Het wonder van de regenboogmaker

Wekelijks stuit Karel Knip in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen.

Deze week: yin, yang, HEMA en een motor die altijd even snel draait.

De Rainbow Maker heeft een motor die altijd evenveel rotaties per minuut maakt, hoe veel zonlicht er ook is.
De Rainbow Maker heeft een motor die altijd evenveel rotaties per minuut maakt, hoe veel zonlicht er ook is. Foto’s Karel Knip, Kikkerland

Het AW-laboratorium ontving een Rainbow Maker. Zomaar. De Rainbow Maker van Kikkerland brengt meer qi in huis en dat kwam van pas want door een harmonieuze stroming van qi ontstaat volgens de oeroude feng shui-filosofie een beter evenwicht tussen de complementerende krachten yin en yang. Daar schortte het aan.

In de praktijk betekent het dat het diamantachtige object dat onder het kleurrijke tandwielkastje hangt langzaam gaat draaien zodra er zonlicht op het kastje valt. De kans daarop is extra groot als het kastje met een zuignap aan een raam op het zuiden is geplakt. Eenmaal draaiend werpt de diamant, die Kikkerland het Swarovski Crystal noemt, bonte, beweeglijke vlekken om zich heen op muren en kasten: zonnespectra zoals je ze zelf nooit maken zou. Een lust voor het oog en dat je er tureluurs van wordt is onzin.

Gaandeweg valt op dat de diamant altijd dezelfde kant op draait en ook altijd precies 3 rotaties per minuut maakt, of er nu veel of weinig zonlicht op valt. Hij draait met 3 rpm of hij draait niet. Hoe wérkt dit, wil je dan weten, maar van het Amerikaanse patent krijg je het niet te horen. Dat beschrijft hoe Kikkerland zijn leuke idee kreeg en wat je van de vinding mag verwachten en concentreert zich verder op de werking van het lichtbrekend kristal, de refractory crystal, maar zonder te vertellen waaruit dat bestaat: glas of gewoon plastic. Over de aandrijving van het kristal is het patent korzelig kort: er is een fotovoltaïsche cel, een elektromotor en een transmissie. That’s it.

Onaantastbare diamant

Het kristal is van glas, dat viel snel aan te tonen. Het weegt 14 gram en bleek bij onderdompeling in een maatcilinder een volume van 4,5 ml te bezitten. De soortelijke massa komt daarmee op 3,1 g/cm3, ruim buiten de range van de gangbare plastics, maar binnen die van de speciale glassoorten. Aceton tastte de diamant niet aan en er viel ook niet in te krassen.

De plastic tandraderen van de tandwielentrein die de diamant laat draaien lijken sprekend op de tandwielen die je in klassieke uurwerken ziet. Steeds zijn twee tandwielen, de één groot, de ander klein, concentrisch op elkaar gemonteerd. Steeds drijven de tanden van een klein wiel de tanden van een groot wiel ernaast aan.

Het is een beproefde methode om vertraging tot stand te brengen en met een bescheiden vermogen toch forse krachten uit te oefenen. De trein begint hoog in het kastje met een tandwieltje van 12 tanden dat is gemonteerd op een grof, rond metalen schijfje dat in vol bedrijf een razende vaart heeft. Zijn tanden grijpen tussen de 40 tanden van een roze wiel ernaast dat op zijn beurt met zijn 12 tanden aangrijpt op een oranje wiel met 50 tanden. Enzovoort. De overbrengingsverhoudingen variëren van 2:1 tot 4,5:1. De trein eindigt onderin met een haakse 1:1 overbrenging door middel van conische tandwielen met elk 18 tanden. Zij draaien met de genoemde 3 rpm. Tanden tellend stel je vast dat het kleine wieltje 130 tot 155 keer sneller draait dan de diamant. Veel meer valt er niet over te zeggen. Het is duidelijk dat de tandwielen niet speciaal voor de Rainbow Maker gemaakt zijn, want sommige tanden worden niet gebruikt.

Metalen schijfje met 12 tanden

Het wonder van de Rainbow Maker zit ’m in het hard draaiende metalen schijfje met die 12 tanden, vlak naast een spoeltje van fijn koperdraad. Hoe dat in beweging raakt was een raadsel tot te binnen schoot dat lang geleden eenzelfde configuratie was ontmoet bij de demontage van een HEMA-kwartsklokje. Voor de gelegenheid is weer zo’n klokje uiteen genomen.

En inderdaad. Het blijkt dat analoge kwartsklokjes worden aangedreven door een zogenoemde stappenmotor, een Lavet-type stepping motor om precies te zijn. Het hard draaiende metalen schijfje (de ‘rotor’) is een permanente magneet die reageert op het wisselende magnetische veld rond de stroomspoel vlak naast hem en al doende diens frequentie overneemt. Die ligt in de Rainbow Maker rond de 6 à 8 hertz. Het wisselende veld rond de spoel ontstaat door een wisselstroom in de spoel.

Hoe maak je uit de gelijkspanning van een zonnepaneeltje een wisselstroom in een stroomspoel? Wel, zoals een klokje dat doet met de gelijkspanning van een batterij. In kwartsklokjes wordt de gewenste wisselspanning met hulp van een elektronische schakeling (als ‘geïntegreerd circuit’ verstopt onder een druppel zwarte hars) afgeleid van de zeer precies ingestelde trilling van het vermaarde kwartskristal, dat het klokje zijn naam gaf. Kwarts heeft piëzo-elektrische eigenschappen: het reageert op vormverandering met de ontwikkeling van een elektrische spanning maar ook omgekeerd. Met elektronische hulp kan het in een soort vicieuze cirkel gelijktijdig een mechanische en elektrische trilling in stand houden.

De kwartskristallen zijn in de vorm van mini-stemvorkjes opgenomen in vacuüm gezogen metalen kokertjes en de Rainbow Maker heeft precies zo’n kokertje als het HEMA-klokje. Op de kleine printplaat die aan de stroomspoel is vastgeplakt zit trouwens ook net zo’n druppel zwarte hars. Niets meer, niets minder. Zo rees het vermoeden dat de Rainbow Maker is samengesteld uit de onderdelen van een analoge kwartsklok. Waartegen geen enkel bezwaar is, natuurlijk. Gewoon handig.