Was ist ein Elektromotor?

Transkript

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2 Was ist ein Elektromotor? Ein elektrischer Motor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. Wenn wir uns einen Gleichstrommotor näher anschauen, finden wir in dessen Gehäuse einige Komponenten, die auch bei anderen Schrotty-Experimenten vorkommen. In der Abbildung siehst du beispielsweise einen Permanentmagnet, der ein statisches Magnetfeld aufbaut. Im Inneren des Motors befindet sich ebenso eine Welle, die rotieren kann. Das ist auch die Welle, die nach außen geführt wird und an der du zum Beispiel ein Zahnrad anstecken kannst, um etwas in Bewegung zu versetzen. Aber wie kann sich diese Welle nun bewegen? Wie wird sie in Rotation gebracht? Direkt bei der Welle, findest du auf der Abbildung des Innenlebens des Motors, eine Wicklung aus sehr feinem Draht. Wird nun eine Spannungsquelle, wie beispielsweise eine Batterie an die beiden Kabel des Gleichstrommotors angeschlossen, fließt elektrischer Strom durch diese Drahtspule. Wenn elektrischer Strom durch einen Draht fließt, entsteht auch ein Magnetfeld. Dieses Phänomen wird Elektromagnetismus genannt. Somit befinden sich im Inneren des Motors nun zwei Magnetfelder. Jedes der Magnetfelder besitzt einen Nord- und einen Südpol. Die beiden Nordpole sowie die beiden Südpole dieser beiden Magnetfelder versuchen sich nun gegenseitig abzustoßen. Da ein Magnetfeld fest mit dem Gehäuse (Permanentmagnet außen) und das zweite Magnetfeld fest mit der Welle, die sich drehen kann, verbunden ist, setzt sich die Welle in Rotation. Welche Arten von Elektromotoren gibt es? Quelle 1: ycle_2.png Motoren findest du in vielen elektrischen Geräten. Zum Beispiel sorgen Elektromotoren in Kassettenspielern, Walkmans und Videorekordern dafür, dass die Bänder in den Kassetten bewegt werden und du etwas hörst oder etwas siehst. Auch ferngesteuerte Autos benötigen Motoren, damit sie fahren können. Und wenn wir schon beim Fahren sind: auch Lokomotiven der Eisenbahn, die sich mit elektrischer Energie bewegen, benötigen Elektromotoren. In diesen Lokomotiven müssen die Motoren sehr groß sein, damit sich auch genug Kraft haben, dich und deine Familie ans Ziel zu bringen. Aber es geht auch viel kleiner. In Mobiltelefonen sind auch Motoren verbaut. Hier sind es die sogenannten Vibrationsmotoren. Du fragst dich, was das ist und wofür die benötigt werden? Super, dann lies einfach weiter! WasserLäufer Schrotty Seite 2 12

3 Was ist ein Vibrationsmotor? Ein Vibrationsmotor besteht aus alle Elementen eines normalen Motors. Jedoch ist er so gebaut, dass er zu vibrieren beginnt, wenn sich die Welle dreht. Und genau das braucht dein Mobiltelefon für den sogenannten Vibracall. Wenn du alte, nicht mehr funktionstüchtige Mobiltelefone zerlegst, kannst du diese Motoren ausbauen und zum Beispiel Wasserläufer daraus bauen. Wie das funktioniert, siehst du auf den folgenden Seiten. Worum geht es bei den Experimenten? Der Wasserläufer ist eine Variante des Brush-Bot und stellt eine simple Methode dar, um SchülerInnen den Grundaufbau eines Stromkreises näher zu bringen. Er ist einfach zu bauen, benötigt keine schwer erhältlichen Materialien und kann auch aus Schrott und Altteilen gebaut werden. Das Prinzip ist leicht verständlich: Ein Vibrationsmotor wird durch eine Knopfbatterie angetrieben. Das wird dann auf ein Gestell aus Schaltdraht oder beliebigen anderen geeigneten Materialien geklebt und schon ist der Wasserläufer fertig und bahnt sich seinen Weg über den Schreibtisch. SchülerInnen lernen so, wie ein Stromkreis grundsätzlich aufgebaut sein muss: Man benötigt eine Quelle, in diesem Fall eine Knopfbatterie und einen Verbraucher, also den Vibrationsmotor. Experiment 01 Wasserläufer... 4 Variationen... 8 Videos zu diesen Experimenten und Variationen davon findest du auf der Schrotty-Website: WasserLäufer Schrotty Seite 3 12

