Homepage von Peter Rachow

 Startseite - Home

Ein selbstgebauter Elektromotor - Ein Projekt für den Physikunterricht der Mittelstufe

Peter Rachow (2011)

1. Fachwissenschaftliche Vorbemerkungen

Elektromotoren wandeln elektrische Energie in kinetische Energie um. Bis auf den Solenoidmotor, der ähnlich einer Dampfmaschine oder eines Hubkolbenmotors eine oszllierende Bewegung erzeugt, resultiert bei Elektromotoren aus der zugeführten elektrischen Endergie eine Kreisbewegung.

Grundprinzip beim rotierenden Elektromotor ist dabei stets die geschickte Ausnutzung von Anziehungs- und Abstoßungskräften durch zwei einander gegenüberstehende Magnete, von denen zumindest der rotierende immer ein Elektromagnet ist. Die magnetische Polarität dieses Rotors ist eine Funktion der Stromrichtung durch seine Spule. Diese wird je nach Position des Rotors durch einen Polwender (Kommuntator) so gerichtet, dass er vom feststehenden Magneten, dem Stator, abgestoßen wird und sich so um eine bestimmte Anzahl Winkelgrade weiter dreht, so dass dann kurze Zeit später wieder eine Anziehung der nun ungleichnamigen Pole stattfindet. Anschließend wird die Polarität des Rotormagneten erneut umgeschaltet, so dass sich der Rotor ständig weiter dreht, so lange Energie zugeführt wird.

(C) Peter Rachow

2. Didaktische Vorbemerkung
 
Der hier vorgestellte Motor stellt eine vereinfachte Konstruktion dar, die keinen Polwender besitzt. Stattdessen wird der Strom dann kurzzeitig abgeschaltet, wenn sich die ungleichnamigen Magnetpole gegenüber stehen. Das Ein-und Ausschalten der Spule geschieht durch Abfeilen der Lackisolierung vom Kupferdraht aus dem die Spule gewickelt ist. Durch das Rotationsmoment des masseträgen Rotors dreht sich dieser in der stromlosen Phase weiter und kontaktiert wieder, sobald sich zwei dann gleichnamige Pole gegenüber stehen woraus eine erneute Abstoßung der  Magnetpole resultiert

Das vorgestellte Modell eignet sich für die Behandlung des Themas "Elektromotor" u. a. im Physik- oder Technikunterricht in der 9. bzw. 10 . Klasse. Als Zeitansatz sind 2 bis 4 Unterrichtsstunden für die Fertigstellung des Modells anzusetzen, je nach Geschick und Aufnahmebereitschaft der Schüler. Da das Gerät sehr einfach ist und der Aufbau die Auseinandersetzung mit den fachwissenschaftlichen Grundlagen des Elektromotors wiederholt und vertieft und überdies die Feinmotorik der Schüler verbessert wird, handelt es sich um ein lohnendes Unterrichtsprojekt.

An Werktechniken kann einzig das Löten ein Problem werden. Die sollte den Schülern dann vorher anhand einiger einfacher Übungen wie dem Auflöten von Drähten auf Reißnägel unter ausreichender Wärmezufuhr vermittelt werden. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, die Schüler darauf hinzuweisen, dass die Lötstellen sehr gut durcherhitzt werden müssen und das Lötzinn gut verfließen muss. Schüler tendieren meiner Beobachtung nach häufig dazu, die Lötstelle viel zu früh erkalten zu lassen. Wichtig ist zudem, dass sich die beiden Einbuchtungen in denen die "Lager" aufliegen, genau auf gleicher Höhe befinden, da sich sonst der Rotor beim Drehen zur Seite bewegt und an den Lagerdrähten anschlägt, was seine Rotationsbewegung behindern und zu unrundem Lauf führen kann.

Hier der Aufbau des Motormodells in der Übersicht:

(C) Peter Rachow
 
Die Anleitung für die Schüler

Bauanleitung Elektromotor

Material und Werkzeug:

1 Holzbrettchen (min. 6 * 5 cm)
1 Nagel (Durchmesser 1 - 2 mm, Länge ca. 2,5 cm)
1 Meter isolierter Kupferlackdraht (Spulendraht), Durchmesser 0,7 bis 0,8 mm
4 Reißnägel
20 cm Kupferdraht (Installationsdraht), blank
Kombizange, Flachzange, kleine Metallfeile, Lötzinn, Lötkolben

Herstellung des Rotors:

Wickele genau von der Mitte des Nagels beginnend den Spulendraht eng (Windung an Windung liegend) auf den Nagel. Zuerst von Mitte zu einem Ende des Nagels hin, dann komplett zum anderen Ende des Nagels und wieder in die Mitte. Feile dann auf einer Seite den Lack vom Draht, so dass das blanke Kupfer erscheint (siehe nebenstehende Bild, das den Draht von der Seite im Querschnitt zeigt) . Biege die Drähte so, dass sie mittig aus dem Rotor austreten, das sorgt für eine gute Balance!

Achte darauf, dass der Rotor gut ausbalanciert ist!

Herstellung der Lager:

Biege aus dem Installationsdraht 2 "M"-förmige Halter, die 2 cm hoch sind (siehe Foto). Löte sie auf die 4 Reißnägel.

Herstellung des Stators:

Nimm den Pinnwandmagneten aus dem Halter und lege ihn hinter die Lager. Schließe den Motor an 3 V= an und versuche, ob sich der Rotor starten lässt. Ggf. musst Du den Pinnwandmagneten drehen oder + und - vertauschen. Klebe den Magneten in dieser Position fest!

Der Lack muss, wie unten dargestellt, abgefeilt oder abgekratzt werden:
(C) Peter Rachow


Viel Spaß!

Peter Rachow (2011)