Kurbeltaschenlampe
(2026) Schon seit 14 Jahren ist das Thema »Bereitstellung von Energie aus alternativen Energiequellen« im Lehrplan von Sachsen-Anhalt der 9. Jahrgangsstufe enthalten. Die Schüler und Schülerinnen sehen zwar oft Windkraftwerke oder Solarmodule auf den Dächern, haben aber keinen direkten Bezug zum Thema. Mit verschiedenen Methoden versuchen die Lehrkräfte, ihre Lernenden zu erreichen. Das sind Experimente zur Ausrichtung von Solarzellen und deren Verschaltung, Exkursionen zu Solarfarmen, Windparks und Wasserkraftwerken sowie vereinzelte Konstruktionsversuche. Energiespeicher hatten bis dahin nur wenig Bedeutung.
Solarlampe
Eine Solarlampe ist ein exemplarisches Beispiel für die großtechnische Energiebereitstellung.
Das Solarmodul wandelt die Strahlungsenergie in elektrische Energie, die im Akkumulator gespeichert wird. Die Solarzellen sind gleichzeitig der Fotosensor, um die Dunkelsteuerung der Leuchtdiodenlampe einzuschalten
Alternatives Energienetz
Dieses Grundprinzip der Energieversorgung wird in nächster Zeit von großer Bedeutung sein, weil alternative Energieträger nicht jederzeit bereitstehen. In der Übergangszeit werden Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen weiterhin die Rolle des Speichers im Netz übernehmen müssen.
Kurbeltaschenlampe
Die Kurbeltaschenlampe ist ein exemplarisches Beispiel für Wind- und Wasserkraftwerke. Über eine Handkurbel wird mit einem Generator elektrische Energie bereitgestellt. Der Kondensator ist ein schneller Speicher und mit dem Schalter wird die gespeicherte Energie zur Wandlung in Licht freigegeben.
Die Firma Fa. Winkler hat sich einen interessanten Bausatz (LED-Kurbel-Taschenlampe) ausgedacht. Sie nutzen ein Motorgetriebe „verkehrtherum“ und modifizieren eine Solarlampenelektronik.
Produktanalyse
Die obere Solarlampe wird demontiert und die Baugruppen werden identifiziert. Mithilfe eines übersichtlichen Arbeitsblattes werden die Schaltpläne der Solarlampe und des Kurbelgenerators verglichen.
Der Solargenerator wechselt mit einem dynamischen Generator und der Akkumulator mit einem Kondensator. Die Aufladung erfolgt über eine schnelle Schottkydiode direkt vom Generator zum Kondensator. Beid der Solarlampe wurde PIN 1 genutzt der auch eine Diode zum Akkumulator bereitstellt, gleichzeitig aber auch die Dunkelschaltung realisiert.
Übersetzung ins Schnelle
Der eingesetzte Elektromotor liefert bei 3 V eine Drehzahl von circa 12 000 min-¹. Wollen wir ihn als Generator nutzen, müssen wir die Drehzahl mit der Kurbel mit dem Übersetzungsgetriebe erreichen. Jede der 4 Übersetzungsstufe erhöht die Drehzahl um Faktor 3 beziehungsweise 3,2. Wenn man mit der Kurbel 2 s-¹ gleich 120 min-¹ schafft, sind das 98,3 · 120 min-¹ gleich 11 796 min-¹. Das passt.
Ladeelektronik
Die vorgegebene Schaltung wird im Originalbausatz auf Reißnägel gelötet. Das funktioniert, ist aber nicht trivial, da viel Heizleistung benötigt wird und schnell kalte Lötstellen entstehen. Für die 9. Jahrgangstufe sind Leiterplatten angemessener. Je nach Leistungsniveau kann der Bestückungsplan vorgegeben werden oder er wird gemeinsam erarbeitet. Dazu müssen die Schaltzeichen und die Originalverdrahtung der Bauelemente bekannt sein. Ich wähle bewusst die zweireihigen Streifenrasterplatinen und die Bestückung von der Leiterseite. So muss die Schaltung gedanklich nicht gespiegelt werden und nicht durchgesteckte Bauteile lassen sich schneller ändern.
Gehäuse und Design
Der Originalbausatz nutzt eine Holzgrundplatte. Weil ein Zahnrad des Getriebes aus dem Chassis herausragt, muss dafür eine Nut hergestellt werden. Die Kurbel muss sehr fest auf der Welle angebracht sein, weil recht hohe Kräfte zum Antrieb übertragen werden müssen. Zur Abdeckung wurde ein Blech verwendet und der innere Aufbau bleibt ziemlich offen.
Ich konnte nur wenige Schüler anregen, ein besseres Gehäuse zu konstruieren. Dies wurde dann 3D gedruckt. Dieser Fertigungsschritt ist ziemlich aufwendig. Mal sehen, was wir uns in Zukunft ausdenken.