4 Experiment 01 Wasserläufer Welche Materialien brauche ich für das Experiment? Isolierband Ca. 20 cm Schaltdraht z.b. aus alten Elektrogeräten (die Variante spielt keine Rolle, es sollte aber darauf geachtet werden, keinen zu dicken Schaltdraht zu verwenden) 1 Knopfbatterie (z.b. 3V und kleines Modell) 1 Vibrationsmotor Welche Werkzeuge brauche ich? Heißklebepistole Schere Abisolierzange (falls nicht vorhanden gelingt das Abisolieren mit ein bisschen Übung und Fingerspitzengefühl auch mit einer Schere oder dem Seitenschneider) Seitenschneider (oder eine andere geeignete Zange, um den Zahnbürstenstiel zu entfernen) Wie baue ich alles zusammen? Schritt 1 Als erstes werden die Kontakte des Vibrationsmotors freigemacht. Dazu verwendet man am besten eine Abisolierzange. Falls keine Abisolierzange vorhanden ist, geht es auch mit einer Schere. Die Isolierung der feinen Drähte wird etwas angeschnitten und dann vom Draht gezogen, damit mehr Kontakt vorhanden ist, also das abisolierte Stück des Drahts größer wird. Vorsicht, dass der Draht nicht abgezwickt wird! Dieser Schritt kann womöglich etwas dauern, nicht die Geduld verlieren! Das nachfolgende Bild zeigt diesen Schritt. In diesem Beispiel wird eine Schere verwendet. WasserLäufer Schrotty Seite 4 12

5 Hat man alles richtig abisoliert sollen ca. 4-5mm der Kontakte abisoliert sein. Das folgende Bild zeigt, wie der abisolierte Vibrationsmotor dann aussehen soll. Bei diesem Bild ist jedoch zu beachten, dass vorerst nur einer der beiden Kontakte (der rote) abisoliert wurde. Schritt 2 Um sicher zu gehen, dass die Batterie geladen ist kann der Vibrationsmotor so mit der Batterie verbunden werden, sodass der Pluspol des Motors mit dem Pluspol der Batterie und der Minuspol des Motors mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist. Der Vibrationsmotor sollte zu vibrieren beginnen. Tut er das nicht, kann es sein, dass die Batterie leer oder der Vibrationsmotor defekt ist. WasserLäufer Schrotty Seite 5 12

6 Beginnt der Motor zu vibrieren, so können er und die Batterie nun dauerhaft verbunden werden. Dazu wird Isolierband verwendet. Die Kontakte werden einfach an die Batterie geklebt. Darauf achten, dass das Isolierband straff sitzt, damit die Kontakte gut verbunden sind! Schritt 3 Nun werden einige Stücke Schaltdraht benötigt, um den Käfer selbst zu bauen. Natürlich muss dafür nicht unbedingt Schaltdraht verwendet werden, jedoch ist zu beachten, dass die verwendeten Materialien möglichst leicht sein müssen, sonst wird der Vibrations-/Lauf-Effekt nicht funktionieren. In dieser Anleitung wird die Variante mit Schaltdraht beschrieben: Benötigt werden vier Stücke zu jeweils ca. 5-6 cm Länge. Eines davon wird in der Mitte gebogen und bildet den Körper des Wasserläufers. Die anderen drei Stücke werden jeweils zwei Mal gebogen, sodass sie ein leicht geöffnetes U bilden. Diese Stücke bilden später die Beine des Wasserläufers. Schritt 4 Nun wird der Körperteil auf eine Unterlage gelegt (Zeitungspapier, Karton, etc. nicht auf Stoffen oder Möbel arbeiten!) Die Heißklebepistole wird zuerst aufgeheizt und dann wird in den Zwischenraum des Körperteils der Kleber verteilt, sodass der erste Fuß-Teil drangeklebt werden kann. Die Beinchen werden nicht ganz stabil halten. Dieser Effekt wird jedoch gewünscht, da es die Vibration verstärkt. Mit Heißkleber werden dann auch noch die beiden anderen Beinchen befestigt. Hinweis: Dieser Schritt wird am besten zu zweit ausgeführt, somit kann eine Person die Heißklebepistole bedienen, während die andere die Beinchen an die richtige Position hält. ACHTUNG: Die Heißklebepistole wird sehr heiß! Kommt die Haut in Kontakt mit der Mündung besteht Verbrennungsgefahr und es kann zu Brandblasen kommen. WasserLäufer Schrotty Seite 6 12

