Der Wechselschalter als neuer Baustein

Die im Baumarkt gekauften Wechselschalter sind nun auch in Bausteine untergebracht worden. Man sollte darauf achten, das Schaltbild (aus transparenter, selbstklebender Folie - Copyshop!), die tatsächlichen Anschlüsse und die Schalterstellung in optische Übereinstimmung zu bringen, so daß schnell klar ist, wie man die Anschlüsse verwendet. Das ist bei Bausteinen mit nur zwei Anschlüssen eigentlich nie nötig (außer bei denen, die eine bestimmte Polarität haben).

Der Wechselschalter läßt sich in zahlreichen Schaltungen verwenden, z.B. beim Nachbau einer KFZ-Elektrik (Auf-/ Abblendlicht) oder einer Wechselschaltung (Flurbeleuchtung).

Ein weiterer Batteriebaustein: 1.5 V Mignon AA LR6

Um für eine Vielzahl von Schaltungen und Versuchen möglichst unterschiedliche Spannungen bei den Spannungsquellen zur Verfühung zu haben, wurde ein weiterer Batteriebaustein hergestellt, diesmal nur mit 1 Mignon AA LR6 Batterie mit 1.5V Spannung.

Somit stehen nun mit dem bereits vorgestellten 3 V Baustein insgesamt 3 Spannungen zur Verfügung: 1.5V, 3V und durch Reihenschaltung der beiden Bausteine nun auch 4.5V. Dies ist sinnvoll insbesondere bei Einsatz von Motoren, Spulen etc.

Wieder ein Baustein fertig: Ein Gleichstromrelais

Nun endlich ist auch ein Baustein mit einem Gleichstromrelais fertig. Ein Relais ist einfach nur ein Schalter (meistens mit zwei Schaltzuständen), der statt von Hand elektromagnetisch betrieben wird. Dabei spricht man auch von einem Steuerstromkreis. Hauptsächliche Anwendungen sind das Steuern von größeren Leistungen durch Steurstromkreise mit kleinerer Leistung oder auch die galvanische Trennung von Stromkreisen. Ein Relais trägt somit stark zur Personensicherheit bei.

Ich möchte mit diesem Relaisbaustein die wichtigsten Grundfunktionen eines Relais zeigen. U.a. sind eine Alarmanlage mit sog. Selbsthaltung und die Zweckentfremdung als Unterbrecher geplant.

Da ein solches Relais mindestens 4, üblicherweise 5 (und natürlich mehr) Anschlüsse hat, habe ich auf der Oberseite das Schaltbild in Originalgröße angebracht (wieder mit der erwähnten transparenten Folie) und die Buchsen jeweils an den Enden der symbolischen Anschlüsse montiert. Das dürfte Kindern die Orientierung beim Verkabeln erleichtern.

Wie so oft kann ich wieder einmal einen Link zu Wikipedia empfehlen, wo ein sehr guter Artikel zum Thema Relais zu finden ist.



Glühbirne ohne Glas - ein recht kurzes Experiment

Wer Kinder davon überzeugen möchte, daß der Glaskörper einer Glühbirne nicht nur dekorativen Zwecken dient, der sollte folgendes Experiment machen. Achtung, bitte immer unter Aufsicht eines Erwachsenen!

Zunächst wird die Glühbirne mit einem Tuch umwickelt. Vorsichtig mit dem Hammer draufschlagen (am besten auf eine Steinunterlage legen), und das ganze auswickeln. Achtung, Scherben! Die Restlampe vorsichtig in eine Fassung schrauben, auch hier aufpassen, es bleiben scharfkantige Glasreste am Metallkörper.



Und nun einfach an eine Spannungsquelle anschließen. Ich habe das mit 3.8 V Lämpchen an einer 3 V Batterie demonstriert. Der Versuch dauert weniger als eine Sekunde. So siehts aus:




Was ist hier passiert? Normalerweise befindet sich in dem Glaskörper ein Schutzgas, in der Regel ein Stickstoff-Argongemisch. Dies verhindert, daß der kleine Glühfaden, der aus Wolfram besteht, einfach verbrennt, d.h. mit dem Sauerstoff der Umgebung reagiert. Und genau das ist hier passiert, wir haben nun einen Wolframoxidfaden, der als Glühbirne nicht mehr taugt.

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Potentiometerbausteine - regelbare Widerstände

Als nächste Bausteine wurden aus den 100 Ohm und 240 Ohm Potentiometern die entsprechenden Bausteine hergestellt. Diese lassen sich besonders einfach montieren: einfach ein entsprechend großes Loch bohren (wie immer mit Akkuschrauber und normalem Holzbohrer), Potentiometer durchstecken, festschrauben, anschließen und Drehknopf aufstecken.

