+ Technik-Facts Elektromotor und Generator - do-it-werkstatt.ch
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<strong>Te<strong>ch</strong>nik</strong>-<strong>Facts</strong> <strong>Elektromotor</strong> / <strong>Generator</strong> Se<strong>it</strong>e 1/3<br />
Informationen zur Förderung des <strong>Te<strong>ch</strong>nik</strong>interesses in der S<strong>ch</strong>ule<br />
Einführung<br />
Das Arbe<strong>it</strong>en m<strong>it</strong> <strong>Elektromotor</strong>en im S<strong>ch</strong>ulunterri<strong>ch</strong>t öffnet viele Türen bei der Umsetzung von Projekten.<br />
S<strong>ch</strong>ülerinnen <strong>und</strong> S<strong>ch</strong>üler lassen si<strong>ch</strong> s<strong>ch</strong>nell für Objekte m<strong>it</strong> elektris<strong>ch</strong> bewegten Funktionen begeistern,<br />
wobei hier fast auss<strong>ch</strong>liessli<strong>ch</strong> der einfa<strong>ch</strong>e Glei<strong>ch</strong>strommotor zum Einsatz gelangt, wel<strong>ch</strong>er si<strong>ch</strong> in der<br />
Umkehrung idealerweise au<strong>ch</strong> zur spannenden Stromgewinnung als Dynamo einsetzen lässt.<br />
Ein <strong>Elektromotor</strong> ist ein Energiewandler, der elektris<strong>ch</strong>e Energie m<strong>it</strong> Hilfe von magnetis<strong>ch</strong>en Feldern in me<strong>ch</strong>anis<strong>ch</strong>e<br />
Energie zum Antrieb von Mas<strong>ch</strong>inen, Fahrzeugen etc. umwandelt. Auf einer A<strong>ch</strong>se ist eine Spule<br />
aufgewickelt, dur<strong>ch</strong> die der Strom fliesst. Dur<strong>ch</strong> das umgebende Magnetfeld entsteht die Lorentzkraft,<br />
wel<strong>ch</strong>e die A<strong>ch</strong>se m<strong>it</strong> der Spule drehen lässt. Auf diese Weise kann elektris<strong>ch</strong>e Energie in Bewegungsenergie<br />
umgewandelt werden. <strong>Elektromotor</strong>en haben im kleinen Leistungsberei<strong>ch</strong> typis<strong>ch</strong>e Wirkungsgrade<br />
von 60-90 Prozent, im Berei<strong>ch</strong> höherer Leistungen - über 1000 Watt - sind Wirkungsgrade von 98 Prozent<br />
dur<strong>ch</strong>aus übli<strong>ch</strong>, liegen also di<strong>ch</strong>t am theoretis<strong>ch</strong>en Wirkungsgrad von 100 Prozent. Dadur<strong>ch</strong> kommt<br />
der <strong>Elektromotor</strong> se<strong>it</strong> seiner Erfindung in den unters<strong>ch</strong>iedli<strong>ch</strong>sten Grössen <strong>und</strong> Bauarten zum Einsatz.<br />
QUELLEN UND We<strong>it</strong>erführende Infos<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Glei<strong>ch</strong>strommotor<br />
http://www.planet-s<strong>ch</strong>ule.de/sf/multimedia-interaktive-animationen-detail.<br />
php?projekt=elektromotor_generator<br />
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektris<strong>ch</strong>er_<strong>Generator</strong><br />
Ges<strong>ch</strong>i<strong>ch</strong>te<br />
Erste We<strong>ch</strong>selstrommas<strong>ch</strong>ine<br />
Begünstigt dur<strong>ch</strong> die Entwicklung der ersten galvanis<strong>ch</strong>en Elemente<br />
in der ersten Hälfte des 19. Jahrh<strong>und</strong>erts, waren die ersten elektrome<strong>ch</strong>anis<strong>ch</strong>en<br />
Energiewandler Glei<strong>ch</strong>strommas<strong>ch</strong>inen. Im Jahr 1832<br />
baute der Franzose Hippolyte Pixii den ersten We<strong>ch</strong>selstromgenerator.<br />
Antonio Pacinotti baute um 1860 einen Glei<strong>ch</strong>strommotor<br />
m<strong>it</strong> vielteiligem Polwender. In den folgenden Jahrzehnten verlor die<br />
Glei<strong>ch</strong>strommas<strong>ch</strong>ine, bedingt dur<strong>ch</strong> die Entwicklung des Dreiphasenwe<strong>ch</strong>selstroms,<br />
im Grossmas<strong>ch</strong>inenbau an Bedeutung. Dur<strong>ch</strong> die<br />
gute Regelbarke<strong>it</strong> der Glei<strong>ch</strong>strommas<strong>ch</strong>ine kommt sie insbesondere<br />
bei Werkzeugmas<strong>ch</strong>inen m<strong>it</strong> präziser Drehzahl- <strong>und</strong> Drehmomentensteuerung<br />