7 Schritt 5 Der letzte Schritt ist das Verbinden des mit der Batterie verbundenen Vibrationsmotors, mit dem Wasserläufer-Körper. Dazu wird entweder Isolierband oder Heißkleber verwendet. Für diesen Schritt wäre es auch möglich Tixo zu verwenden, es empfiehlt sich jedoch eher Isolierband, da es einen besseren Halt an diesen Oberflächen bietet. Der Wasserläufer ist leider etwas schwerer als der verwandte Brush-Bot und rast nicht über den Tisch. Er vibriert am besten auf glatteren Oberflächen. Was tun, wenn es nicht funktioniert? Der Vibrationsmotor vibriert nicht o o o Die Kontakte überprüfen. Vielleicht wurden die Kabel schlecht abisoliert und es entstand ein Wackelkontakt, bzw. ein Kabel wurde unbemerkt durchtrennt. Wenn nötig die Kontakte neu abisolieren. Die Batterie überprüfen. Eine leere Batterie betreibt keinen Vibrationsmotor. Der Vibrationsmotor ist defekt. Einen anderen Vibrationsmotor ausprobieren. Der Vibrationsmotor vibriert zwar, hat aber wenig Kraft o o Die Batterie überprüfen. Wenn die Batterie kurz davor ist, leer zu werden bekommt der Vibrationsmotor nur noch wenig Strom. Die Kontakte überprüfen. Wiederum kann ein Wackelkontakt oder ein schwacher Kontakt zur Batterie die Ursache sein. Neues Verbinden bzw. neues Abisolieren sollte das Problem lösen. WasserLäufer Schrotty Seite 7 12

8 Der Wasserläufer bewegt sich kaum: o Das Gewicht des Wasserläufers ist zu hoch, oder die Enden der Schaltdrähte sind sehr spitz. Die Enden können abgeflacht werden. Zudem macht es einen Unterschied auf welchem Untergrund man den Wasserläufer setzt. Er läuft besser auf glatten Oberflächen, als zum Beispiel auf Tischen aus Holz. Variationen Variante 01 Anstatt gekaufte Vibrationsmotoren zu verwenden können ebenso Vibrationsmotoren aus alten Handys ausgebaut werden. Diese sind allerdings schwieriger mit der Batterie zu verbinden und erfordern etwas Geschicklichkeit beziehungsweise einen Lötvorgang. Die Kontakte dieser Vibrationsmotoren sehen etwas anders aus, als die der gekauften. Es werden keine Kabel verwendet, sondern lediglich zwei Metallplättchen. Variante 02 Der Körper aus Schaltdraht ist nicht zwingend, es kann im Grunde genommen jedes Material verwendet werden. Zu beachten ist lediglich, dass der Lauf-Effekt besser ist, je weniger Gewicht und je tiefer der Schwerpunkt des Gestells liegt. Das heißt, wenn die Beine des oben beschriebenen Modells flacher sind, wird der Wasserläufer sich besser bewegen. Variante 03 Alternativ zum Wasserläufer lässt sich der verwandte Brush-Bot bauen. Er ist dem Wasserläufer weitgehend ähnlich, denn es wird dieselbe Schaltung verwendet (Vibrationsmotor + Batterie). Die beiden unterscheiden sich lediglich in Fortbewegungsweise und Körper. Für den Brush-Bot wird nämlich ein Zahnbürstenkopf benutzt, was den Brush-Bot um einiges schneller macht, als den Wasserläufer. WasserLäufer Schrotty Seite 8 12

9 Impressionen weiterer Varianten WasserLäufer Schrotty Seite 9 12

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12 Impressum FH JOANNEUM Gesellschaft mbh Institut Informationsmanagement Alte Poststraße 149 A-8020 Graz Tel.: +43 (0) Inhalte (Texte, Fotos, ) wenn nicht anders gekennzeichnet: DMT-Team und / oder StudentInnen des Studiengangs Informationsmanagement der FH JOANNEUM Schrotty ist ein Projekt der FH JOANNEUM am Institut Informationsmanagement und wurde in der digital media technologies Arbeitsgruppe von Gerhard Sprung ins Leben gerufen. Das Projekt Schrotty wird im Rahmen der generation innovation Regionen Projekte der FFG mit Geldern des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie gefördert. WasserLäufer Schrotty Seite 12 12