het onderdeel met de golvende lijn). De kam steunt op een rol B, in het rood, die vast verbonden is met de structuur. Wanneer we de plaat en dus de camera onder een hoek ? brengen dan is de kam zodanig gedimensioneerd dat hij de as A_? omhoog duwt (beweeg met de muis over de tekening) zodanig dat A_?B = A₀B +h(1-cos?). En op voorwaarde dat het zwaartepunt van de camera zich in rust (bij alfa gelijk aan nul) exact boven de as bevindt blijft hij bij een willekeurige neigingshoek volledig in balans.

Op de foto van William Vinten zien we duidelijk de kam en de (in dit geval drie) gelagerde rollen waarlangs de verticale stang geleid wordt. Deze laatste steekt net boven de vaste structuur uit.

Bij dit latere model, de Mark 7, bevindt de kam zich aan de buitenzijde en is hij goed zichtbaar. We zien de gelagerde rol B waarom de kam rust – voor de gewichtsverdeling is er uiteraard een kam aan weerszijden van de kop – en rechts de hendels voor de verticale en horizontale remmen. Ernaast de draaiknoppen om de drag, de viscositeit van beweging, in beide richtingen in te stellen.

Een dergelijke kop heeft een maximale neiginghoek van 60 graden, dat is aanzienlijk, en hij kan grote gewichten aan, tot zo’n 90 kilogram. Maar er is wel een kam nodig in overeenstemming met de hoogte van het zwaartepunt tot de as. Volgens een catalogus uit die tijd zijn dit de maten van de kammen voor de verschillende cameratypes Philips LDK5 : 6 duim, Thomson TTV1515 : 7 duim, RCA TK47 : 8 duim, om er maar enkele te noemen.

Gedurende tientallen jaren waren zulke koppen dé standaard in de studio’s en voor sportreportages Ondanks het uitstekend concept hebben ze hun nadelen. Voor verschillende camera’s zijn andere kammen nodig. Bovendien is de fabricage van al die onregelmatig gevormde kammen niet evident. Er worden ook hoge krachten op uitgeoefend. Speling op de rollagers van de stangen geeft aanleiding tot onstabiele camera’s, enz. Toch worden deze panoramische koppen nog altijd gebruikt! Bij de firma Panther vinden we trouwens een gespecialiseerde kop die ermee gelijkenissen heeft : de Rocker plate, voor zeer lage perspectieven (http://www.panther.tv/p/rocker-plate ) en ook Shotoku heeft er nog een in zijn catalogus.

In de loop der negentiger jaren worden ze opgevolgd door types die steunen op de pantograaf. Die hebben het voordeel dat ze met een draai aan de knop op een willekeurig zwaartepunt kunnen ingesteld worden. Met een pantograaf – men noemde het toestel ook wel tekenaap – volgt men een rechte of kromme lijn, en die wordt dan vergroot of verkleind weergegeven. Zie deze animatie (bron Wikipedia):

De toepassing is natuurlijk heel wat ingewikkelder, toch in het geval van de Vinten Vector-reeks. Niet schrikken als je het vervolg leest.

We vertrekken met een platform dat scharniert rond een punt A, verbonden met een verticale stang AR. Het punt B van het platform is verbonden met een andere verticale stang v, hier in blauw getekend. Het punt R vormt een as voor een tuimelaar, twee stangen met lengte k resp. l die een rechte hoek vormen (in het rood). Het uiteinde van de ene stang is beweeglijk verbonden met de stang v. Het uiteinde van de rechterstang ligt op een horizontale g (groen).

Als het platform kantelt tot een hoek ? dan komt de stang v uiteraard dichter bij de stang AR. De afstand is gelijk aan (AB).(1-cos?).  Door de tuimelaar wordt deze horizontale afstand omgezet naar een verticale, tussen g₀ en g_?. Deze afstand is gelijk aan (AB).(1-cos?).l/k  en evenredig met de daling van het zwaartepunt.

Stel dat we deze horizontale g vast verbinden met de structuur dan zou de as van het platform en dus ook het zwaartepunt stijgen met deze afstand. Om het zwaartepunt in eenzelfde vlak te houden dan moet de as stijgen met h.(1-cos?). De stijging gaat dus de goede richting uit, maar is onvoldoende. Men kan ze trouwens beïnvloeden door de lengte van de stang l te veranderen.

Een parallellogram of pantograaf komt te hulp en treedt op als versterker. In de tekening plaatsen we onze princiepsmechaniek naast de constructie uit het octrooi. De overeenkomstige elementen hebben dezelfde kleur. De groene stang g is verbonden met de dwarsverbinding 22. Daardoor treedt er een versterking op van de stijging van het zwaartepunt.

Beweeg de muis over de tekening en u ziet de kop in zijn uiterste stand.

 De verticale as AR maakt deel uit van het min of meer ronde geheel. De horizontale g heet hier element 30 en is verbonden met het element 22. Dat element beweegt mee naar boven met de parallellogram.

Hoe het er uit ziet in een bepaalde hoek : het element 22 heeft zichzelf én het platform naar boven getrokken.

 Hopelijk is dit alles min of meer duidelijk, voor meer detail zie de octrooien. Het principe is ondermeer uitgewerkt in de Vector 70-reeks van Vinten. De gelijkenis met bovenstaande tekeningen is treffend.

Om terug te keren naar het eerste artikel, klik hier.

Voor het derde artikel klik hier.

_____________________________________________________________