MINT - Unterricht  mit  Arduino und anderen
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Für den Bau des in den vorherigen Kapiteln beschriebenen Fahrzeugs sind neben Kenntnissen in der Holzbearbeitung ein Werkraum mit den dazugehörigen Werkzeugen und Maschinen nötig. Da Grundschulen nur in Ausnahmefällen darüber verfügen können, werden Fahrzeuge in den Blick genommen, die mit deutlich einfacheren Mitteln und ohne besondere Fachkenntnisse hergestellt werden können. Die Entwicklung des angestrebten Mobils soll dabei vom einfachen Fahrgestell zum programmierbaren Fahrzeug führen. Auf die Aufklärung technischer Details der für diese Optimierung notwendigen Komponenten (Elektromotor, Batterie, Mikrocontroller…) wird weitgehend verzichtet. 

Als Ausgangspunkt der Betrachtungen dient ein Gefährt, für dessen Konstruktion Heißkleber und eine stabile Schere oder Cutter genügen sollten.

Benötigte Konstruktionsmaterialien wie Holzspatel, Räder und Riemenscheiben können für wenig Geld im Internet erstanden werden (Bezugsquellen am Ende des Kapitels).

Zur Aufhängung der Räder bzw. Riemenscheiben werden Holzspieße benutzt, die in jedem Supermarkt erhältlich sind.

Freidrehende Räder werden mit schmalen Klebebandstreifen o. ä. in Position gehalten.

Die Radachsen werden mit wenig Heißkleber an den Spateln festgeklebt.

Die Funktionstüchtigkeit eines solchen Fahrzeugs kann im Rahmen eines kurzen Wettbewerbs erprobt werden: Über ein schräggestelltes Brett erfahren die Wettbewerbsfahrzeuge eine vergleichbare Beschleunigung, sodass über die zurückgelegte Strecke beim Ausrollen auf ebenem Terrain die Laufeigenschaften beurteilt werden können. Neben der zurückgelegten Strecke kann auch der Geradeauslauf in die Bewertung einbezogen werden.

In einem nächsten Schritt wird das Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet. Die 

dazu nötigen Veränderungen am Fahrzeug sind auf wenige Details beschränkt: Auf der der Hinterachse wird eine Riemenscheibe festgeklebt und an einer Seite Platz für den Riemen geschaffen. Den für den Betrieb des Motors nötigen Strom liefern zwei AAA-Mignonzellen, die in einer mit Schalter versehenen Halterung untergebracht sind. Mit wenig Heißkleber werden diese und der Elektromotor fixiert. Ein Gummiband überträgt den Antrieb auf die Hinterachse. Ein schmaler Streifen Klebeband auf der Motorenachse verhindert das Abrutschen.

Für eine mögliche Aufklärung der Funktionsweise eines Elektromotors finden sich hier und zur Batterie hier detaillierte Anregungen. Zudem bleibt zu überlegen, in welchem Umfang Stromkreis und Schalter aufgeklärt werden sollten.

In einem dritten Schritt wird die Lenkung des Fahrzeugs thematisiert. Dazu gibt es in der Spiel- und Bastelszene (DIY) recht unterschiedliche Lösungen. Die hier vorgestellten Beispiele sind daran und nicht an der Realität im industriellen Fahrzeugbau orientiert.

Benötigt werden neben den bereits bekannten Teilen kleine Getriebemotoren und Kabelbinder, die die Motoren sicherer als Heißkleber verankern. Als Räder fungieren Riemenscheiben, die auf die Achsen der Getriebemotoren geklebt und an der starren Vorderachse auf die oben beschriebene Weise befestigt werden. Links eine Vorstufe der Fertigung, rechts das fertig montierte Fahrzeug.

Weil die Vorderachse nicht lenkbar ist, muss der Antrieb, wie bei einem Kettenfahrzeug, auf die Vorderräder übertragen werden.

