Elektromotor nachgebaut
Vor einigen Monaten, bekam ich einen alten Startermotor in die Hände, mit dem man die Schwungscheibe bei kleinen Modellbau-Verbrennungsmotoren kurzzeitig angetrieben wurden um den gesammten Motor zu starten.
Irgendwann jedoch, ergab sich eine kleine Unwucht, verursacht durch die miserablen Sinterbronze Gleitlager, welche sich durch Reibung so erwärmt haben, das sie in dem Lagerschild aus Plastik anfingen zu schwimmen.
Ende vom Lied, war eine Demontage und eine Einlagerung des Rotors, welcher sicher noch zu verwenden war. Nun, dem war auch so.
Vor einigen Wochen, es muss Anfang Mai.2011 gewesen sein, kam mir der Gedanke einen kleinen Motor zu bauen, aufbauend auf den kräftigen Rotor, welchen ich noch rumliegen hatte.
Dieser bot sich schon deswegen an, weil er sowieso mal für 12V gebaut wurde, daher auch starke Wicklungen beherbergt mit einem niedrigen Innenwiederstand. Dies war die Voraussetzung, denn ich wollte nicht an 230V arbeiten. Problem war nur, das der Rotor eine ziemlich kurze Achse hatte. Diese wurde kurzerhand herausgeschlagen und durch eine neue, längere ersetzt. Der einfachheit halber, habe ich die neue Achse zersägt und von beiden Seiten eingeschlagen. Dadurch ergab sich leider auch eine minimale Unwucht...die bei hohen Drehzahlen tödlich wirken kann, erst recht, wenn die Vibrationen in Resonanz zum gesammten Aufbau stehen.
Hier nun meine kleine Dokumentation, zu dem kleinen Aufbau, welche ihren Abschluss in einem kleinen Video findet.
Vom Prinzip her ist es eigentlich ganz einfach, so etwas zu bauen, wenn man sogar den Rotor schon in der
Hand hat. Unterm Strich, ist es eine einfache Gleichstrommaschine, welche im Reihenschluss läuft und über das wechselnde
Magnetfeld, ausgelöst und angetrieben durch den Kommutator (Polwechsler) den Rotor in eine Drehung bringt.
Jeder kennt es, wenn man zwei Magnete hat uns sie Polrichtig zusammenführen möchte...das geht nicht, weil sie sich abstoßen.
Das selbe Prinzip arbeitet hier auch, nur das durch eine mehr oder weniger als 90° zum Statoreigenen Magnetfeld die
"Kohlen" angeordnet werden, um das der Motor ohne andrehen sauber von selbst anläuft. Darauf komme ich später noch zu sprechen.
Den Stator, habe ich aus zwei Blechteilen gebogen und im ersten Versuch provisorisch mit Kupferlackdraht umwickelt, um zu
sehen ob die Feldstärke durch das wenige Eisen überhaupt ausreicht um den Rotor kräftig zum drehen zu bekommen. Bei den ersten
Versuchen, war die Wicklung zu Niederohmig, was eine enorme Erwärmung zur Folge hatte. Auch durch die Tatsache, das einige Windungsschlüsse,
verursacht duch das nackte Eisen ohne Isolierung zum selbigen, dazu geführt haben, das am Ende sicher nur noch 50% der Wicklugen ein
Magnetfeld im Eisen aufbauen konnten.
Jedoch brachte ich den Rotor schon in eine Drehung. Durch den fehlenden, bzw. geringen Reibungswiederstand in den Kugellagern,
kann der Rotor(Läufer) schnell auf sehr hohe Umdrehungszahlen. Würde der Reibungswiederstand gegen 0 gehen, würde sich der Motor quasi
totdrehen. Man kan dies bei einem z.B. Staubsaugermotor sehen, welcher ohne Lüfterrad oder sonst was läuft. Er dreht deutlich höher,
als mit einem Wiederstand.
