In Fortführung der Entwicklung und Fertigung von Funktionselementen für das Kranmodell wird die Drehrichtungssteuerung für die Seilwinde konstruiert.

1. Motivieren für die Konstruktionsaufgabe

Notwendigkeit der Drehrichtungsänderung an der Seiltrommel

Lösungen:

  Rückwärtsgang wie bei Auto mit Getriebe  -  Bei Elektromotoren elektrische Drehrichtungsumkehr möglich.

Erkunden des prinzipiellen Aufbaus eines Elektromotors (Permanentmotor):

  Magnete – drehbare Drahtspule – Stromzuführung über Schleifkontakte (Kollektor)

AB – verstehendes Lesen der Aufgabenstellung

Demontage (defekter) Spielzeugmotoren, großes Aufbaumodell aus Physiksammlung

2. Grundlagen des Magnetismus

SE: - anziehende Wirkung auf Gegenstände aus Eisen / Stahl

       - genauere Untersuchung: Kraftwirkungen an den Enden des Magneten → Begriff: Magnetpole 

SE: Unterscheiden von Nord und Südpol durch Annäherung eines Stabmagneten an verschiedene Seiten eines

       zweiten (Magnetnadel)

       → Die Pole haben verschiedene Wirkung → Nord- und Südpol; Bezug Erdmagnetpolen, Historisches

       genauere Untersuchung der Anziehung und Abstoßung von Magneten:

           gleichnamige Pole stoßen sich ab – ungleichnamige Pole ziehen sich an

SE: Beobachten des Verhaltens einer drehbaren Magnetnadel beim Annähern eines Magneten

Frage aufwerfen: Ist die magnetische Anziehung und Abstoßung Ursache für die Drehwirkung des Elektromotors?

genauere Untersuchung der Spule:

Variante 1:                                                                  Variante 2:

Drehbare Spule des Großmodells über Schleifringe   SE: Stromkreis mit Spule und Taster aufbauen,                

an Stromversorgungsgerät anschließen.                      Magnetnadel an Spulenöffnung halten, Stromkreis ein-

                                                                                     und ausschalten.

                 Eine Spule wirkt wie ein Magnet, wenn elektrischer Strom durch sie fließt.

Spule festhalten, einschalten, mit Magnetnadel Pole   Anschlüsse an Spule vertauschen, es wird der andere Pol

an Spule und Ständer prüfen und kennzeichnen           der Magnetnadel angezogen

Drehrichtung voraussagen und prüfen

Anschlüsse vertauschen, dann w.o.

Vertauscht man die Anschlüsse an der drehbaren Spule, dann ändern sich ihre Magnetpole und dadurch ihre Drehrichtung.                                                                   

Vorleistung für Physik Kl.7 Gym

AB 1.

kleine Stabmagnete und Magnetnadel aus Physiksammlung

AB 2.

Spule und Taster aus E- Baukasten oder Physiksammlung

AB 3.a

AB 3.b

mögliche Ergänzung: Universalmotoren

Staubsauger-, Fönmotoren ändern beim Umstecken des Steckers die Drehrichtung nicht.

Begründung: Statt feststehender Dauermagnete sind Spulen eingesetzt, die bei Anschlusswechsel ihre Pole ebenfalls vertauschen. Es dürfen nur die Anschlüsse einer Spule vertauscht werden

großes Aufbaumodell, Realmotor

3. Konstruktion eines Polwendeschalters

Bezug zu Aufgabenstellung herstellen

Erarbeitung an Tafel nach Schaltskizze des Arbeitsblattes:

- Schalterstellung A1 und A2 farbig einzeichnen → geschlossener Stromkreis; elektrische Anschlüsse(+ und -) an Motorschaltzeichen eintragen, Drehrichtung dazu festlegen

- linken Schalter auf B1 umlegen (andere Farbe) → Verbindung von B1 zu A2 würde zur Veränderung des Plusanschlusses am Motor führen ( aber dadurch Kurzschluss)

- gleichzeitig auch rechten Schalter von A2 auf B2 umlegen (erzwungen durch mechanische Verbindung der Stellglieder) → Kurzschluss beseitigt, Verbindung von B2 zu A1 sogt für Tausch des Minuspols am Motor

Schüler reproduzieren die Überlegungen auf dem Arbeitsblatt bei verdeckter Tafelskizze

SE: Aufbau der Schaltung nach vom Lehrer bestätigtem Schaltplan (einschließlich mechanischer Kopplung der Stellglieder), Erproben der technischen Lösung – Bezug zu Aufgabenstellung

                Zwei gekoppelte Umschalter nennt man zweipoliger Umschalter.

               Bei richtiger Verbindung der Kontakte kann man ihn als Polwendeschalter für den Elektromotor

               nutzen.

