RS-TAMM TECHNIK DER ELEKTROMOTOR

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1 KLASSE 8 DER A. Steinbach Stand 2015

2 KL. 8 Maßstab Datum Name 2.1. Klasse

3 KL. 8 Stator (ohne Wicklung) Stator Rotor Kommutator 3 mm Luftspalt Rotor Kommutator Schleifkontakte Schleifkontakt 2.2.

4 KL A) B) C) Eine stromdurchflossene Spule erzeugt ein Magnetfeld. Am Minuspol der Spannungsquelle entsteht Am Pluspol der Spannungsquelle entsteht Die drehbare Spule (Rotor) ist jeweils mit den leitenden Hälften der Kommutatorscheibe verlötet. Über Schleifer werden den Kommutatorscheiben Strom zugeführt. Nach jeder halben Umdrehung ändert sich die Stromrichtung in der Rotorwicklung. Dadurch ändert sich auch das Magnetfeld des Rotors: A) In dieser Lage des Kommutators (Stromwenders) ist der Nordpol des Rotors oben. Südpol des Stators zieht den Nordpol des Rotors an, er dreht sich nach rechts. B) Die Schleifer treffen die Nut des Kommutators. Der Stromfluss zum Rotor wirdunterbrochen, das Magnetfeld des Rotors bricht zusammen. Beim werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten technisch genutzt : C) Wegen der Trägheitswirkung überwindet der Rotor den Totpunkt. Die Stromrichtung des Rotors wird umgepolt. Der vorherige Nordpol wird zum Südpol. Dieser wird vom Südpol des Stators abgestoßen. Die Drehung geht so kontinuierlich weiter. 3.1

5 Stator N Rotor N N S N S N S KL. 8 Kommutator Schleifkontakt S S A) B) C) Eine stromdurchflossene Spule erzeugt ein Magnetfeld. Am Minuspol der Spannungsquelle entsteht der magnetische Nordpol Am Pluspol der Spannungsquelle entsteht der Südpol der Spule Die drehbare Spule (Rotor) ist jeweils mit den leitenden Hälften der Kommutatorscheibe verlötet. Über Schleifer werden den Kommutatorscheiben Strom zugeführt. Nach jeder halben Umdrehung ändert sich die Stromrichtung in der Rotorwicklung. Dadurch ändert sich auch das Magnetfeld des Rotors: A) In dieser Lage des Kommutators (Stromwenders) ist der Nordpol des Rotors oben. Der Südpol des Stators zieht den Nordpol des Rotors an, er dreht sich nach rechts. B) Die Schleifer treffen die Nut des Kommutators. Der Stromfluss zum Rotor wird unterbrochen, das Magnetfeld des Rotors bricht zusammen. Beim werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten technisch genutzt : Gleichnamige Magnetpole Sstoßen sich ab. Ungleichnamige Magnetpole Z ziehen sich an. C) Wegen der Trägheitswirkung überwindet der Rotor den Totpunkt. Die Stromrichtung des Rotors wird umgepolt. Der vorherige Nordpol wird zum Südpol. Dieser wird vom Südpol des Stators abgestoßen. Die Drehung geht so kontinuierlich weiter. 3.2.

6 KL. 8 5,25 Biegelinie 5,25 mittig Biegelinie tangential 3 3 Biegelinien tangential + 3 mm 1 x Pos. 1 2 x Pos. 2 39,2 5,25 5,25 Vor dem Biegen Loch aufbohren 5 mm Pos. 1 Pos. 2 Stator Lagerwinkel 14 Löcher 5 Löcher x Pos. 3 Pos. 3 Rotor 5 Löcher 2 Pos. Nr. Benennung Abmessung Stück Biegelinien mittig 4

7 KL. 8 Stator (ohne Wicklung) Rotor (ohne Wicklung) Plastik- Unterlagscheibe! Kommutator Rotor Lagerwinkel Gewindestange M4 x 100 Mutter Rotor und Kommutator- Trennlinie müssen gleich ausgerichtet sein kontern! Mutter Mutter Federring Federring kontern! Beide Schleifkontakte treffen die Kommutator- Trennlinie 1 mm 40 Kommutator 45 3 mm Schleifkontakt Lötöse Federring A. Steinbach Stand Schleifkontakte M 3x30 5

8 Az Best.Nr. Einzelpr. Gesamtpr Sperrholzplatte 120x100x12 n.n. n.n. OPITEC Best.Nr. n.n. Kupferlackdraht (0,3 mm) 3 kg-spule DIN kg 89,99 n.n. 2 Lochstreifen einreihig, Stahl 500 mm lang ,94 1,88 KL. 8 Traudl-Riess 2 Federstreifen 40 mm Bohrung Ø 3 mm St. 3,95 0,16 CONRAD 6 Linsenschrauben M4x30 mm Kreuzschlitz galv. verz St. 6,39 0,19 1 Gewindestangen 1000 mm M4 DIN975 galv. Verz St. 0,71 0,71 6 Sechskantmuttern M 4 Stahl galvanisch verzinkt St. 3,89 0,23 6 U-Scheiben M4 DIN 9021 Stahl verzinkt St. 1,65 0,10 2 Federringe M4 DIN 127 Federstahl gal. Verz St. 0,59 0,01 1 Unterlegscheiben M4 DIN 125 Kunststoff St. 1,59 0,06 2 Linsenschrauben M3x30 mm Kreuzschlitz gal. Verz St. 6,89 0,07 2 U-Scheiben M3 DIN 9021 Stahl verzinkt St. 1,28 0,02 2 Federringe M3 DIN 127 Federstahl St. 0,69 0,01 4 Sechskantmutter M3 Stahl galvanisch verzinkt St. 0,85 0,03 2 Lötöse 1polig für M3 Länge 12 mm St. 2,23 0,04 n.n. Gewebeklebeband Rolle 10m x 15 mm schwarz Rolle 3,44 n.n. n.n. Schrumpfschlauch Ø 3 mm/1 mm Schwarz m n.n. n.n. Schrumpfschlauch Ø 3 mm/1 mm rot m n.n. Für 1 E-Motor zusammen 3,51 A. Steinbach Stand