Potentiometer werden mittels einer Widerstandsstrecke gefertigt, auf der ein Schleifer entlang wandern kann. Die Anschlüsse eines "Potis" sind an den zwei Enden der Widerstandsstrecke, der dritte am Schleifer. Der Schleifer wird manuell betätigt, je nach Bauform und Einsatzzweck z.B. mit den Fingern oder dem Schraubenzieher.

Mehr zum Thema Potentiometer gibts beim Elektronik Kompendium


Ein Selbstbau-Bimetallschalter kinderleicht!

Ein Bimetallschalter kann in der Sicherheitstechnik als Temperaturschalter eingesetzt werden. Das Herzstück, ein Bimetallstreifen, reagiert auf höhere Temperaturen mit Verbiegen. Die Ursache liegt im Aufbau: Zwei Metalle mit unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten sind hier verbunden.

Um einen Bimetallschalter kinderleicht aufzubauen, benötigen wir 4 Buchsen, 4 Stecker mit Querloch und einen Bimetallstreifen:



Als nächstes bereiten wir den Baustein vor: 2 Buchsen wie üblich an der Oberseite des Bausteins anbringen, und 2 Buchsen auf die Stirnseite, möglichst in gleicher Höhe und mit gleichem Abstand zum Rand.



Ein kurzes Stück Bimetall (läßt sich leicht mit dem Seitenschneider trennen) wird in einen Stecker gesteckt und festgelötet. Der Streifen soll sich bei Erwärmen in Richtung des Betrachters verbiegen (Die Biegerichtung erkennt man, indem man den Streifen mit einem Feurzeug kurz erwärmt - Nichtraucher streifen kurz mit dem heißen Lötkolben über den Bimetallstreifen)



Die 2 Stecker in die Stirnseitenbuchsen stecken, so daß die Querlöcher genau senkrecht stehen.



Nun den Stecker mit dem Bimetallstreifen in das Querloch des linken Steckers stecken:



Nun nur noch den verbleibenden Stecker in das Querloch des rechten Steckers stecken:



Durch vorsichtiges Drehen aller 4 Stecker laßt sich die Position des Bimetalls so justieren, daß bei Verbiegen des Bimetalls der Streifen den rechten Stecker berührt und so einen Stromkreis geschlossen werden kann.



So sieht der komplette Baustein aus:

Schon wieder eingekauft: Bimetallstreifen, Potentiometer, Relais und mehr

Für die geplanten Bausteine Potentiometer, Bimetallschalter und Gleichstromrelais habe ich mal wieder eingekauft. Ich habe alles bei OPITEC gefunden.

Hier die Artikelnummern:

Thermobimetall (5 Streifen): 817967 Einzelpreis € 4.15
Potentiometer 100 Ohm: 2348098 Einzelpreis € 1.40
Geräteknöpfe: 843049 Einzelpreis € 0.45
Universal-Gleichstromrelais: 214016 Einzelpreis € 1.50

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Schaltzeichen Teil 3: Schalter, Spulen, Taster, Trafos

Hier sind nun die Schaltzeichen für diverse Schalter, Wechselschalter, Spulen, Taster und Trafos zu sehen.




Verbindungskabel - empfohlene Längen

Die bereits erwähnten Verbindungskabel mit Bananenstecker (4 mm Durchmesser) sollte man in verschiedenen Längen fertigen. Dadurch bleiben größere Schaltungen übersichtlich. Es haben sich folgende Längen (gemessen von Steckerende zu Steckerende) für eine Vielzahl von Schaltungen bewährt:

Kurz: 18 cm
Mittel: 21 cm
Lang: 35 cm



Ich habe außerdem noch 2 XXL Kabel gemacht: 80 cm.

Versuch zur elektrischen Leitfähigkeit von Wasser

Ein Standardversuch der klassischen Schulphysik darf hier natürlich nicht fehlen und ich kann Nachmachen nur empfehlen. Wir benötigen ein kleines Glas, einen kurzen Abschnitt Aluminiumfolie, Batterie- und Lampenbaustein sowie Verbindungskabel und Krokodilklemmen.

Zunächst die Aluminiumfolie mehrfach falten, bis ein ca. 1 cm breiter Streifen übrig bleibt, der eine gewisse Verbiegestabilität aufweist. Wir benötigen für den Versuch 2 Streifen von ca. 10 cm Länge. Diese werden dann so gebogen, daß sie am Glasrand oben halten und am inneren Glasrand möglichst weit nach unten führen. Das sind unsere Elektroden. Das ganze ist recht unkompliziert und muß auch nicht perfekt aussehen. Geschickte Kinder können das alles selbst machen.