Anwenden der Erkenntnisse auf die Verdrahtung des Schalters für das Kranmodell:

- Betrachten der 6 Anschlüsse an den Schaltern, Erläutern des inneren Schalterbaus

- Zuordnen der Anschlüsse entsprechend Kontaktbezeichnungen am Schaltplan der Experimentierschaltung

(Reihenfolge: Anschlüsse von Quelle – Anschlüsse zu Motor – Verbindung der Anschlüsse A2/B1 und A1/B2)

- Überprüfen mit einem schon verdrahtetem Schalter

AB 4.

Elektrobaukasten

AB Rückseite

großes Selbstbaumodell

evt. an großem Funktionsmodell

4. Elektromontage

Vorstellen der Werkzeuge für einfache Elektromontagen:

Handhabung der Abisolierzange, Biegen von Ösen mit der Rundzange

Zurichten der Drähte nach schriftlicher Vorgabe (rot und schwarz – Drähte für Hin- und Rückleitung, gelb für Zwischenverbindungen)

( Ist die Ausstattung des Kranmodells mit Lampe und zugehörigem Schalter nicht vorgesehen, dann sollten einige Drähte für Lötübungen vor der Verdrahtung des Polwendeschalters vorbereitet werden.)

Fügen in der Elektrotechnik

Beispiele für lösbare und unlösbare Verbindungen aus der bisherigen Erfahrungswelt der Schüler ( Schrauben, Klemmen; Kleben Schweißen, Nageln Dübeln)

Pressverbindungen: Handhabung von Adernendhülsenzange (vergl. Kl.5) und Crimpzange

Anpressen der Flachkupplungen für den Anschluss des Polwendeschalters an die Motoranschlüsse

Löten

                   Löten ist das Verbinden metallischer Werkstücke mit Hilfe eines schmelzbaren Zusatzmetalls (Lot)

Werkzeuge zum Löten und Einrichten des Arbeitsplatzes:

- Lötunterlage (nicht brennbar)

- Lötkolben – Lesen auf AB, erörtern

- Lötkolbenständer ( Lötkolben immer in Ständer ablegen, Lage der Kabel zur Vermeidung von

   Beschädigungen)

- Schwamm zum Säubern der Lötspitze, danach verzinnen

- Flussmittel zur Reinigung und Abdeckung der Lötstellen (Lötfett, Kollophonium 1:5 verdünnt mit Spiritus)

- Lot (verschiedene Zusammensetzung, Legierung zur Verringerung der Schmelztemperatur)

- Löthilfen (Haltevorrichtungen)

Lötvorgang:

- Säubern der Lötstelleen mit Schmirgelschwamm, Glaspinsel, Lackkratzer

- Einstreichen mit Flussmittel

- Löten    Einhandmethode                                                  Zweihandmethode

       Draht in Lötöse halten                                                Werkstücke aufeinander befestigen

       Lot mit Lötkolbenspitze aufnehmen                           ----      

       Lötstelle erwärmen bis Lot abfließt                            Lötstelle erwärmen, Lot dazu geben

                                             Werkstück nicht bewegen bis Lot erstarrt ist.

   ( Ergänzung: Erscheinungsbilder von fehlerhaften Lötverbindungen )                                                                     

Praktische Lötaufgaben 

1. Beleuchtungsteile

    Fassung Rückleitung (430 sw)

    Lampenschalter Zuleitung (80 rt) an Mittelöse, Leitung (430 gb) an seitl.Öse

2. Polwendeschalter

    Zuleitungen von Quelle (80 rt, 80 sw) an jeweils eine Mittelöse, Überstand abschneiden

    Motorzuleitung in seitliche Öse einschieben (bis auf 1mm an Isolierung), löten

    Isolierhülse überschieben, Draht über Kreuz in Öse einfädeln, löten, Überstand abschneiden

Endkontrolle:

    Sichtkontrolle:

       Bewertungskriterien

       - Ordnung am Arbeitsplatz, Einhalten der Arbeitsschutzvorschriften

       - kein Wegschmelzen der Isolierung

       - Sauberkeit der Lötstellen, und Verwendung der richtigen Drähte, fachgerechte Ausführung

     Erprobung in einer bereitgestellten Experimentieranordnung

Bereitstellen der Schülerwerkzeuge

AB Werkzeuge

AB

Schaltdraht für jeden Arbeitsplatz

Demonstrationen an praktischen Anwendungsbeispielen

große Flachkupplungen zur Demonstration,

Crimpzangen, Flachkupplungen

evt. Bezug zu Physikunterricht. Adhäsion und Kohäsion)

AB Einrichten…

Lötwerkzeuge bereitstellen

Analogie: Haut auf erwärmter Milch

Bezug zu Metallkunde, evt. zu Physikunterricht

Demonstrationen und Nachvollziehen an Übungsmaterial

siehe Beiblatt

Material bereitstellen

Beurteilen und Bewerten

Handlungen  demonstrieren

Handlungen ausführen

Das Fügen der Schaltelemente erfolgt nach Montage des Kranmodells (Klasse 5) mittels Verpressen in Adernendhülsen und Anlöten des gelben Drahtes vom Lichtschalter an die Fassung.