Hier sieht man den Kommutator (Polwechsler), aufgebaut aus dickeren Kupferstreifen, auf denen
die Kohlen schleifen. Die Kohlen sollten nicht Lotrecht zu dem Stator angebracht sein, sondern mit einer
kleinen Neigung. In jedem Fall, sollte man die Kohlen möglichst genau gegenüber anbringen. Jeh nachdem,
wie stark die Neigung des Kohlenpaares zum Magnetfeld des Stators ist (Timing), kann man die Drehzahl und den
Drehmoment einstellen. Mit steigender Drehzahl, wird der Drehmoment kleiner und umgekehrt. Bei professionellen
Modellbaumotoren, kann man das hintere Lagerschild zu diesem Zweck um wenige Millimeter in beiden Drehrichtungen
drehen und arretieren um einen optimalen Antrieb des Modell zu gewährleisten.
ergo, man stellt ein, wie der Winkel der beiden Magnetfelder vom Rotor und vom Stator zueinander wirken, und
damit entweder hohe Umdrehungen oder einen starken Drehmoment erwirken zu können.
Da der Stator eine kräftige Spule benötigt, welche ein ebendso kräftiges Magnetfeld erzugen kann,
sollte diese in dieser Größenordnung etwa 3-4 oder mehr Lagen erhalten. Der Kuperlackdraht sollte was um die
0,75-1mm² haben. Um mir die Wickelarbeit zu erleichtern, habe ich den Mumps in meine Drehbank eingespannt.
Um das wegkippen zu verhindern, habe ich alles mit Panzertape fixiert. Anschließend immer kurz eingeschaltet und
schnell wieder aus, um den Motor auf einer niedrigen Drehzahl zu fahren. Es war nicht so einfach, mit einer Hand zu wickeln,
aber es geht, wenn man will. Wichtig ist auch, das man Papier oder sonst was zwischen die einzelnen Lagen legt, um
Windungsschlüsse möglichst zu vermeiden, welche bei starker Erwärmung auftreten können.
Nach der vierten Lage, habe ich aufgehört. Sicher, hätte ich noch mehr aufbringen können / sollen, aber meine Spule war
leider leer. Also habe ich den ganzen Mumps als ersten an eine Stromstarke 5Volt Spannungsquelle angeschlossen und subjektiv
beurteilt, wie stark das Magnetfeld ist. Sicher, werde ich damit keine Wunder erwirken, aber für einen kleinen Aufbau, sollte es längst genügen.
Also alles fluchs zusammen gebaut und angelötet.
So sieht das ganze von hinten aus.
Und, er läuft....und läuft....und läuft.... Leider hat er eine kleine Unwucht in der Achse, so das
er eher wie blöder brummt und einen um den Verstand bringen kann. Wegen diesem Problem, musste ich den gesammten
Aufbau mit einer dicken Schraubzwinge an der Werkbank anpressen. Jetzt brummte zwar die Werkbank, aber sollte ja
nur ein kleiner Aufbau zum besseren Verständnis der Funktion werden.
und wie der dreht....
Leider sieht man auch deutlich die Abreißfunken, verursacht durch das unebene aufliegen der Kohlen und dem damit
zusammenhängenen springen der Kohlen. Jedoch sollte man davon Abstand nehmen, die Kohlen mit einem höheren Anpressdruck
zu zwingen auf dem Kommutator zu pressen. Das kann gut gehen, bewirkt aber auch das schnellere abnutzen der Kohlen.
Was ich aber deutlich bemerken konnte ist, das wenn man für kurze Zeit den Druck auf die Kohlen vorsichtig erhöht auch
die Drehzahl rapide zunimmt.
Was mich nicht wunderte, war die enorme Stromaufnahme des Motors. Der gesammte Aufbau war suboptimal und nicht abgestimmt,
was auch eben die hohe Leitungsaufnahme zur folge hatte. Eine optimierungsmöglichkeit währe, zusätzliche
Magneten unter und über dem Rotor anzubringen um die gesammte Feldstärke zu vergrößern. Im originalen Aufbau
waren ja schließlich auch nur normale Dauermagnete verbaut.
Oh Wunder....der Leerlaufstrom....immer noch ein Stromfresser vor dem Herrn, aber was solls, er dreht sich!
Hier noch ein Foto , auf dem man gut die Sache mit den Kohlen und dem Kommutator erkennen kann.
Hier sieht man einen Probelauf mit der alten Spule. Auch, kann man deutlich das brummen der Unwucht hören.
Ich hoffe, ich konnte euch für einige Minuten für meine Basteleien begeistern.
Euer Verfasser
Di / 17.04.2024
