Kategorie: Analoger Roboter

Transistoren dienen dazu, mit einem geringen Strom im Basis-Stromkreis, einen großen Strom durch Kollektor und Emitter steuern.

Elektromotoren gibt es verschiedenen Ausführungen. Unser Roboter wird mit zwei Gleichstrom-Elektromotoren angetrieben. Bei einem Gleichstrommotor dreht sich der Rotor in einem Magnetfeld, das von einem Dauermagneten erzeugt wird, der als Stator bezeichnet wird.
Aber warum dreht sich der Motor?
Ein Leiter, der von Strom durchflossen wird, ist von einem Magnetfeld umgeben.

Handelt es sich um Gleichstrom, ist das Magnetfeld immer gleich gerichtet. Wird die Spannung umgepolt, ändert sich auch die Orientierung des Magnetfeldes (siehe Animation oben). Befindet sich nun dieser stromdurchflossene Leiter (wie beim Gleichstrom-Elektromotor) selbst in einem Magnetfeld (das im Falle des Gleichstrom-Elektromotors vom Stator-Dauermagneten erzeugt wird), wird er je nach Polung angezogen oder abgestoßen:

Diesen Effekt macht man sich beim Elektromotor zunutze. Abwechselnd wird der Leiter im Magnetfeld so von Strom durchflossen, damit er von dem Magnetfeld jeweils so abgelenkt wird, damit eine Drehbewegung entsteht.

In der Praxis ist das aber nicht nur ein einzelnes Drahtstück wie in der Animation, sondern eine Spule, d.h. ein sehr langer, dünner, isolierter Draht, aufgewickelt auf einem Eisenkern.
 
 

Wird in einem einfachen Stromkreis die angelegte Spannung erhöht, so erhöht sich auch der in der Schaltung fließende Strom. Die Stromstärke I ist also proportional zur angelegten Spannung.

Erhöht man bei konstanter Spannung den Widerstand, so verringert sich die in der Schaltung fließende Stromstärke. Die Stromstärke I ist also umgekehrt proportional zum Widerstand R: I ~ 1/R
Formelmässig besteht zwischen diesen 3 Grössen also folgender Zusammenhang (klickt in der folgenden Grafik einfach auf jene Größe, die Ihr berechnen wollt):

U= Die Spannung U wird in Volt (V) angegeben
R= Der Widerstand R wird in Ohm (Ω) angegeben
I= Die Stromstärke I wird in Ampere (A) angegeben
Als Erweiterung des Ohmschen Gesetztes, kann man die elektrische Leistung P mit ins Spiel bringen. Die Einheit, in der die Leistung gemessen wird ist Watt [W]. Die Formel:
P=U*I
I=P/U
U=P/I
Substituiert man I bzw. U in der Gleichung P=U*I mit I=U/R bzw. U=R*I, erhält man:
P=U₂/R bzw. P=I₂*R
Damit kann man z.B. direkt ausrechnen, wie hoch der Widerstand einer Lampe ist, von der man die Leistung in Watt und die Spannung in Volt, mit der sie betrieben wird, kennt.

Um ein Gefühl zu bekommen, wie verschiedene Spannungen, die an einen Widerstand angelegt werden, den Strom durch den Widerstand beeinflussen, haben wir die folgende Messanordnung aufgebaut:

Wir haben zwei verscheiden große Widerstände gemessen. Der jeweilige Widerstand wurde wie im Schaltbild oben in der Messanordnung angeschlossen. Die gemessenen Werte haben wir in einer Wertetabelle festgehalten und dann in eine Grafik übertragen.

Auf der X-Achse haben wir die angelegte Spannung aufgetragen, den daraus resultierenden Strom auf der Y-Achse.
Wie man aus der Grafik erkennen kann, beeinflusst die Größe des Widerstandes die Steigung der Geraden.

Es hat uns die Frage beschäftigt, wie viel das Material kosten würde, einen solchen analogen Roboter zu bauen.
Um das herauszufinden, haben wir im Internet recherchiert und die Preise der einzelnen Teile auf der Stückliste zusammengerechnet. Wir sind zum Schluss gekommen, dass uns das Material für einen analogen Roboter ca. 40,- Euro kosten wird.
Die genauen Kosten werden wir wissen, nachdem wir gemeinsam ein großes Elektronik-Geschäft besucht und zwei Materialsets gekauft haben.

Wir bauen einen analogen Roboter und lernen gleichzeitig etwas über Strom, Spannung, Widerstand und ein wenig Elektronik.
Hier ein Link zu einem kleinen Video, das unseren Roboter in Aktion zeigt – zumindest soll er so wie im Video funktionieren, wenn wir ihn fertig gebaut haben:
analog_roboter-771