zum Einsatz. Im Kleinstleistungsberei<strong>ch</strong>, wie beispielsweise<br />
bei Modellbahnen <strong>und</strong> im Modellbau, ist wegen des einfa<strong>ch</strong>en Aufbaues<br />
vor allem der permanent erregte Glei<strong>ch</strong>strommotor übli<strong>ch</strong>.<br />
Historis<strong>ch</strong>er Glei<strong>ch</strong>strommotor
<strong>Te<strong>ch</strong>nik</strong>-<strong>Facts</strong> <strong>Elektromotor</strong> / <strong>Generator</strong> Se<strong>it</strong>e 2/3<br />
Informationen zur Förderung des <strong>Te<strong>ch</strong>nik</strong>interesses in der S<strong>ch</strong>ule<br />
<strong>Elektromotor</strong><br />
Anwendung <strong>und</strong> Bedeutung<br />
Mas<strong>ch</strong>inen, wel<strong>ch</strong>e vers<strong>ch</strong>iedene Energieformen in Bewegungsenergie<br />
umwandeln, heissen defin<strong>it</strong>ionsgemäss Motoren. Diese kommen<br />
überall zum Einsatz: Es ma<strong>ch</strong>t »sssst«, wenn unsere Dig<strong>it</strong>alkamera<br />
das Bild s<strong>ch</strong>arf stellt, »ssst« summt der Tintenstrahldrucker, oder »sssst«<br />
– <strong>und</strong> der Rückspiegel im Auto ist korrekt eingestellt. Immer ist<br />
ein winziger Motor am Werk.<br />
Funktionsprinzip <strong>Elektromotor</strong><br />
Anker m<strong>it</strong> Kommutator<br />
Detailansi<strong>ch</strong>t <strong>Elektromotor</strong><br />
Detailansi<strong>ch</strong>t Glei<strong>ch</strong>stromgenerator<br />
<strong>Elektromotor</strong> in Modelleisenbahn<br />
Funktionsweise<br />
Der Glei<strong>ch</strong>strommotor bes<strong>it</strong>zt einen feststehenden Teil, den Stator.<br />
Er besteht aus einem Jo<strong>ch</strong> in Form eines Hohlzylinders. Daran befestigt<br />
sind ausgeprägte Pole. Ausserdem gibt es einen drehbar gelagerten<br />
Teil, den Rotor, wel<strong>ch</strong>er bei konventionellen Motoren au<strong>ch</strong> als Anker<br />
bezei<strong>ch</strong>net wird. Der Rotor ist m<strong>it</strong> Ble<strong>ch</strong>s<strong>ch</strong>i<strong>ch</strong>ten aufgebaut (wie<br />
bei einem Transformator), da hier sonst dur<strong>ch</strong> die auftretenden Ummagnetisierungen<br />
grosse Wirbelstromverluste auftreten würden.. Die<br />
meisten Glei<strong>ch</strong>strommas<strong>ch</strong>inen sind als Innenläufer ausgeführt: der<br />
Rotor ist der innere Teil, der Stator der äussere. Bei kleineren Motoren<br />
kann der Stator aus Permanentmagneten bestehen, diese werden als<br />
permanent erregte Glei<strong>ch</strong>strommas<strong>ch</strong>ine bezei<strong>ch</strong>net.<br />
Eine oder mehrere Spulen auf dem Anker werden im magnetis<strong>ch</strong>en<br />
Feld (Stator) so platziert, dass dur<strong>ch</strong> die Kraft des Elektromagnetismus<br />
(die Lorentzkraft )eine Bewegung (Drehmoment) erzeugt wird,<br />
sobald sie von Strom dur<strong>ch</strong>flossen werden. Die Wicklungen des Ankers<br />
werden hierzu über den Kommutator (Pol-Wender) anges<strong>ch</strong>lossen an<br />
die Glei<strong>ch</strong>spannungs-Stromquelle. Die S<strong>ch</strong>leifkontakte am Kommutator<br />
(Edelmetallbürsten oder Kohlebürsten) sind so angeordnet, dass<br />
sie während der Drehung der Motorwelle die Polung der Ankerwicklungen<br />
we<strong>ch</strong>seln <strong>und</strong> dam<strong>it</strong> dur<strong>ch</strong> die magnetis<strong>ch</strong>e Abstossung der<br />
Pole die Rotora<strong>ch</strong>se in Bewegung halten. In gewissen Motoren werden<br />
kleine Kondensatoren zur Funkentstörung eingesetzt.<br />
Der Motor als <strong>Generator</strong><br />
Dur<strong>ch</strong> Umkehrung des Prinzips (der Anker auf der Motorena<strong>ch</strong>se wird<br />
me<strong>ch</strong>anis<strong>ch</strong> bewegt) erhält man einen <strong>Generator</strong> für die Stromerzeugung.<br />
Der Kommutator ermögli<strong>ch</strong>t die Wandlung des erzeugten We<strong>ch</strong>selstroms<br />
in pulsierenden Glei<strong>ch</strong>strom.
