Auswuchten

Das Auswuchten des Mendocino Motors ist von zentraler Bedeutung für dessen Laufruhe. Selbstständiges Anlaufen, Laufruhe und Stabilität werden nur mit gut ausgewuchteten Rotoren erreicht. In Zusammenarbeit mit der Fa. Schenk - einer der führenden Hersteller von Auswuchtmaschinen - habe ich versucht, dieses Problem so weit wie möglich in den Griff zu bekommen. Dort habe ich mir einen Rotor bis auf 5/100 gr. auswuchten lassen. Und dennoch rotierte der Motor mit erheblichen Schwankungen. Bei einem Mendocino Motor liegen so spezielle Probleme vor, dass die Verwendung herkömmlicher Auswuchtverfahren nicht greifen. Das Auswuchten des Rotors als sei er eine feste Welle ist nicht allein entscheidend. Das Schweben im Magnetfeld stellt ein hoch sensibles System dar, in dem geringe Ursachen eine große Wirkung haben. 

 

Problem 1: Die Bauweise

 

Auch mit sehr genauen, lasergeschnittenen Bauteilen ist es schwierig, die Wicklungen so massensymmetrisch zu verbauen, dass keine Unwucht entsteht. Die Rotoren haben ein Gewicht von etwa 150 Gramm. Verschiebt man das Wickelkreuz nur 1/10 mm aus der Seelenachse (z.B. beim Verkleben des Wickelkreuzes auf die Achse), dann hat man schon vor dem Bau der Wicklungen eine Unwucht vorprogrammiert.

 

Als geringeres Problem schätze ich den Einwand der Fa. Schenk ein: Frei liegende Leitungen oder zu locker gefertigte Wicklungen können sich durch die Zentrifugalkraft verschieben und Unwuchten in höheren Drehzahlen erzeugen. Da ich die Spulen mit einem dünnen Film Heißkleber überziehe, können sich die Spulen nicht mehr verformen.   

 

Problem 2: Die Magnete

 

Neodymmagnete werden aus den Seltenen Erden gewonnen, nach einigen chemischen Prozessen in Formen gepresst und schließlich oberflächenbehandelt. Die Maße der vorwiegend aus China gelieferten Magnete differieren um ein bis zwei Zehntel mm im Maß der Öffnung wie im Maß des Durchmessers. Somit hat der Magnet auf der Achse vor dem Verkleben ein wenig Spiel. Auch wenn das Spiel gering erscheint, so drückt der Magnet auch einen 100% (ohne Magnete) ausgewuchteten Rotor ein wenig aus dem Drehzentrum.  

 

Bei langsamen Umdrehungen ist das kaum sichtbar. Meine Motoren sind aber so konstruiert, dass sie Drehzahlen von deutlich über 1000 U/min erreichen können. Es gibt einen Drehzahlbereich, bei dem sich dieser minimale Schwing-Effekt mit jeder Umdrehung verstärkt. Allein daraus resultiert auch bei einem nahezu perfekt ausgewuchteten Rotor ein Schwingen von wenigen Millimetern in dem erwähnten Drehzahlbereich. 

 

Zudem ist die Konzentration der magnetischen Partikel nicht gleichmäßig verteilt. 

Meine Messungen per Teslameter in einer Messstation haben ergeben, dass ausnahmslos alle Ring-Magnete ein unsymmetrisches Magnetfeld von unterschiedlicher Ausprägung haben.  

 

Problem 3: Die Masse der Solarzellen

 

Die Solarzellen sind in Epoxydharz vergossen. Trotz der maschinellen Herstellung variiert deren Gewicht bis zu 10% der Gesamtmasse. Sind also zwei gegenüber liegende Solarzellen von unterschiedlichem Gewicht, so ist das die Quelle einer möglichen Massenassymmetrie.  

