Bauanleitung einer elektrischen Ampelschaltung

Ampelschaltung
OPITEC, Bestellnummer 105.071, www.opitec.ch
Modifiziert von Andreas Merz, Parkstrasse 27, 6440 Brunnen
Ergänzende Hinweise zur Bauanleitung
1. Beschrieb
Dieser kostengünstige Bausatz bietet dem Schüler ein reiches Betätigungsfeld im elektromechanischen Bereich: Eine „Programmsteuerung“ mittels einer Konservendose erlaubt es den
Kindern, die Rot-, Gelb- und Grünphasen der Lichtsignalanlage selber zu bestimmen, bzw. zu
„programmieren“.
Metall- und Holz- und Lötarbeiten wechseln sich ab und sorgen für einen abwechslungsreichen
Werkunterricht. Die Blechdose ist im Lieferumfang nicht enthalten; die Lehrperson muss die Ar-
-2beit entsprechend früh bekannt geben, damit die Schüler eine geeignete Dose suchen können.
Die Arbeit ist ab der Mittelstufe II (5./6. Klasse) durchaus realisierbar. Es empfiehlt sich jedoch,
vorgängig den Stromkreislauf im Unterricht zu behandeln. Die Technik des Weichlötens kann
während des Baus mit entsprechenden Vorübungen vermittelt werden.
2. Allgemeines
Die 11seitige Originalanleitung ist ausführlich, verständlich und mit vielen Massplänen, Explosionszeichnungen und Schablonen versehen.
Sämtliche nachfolgende Anmerkungen sind deshalb als hilfereiche Ergänzungen zu verstehen:
Diese sind während des Baus eines solchen Modells entstanden und geben meine Erfahrungen wieder. Spezielle Tipps sollen die weniger erfahrene Werklehrperson, aber auch die Schüler vor Misserfolgen bewahren.
Zuerst die Opitec-Bauanleitung genau lesen und die Pläne studieren. Gleichzeitig diese Tipps
konsultieren, welche jeweils unter der gleichen Arbeitsschritt-Nummer wie die der Originalanleitung figurieren. Erst wenn ein Schritt ganz klar ist, mit dem Bau des jeweiligen Abschnittes beginnen!
Es empfiehlt sich, als Lehrperson zuerst selber eine Ampel zu bauen; dadurch werden allfällige
handwerkliche Probleme (wie sie später auch die Schüler haben werden!) dem Ausbildner am
ehesten bewusst.
3. Instrumentelle Lernziele
) Genaues Einmessen und Ablängen von Holzleisten, Rundstäben, Messingstreifen und
Kabeln
) Exaktes Einmessen von Bohrlöchern und entsprechendes Bohren (Tischbohrmaschine)
) Sägen und bearbeiten (feilen und schmirgeln) von Holzteilen
) Lötarbeiten wie Drähte verzinnen und Litzen an Lötfahnen und Messingteile löten
) Masspläne und Elektroschema lesen und verstehen
) Abwicklung eines Kreisumfangs aufzeichnen und einteilen
) Fakultativ: Beizen oder malen, tiefgrundieren und lackieren der Teile
4. Bau
4.1
Herstellung Ampel
Damit die Holzleisten winkelgetreu abgelängt werden können, sollte – wenn diese Möglichkeit
besteht – eine Präzisions-Gehrungssäge verwendet werden. Steht nur eine solche Säge zur
Verfügung, müssen die wartenden Schüler allenfalls mit anderen Arbeitsschritten beschäftigt
werden.
Um einen sauberen, nicht ausgefransten
Schnitt zu erreichen, werden die Leisten an
den entsprechenden Sägestellen mit Malerabdeckband umwickelt. Sind von einer Leiste mehrere Abschnitte wegzusägen, sollte
man bedenken, dass das Sägeblatt jedes
Mal ca. 1 mm Material „wegraspelt“. Also
nie alle Teile gleichzeitig einmessen und
sägen, sondern nur immer Stück für Stück
einmessen und ablängen. Immer zuerst die
kürzesten Stücke, dann die längeren Teile
von einer Leiste absägen!
-3-
Abbildung links: Die abgelängten Teile 3a-c. Die Bohrungen sind bereits eingemessen und gekörnert
worden (Stechahle).
Abbildung mittig: Es empfiehlt sich, die Teile zu dübeln! Genaues Bohren ist jedoch vonnöten! Am besten spannt man die Leisten in den Schraubstock, um beide Hände für das Einmessen der Dübellöcher
frei zu haben.
Abbildung rechts: So werden die Dübelrundstäbe abgelängt: Lang ausgefahrene Klinge des Japanmessers senkrecht aufsetzen und den Rundstab hin und her rollen (Schneidunterlage!).
