Mendocino Solar Motor

Dies ist ein eigentlich nutzloser Motor, weil er aufgrund des geringen Drehmomentes leider keine praktische Anwendung finden kann.
Nun, ganz unbrauchbar ist er aber nicht, denn es ist ein hübscher Hingucker, oder auf neudeutsch ein sog. "Gadget".
Außerdem verbirgt sich einiges an physikalischem "KnowHow" dahinter (siehe Funktionsprinzip).

Die Anregung und Bauanleitung habe ich - leicht modifiziert - von Konstantins instructables-Seite übernommen.
Dort sind auch sehr detaillierte Angaben zum Aufbau zu finden.
Seine 3D-Druckdateien kann man hier https://www.thingiverse.com/thing:2610441 downloaden.

Der Motor wird von der Sonnenstrahlung oder einer hellen Lichtquelle angetrieben.
Eine Besonderheit ist, daß der Rotor, bestehend aus 4 Solarzellen und 2 Spulen mit jeweils 110 Wicklungem (ca. 40 m) aus 0,25 mm Kupferlackdraht mitsamt der Achse quasi in der Luft schwebt.
Das Schweben wird mit div. Magneten realisiert, die sowohl auf der Welle, als auch in 2 Haltern montiert sind ( siehe nähere Erläuterungen weiter unten).

Funktionsprinzip: (frei übersetzt nach Wikipedia )

Ein Menocino-Motor besteht aus einer Rotorwelle mit einer Anordnung von (typischerweise vier bis acht) Solarzellen und elektromagnetischen Spulen, die in einer Zylinderform um die Mitte der Welle angeordnet sind. Dieser Rotor ist horizontal über einem zentralen Magneten auf der Grundplatte des Motors montiert. Der letzte 6. Freiheitsgrad, die Axial- oder Schubrichtung, wird nicht schwebend, sondern durch einen Stahlkugelkontaktpunkt (o.ä) (geringe Reibung) gestützt.

Ein originaler Mendocino-Motor ist ein leicht kommutierter Motor. Zwei gegenüberliegende Solarmodule sind antiparallel geschaltet, d.h. Plus ist mit entgegengesetztem Minus verbunden. Zwischen diesen Brücken wird eine Spule geschaltet. Das Solarpanel in der Sonne / im Licht erzeugt mehr Strom als das Solarpanel im Schatten. So dominiert die sonnenbeschienene Solarzelle den Stromfluss. Die Spule und der Basismagnet erzeugen eine Lorentzkraft und damit eine Bewegung, die das nächste Solarpanel in die Sonne / das Licht dreht - und so die Rotation aufrechterhält. Wenn der Rotor gut ausbalanciert ist, startet der Rotor mit genügend Licht. Sogar ein Kerzenlicht könnte einen sehr gut ausbalancierten Rotor starten. Die meisten dieser Motoren benötigen allerdings einen ersten Impuls, um zu starten.

Hinweis:
Durch die Antiparallelschaltung der 2 Solarzellen, wird der Stromfluß durch die Spule jede ½ Umdrehung umgekehrt.
Die anderen 2 Solarzellen nebst Spule sind um 90° versetzt zu den ersten beiden Solarzellen am Rotor angebracht.

Erläuterungen zu meinem Aufbau: (siehe auch Konstantins instructables-Seite )

Mit einem 3D-Drucker wurden die beiden Halterungen, der Ständer für den Wellenanschlag, sowie die beiden Propeller mit einer Schichtdicke von 0,2 mm ausgedruckt. Die beiden Propeller dienen lediglich der Optik und haben sonst keine Funktion.
Ständer und die die beiden Halter wurden mit 4 mm Alu-Stangen verbunden.
Die Welle besteht aus einer 3 mm Messingstange ( 3 mm Alu-Stangen waren im Baumarkt nicht zu bekommen ).
Wichtig ist, daß die Welle aus nichtmagnetischem Material besteht.

Zuerst hatte ich eine Seite der Messingwelle mit einem Bandschleifer angespitzt, damit eine möglichst kleine Auflagefläche am Ständer entsteht, das hat allerdings zu viel Reibung zwischen Welle und Andruckplatte erzeugt, so daß sehr viel Licht notwendig war, damit der Motor lief.
Deshalb habe ich in eine selbstgedruckte Halterung eine 3mm Stahlkugel geklebt und auf das Ende der Welle gesteckt (s. Skizze).
So läuft die Welle viel leichtgängiger.

