Bau einer elektrischen Kugelbahn

Um die Schüler mit dem Stromverlauf vertraut zu machen, kamen wir auf die Idee, dies mit einer Kugelbahn zu demonstrieren. Die Kugelbahn fördert:

1. spielerisch das Verständnis zwischen Pluspol und Minuspol

2. Leitungsverlauf wird in Abstimmung zwischen den beiden Metallstreben eine Verbindung und somit wird eine Schaltfunktion hergestellt.

3. Sie sehen in unserem Leuchtturm auch Buchstaben. Wir haben diese aus der Abkürzung für unsere Schule abgeleitet.

4. Die Herausforderung war, dass das Paar 1 den Buchstaben f, das Paar 2 den Buchstaben E und das Paar 3 den Buchstaben S zum Leuchten bringt.

Arbeitsablauf und Einzelteile:

- Zeichnungen

- Metallstangen mit 3 mm Durchmesser

- Bodenplatte

- Seitenteile mit Bohrung (siehe Zeichnung)

- Metallkugel 15 mm Durchmesser

- Schaukasten für die Buchstaben FES

- Grundplatten zum Befestigen der Seitenteile und des Schaukastens

- Information zum Umgang und der Arbeitsweise einer Lötstation

- Funktion eines elektrischen Schaltplans

- Funktionstest der Anlage

- Erstellung eines Schaltrahmens mit Kontakt

- Einbau eines Summers.

Für die Aufnahme der Metallstäbe werden Schichtholzbretter mit den Maßen 220 x 50 mm zugesägt. Von den Schülern werden nun die Bohrungen nach Zeichnung angelegt und zum Bohren vorbereitet. Das Gefälle wurde bereits im Vorfeld erprobt und so entstand das auf der Zeichnung dargestellte Lochbild. Nachdem die Metallstäbe auf Länge zugesägt waren, wurden sie mit den Seitenteilen zusammengefügt. Auf der Grundplatte wurden dann gemäß Abstand der Seitenteile zur Befestigung Löcher gebohrt. Zu den Bohraufgaben gehörte auch das Festlegen des Bohrloches für den Metallrahmen mit dem Kontaktgeber. Um den Kontakt zu Summer und Batterie herzustellen, wurde der Rahmen mit einem Nagel verlötet und eine Schloss-Schraube in die Grundplatte eingelassen.

Schaukasten: Um etwas für das Außenbild zu tun, kamen wir auf die Idee, unser Schul-Logo in die Funktion mit aufzunehmen.

Wir erstellten zuerst einen Rahmen aus 10 mm Schichtholz und aus dem gleichen Material einen Zwischenboden. Auf die Größe des Schaukastens abgestimmt, wurden nun die Buchstaben FES angefertigt. Nach deren Fertigstellung wurden sie mit Abstandshaltern versehen. Unser Projektleiter David hatte in der Zwischenzeit die Einteilung und das Anzeichnen der Bohrungen für die Leuchtmittel vorgenommen, so dass die anderen SuS das Einbringen der Beleuchtung vornehmen konnten.

Nun begann der spannendste Teil des Projektes: die Kabel zwischen den Metallstangen und dem Schaukasten herzustellen. Eine besondere Herausforderung war es, die Lötverbindung zwischen dem „dicken“ Metalldraht und dem „dünnen“ Kabel herzustellen. Den Schluss bildete das Anlöten des Summers vom Metallrahmen. Um alle elektrischen Bauteile mit Strom zu versorgen, nutzten wir eine 9-V-Blockbatterie mit einem „handelsüblichen“ Anschluss.

Wir möchten Sie nun gedanklich einladen, sich mit der Metallkugel auf den Weg zu machen.

Die Kugel wird auf die Drahtbahn gesetzt und bewegt sich auf der Drahtbahn abwärts. Die Kugel (Metall) wirkt wie ein Schalter und schließt den Stromkreis. (Spur 1 = „F“ leuchtet) Die Drahtbahn ist so gestaltet, dass sie von Spurweite 11 mm auf 17 mm erweitert wird. Dadurch hat die Kugel die Gelegenheit, die Spur zu verlassen und in die 2. Spur zu gelangen. Die Spur 2 ist ebenfalls mit dem Leuchtmittel für das „F“ verbunden. 

Auch diese Drahtbahn ist so gestaltet, dass die Drahtbahn wieder von 11 mm aus die Spurweite von 17 mm breiter wird und die Kugel die Bahn verlässt. Nachdem die Kugel die 2. Spur verlassen hat erlischt das Leuchtmittel für den Buchstaben „F“.

Die Kugel trifft ungebremst auf die neue Spur, das hat zur Folge, dass das entstandene Drehmoment dafür sorgt, dass die Kugel erst mal auf der neuen Spur „bergauf“ rollt.

Nachdem sich die Kugel nun auf der 3. Spur bewegt, schließt die Kugel den  Stromkreis wieder und der 2. Buchstabe „E“ wird erleuchtet. Als Besonderheit an dieser Spur wird ein Summer zum Leuchtmittel installiert.  Beim Einbau dieses Bauteils mussten die Schüler darauf achten, dass zur Funktion des Summers, die Anschlüsse nicht vertauscht werden.

Solange sich die Kugel auf den Spuren 3 und 4 bewegt, wird der Buchstabe „E“ beleuchtet und der Summer ist in Betrieb.

Mit den Spuren 5 und 6 beleuchten wir das „S“ Funktionsgleich mit Spur 1 und 2.

Nachdem die Kugel nun die Spur 6 verlassen hat, fällt sie in einen Metallrahmen. Dieser dient nicht nur zum auffangen der Kugel, sondern auch als Kontakt. Den 2. Kontakt stellten wir mittels Schloßschraube her. Hierbei nutzten wir den gewölbten Schraubenkopf, um zu garantieren, dass die Kugel mit beiden Kontakten den Stromkreis schließt und somit den Summer ertönen lässt.

Der Summer wiederum signalisiert, dass das Spiel beendet ist.