Schaukelnder Affe

[PICture]

Hallo!

Zuletzt habe ich mir bei eBay ein Solarspielzeug gekauft: http://www.ebay.de/itm/400941224600?_trksid=p2057872.m2749.l2648&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT. Das 1. angehängte Foto habe ich von eBay Kopiert. Drin ist nur Solarzelle SC-3514, eine runde Ø 16 x 2 mm mit Kupferlackdraht Ø 0,05 mm gewickelte kernlose Spule mit ca. 700 Ω, ein 470 µF Elko und in schwarzem Fleck eingegossene Elektronik mit drei Pins (siehe 2. Foto). Der Affe hat unten einen Magnet Ø 10 x 5 mm und fängt zum Schaukeln bei auf dem Elko aus der Solarzelle gemessener Spannung um 0,7 V an. Wie funktioniert es ? :confused:

[White_Fox]

Die meiner Einschätzung nach billigste Variante:

Stell dir den Affen als schwingfähiges Element vor. Die Pendelbewegung stellt dabei die Schwingung dar. Dabei gibt es auch so etwas wie eine Eigenfrequenz, je nach Masse, Pendelradius und Gravitationskraft schwingt der Affeimmer mit einer bestimmten Frequenz hin und her. Sind Masse, Pendelradius und Gravitationskraft bekannt, kann die Eigenfrequenz errechnet werden.

Ich muß an dieser Stelle sagen, daß meine Physikvorlesung schon ne Weile her ist...das mit dem Pendel müsste ich nochmal genau nachlesen, aber so oder so ähnlich müsste das mit dem Pendel gewesen sein.

Im vergossenen Teil würde ich jetzt eine Schaltung vermuten, die einen Wechselstrom durch die Spule schickt, dessen Frequenz mehr oder weniger exakt der Eigenfrequenz des Affens entspricht. Magnetfeld -> Kraft auf Affe -> Auslenkung des Pendels

[PICture]

Hallo!

Alles mit dem Pendel sicher stimmt ! ;)

Nach meiner Beobachtung ist die Frequenz der gleichstrom Stromimpulsen durch die Spule von fester Pendelfrequenz um 150 pro Minute unabhängig und variert mit der Spannung am Elko. Die Impulse kommen zufällig: einmal schubsen und einmal bremsen den Pendel.

[WL]

Ich habe vor einigen (!!!) Jahren mal so etwas ähnliches als Bausatz zusammengelötet.
Ich glaube zu erinnern das die Spule (beim Eintritt des Magneten) als Empfänger funktioniert
und unmittelbar (einige ms) danach bestromt wird um den Magneten abzustoßen.

[PICture]

Das wäre möglich, aber zu kompliziert. Die Stromimpulse sind mit der Magnetbewegung sicher nicht synchronisiert und deren Frequenz mit der wachsender Helligkeit sich vergrößert. ;)

[White_Fox]

Papp dem Affen doch einmal ein nichtmagnetisches Gewicht an und prüfe mal, ob sich an der Frequenz an der Spule etwas ändert.

[Thomas$]

also Schwerpunkt verschieben, und/oder Pendel verlängern


Die Stromimpulse sind mit der Magnetbewegung sicher nicht synchronisiert und deren Frequenz mit der wachsender Helligkeit sich vergrößert. :wink: Wird die Spule auch bestromt wenn der Affe still steht?

[PICture]

Ja, ab 0,7 V am Elko und wie gesagt ganz zufällig. Irgendwie fängt das zum Schaukeln. Die Amplitude des Schaukelns wächst danach nur bis zur bestimmter Grenze unabhängig von weiter wachsender Helligkeit. ;)

[Manf]

Das hier ist ein bewährtes Antriebsprinzip, so würde man es wohl wieder realisieren.
https://www.youtube.com/watch?v=NlUaujGb8pk
Die Verzögerung der Anregung kann von der Betriebsspannung abhängen.

[PICture]

Das hier ist ein bewährtes Antriebsprinzip, so würde man es wohl wieder realisieren.
https://www.youtube.com/watch?v=NlUaujGb8pk

Danke schön für den interessanten Link. ;) Das glaube ich schon, sehe aber weder Schaltplan noch Funktionserklärung dort verwendeter Steuerung der Spule (angeblich auch Elektronik). :confused:

[Manf]

Hier ist die Steuerung eines solchen Pendels etwas näher beschrieben, man kan es so oder so ähnlich machen, bei der kleinen Spannung eben nur so ähnlich.

https://www.youtube.com/watch?v=_b4tsJTQzD8

[PICture]

Gratulation ! :D

Du hast die Funktionsweise schon richtig erraten. Die chinesische Schaltung, die ich habe, ist jedoch viel einfacher.

