Der Mendocino - Motor
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Vorwort über den Mendocino Motor (Solargetriebener Motor) |
| Der Mendocino - Motor ist ein mit Solarenergie
angetriebener Motor welcher auf Magnetlagern sehr reibungsfrei geführt
wird. Er schwebt quasi über den Magneten. Dies beruht auf dem Prinzip
der Abstoßung gleichnamiger Pole. Um ein seitliches Ausbrechen zu
verhindern, ist der Anker des Mendocino-Motors über eine harte Spitze
mit dem Grundkörper verbunden. Da der Menocino-Motor sehr dekorativ ist und die Funktionsweise nicht für jedermann ergründbar ist, entschloss ich mich zu Bau des Motors. |
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Der Mendocino - Motor (Schematischer Aufbau und Schaltplan) |
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| Schematischer Aufbau des Mondocino - Motors:
Die Farben Grün stehen für den Südpol der Magneten und Rot für den Nordpol. Die hier runden Magnete sind für das Schweben des Ankers verantwortlich. Der rechteckige in der Mitte für die Rotation. Die hintere Stütze verhindert ein Ausbrechen aus dem Schwebezustand. Die Magnete werden so angeordnet, dass der Anker in die Richtung der Halteplatte gelenkt wird. Um die Reibungswiderstände gering zu halten ist die Ankerwelle angespitzt und liegt an einem Spiegel (Halteplatte). |
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| Der Schaltplan des Mendocino - Motors: Insgesamt sind vier Solarzellen im Quadrat angeordnet (es können auch mehr sein). Die obere wird beleuchtet (Photonen - Beschuss / Tageslicht) während dagegen die untere im Schatten liegt. Es sind jeweils zwei Zellen (die sich gegenüberliegen) in Reihe geschaltet was auf den ersten Blick etwas ungewöhnlich aussieht, da es ja ein Kurzschluss ergeben müsste. In der Praxis zeigt sich dies aber sehr funktionell da immer nur eine von den beiden Zellen beleuchtet wird kann sich eine Spannung aufbauen und die im Schatten dagegen sperrt. Es fließt ein Strom über die Spule. Dreht sich der Anker um 180 Grad wird nun die Spule umgepolt und wir erhalten den gewünschten Magnetpol der den Anker jetzt weiter drehen lässt. Für mein Beispiel habe ich Solarzellen (65x20mm) mit einer Spannung von 0,5V gewählt dafür mit einer höheren Stromstärke. Die Stärke des Magnetfeldes (  Durchflutung)
ist das Produkt aus Windungszahl der Spule und der Stromstärke. Damit
auch ein "hoher" Strom fließen kann darf die Spule nicht
zu hochohmig sein. In meinem Beispiel besteht die Spule aus 100 Windungen
mit einem Drahtdurchmesser von 0,22mm. Das sind dann gemessene
9 Ohm.Der Strom errechnet sich aus der Spannung durch den Widerstand: I=U/R = 0,5/9 = 55mA das sollte auch das Minimum sein was die Solarzelle liefern sollte. Die hier verwendeten liefern 250mA bei Sonneneinstrahlung. Leider zeigt sich bei Solarzellen ein schnell abfallender Wert der Spannung und Stromstärke bei Abnahme der Lichteinstrahlung. Somit sollten schon einige Reserven vorhanden sein. |
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Projektseminar - Johannes Kepler Universität Linz |
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| Eine Semiararbeit von Gerhard Holzinger und Andreas
Pröll über den mechanischen Aufbau und die sehr ausführliche
Beschreibung der Funktionsweise eines Mendocino-Motors. Dieses
Werk kann hier
als PDF-Datei (5.6MB) eingesehen werden. Mit freundlicher Genehmigung von Gerhard Holzinger. |
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Die ersten Versuche eine Welle schweben zu lassen |
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| Die Ankerwelle ohne Spule und ohne Solarzellen: Ein erster Versuch wie das mit dem Schweben funktioniert. Alle Magnete sind Neodym-Magnete (also sehr starke Magnete). Die Positionen der Magnete sind hier mit O-Ringen fixiert. Die Ankerwelle besteht aus einem Edelstahlrohr und ist somit auf magnetische Einflüsse immun. |
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| Jetzt der Anker auf der Welle: Der Anker des Mendocino-Motors ist aus Kunstsoff gefräst. Die Aussparungen in den jeweiligen Mitten dienen als Freiraum für die Anschlüsse der Solarzellen nebst Anschlussdrähten. Die vier Bohrungen in den Ecken sollen ein durchfädeln des Drahtes (von der Spule) ermöglichen. Die Silberdrähte in der Mitte gehen durch den Anker und sind auch die Verbindungen zwischen den Solarzellen. Die drei Gewindebohrungen sind für Madenschrauben zum späteren auswuchten des Ankers gedacht. Der Anker hat eine Länge von 65mm genauso Lang wie die Solarzellen sind. An den Längsseiten des Ankers sind sogenannte Führungsnuten gefräst worden um der Spule einen Halt zu geben. |