 

Fazit

 

Egal wie man den Rotor baut, die Wahrscheinlichkeit einer vorhandenen Unwucht grenzt an 100%. Das bestätigt auch meine Erfahrung aus dem Bau vieler Motoren. Es wird notwendig sein, den Rotor abschließend auszuwuchten - nachdem alle Teile am Motor verbaut sind - vorausgesetzt, man will den Rotor in höheren Drehzahlen betreiben und man ist an einem ruhigen Lauf interessiert.

 

Das Auswuchtverfahren

 

Es macht nur Sinn einen Rotor mit festgeklebten Magneten auszuwuchten. Magnete, die nur mit den O-Ringen gehalten werden, bewegen sich in dem Spiel, dass die Achse und die Öffnung des Magneten bietet und machen jede Auswuchtung zunichte. 

 

Um einen Rotor auszuwuchten setzt man ihn in das Magnetfeld der Trägermagneten. Dabei dürfen die Basismagneten nicht eingesetzt sein oder man arbeitet (wichtig bei den Modellen M und Ms) im Licht von Energiesparlampen oder Neonlicht. Diese Lichtquellen erregen in den Solarzellen kaum eine Ladungstrennung und nur einen sehr geringen Stromfluss.

 

Dann lässt man den Rotor auspendeln. Grob eingschätzt gilt: ist die Beschleunigung des Rotors beim Einpendeln groß, braucht man größere Gewichte - ist sie gering, kommt man mit kleinen Gewichten aus.

 

Wenn der Rotor zur Ruhe gekommen ist, dreht man in beide Spiegelplatten in die oberen Gewindelöcher Inbusschrauben gleichen Gewichts. Die statische Unwucht hat man dann bestmöglich ausgeglichen, wenn man den Rotor von Hand in eine sehr langsame Drehbewegung versetzt und der Rotor während einer Umdrehung nur noch kaum wahrnehmbar beschleunigt. Dazu bedarf es einiger Versuche oder Erfahrung.

 

Nun gilt es, eine evtl. vorhandene dynamische Unwucht zu beseitigen. Dazu setzt man die Basismagneten ein und lässt man den Rotor eigenständig drehen. Wenn sich der Motor nach Durchlaufen einer Unruhephase stabilisiert und in höchsten Drehzahlen dreht, als wäre die Achse fest gelagert, dann hat man das Ziel erreicht. Beginnt der Motor aber nach Durchlaufen der Unruhephase eine erneute meist heftige Schwingbewegung, dann liegt eine dynamische Unwucht vor. Man tauscht dann die Gewichtsschrauben so gegen andere aus, dass das Gesamtgewicht der Schrauben, die das statische Gleichgewicht herbei geführt haben, nicht verändert wird, die Gewichtsverlagerung aber zu einer Seite bewirkt wird. (zwei 6 mm lange Schrauben werden gegen eine 2 mm und eine 10 mm lange Schraube ausgetauscht). Hier kann man nur mit Versuch und Irrtum zum Ziel kommen. Kein Motor kann 100% augewuchtet werden. Er wird sich immer im Magnetfeld schwebend nach dem verbleibenden Massenüberschuss ausrichten. 

 

Nach dem Auswuchten sollte man die Schrauben verkleben. Aufgrund der welchselnden Kräfte während der Drehungen kann sich eine Schraube in den Rotor hinein vibrieren. Dann hat man ein wirkliches und kaum lösbares Problem. Am besten gibt man ein wenig Heißkleber auf das Gewinde und dreht die Schrauben ein. Diese kann man leicht wieder lösen und vor allen Dingen bewirkt der Heißkleber keine Minirisse im Acrylglas.

 

Hier liegt der große Vorteil der achteckigen Mendocino Motoren. Die Möglichkeit, die Ausgleichsgewichte an der richtigen Stelle zu plazieren ist halt mit 16 Möglichkeiten besser als bei den sechsflächigen und bedeutend besser als bei den vierflächigen Mendocino Motoren.