Ich habe versucht mir den Schaltplan bestmöglich vorstellen und skizzieren, es bleibt jedoch bis zum praktischen Test nur als ungeprüfte Vermutung.

32 1 S 2
|<--->| +------+-------+-UUU-+
___________ +| | .|-----|.
| 8 _ 8 ------ .-------. | |+--|<-+|
| |o/ \o| A | | |+ || ||
| |(*|*)| | | SC | === C | \ |--+|
| | \u/ | <- A |50 | | /-\ 470µ| >| |
| \/ \/ | '-------' | 10V |E |-+ |
| ( _ ) | -| | '-----|-'
| W/\M/\W ______V +------+------------+3
.-#-------------.
| ===== <-S | +------+--------+
| .-/-----\-. | +| | 1| E
| | E | | .---|---. | .-|---------.
| '|-------|' | | | | | | >| |
| .-|-------|-. | | .-. | | |T1 |-+--+ |
| |//|\\|//|\\| |<- SC | |R| | | | /| | | |
| '-----------' | | |S| | |+ | | | .-. |
'---------------' | '-' | === C | | |/ | |R|
|SC | | /-\ | +-| T2| | |
A = schaukelnder Affe (6g) | | | | | |> '-' |
s | /+\ | | | | | |
M = Magnet | rund 10x5 mm,(4g)| ( U ) | | '-----|--|--'
n | \-/ | | 2| |3
S = Spule (ca. 700 Ohm) | | | | C |
'---|---' | S C |
E = Elektronik (UJT ?) -| | C |
| | | |
SC = Solarzelle SC-3514 +------+------------+--+

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Im oberem "Schaltplan" ist alles sichtbares und im unterem was ich vermute.

Nachdem, wie es funktioniert, ist es fast sicher ein Sägezahngenerator mit Unijunktiontransistor (UJT). In meiner einfacherer Version ist der UJT aus zwei bipolaren Transistoren T1, T2 und einem Widerstand R gebaut.

Die skizzierte und von mir vermutete Elektronik sollte wie folgt funktionieren:

Der C lädt sich aus SC durch RS und bei erreichen UBE von T1 (ca. 0,7 V) zündet der UJT und der C entlädt sich durch S. Danach bei minimalen fließenden Strom sperrt der UJT und der C fängt sich erneut zu laden an. Das wiederholt sich immer wieder wenn U höher als UBE von T1 ist. Bei immer gleicher Zündspannung von UJT und dem Widerstand der Spule, sind die Stromimpulse ca. ISS = 700 mV / 700 Ω = 1 mA und Schubkraft auch immer gleich groß. Bei variabler Spannung U ändert sich nur die Frequenz der Stromimpulse.

Wegen Gesundheitsproblemen kann ich die originale Elektronik (E) nicht mit von mir vermuteten ersetzen und das Funktionieren prüfen. Leider wegen beschädigtem Sehzentrum im Hirn kann ich nicht mehr 3D sehen und z.B. den Ø 0,05 mm Draht prezise löten.

Ich würde mich wirklich sehr freuen, wenn jemand es machen und darüber berichten könnte. Dafür bedanke ich mich herzlich im voraus. :D

[Manf]

Wichtig für die Funktion ist sicher auch, dass die Spannung, die durch den bewegten Magneten in der Spule induziert wird, den Stromimpuls auslöst und damit für eine phasensynchrone Anregung sorgt. So kommt es dann auch zu einer großen Amplitude.
Der Effekt wird vielleicht bei einer einfachen Ausführung mit einer kleinen Spule nicht sehr ausgeprägt sein. Größere Systeme schwingen nach diesem Prinzip sehr gleichmäßig.

[PICture]

Ich möchte nur sagen, dass es sicher keine einfachere (billigere) selbststartende Lösung für solches Solarpielzeug gibt. Die Schwingfrequenz ist stabil per Mechanik festgelegt. :cheesy:

[Andree-HB]

Heute Morgen beim Make-Blog:
http://makezine.com/projects/dismantle-toy-create-3d-printed-swinging-makey/

:-)

[PICture]

Herzlichen Dank dafür ! :D

Ich habe dort aber mehr Details über verwendete Elektronik erwartet ._.

[Manf]

Hier wird die Konfiguration mit stärkerer Kopplung der Magnete gezeigt.

http://www.ebay.com/itm/120729753179?_trksid=p2059210.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT

Hier ist eine Bauanleitung für die Elektronik mit niedriger Spannung.

(http://www.ebay.com/itm/120729753179?_trksid=p2059210.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT)http://nutsvolts.texterity.com/nutsvolts/201208/?folio=32#pg32
(http://www.ebay.com/itm/120729753179?_trksid=p2059210.m2749.l2649&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT)

[PICture]

Oh Man(f) !