<strong>Te<strong>ch</strong>nik</strong>-<strong>Facts</strong> <strong>Elektromotor</strong> / <strong>Generator</strong> Se<strong>it</strong>e 3/3<br />
Informationen zur Förderung des <strong>Te<strong>ch</strong>nik</strong>interesses in der S<strong>ch</strong>ule<br />
Ausgebauter <strong>Elektromotor</strong> eines Scanners<br />
Einsatz<br />
In unserer te<strong>ch</strong>nisierten Gesells<strong>ch</strong>aft stecken überall <strong>Elektromotor</strong>en,<br />
wel<strong>ch</strong>e für den Antrieb oder Bewegungsfunktionen eingebaut sind:<br />
Staubsauger, Was<strong>ch</strong>mas<strong>ch</strong>ine, Tumbler, Ges<strong>ch</strong>irrspüler, Kaffeemühle,<br />
Mixer, elektr. Zahnbürste Rasenmäher, Bohrmas<strong>ch</strong>ine, Umwälzpumpen,<br />
Computerlüfter, Drucker, Werkstattmas<strong>ch</strong>inen, Tram, Eisenbahhn,<br />
E-Bike, Elektro-Auto automatis<strong>ch</strong>e Türen, Zentralverriegelung,<br />
Klimageräte, elektr. S<strong>ch</strong>eibenheber oder Garagentorantriebe<br />
Einige davon (Glei<strong>ch</strong>strommotoren) lassen si<strong>ch</strong> im Unterri<strong>ch</strong>t ideal<br />
ausbauen, analysieren <strong>und</strong> sogar für eigene Objekte recyceln, wie<br />
zum Beispiel für Tis<strong>ch</strong>ventilatoren, Motorboote, Seifenblasenmas<strong>ch</strong>inen,<br />
Modellautos, Kletterfahrzeuge <strong>und</strong> motorisierte Installationen.<br />
A<strong>ch</strong>tung: <strong>Elektromotor</strong>en ni<strong>ch</strong>t zu stark me<strong>ch</strong>anis<strong>ch</strong> bremsen oder<br />
sogar blockieren: Der Motor kann si<strong>ch</strong> überh<strong>it</strong>zen <strong>und</strong> irreparablen<br />
S<strong>ch</strong>aden nehmen.<br />
Computer-Konsole m<strong>it</strong> Lüfter<br />
Selbstgebauter <strong>Elektromotor</strong><br />
Anwendung im Unterri<strong>ch</strong>t<br />
M<strong>it</strong> einfa<strong>ch</strong>en M<strong>it</strong>teln lässt si<strong>ch</strong> das Prinzip des <strong>Elektromotor</strong>s als<br />
Experiment herstellen. Es brau<strong>ch</strong>t<br />
+ 2m-3m Kupferlackdraht. mindestens 0.5mm dick<br />
+ 2 Büroklammern<br />
+ 1 Supermagnet<br />
+ 1 Bodenplatte<br />
+ 4.5V Batterie m<strong>it</strong> Prüfkabeln<br />
(der Lack wird bei den Auflagepunkten in den Büroklammern zu ca.<br />
30% des Drahtumfangs entfernt)<br />
Fragen zum Fors<strong>ch</strong>en<br />
+ Was passiert, wenn 2 <strong>Elektromotor</strong>en seriell oder parallel betrieben<br />
werden?<br />
+ Wie lässt si<strong>ch</strong> im einfa<strong>ch</strong>en Selbstbau ein kleiner <strong>Generator</strong> zu<br />
Stromgewinnung für den Betrieb einer LED-Tas<strong>ch</strong>enlampe bauen?<br />
<strong>Elektromotor</strong>en RE-140<br />
Do-<strong>it</strong>-Aufgaben<br />
+ Five-Pack Hebel 02 (Motor. Balanceobjekt), 05 (Seifenblasenmas<strong>ch</strong>ine)<br />
+ Five-Pack Roll-<strong>it</strong> 05 (Elektro-Lei<strong>ch</strong>tmobil), 08 (PET-Solarmobil)<br />
+ Five-Pack S<strong>ch</strong>wa<strong>ch</strong>strom 07 (Tis<strong>ch</strong>ventilator)<br />
+ Five-Pack S<strong>ch</strong>wimmen 04 (S<strong>ch</strong>nellboot), 05 (Motorboot)<br />
+ Tüftelwettbewerb 2012 Up-Hill Racer<br />
Zusammengestellt von Urs Riesen<br />
© <strong>do</strong>-<strong>it</strong>-<strong>werkstatt</strong>.<strong>ch</strong> 2013
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