Das Verleimen der Ampelteile. Sämtliche Löcher sind
gebohrt und die zwei Runddübel eingesetzt. Wurde exakt
gebohrt, stimmen die Teile absolut passgenau überein.
Stehen Miniatur-Schraubzwingen zur Verfügung, ist das
natürlich von Vorteil. Es geht jedoch auch mit Schraubzwingen normaler Grösse.
Anschliessend kann dieses Teil bereits farblich gestaltet
werden: Beizen – tiefgrundieren – lackieren oder
tiefgrundieren – bemalen – lackieren
Solche Zwischenarbeiten sind willkommen, wenn z.B.
Wartezeiten an der Tischbohrmaschine oder an der Gehrungssäge auftreten.
4.2
Herstellung Kurbel und Drehlager („Kurbelböcke“)
4.2.1: Die Leiste 20 x 20 x 150 mm wird auf
der Präzisionsgehrungssäge halbiert.
Auch hier sorgen ein bis zwei Windungen
mit Abdeckband für einen sauberen Sägeschnitt. Die beiden Drehlagerteile (Pos. 2)
werden ebenfalls gedübelt. Vorgehen siehe unter 4.1!
-4Zu diesem Zeitpunkt müssen die Schüler im Besitz ihrer Blechdose sein. Am besten eignet sich
eine Büchse, deren Deckel mit einem Sicherheits-Dosenöffner entfernt wurde (Schnitt an der
Seite; der Deckel kann später problemlos wieder zugeklebt werden). Nicht empfehlenswert sind
1 kg-Büchsen; sie sind zu gross! Ebenso abzuraten ist von Büchsen mit Kunststoff-Deckeln.
Mit der Schiebelehre wird der Durchmesser bestimmt. Davon abhängig ist nämlich die Lage der
Bohrung für die Drehachse in den beiden Teilen 2 siehe unten stehende Abbildung)!
Der Durchmesser der Dose
bestimmt den
Bohrabstand
der Drehachse!
In unserem Beispiel wurden 50
mm gewählt.
Deckel erst nach der Bohrung
der drei Löcher zukleben!
Zweikomponenten-Kleber verwenden!
Genaues Zentrum kann mit
einem Zentrierwinkel bestimmt
werden.
75 mm
50 mm
Lager Drehachse
variabel
Drehachse
4.2.2 – 4.2.5:
Diese drei Löcher müssen übereinstimmend
auch im Dosendeckel gebohrt werden!
Kurbelteil
Abbildung links: Die beiden Teile aus Arbeitsschritt (7)2.2. Der Dosenhalter 4a muss sehr exakt gebohrt
werden, da diese Lochungen später mit identisch gleichen Bohrungen im Büchsendeckel übereinstimmen
müssen. Die spätere Kurbel 4b, deren Ecken später noch abgerundet werden.
Abbildung rechts: Alle Teile der Ampel und der Dosenhalterung liegen zur Bemalung bereit.
4.3
Herstellung Grundplatte, Batterie- und Kontakthalter
4.3.1 – 4.3.2 Grundplatte - Dübellage
Während die Bohrung für die Ampel (A)und die Bohrung für den rechten Lagerbock (B) bereits
eingemessen werden können, muss mit der dritten Bohrung (C) für den linken Lagerbock noch
zugewartet werden. Da der Abstand je nach Blechdose variiert, muss die Dose zuerst ausgemessen werden. Dazu stecken wir die Dübel des fertig gestellten Dosenhalters (Pos. 4a) in die
entsprechenden Löcher im Dosendeckel. Jetzt wird die Gesamtlänge der Dose samt Halter
gemessen. Dazu addieren wir ca. 5 – 10 mm für zusätzlichen Freiraum. Mit diesem Mass kann
nun auch die dritte Bohrung eingemessen werden. Die nachfolgenden Abbildungen präzisieren
diesen Vorgang:
-5X + (5 bis 10 mm)
Bohrung C
Bohrung für rechten Lagerbock (B)
Mass X
Bohrung für Ampel (A)
Büchsenhalter
Während die Bohrungen A und B bereits eingemessen werden können, muss der Abstand zwischen den
beiden Löchern B und C zuerst ermittelt werden: Mit der Schiebelehre misst man die Dosenhöhe samt
dem dazugehörigen Dosenhalter und gibt einen Zuschlag von ca. 5 bis 10 mm dazu.
4.3.3 Batteriehalterung
Die Batteriehalterung bietet keinerlei Probleme. Die drei bereits eingeleimten Dübel für Ampel und Lagerböcke wurden abgeklebt, die Einheit mit Nitro-Hartgrund zweimal grundiert (Zwischenschliff) und
anschliessend gespritzt. Mit einem ausgedienten Fixleintuch kann der Untergrund abgedeckt werden.