Warum musst du immer etwas für mich interessantes posten ? :D

Ich habe schon überlegt, ob ein Solarpendel als Antrieb für meinen künstlichen Tier nicht besser als Mikrostepper für Instrumente wäre, der sich schon mit 2 mA bewegt. Das muss ich unbedingt zum Experimentieren kaufen, weil so billig ist.

Aber vor dem Kauf muss ich zumindens per e-mail versuchen zu fragen wie groß es ist und welchen Widerstand die Spule hat. Das wichtigste wäre aber, ob es unter mechanischer Belastung von alleine startfähig ist, was ich stark bezweifle. :confused:

Die Schaltung aus zweiten Link ist noch zu kompliziert, weil in dem chinesischem Spielzeug z.B. keine LED gibt. Ich werde doch meine Vermutung realisieren und ausprobieren müssen. ;)

[Manf]

So groß ist der Unterschied nicht, es wird auch nach dem Prinzip des UJT geschaltet. Hier wurde der Kollektor von Q1 nicht direkt mit der Basis von Q2 verbunden sondern über R2.
Beim Durchschalten fließt der Kollektorstrom von Q2 im wesentlichen über die Spule und es wird nur eine Transistorsättigungsspannung abgezogen. Beim klassischen UJT bleibt eine Schwellspannung und eine Sättigungsspannung als Spannungsabfall am UJT als Schalter.

Geschaltet wird bei ausreichend hoher Spannung über R1 und synchronisiert über R2 mit der vom bewegten Magneten in der Spule induzierten Spannung.

http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/Semi/SEMI_7.html

30570

[PICture]

Danke für den erfrischenden Lehrgang ! :D

"Deine" Schaltung sollte effektiver als die von mir vermutete "chinesische" ohne Synchronisation sein. Ich werde aber zuertst "meine" aufbauen, ausprobieren und mit oririnaler vergleichen.

Der Affe mit "meiner" Schaltung hat sich gar nicht bewegt. Die originale Schaltung muß also schon mit Synchronisation und Selbstanschwingen sein. Jetzt verstehe ich es schon gut und muß zugeben, dass ich mir das zu einfach vorgestellt habe. Die chinesische Schaltung hat zwar nur ein Elko, müsste aber viel komplizierter sein (wahrscheinlich sogar mit µC). :confused:

[Manf]

Nur der Vollständigkeit halber: Die von Dir gezeichnete Schaltung hat auch eine Synchronisation. Die Spule liegt in Reihe mit dem UJT an der Spannungsquelle und eine Spannungsschwankung in der Spule (hervorgerufen durch den bewegten Magnet) wird das Durchschalten des UJT auslösen.
Der Effekt wird wie gesagt bei der kleinen Spule recht schwach sein was zu einer etwas unsauberen Schwingung des Pendels führt.

[PICture]

Ich vermute, dass wegen fehlenden Kern in der Spule die unverstärkte induzierte Spannung für Synchronisation einfach zu klein ist, weil sie beim "normalen" Schaukeln nur um ± 50 mVss beträgt.

Ausserdem die Zündspanung von UJT ist immer glech UBE von T1 und die in der Spule induzierte Spannung beim gesperrtem T2 beeiflüßt sie nicht.

Entscheident für negative Bewertung meiner einfacher Schaltung war jedoch, das es nicht von alleine (ohne Schubs) starten konnte. Mein Ziel war nur zu lernen, wie es funktioniert und nicht entwickeln änlicher, wie gekaufte, Schaltung.

Auf dem Foto vom Angebot aus USA: http://www.ebay.de/itm/Solar-Powered-Swinging-Friends-New-Set-of-3-Different-Panda-Monkey-Parrot-M13-/131576650137?hash=item1ea2945999 sieht man genau, dass alle schaukelnde Figuren auf gleich langen Hebel hängen. Das sugeriert, dass sie alle mit gleicher Frequenz schaukeln müssten und mit auf gleiche Frquenz abgestimmter Schaltung gesteuert würden. :confused:

Damit es nicht langweilig würde, könnte man eine Schaukel: http://www.ebay.de/itm/Set-of-4-Adorable-Swinging-Bear-Solar-Toy-Home-Decor-Birthday-Gift-US-Seller-/251988345404 & angehängtes Foto mit integrierten Magnet kaufen und gewünschte rein passende Figuren, beispielweise : http://www.ebay.de/itm/Polly-Pocket-Tiere-Wackelkopfchen-Strassaugen-Sammlung-4-cm-Katzen-Hunde-/231642120551?hash=item35eef24167 täglich wechseln. :Strahl