Die Lenkung wird über das Ein- und Ausschalten der Motoren geregelt: Für den Geradeauslauf müssen beide Motoren, für die Kurvenfahrt ein Motor laufen, der linke für eine Rechts-, der rechte für eine Linkskurve. Für die Rückwärtsfahrt muss die Polung der Motoren umgekehrt werden. Die dazu passenden Steuermodule lassen sich wie folgt realisieren: 

Lösung 1 (mit Rückwärtsfahrmöglichkeit): 

Die Batterie befindet sich im Steuermodul und versorgt über die Schalterwippen die Motoren mit Strom. In der Mittelstellung (0-Stellung) wird der Stromfluss unterbrochen, sodass die Motoren zum Stillstand kommen. Da die gegenüberliegenden Kontaktflächen der Wippe kreuzweise verbunden sind, werden beim Umschalten von Stellung I in Stellung II die Pole vertauscht. Die Motoren drehen sich dann in die entgegengesetzte Richtung und das Fahrzeug bewegt sich – je nach dem – vor- oder rückwärts.

Die nachfolgende Schaltskizze soll dieses Prinzip verdeutlichen.

Lösung 2 (ohne Rückwärtsfahrmöglichkeit):

Die Batterie ist auf dem Fahrzeug befestigt. Ein Batteriepol ist mit jeweils einem Pin an beiden 

Motoren verbunden. Der andere Pol wird zur Steuerkonsole geführt und dort so verschaltet, dass über die eine Taste der Stromkreis zu dem einen und über die andere Taste zu dem anderen Motor geschlossen werden kann. Bei geschlossenem Stromkreis (gedrückter Taste) läuft der Motor an. Ist er unterbrochen (Taste nicht gedrückt) steht der Motor still. Für eine Geradeausfahrt müssen beide Tasten gedrückt werden, wird eine losgelassen, dreht das Fahrzeug entweder nach links oder rechts.

Hier die Kabelführung im Steuermodul:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

An dieser Stelle kann darüber nachgedacht werden, auch andere Fahrzeugkonstruktionen mit der Steuerkonsole zu verwenden, wie beispielsweise das links abgebildete. Details zu dessen Bau finden sich hier . Auch spricht bei diesem Erkenntnisstand nichts gegen die Verwendung eines Bausatzes, der hier für moderates Geld erstanden werden kann.

 

 

Für den letzten Schritt, die Automatisierung der Lenkung, werden in Anlehnung an das Pinout

rechts die Kontakte vom ersten Motor mit GND und Anschluss A, die vom zweiten Motor mit GND und Anschluss B verbunden. Dann wird im Editor nach entsprechenden Programmierbefehlen gesucht. Fündig wird man bei Anwahl des zweiten Reiters unter „Aktion“. Dort öffnet sich ein Untermenü, in dem unter 

 

„Bewegen“ der entscheidende Steuerblock (siehe links) zu finden ist. Die Motoren können damit einzelnen oder zusammen angesprochen werden, ganz wie bei der Zwei-Taster-Fernsteuerung. 100 bedeutet Taster gedrückt, O das Gegenteil. Im Unterschied dazu können hier Zahlenwerte eingegeben werden, die Einfluss auf die Drehgeschwindigkeit der Motoren haben. Je kleiner die Zahl, desto langsamer der Motor. 0 bedeutet Stillstand.

Um die Laufdauer der Motoren festzulegen, muss unter „Kontrolle“ der entsprechende Steuerblock gefunden und an den bestehenden Programmabschnitt angegliedert werden (siehe links). Die Zahl im blauen Feld kann verändert werden. 500 entspricht einer halben, 1000 einer Sekunde.

Und so oder so ähnlich könnte ein Fahrzeug aussehen das programmier- und fahrbereit ist. Der

Kurs wird durch die Programmierung bestimmt. Hier ein einfaches Beispiel. 

Anregungen, wie es mit der Optimierung solcher Fahrzeuge weitergehen kann, finden sich in den Folgekapiteln.



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Vierpoliges Flachbandkabel, von dem einzelne Kabelstränge leicht abgetrennt werden können,  gibt es als Meterware im Ledmarkt24.

Hochwertiges Gewebe-Klebeband , das sehr gut klebt und leicht in Stücke und schmale Streifen gerissen werden kann, gibt es im Klebeshop24.

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