-64.3.4 Kontakthalterung
Nachdem die Leiste 4c abgesägt und gebohrt wurde,
kann auf der Unterseite eine Einteilung aufgezeichnet
werden, wie die vier Kontaktstreifen aus Messing später angeordnet werden. Darauf achten, dass kein Streifen über die Löcher zu liegen kommt!
4.4
Herstellung der Intervallschaltung
4.4.1 – 4.4.4 Verkabelung der Ampel
Zum bequemeren Löten stellt man zuerst die gesamte Verkabelung der Ampel her. Erst später
wird die ganze Einheit dann mit der Grundplatte verleimt.
Wenn die Lampenfassungen eingeklebt sind (Zweikomponentenkleber verwenden), kann mit
der Verkabelung begonnen werden. Dabei wird eine Polseite (Minuspol) der drei Lampen kurzgeschlossen. Dies geschieht am besten mit einem Kupferdraht, welcher an den beiden Enden
abgewinkelt wird (Abbildung unten links). Dieser kann jetzt bequem eingelötet werden. Alsdann
wird je ein Draht durch die Bohrung im unteren Steg geführt und an die andere Polseite gelötet
(Abbildung unten rechts). Die Drahtenden werden dazu abisoliert (ca. 5 mm genügt vollends)
und verzinnt. Beim Zuschnitt der drei Kabel wird darauf geachtet, dass diese genügend lang
sind, damit sie später noch mit den Stromabnehmern verlötet werden können!
Die Kontaktfahnen werden mit
einer Flachzange umgebogen!
Die Ampel wird vorerst noch nicht auf das Grundbrett geleimt, damit diese Lötarbeiten bequemer
ausgeführt werden können.
4.4.5 – 4.4.10 Dosenhalterung
Bevor die Lagerböcke auf die Grundplatte geleimt werden, bereitet man die Blechdose vor.
Falls noch nicht geschehen, werden an der Stirnseite der Büchse die drei Bohrungen Ø 5 mm
gebohrt (siehe 7.4.7 der Originalanleitung). Dann wird auf der gegenüberliegenden Seite – exakt im Zentrum – ebenfalls eine Bohrung angebracht, sodass die Kurbelwelle durch die Büchse
hindurch geschoben werden kann. Gleichzeitig wird die Dose mit drei Isolierbandstreifen ganz
umwickelt. Der Abstand der einzelnen Isolierbandstreifen kann mit Hilfe des Kontakthalters 4c
ermittelt werden.
Jetzt können die Lagerböcke (Pos. 2) aufgeleimt werden. Zum Ausrichten stecken wir die Kurbelwelle durch die beiden Lochungen.
-7-
Der Dosenhalter (Pos. 4a) wird auf den Deckel geklebt
(Zweikomponentenkleber, Universalkleber). Zur besseren Druckverteilung benutzt man Unterlagshölzer
für die Schraubzwingen. Nicht zu fest anziehen, um
die Dose nicht zu beschädigen! Drehkurbel noch nicht
einleimen!
Die Lagerböcke sind ausgerichtet und aufgeleimt. Mit aufgesteckter Kurbelwelle konnten
diese besser ausgerichtet werden. Die Ampel
wurde provisorisch einmal eingesteckt und
auch Kontakthalter und Isolierband liegen bereit für den nächsten Schritt.
Abbildung links: Die Dose wird ringsherum mit drei Streifen Isolierband versehen. Die bereits eingezeichneten Markierungen auf dem Kontakthalter (4c) helfen dabei, die Abstände festzulegen.
Abbildung rechts: Mit einem Meterband (- oder rechnerisch) ermittelt man den Umfang der Dose und
markiert anschliessend die verschiedenen Leuchtphasen auf den einzelnen Isolierbändern. An den entsprechenden Stellen werden diese mit dem Japanmesser durchgetrennt und die Streifenteile entfernt.
Isolierband: Lampe aus, Blech sichtbar: Lampe ein.
Opitec sieht vor, den Dosenumfang zu
vierteln und in vier Zeitintervalle einzuteilen. Jede Lampe leuchtet also gleich
lang auf, verlischt dann und gleichzeitig leuchtet die nächste Lampe auf.
Etwas realistischer ist die nachfolgende Anordnung:
-8abgeklebt
Rot
abgeklebt
abgeklebt
Gelb
Gelb
abgeklebt
abgeklebt
Grün
„Massenkontakt“
Das Licht wechselt von Gelb auf Rot. Nach einer gewissen Zeit schaltet sich Gelb wieder dazu
und beide Lampen brennen gleichzeitig. Sodann verlöschen beide und gleichzeitig wird auf
Grün umgeschaltet.
