Theorie und Praxis sind offensichtlich nicht das Gleiche: ich werde insgesamt drei 🥴 Versuche benötigt haben, bis das Ergebnis meiner Custom-Bewicklung eines Gleichstrommotors der in einem vorigen Beitrag beschriebenen Theorie entspricht.
Drei Versuche, von denen jeder die Entfernung der alten Wicklung, das Aufbringen der neuen Wicklung, den Wiederzusammenbau des Motors, Einspannen in den Prüfstand und die Vermessung des frisch gewickelten Motors umfasst.
Erster Versuch
Beim ersten Versuch erreichte der Motor weder die angestrebte Spannung, noch die angestrebte Stromstärke, und folglich auch nicht die Schwelle von 2.00 Watt. Woran lag es? Nun, ganz eindeutig an meiner Unerfahrenheit in Sachen Motorwicklung, in Verbindung mit einer ernüchternden Unfähigkeit meinerseits, fünfmal in Folge eine Zählaufgabe von «1» bis «161» Windungen fehlerfrei auszuführen. Wie kann man das nachträglich feststellen, wo sich die Windungen doch gegenseitig überlappen und schliesslich zu einem endlosen Ring verschaltet sind?
Beim Messen des Gesamtwiderstands über zwei benachbarte Lamellen des Kollektors hat man es nämlich immer noch mit einer Parallelschaltung aus einer (1) Einzelwindung und einem Strang (Serienschaltung) der übrigen vier Windungen zu tun:
Hier hilft es, sich zunächst einmal eine Vorstellung darüber zu bilden, welchen Gesamtwiderstand man denn in der vorliegenden Konstellation erwarten würde.
Das Ersatzschaltbild …
… führt auf den formelmässigen Zusammenhang:
Diese Formel als zusätzliche Spalte in meine bereits früher erwähnte Excel-Tabelle eingefügt, ergibt bei Annahme(!) der gestreckten Länge einer (1) Windung von 7.1 cm einen Zielwert von 5.01 Ω.
Tatsächlich konnte ich für die fünf betroffenen Kollektorsegementpaare Werte von 5.0, 5.8, 5.0, 5.0 und 5.5 messen (Reihenfolge zufällig). Um die «schlechten» Einzelwicklungen zuverlässig identifizieren zu können, habe ich im nächsten Schritt den geschlossenen Ring am Endpunkt der Bewicklung aufgetrennt (ein Ende ausgelötet):
Die Einzelmessungen ergaben bei einem Zielwert von nun 6.26 Ω pro Einzelwicklung Werte von 6.1, 6.9(!), 6.0, 7.5(!) und 6.2 Ω, diesmal in der Reihenfolge der Bewicklung.
Angesichts dieses Chaos und des Umstands, dass sich die Wicklungen gegenseitig überlappen und nicht wahlfrei erneuert werden können, habe ich diesen ersten Versuch verloren gegeben 😥 und den Anker wieder komplett abgewickelt.
Zweiter Versuch
Um die Zähl-«Challenge» in den Griff zu kriegen, habe ich auf die bewährte divide et impera Strategie zurückgegriffen und Strichlisten geführt: für je 5 Windungen einen (1) Strich. Nach jeweils 32 Strichen plus einer Einzelwindung hätten es dann jeweils 161 Windungen je Wicklung sein müssen.
So sieht der Rotor des zweiten Versuchs aus:
Die genannte «Nachverdichtung mittels Q-Tip» nutzt ein hundskommunes Q−Tip zur Abpolsterung der Kupferlackdraht-Wicklungen vor einem abschnittweisen Nach-Druck per scharfkantigem Schraubenzieher:
Die Vermessung des 2. Versuchs ergab eine perfekte Übereinstimmung der tatsächlichen Leerlaufspannung mit der theoretisch vorhergesagten. 🤓💪. Zumindest die von der Windungszahl abhängige Leerlaufspannung deutet auf eine nunmehr korrekte Anzahl der Windungen hin, das ist ja immerhin ein Fortschritt.
Die «Nachverdichtung» recyclet jedoch lediglich viele kleine vorher «verschwendete» Lufträume in einen grösseren nutzbaren Luftraum, durch Kompression von Lücken zwischen benachbarten Windungen. Sie verkürzt jedoch nicht die verbrauchte Drahtlänge. So konnte auch die Nachverdichtung nichts daran ändern, dass die angestrebte Stromstärke immer noch nicht erreicht wurde. Offensichtlich war der Innenwiderstand des Rotors mit 8.32 Ω zu gross geraten und lag fast 11% über dem angestrebten Zielwert von 7.51 Ω. Ich hatte zwar bei der Auslegung der Custom-Bewicklung die gestreckte Länge einer (1) Windung massvoll von 6.8 cm beim Originalmotor auf 7.1 cm vergrössert um dem absehbar vergrösserten Windungsumfang bei einem dickeren Wicklungspaket (mehr Windungen eines dickeren Draht-ø) Rechnung zu tragen. War dabei aber anscheinend noch zu optimistisch gewesen.
Tatsächlich habe ich – nach Abwickeln des kompletten Rotors – über die gesamten 5 x 161 = 805 Windungen für den verwendeten Draht mit Nenn−ø 0.20 mm eine tatsächliche mittlere Windungslänge von ≈ 7.43 cm ermittelt. Ich sehe auch nicht, wie ich durch eine straffere Wicklung eines immerhin nur 0.20 mm dicken Drähtchens hier genügend Drahtlänge einsparen könnte, um den Innenwiderstand bei gleichbleibender Windungszahl im erforderlichen Umfang zu reduzieren. Es bleibt also nur eine Neubewicklung mit einem nochmals grösseren Draht Nenndurchmesser.
Dritter Versuch
Für den dritten Versuch habe ich mich für den nächst-dickeren Draht Nenn-ø von 0.21 mm entschieden. Der Draht ist bestellt und soll in ca. 14 Tagen bei mir eintreffen. Damit wird es in den Nuten noch gedrängter zugehen. Ich habe mir vorgenommen, anstatt, bzw. zusätzlich zum Nachverdichten, bereits während der Neuwicklung regelmässig die bereits gewickelten Windungen an die Wände der Nut anzudrücken um den Luftraum bestmöglich auszunutzen und die kürzestmögliche Windungslänge zu erreichen. Es wird eng werden, aber mit dem Nenn-ø von 0.21 mm und dem dadurch vergösserten Querschnitt habe ich «Luft» bis zu einer durchschnittlichen Windungslänge von sogar 7.9 cm, bevor ich den ursprünglichen Innenwiderstand des Motors (und gleichzeitig Zielwert für das Erreichen der 2.00 Watt Schwelle!) überschreiten würde.
Ich werde diesen Beitrag aktualisieren, sobald die Bewicklung mit dem zukünftigen Kupferlackdraht mit Nenn-ø 0.21 mm stattgefunden hat und ich den dann definitiv zu erwartenden Erfolg bestätigen kann.