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| Mein erster Mendocino-Motor schwebt: Und gleich mal einen ersten Versuch starten ob alles funktioniert. Ein Gummi gibt den Solarzellen den nötigen halt, da sie in der Breite noch nicht angepasst worden sind und somit nicht in die dafür vorgesehene Aussparung am Anker passen. Hier sieht man auch schön auf dem Bild den dicken Kupferdraht zum provisorischen Auswuchten. Ich hätte nie gedacht, dass die Solarzellen so unterschiedlich schwer sind. Das liegt wohl an den unterschiedlichen Dicken der Zellen (die sind ja schließlich nur in Kunstharz gegossen worden). |
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Der fertige Mendocino - Motor |
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| Eine Seitenansicht des Mendocino-Motors: Den Motor mit der Hand abgebremst und schnell ein Foto gemacht. Hier kann man schön den Schwebezustand erkennen. |
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| Der Mendocino-Motor in Rotation: Je nach Lichtverhältnissen dreht sich der Motor schneller oder langsamer. Jetzt zeigt sich auch wie gut der Anker ausgewuchtet ist, ansonsten stellt sich ein taumeln ein. Wie ich auch später erfahren habe, ist die richtige Auswahl der Magnete auf dem Anker entscheidend. Anscheinend sind nicht alles Magnete gleichmäßig. Das heißt Radial ist das Magnetfeld unterschiedlich stark. |
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| Der Mendocino-Motor im Geschwindigkeitsrausch: Das ganze Gestell ist aus Aluminium gefräst und wurde verschraubt. Natürlich so, dass man es nicht sieht. Auf dem Bild gut zu erkennen, die Dreiecksformation der Magnete, somit ist eine seitliche Stabilität gewährleistet. |
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| Ansicht des Mendocino-Motors auf die Spulen: Hier sieht man ganz gut wie die Anschlüsse der Spule ins Innere des Gehäuses gehen. Darüber hatte ich mir auch lange den Kopf zerbrochen, wie ich am elegantesten lösen könnte. Ich denke es kann sich sehen lassen. Und nach einigen Krämpfen in der Hand - waren die Spulen auch gewickelt. |
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| Menocino-Motor vs. Spiegel: Auf der anderen Seite des Ankers der Spiegel mit seiner natürlich glatten Oberfläche um Reibung zu minimieren. Später würde der Spiegel gegen eine Keramik-Platte ausgetauscht, weil sich die Spitze ins Glas des Spiegels gebohrt hat. |
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| Der Mendocino-Motor von oben: Aus dieser Perspektive sieht der Motor nicht sonderlich beeindruckend aus. |
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| Mendocino-Motor bei Tageslicht: Hier hat der Mendocino-Motor seinen endgültigen Platz auf der Fensterbank gefunden. Dort ist es besonders hell und der Motor dreht ordentlich. |
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| Der Mendocino-Motor im Größenvergleich: Ein schöne dekorative Spielerei für Jung und Alt :-) |
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Technische Zeichnungen zum Bau eines Mendocino-Motors |
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Version 2 des Mendocino-Motors |
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| Mendocino-Motor reloaded: Leider musste ich feststellen, dass sich die Spitze der Welle in den Spiegel gebohrt hat. Dies führte zur Verschlechterung der Laufeigenschaften (mehr Reibung durch mehr Berührungsfläche). Somit lief der Motor, bei schlechten Lichtverhältnissen, kaum noch an. Es stellte sich auch ein taumeln der Welle ein, bedingt durch Temperaturschwankungen der Umgebung ändert sich auch die stärke des Magnetfeldes und somit auch die Höhe des Schwebens. Wenn die Spitze nun durch ein Loch fixiert wird, obwohl die Schwebehöhe eine andere wäre, fängt die Welle mit dem darauf befestigten Anker an zu taumeln. Fazit: Der Spiegel musste weg und dafür etwas härteres her. Verwendung fand eine Keramik-Wendeplatte, die in der Industrie zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren oder gehärteten Stählen zum Einsatz kommt. Andere Mendocino-Motoren haben meist einen Spiegel als Auflagefläche aber auch dafür meist eine Kugelschreiber-Mine als Welle, die wohl um einiges weicher ist als meine Spitze aus einem 3mm HSS-Bohrer. Ob diese Variante des Aufbau´s funktioniert wird sich zeigen. Nachtrag 11.08.2010: Der Motor läuft immer noch einwandfrei und die Keramik-Platte hält was sie verspricht. |
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Video über den Mendocino-Motor |
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