1. – 13. Schuljahr

Michael Barth

Handbetriebener Generator für wenig Geld

Versuch Sek. I Schüler/Lehrer
Zeit ca. 60 min (Bau)
Für Experimente zur Elektrizitätslehre nach [1] benötigt man einen handbetriebenen Gleichspannungs-Generator. Die körperliche Erfahrung des Zusammenhangs von Stärke und Geschwindigkeit des Kurbelns mit Stromstärke und Spannung ist bei diesem didaktischen Zugang die Grundlage für die weitere Argumentation.
Das von Muckenfuss [1] entwickelte Gerät, der „handbetriebene Generator dynamot (Fa. Conatex) ist hierbei besonders gut geeignet, da es ein darauf abgestimmtes robustes Getriebe hat. Die Anschaffung für Schülerversuche ist allerdings bei einem Preis von (zz.) rund 240 € eine größere Investition. Deshalb wurde eine kostengünstige Alternative entwickelt, die einen handelsüblichen Akkuschrauber nutzt (s. Abb. 1 ). Die o.g. körperlichen Erfahrungen kann man auch daran machen, wenn auch nicht so gut wie am Originalgerät, da dem Akkuschrauber u.a. das Getriebe fehlt. Dies sollte man berücksichtigen und für Demonstrationszwecke auch das Originalgerät anschaffen.
Material
  • Akkuschrauber (s. Abb. 1, z.B. BONUS; z.B. bei Max Bahr, ca. 9,99 €),
  • beschichtete Spanplatte (30 cm × 20 cm),
  • Schrauben, Spannband (z.B. Kabelbinder),
  • Nagel (180 mm), Aluminiumrohr (Ø 6 mm; ca. 6 cm lang),
  • Werkzeug: Forstnerbohrer, Lötkolben.
Bau
In die beschichtete Spanplatte (30 cm × 20 cm) werden mit einem Forstnerbohrer zwei flache Löcher gefräst, um die seitlichen Akkubefestigungen am Schrauber aufzunehmen. Dies verhindert gleichzeitig ein Verrutschen auf der Platte. Die Kabel werden an den Akkukontakten innen angelötet und durch eine Bohrung herausgeführt.
Das Gerät wird mit vier Schrauben an der Grundplatte befestigt. Die Grundplatte kann zusätzlich mit einer Schraubzwinge am Tisch befestigt werden.
Der Ein-/Aus-Schalter wird mit einem Spannband fixiert, da bei offenem Schalter der Motor kurzgeschlossen ist und keine Spannung erzeugt werden kann. Der Links-/Rechts-Umschalter ist dann nicht mehr zu betätigen, er muss also vor der Fixierung so eingestellt werden, dass man in die „richtige Richtung kurbeln kann.
Die Kurbel wird aus einem langen Nagel (180 mm) gefertigt: Er wird im Schraubstock eingespannt und mit der Hand kalt gebogen. Vor dem Biegen wird der Handgriff der Kurbel auf den Nagel geschoben ein Aluminiumrohr (Ø 6 mm) von ca. 6 cm Länge (passend absägen!). Das senkrechte Stück des Nagels ist nach dem Biegen ca. 5 cm lang; für das Stück im Bohrfutter wurde die Spitze des Nagels abgesägt, damit er tief und fest im Futter befestigt werden kann. Am besten zieht man das Futter vorsichtig mit einer Zange fest.
Durchführung
Mit einem solchen Generator können die Schülerinnen und Schüler Erfahrungen beim Betrieb von Schaltungen sammeln und höhere Spannungen einem schnelleren Kurbeln zuordnen, höhere Stromstärken einem stärkeren Kurbeln (bei gleichbleibender Kurbelfrequenz). Beim Kurbeln sollte man den Schrauber mit der linken Hand von oben herunterdrücken, mit der rechten Hand kurbeln.
Hinweise
  • Da diese billigen Akkuschrauber nur eine begrenzte Lebensdauer haben, ist es empfehlenswert, einige Geräte vorzuhalten, um später Ersatz zu schaffen.
  • Der ausgebaute Akku kann mit dem Ladegerät weiterhin benutzt werden, z.B. als Konstantspannungsquelle für Schülerexperimente.
  • Man sollte an einem Prototyp ausprobieren, ob die gewünschte Kurbel-Erfahrung damit gemacht werden kann. Wir hatten nicht den Eindruck, dass ein teureres Modell diese Anforderungen besser erfüllte, es mag nur haltbarer sein.
  • Das Design wurde maßgeblich von Karl Auer, dem Schulassistenten des Gymnasiums Sarstedt, entwickelt.
Literatur
[1]Muckenfuss, H.; Walz, A.: Neue Wege im Elektrikunterricht. Köln: Aulis, 1997 (2. Aufl.).

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