Übrigens, ich habe meinen schaukelnden Affe, der auf dem Fensterbrett steht, die Solarzelle nach hinten umgedreht (um 180 °), weil so sie mehr Licht hat und etwas versteckt ist (war es Entwicklungsfehler ?). Damit es genauso wie vorher Schaukelt, musste ich die Anschlüsse der Spule an die Steuerung umkehren und die Seite mit Solarzelle um ca. 5 mm anheben, damit der Rand vom Magnet in Ruhezustand wieder in der Mitte der Spile ist. :

_ _
/ \ <-- Magnet --> / \
( ) ( )
+-(\o/)-+ +-(\o/)-+
| +\_/- |<-- Spule --->| +\_/- |
| | \ /
| | \ /
| | \ /
| | \
| | / \
| | / \
| | / \
+| |- +| |-
.-----------. .-----------.
| | | |
| Stuerung | | Steuerung |
| | | |
'-----------' '-----------'

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Bei künstlichem Licht aus einer Leuchtstoffröhre hat es ohne Umpolung der Spule und Verschiebung des Magnets gegen Spulenmitte funktioniert, was eine Anpassung der Steuerung an Netzfrequenz deutet.

Ich habe noch etwas experimentiert, bis die Spule zestört war. Das war schon anfangs einkalkuliert und ich habe versucht mit Spass das Spielzeug zu reparieren. Dafür habe ich zuerst quadratischen Spulenkörper geklebt und danach ihn mit emalierten Kupferlackdraht mit gleichem Durchmesser gewickelt ohne Windungen zu zählen, nur mit ab und zu den Widerstand gemessen.

Zum Wickeln habe ich einen CPU Lüfter (5V, 0,35 W) verwendet, weil er dafür genug stark ist und gleichzeitig zu schwach um den dünnen Draht (gemessen mit Schieblehre 0,07 mm) zu reisen. Den Lüfter habe ich aus reguliertem Netzteil mit ca. 2 V versorgt und den Spulenkörper auf die Luftturbine mit dopelseitigem Klebeband geklebt.

Das hat wunderbar geklappt und das Spielzeug funktioniert wieder genauso. Zum Vergleich habe ich die beide Spulen fotografiert und gemessen (siehe 2. Foto). Die originale runde Spule hat L = 33 mH, R = 650 Ω und meine quadratische L = 49 mH, R = 700 Ω.

Als letztes habe ich festgestellt, dass die Schaukelfrequenz nur durch Mechanik festgelegt ist. Ich habe einfachste Mechanik mit um 90 ° gedrehten Lagerung vom schaukelnden Affe gebastellt und die Frequenz gemessen: um 240 pro Minute (siehe 3. Foto). Der Abstand zum "Boden" hat sich nicht geändert und es funktioniert, bloss schaukelt schneller und sogar bei "normaler" Helligkeit mit sehr geringer Amplitude. Erst nach einem Schubs schaukelt der rechte Affe praktisch genauso "stark", wie der Linke. Das bestätigt meine Vermutung, dass die Steuerung an feste und von Amplitude unabhängige Schaukelfrequenz abgestimmt ist.

Wie der "Anlasser" funktioniert, habe ich leider nirgendwo finden können. Über Pendeln habe ich auf die Schnelle nur das gefunden, was sicher schwingt nicht von selbst an und für mein Spielzeug schon zu kompliziert ist: http://www.elektronik.nmp24.de/?Bauanleitungen:Magisches_Pendel .

Weil ich die Mechanik nicht verstehe, höre ich mit weiterem Basteln entgültig auf. ;)

[Phenoh]

Ich möchte auch mal meine Gedanken kundtun. Als Oberlaie kann ich durch die Antworten nur dazulernen. Ich ging beim Lesen der Beiträge jetzt davon aus das in der Spule ein Magnetfeld erzeugt wird. Dies kann durch die Elektronik ein und ausgeschaltet werden. Der Magnet im Affen führt zu einem tiefliegenden Schwerpunkt, also zu einen langen Pendeln wenn er bewegt wurde. Wenn nun der Magnet neben der Spule hängt, diese nun einen Magnetimpuls erzeugt und den Magneten zum Mittelpunkt zieht, dann das Magnetfeld abgebaut wird, sollte doch der Affe eine Zeit x von selbst schaukeln. Erneut verstärkt durch einen zweiten Magnetfeldstoß nach gewisser Zeit.
Kann das so funktionieren? Allgemein gesagt, ohne Formeln die ich noch nicht beherrsche?

[PICture]

Hallo!

Leider habe ich kein Schaltplan von der gekaufter Elektronik und weiß nicht ob der Magnet durch die beströmte Spule nur gezogen, nur abgeschoben wird, bzw. beides. Das Magnetfeld der Spule wird nur durch Verschwinden des Stroms abgebaut.