Diese Problemstellung muss dem Schüler ja nicht einfach vorgegeben werden, sondern die
Kinder können diese selbst erarbeiten. Wir erteilen ihnen vielleicht sogar den Auftrag, die Ampelaktivität in Natura zu beobachten und die einzelnen Phasen zeitlich zu messen.
4.5
Verkabelung
4.5.1 – 4..5.3 Messing – Kontaktstreifen
Die vier Messingstreifen stellen die Verbindung vom „Intervallschalter“ (Dose) zur Ampel her.
Drei dieser Streifen bilden die „Ein-Aus-Schalter“, der vierte Streifen ist der Massekontakt. Mit
Anschlagwinkel und Flachzange werden die Messingzungen gemäss der Biegeform (S. 9, Opitec) abgekrümmt. Je nach Dose müssen die Kontaktstreifen etwas länger oder kürzer hergestellt werden. Um dies zu ermitteln, steckt man die Ampel in das Grundbrett und montiert die
Dose. Auch der Kontakthalter (4c) wird an freier Stelle platziert. Jetzt wird die Länge der Messingteile in etwa ersichtlich.
Abbildung links:
Die einzelnen Abschnitte werden mit Filzschreiber und
Anschlagwinkel auf den Streifen markiert und dann mit
der Flachzange umgebogen (Schablone Opitec). Es
muss darauf geachtet werden, dass die Streifen mit
Vorspannung an der Dose anliegen und damit einen
optimalen Kontakt bilden.
Abbildung unten:
Detailaufnahme eines Kontaktstreifens. Der abgewinkelte, flache Teil entspricht der Breite des Kontakthalters
(4c) zuzüglich ca. 5 mm. An diesem Ende wird ein Tupfer Zinn aufgebracht. Dies erleichtert später die Verlötung mit der Ampel. Die Länge des anderen Schenkels
ist variabel und muss je nach Dose individuell bestimmt
werden.
a entspricht der Breite von 4c!
a
variabel
je nach Dosendurchmesser
ca. 5 mm
Jetzt können die vier Streifen auf dem Grundbrett montiert werden. Um die Montage dieser
Streifen zu erleichtern wird vorgeschlagen, diese mit einem Tupfen Sekundenkleber (nicht tropfenden, zähflüssigen Kleber benutzen) auf dem Grundbrett zu fixieren. Vorsicht: Dämpfe, kein
Hautkontakt! Lehrerbeistand!
-9-
Lötfahnen stehen vor!
Abbildung links:
Die vier Streifen wurden – sauber ausgerichtet – mit einem Tupfer Sekundenkleber auf das Brett oder direkt unter den Kontakthalter geheftet. Dies erleichtert…
Abbildung rechts: …das anschliessende Festklemmen mit dem Kontakthalter sehr. Kontrolle nach dem
Festschrauben: Die „Lötfahnen“ sollten nach dem Befestigen des Hölzchens 4c noch sichtbar bleiben!
4.5.4 Verkabelung von Ampel mit Intervallschaltung
Jetzt werden die beiden Hauptelemente miteinander verbunden. Dazu wird die Ampel auf den
vorbereiteten Dübel aufgesteckt und ausgerichtet. Alsdann werden gemäss Schaltplan die Kabel der Ampel auf die notwendige Länge gekürzt und an den Enden um ca. 5 mm abisoliert
(Abisolierzange oder Japanmesser). Die abisolierten Enden werden mit dem Lötkolben verzinnt
und anschliessend an die entsprechenden Lötfahnen gelötet.
Die beiden Pluspole mit
einem Kabel verbinden!
Pluspol
Minuspol
Pluspol
(„Masse“)
Rot
Gelb
Grün
Ampel
Gelb
Rot
Die Ampel wird provisorisch aufgesteckt und die
Kabel entsprechend abgelängt. Dann wird die
Ampel wieder entfernt,
die Kabel abisoliert und
verzinnt. Ein weiteres
Stück Kabel wird abgelängt, um die beiden
Pluspole miteinander zu
verbinden. Erst jetzt wird
die Ampel endgültig auf
das Grundbrett geklebt.
Alternative: Anstelle der
vorgesehenen Flachsteckhülsen
wurden
zwei
„Stromabnehmer“ in Form
von M3-Schrauben ins
Grundbrett eingedreht. Die
Flachbatterie kann dann
nur ins Batteriefach gelegt
werden und versorgt die
Anlage ohne zusätzliche
Stecker mit Strom.
Schlussendlich wird definitiv die Drehkurbel mit der
Dose verklebt (Zweikomponenten-Kleber).
Okt.06, © by himself