Ausbalancieren:
Um die Unwucht der Konstruktion aus Solarzellen/Spulen zu minimieren, habe ich normalen Klebstoff verwendet, von dem jeweils ein paar Tropfen auf die Innenflächen der Solarzellen aufgetragen wurden. Da hilft nur mehrmaliges probieren, bis die Welle möglichst "taumelfrei" dreht.
Wie ich bei meinen Auswuchtversuchen feststellen musste, ändert sich wohl das Gewicht des Klebstoffes nach dem Aushärten, sodaß wieder eine Unwucht vorhanden war.

Notgedrungen musste ich deshalb einen neuen Rotor ausdrucken und wickeln, das Auswuchten habe ich aber dieses Mal mit kleinen Kugeln aus "Klebeknete" (Pattex Kintsuglue ) durchgeführt. Diese Klebeknete verändert ihr Gewicht nach dem Trocknen nicht und das Auswuchten hat dieses Mal funktioniert.

Wer das obige Draufsicht-Foto genau betrachtet, wird bemerken, daß der Rotor nicht genau mittig zwischen den beiden Haltern angebracht ist, sondern etwas nach links versetzt. Das kommt daher, da ich aus optischen Gründen noch 2 Propeller rechts auf der Welle montiert habe, die ein zusätzliches Gewicht darstellen, welches durch den Versatz des Rotors ausgeglichen wird.
Man kann auf die beiden Propeller aber auch verzichten und die Welle dann entspr. kürzer gestalten.

Zu den verwendeten Magneten:
Auf der Welle sind insgesamt 7 Stck. Neodym-Ringmagnete Ø12 x Ø4 x 6 mm angebracht.
Das Innenloch der Magnete ist mit 4 mm etwas zu groß fü die 3 mm Messingwelle, was durch mehrmaliges Umwickeln mit Isolierband ausgeglichen wurde, bis die Magnete stramm auf der Welle sassen.

Übrigens: Die Wellenmagnete sitzen nicht genau mittig über den Haltermagneten, sondern sind etwas in Richtung Ständer versetzt.
Dadurch wird ein geringer Anpreßdruck der Welle auf den Ständer erzeugt, denn vollkommen schweben kann die Welle nicht.

In die Halterugen wurden insges. 14 Stck. dieser Magnete eingepresst. 8 Stck. im vorderen Halter und 6 Stck. im hinteren Halter.
Als Basismagnet wurde ein runder Scheibenmagnet Ø30 x 10 mm mit Sekundenkleber auf die Grundplatte geklebt.

Zur Stromerzeugung wurden 4 Stck. Solarzellen 0,5 V, 130 mA, 53x18 mm verwendet, die das Magnetfeld in den selbstgewickelten Spulen bestehend aus 0,25 mm Kupferlackdraht mit jeweils 110 Windungen erzeugen.

Zum Schluß wurde - wegen der Optik - die ganze Konstruktion noch mit Sekundenkleber auf eine 18 mm Leimholzplatte ( mahagoni gebeizt) geklebt.

Falls die Sonne nicht scheinen sollte, kann man die Funktion auch mit einer lichstarken! Taschenlampe testen. Muss man austesten, welche Lichtquelle sich da am besten eignet. Tests im Wohnzimmer ergaben, daß das Sonnenlicht auch durch eine 3fach-Verglasung ausreicht, um den Motor - halt geringfügig langsamer, als draussen in praller Sonne - rotieren zu lassen.

Leider hat meine bessere Hälfte beim Hausputz die Welle samt Rotor in Richtung Erdboden befördert, wobei ein Propeller gebrochen ist.
Um Wiederholungen dieser Art zu vermeiden, habe ich ein Schutzgehäuse aus Acrylglas zusammengeklebt, welches den Mendocino-Motor (hoffentlich) jetzt ausreichend vor Schaden bewahrt.
Das kleine Loch in der Stirnseite des Gehäuses dient dazu, den Motor bei zu geringem Licht manuell an der Welle "anzuwerfen".
Ist aber genügend Licht vorhanden, läuft der Motor von selbst los.