9 Berechnung der Länge des Spulendrahtes für Stator und Rotor Ø 0,35 mm KL. 8 Für eine Spule gilt: R =? l A l = R A?? = (Rho) Spezifischer Widerstand? Ù mm 2 = 0,017 Cu m l = Länge des Drahtes A = Querschnittsfläche des Drahtes Quelle: Duchrmesser d des Cu-Lackdrahtes = 0,35 mm d Fläche A = 2 ð 0,35 2 ð 2 = = 0,096 mm 4 4 Die maximale Stromstärke (Strombelastbarkeit) für einen 0,35 mm Ø Cu-Draht wird mit 0,35 Ampère angegeben (s.o.) Soll der Motor mit einer Spannung von U = 3 Volt betrieben werden, ergibt sich ein Widerstand R des Drahtes R = = U I 3 V 0,35 A = 8,6 Ù Notwendige Länge l = l = l 8,6 Ù 0,096 mm 2 0, m Ù mm 2 m des Drahtes Mit 48 m Spulendrahtlänge reicht der Wicklungsraum bei diesem Motor-Modell nicht aus. Da der Motor keiner Dauerbelastung ausgesetzt ist, kann man einen Strom von 0,8 A durchaus vertreten: 3 V 3,7 0,09 R = = 3,7 Ù Drahtlänge l = m = ca. 21 m 0,8 A 0,017 Somit ergibt sich für Kupferlackdraht für den Stator ca. 20 m für den Rotor ca. 10 m Ø 0,35 mm A. Steinbach Stand

10 Berechnung der Länge des Spulendrahtes für Stator und Rotor Ø 0,28 mm KL. 8 Für eine Spule gilt: R =? l A l = R A?? = (Rho) Spezifischer Widerstand Ù? mm 2 = 0,017 Cu m l = Länge des Drahtes A = Querschnittsfläche des Drahtes Quelle: Duchrmesser d des Cu-Lackdrahtes = 0,28 mm ð 2 d 0, Fläche A = = = 0,06 mm 4 4 Die maximale Stromstärke (Strombelastbarkeit) für einen 0,28 mm Ø Cu-Draht wird mit 0,22 Ampère angegeben. Soll der Motor mit einer Spannung von U = 3 Volt betrieben werden, ergibt sich ein Widerstand R des Drahtes ð Notwendige Länge l = l = l 13,6 Ù 0,06 mm 2 0, m Ù mm 2 m des Drahtes Mit 48 m Spulendrahtlänge reicht der Wicklungsraum bei diesem Motor-Modell nicht aus. Da der Motor keiner Dauerbelastung ausgesetzt ist, kann man einen Strom von 0,6 A durchaus vertreten: 3 V 5 0,06 R = = 5 Ù Drahtlänge l = m = ca. 17 m 0,6 A 0,017 Somit ergibt sich für Kupferlackdraht Ø 0,3 mm R = = U I 3 V 0,22 A = 13,6 Ù für den Stator ca. 20 m für den Rotor ca. 10 m A. Steinbach Stand

11 KL. 8 Wie viel mal an der Bohrmaschine drehen damit sich auf dem Holzstab 20 m Kupferlackdraht (Stator) aufwickeln? Die Handbohrmaschine ist auf die kleine Übersetzung eingestellt: 11 Umdrehungen Holzstab = 5 Umdrehungen Bohrmaschine 1 Umdrehungen Holzstab = 5:11 = 0,45 Umdrehungen Bohrmaschine Der Holzstab hat einen Ø = 12 mm sein Umfang = 1,2 cm ð = 3,77 cm 1 Umdrehung Stab = 0,45 Umdrehungen Maschine 1 Umdrehung mit dem Holzstab = 0,0377 m Draht Damit sich 20 m Draht aufwickeln 20 : 0,0377 = 530 Umdrehungen mit dem Holzstab 530 Umdreh. Stab = 530 0,45 = 240 Umdr. Maschine Damit sich 10 m Draht aufwickeln 10 : 0,0377 = 265 Umdrehungen mit dem Holzstab 1 Umdrehung Stab = 0,45 Umdrehungen Maschine 265 Umdreh. Stab = 265 0,45 = 119 Umdr. Maschine Für den Stator-Kupferlackdraht (20 m) muss 240 mal an der Bohrmaschine gedreht werden, Für den Rotor-Kupferlackdraht (10 m) muss 119 mal an der Bohrmaschine gedreht werden. A. Steinbach Stand

12 Volt Note Keine Note Benötigte Spannung Funktion für vier Umdrehungen 6,0 Ausführung 0,9 V Rekord KL. 8 Benotung E-Motor 2,0 1,0 1,0 3,5 2,1 1,1 1,5 3,8 2,2 1,2 2,0 4,0 2,3 1,3 2,5 4,3 2,4 1,4 3,0 4,5 2,5 1,5 3,5 4,8 2,6 1,6 4,0 5,0 2,7 1,7 4,5 5,3 2,8 1,8 5,0 5,5 2,9 1,9 5,5 5,8 3,0 2,0 6,0 6,0 3,1 2,2 3,2 2,4 3,3 2,6 3,4 2,8 3,5 3,0 3,6 3,2 3,7 3,4 3,8 3,6 max. zulässige A. Steinbach Stand Spannung 9

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