Motor – Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Daniela MeyerEin Motor dient der Umwandlung von chemischer, thermischer oder elektrischer Energie in mechanische Energie. Mechanische Energie wird in der Physik als (mechanische) Arbeit bezeichnet.
Aus wirtschaftlicher Sicht sollte ein Motor über einen hohen Wirkungsgrad verfügen. Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von abgegebener Leistung zur zugeführten Leistung, also ein Nutzen-Aufwand-Vergleich. Dies dient zur Ermittlung des optimalen Kraftstoff- bzw. Energieverbrauches und somit zu einer detaillierten Kostenaufstellung. Wirtschaftlich betrachtet sollte der Motor eine hohe Lebensdauer aufweisen. Eine geringe Lebenserwartung würde langfristig steigende Investitionen erfordern und könnte folglich eine aufwendige Verwaltung des Budgets mit sich ziehen.
Hoher Aufwand → Hohe Kosten
Ein hoher Kraftstoffverbrauch kann zu einer hohen Emission von schädlichen Stoffen führen. Es entstehen nicht nur unternehmensinterne Kosten (z.B. spezielle Vorrichtungen zur Schadstoffeindämmung), sondern auch unternehmensexterne Kosten (z.B. Ökosteuern). Nicht zu verwechseln mit den “externen Kosten”, welche bei Schadstoffausstoß ebenfalls anfallen würden, aber von der Gesellschaft getragen werden. Als Schadstoffe werden Stoffe oder Stoffgemische bezeichnet, welche Menschen, Tiere, Pflanzen oder Ökosysteme schaden können.
Durch die wachsende Knappheit an fossilen Brennstoffen (auch Kraftstoffe) und den gesetzlichen Vorschriften zur Verringerung der schädlichen Emissionswerte, wird künftig ein Wechsel der Energiequelle angestrebt. D.h. nichtfossile Energieträger sollen mehr zum Einsatz kommen. Diese Möglichkeit bietet der Elektromotor.
Er wandelt elektrische Energie in mechanische Arbeit um, indem ein Stromfluss durch eine Spule erzeugt und so ein Magnetfeld aufgebaut wird. Die von dem Magnetfeld ausgehende Kraft erzeugt dann die Bewegung.
Eine besondere Eigenschaft ist, dass ein Elektromotor auch umgekehrt arbeiten kann. Er wird dann zu einem Generator und kann bei mechanischem Antrieb elektrische Energie erzeugen. Dies kann zusätzlich zur Energierückgewinnung dienen.
Durch den schadstofffreien Betrieb und der langen Lebensdauer, bekommt ein Elektromotor eine besondere Bedeutung bei der wirtschaftlichen Betrachtung. Zusätzlich bietet er einen einfachen Aufbau und vereinfacht damit die Wartung, welche im Gegensatz zum konventionellen Motor im geringeren Umfang anfällt. Es entstehen insgesamt geringere Betriebskosten.
Der Elektromotor ist einer der am meisten eingesetzten Motoren, da er sein maximales Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen erreicht und in seiner Größe variieren kann. Dies ermöglicht eine flexibles und breites Einsatzgebiet, von Haushaltsgeräten bis Industrieanlagen u.a. (z.B. der Lüfter oder die Festplatte eines PCs, eine Bohrmaschine usw.).
Bekannte Motortypen sind:
- Gleichstrommotor (engl. Bezeichnung: direct current → DC-Motor)
- Wechselstrommotor
- Drehstrommotor
- Schrittmotor
- Getriebemotor (Kombination aus einem Elektromotor und einem Getriebe, z.B. Schneckengetriebe)
In der Robotertechnik spielt die Stärke eines Motors eine bedeutende Rolle. Von ihr ist die Ausführung der Bewegungen abhängig. Wie stark ein Motor ist oder sein soll, gibt das Drehmoment an. Definiert ist es als “Kraft mal Weg”
und wird in Newtonmeter [Nm] angegeben. Das Drehmoment wird als Vektor dargestellt und mit Hilfe des Kreuzproduktes ermittelt [M=Moment, r=Radius, F=Kraft]. Allerdings sollte beachtet werden, dass ein hohes Drehmoment zu einer hohen Belastung der Akkukapazität führen kann.
Im RP6 sind zwei DC-Motoren mit einer Stärke von je 7,2V.
Projektphasen
Benjamin AunkoferDie Projektteilnehmer haben folgende Grobplanung in Phasen unterteilt und festgelegt:
1. Einarbeitung der Projektteilnehmer in relevante Themengebiete
Mechanik, Elektronik, Informatik
2. Beschaffung eines geeigneten Roboterbausatzes
3. Auseinandersetzung mit gelieferten und noch zu beschaffenden Baukomponenten
Mechanik, Elektronik
4. Programmiereinführung
Informatik (Roboter soll einer Linie folgen können)
5. Konzipierung, Konstruktion, Modellierung und Fertigung eines Robotergreifarms und Magazin
Mechanik
6. Montage von Robotergreifarm auf Roboterbausatz
Mechanik, Elektrotechnik
7. Verknüpfung aller Komponenten
Mechanik, Elektronik, Informatik
8. Programmierung, abgestimmt auf Aufgabe
Informatik
9. Finale Erprobung und Feinabstimmung
Mechanik, Elektronik, Informatik
10. Abschluss
Vorstellung der Projektidee
Benjamin AunkoferDer Projektbeschreibung ist zu entnehmen, dass dieses Projekt die Konzipierung und Realisierung eines Roboters zum Gegenstand hat, welcher sich autonom orientieren und eine Aufgabe erfüllen kann.
Heute, den 3. August 2009 haben sich die Projektteilnehmer über die Funktionalitäten und die zu erledigende Aufgabe des Roboters geeinigt.
Beschreibung der Projektidee:
Der Roboter soll sich mit Hilfe eines Radantriebes autonom fortbewegen und anhand einer markierten Fläche (z. B. einer Linie) orientieren können. Der Roboter soll über einen beweglichen Greifmechanismus verfügen, mit welchem er in der Lage ist, Bausteine (z. B. Domino-Steine) auf einer Markierung zu platzieren.
Informatik #1
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Mechanik #1
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