Nach dieser Vorbereitung geht es darum, diese Schaltung aufzubauen (das Rechteck in der Mitte soll das Glas mit den Elektroden symbolisieren:


Die fertig aufgebaute Schaltung sieht so aus:



Wie man sieht, fließt nicht genügend Strom, um die Lampe leuchten zu lassen. Nun kommt der magische Moment: Einfach 1-2 Teelöffel Kochsalz hinzufügen und leicht verrühren. Danach bietet sich dieses Bild:



Was ist passiert: Normales Leitungswasser leitet den Strom nicht so gut wie Wasser, in dem Kochsalz (NaCl) gelöst wurde. Das Kochsalz löst sich und bildet Na+ und Cl- Ionen, welche den Strom leiten können.

Achtung: Im Bild ist der Aufbau mit 2 Stück 3V Bausteinen in Reihe geschaltet(=6 V), das habe ich vor allem gemacht, damit das Foto gut gelingt. Es setzte bei den 6V schon eine verhalten heftige Elektrolyse ein, d.h. an den Elektroden bilden sich Cl2 und H2 (es schäumt leicht). Bitte den Versuch nur kurz machen, um Gefahren auszuschließen. Es geht übrigens auch mit 3V (also nur 1 Batteriebaustein mit jeweils 2 x 1.5V). Auch hier würde ich den Versuch nicht ewig ausdehnen.

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Neue Einkäufe: Wechselschalter

Um eine echte Wechselschaltung aufbauen zu können (wie man sie z.B. verwendet, um ein oder mehrere Leuchten von 2 verschiedenen Stellen aus ein- und ausschalten zu können), benötigt man Wechselschalter. Das Schaltbild eines Wechselschalters sieht so aus:

Ich bin kürzlich bei OBI fündig geworden, die Wechselschalter heißen dort "Einbau-Kippschalter" mit der Artikelnummer 4008297091240 und kosten 7,49 € (leider nicht billig). So sehen sie aus:

 

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Versuche zur Stromrichtung und Polarität

Einige einfache, aber spannende Versuche zum Thema Stromrichtung und Polarität können mit dem Lampen, dem LED-, dem Summer- und dem Motorbaustein gemacht werden. Einfach eine Grundschaltung wie diese aufbauen:

Das könnte dann so aussehen:



Und nun einfach mal die Lampe umpolen:


Im Versuch sieht das dann so aus:


Nun werden wir zu hören bekommen, daß es ja völlig egal ist, wierum man die Lampe anschließt. Und das ist auch völlig richtig, eine einfache Glühbirne hat eben keine Polarität.
Nun wird es aber interessant, wir tauschen die Lampe gegen eine LED! Der Aufbau sieht dann so aus. Das Umtauschen der Polarität der LED und seine Wirkung ist auf den Fotos mit etwas Mühe doch erkennbar...



Als nächstes testen wir den Summer, auch hier werden wir feststellen, daß der Summer nur in einer Richtung betrieben werden kann. Deshalb haben die Summerbausteine analog wie die Batteriebausteine farblich unterschiedliche Buchsen, der Pluspol ist immer rot, der Minuspol immer schwarz markiert.



Zuletzt der vielleicht interessanteste Versuch, wir bauen dafür den Motorbaustein ein, lassen zunächst ausgeschaltet und schalten dann ein, danach wechseln wir die Polarität.



Was man auf den Bildern natürlich nicht erkennen kann, beim Umpolen wechselt der Motor die Drehrichtung, das ist bei enem Gleichstrommotor auch völlig normal.

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Scheiben für die Motorenbausteine

Es gab mal bei ALDI Süd einen einfachen Solarbaukasten, in dem neben dem Solarmotor auch kleine Scheiben zum Aufstecken auf die Motorachse waren. Dazu gab es schwarz-gelbe Aufkleber, mit denen man das Drehen des Motors besser sehen konnte. Ich habe für die kleinen Scheiben einfach die große auf einem Farbkopierer kopiert, ausgeschnitten und aufgeklebt.


Ein neuer Baustein: der Tasterbaustein

Soeben fertiggestellt: der Tasterbaustein. Ein Taster springt (im Gegensatz zu einem Schalter, Kippschalter) nach Loslassen wieder in den Ausgangszustand zurück.

Man kann mit ihm einen Stromkreis schließen, aber nur solange, wie man ihn gedrückt hält. Er hat also nur einen stabilen Zustand. Typische Anwendungen von Tastern sind Klingeltaster, die Hupe im Auto oder das Betätigen einer Zeitschaltung für die Beleuchtung im Treppenhaus.

Fertige Verbindungskabel mit Krokodilklemmen

Es gibt in Bastelläden fertige Verbindungskabel mit Krokodilklemmen zu kaufen. Diese gibt es meist im Zehnerpack und sind dann deutlich günstiger als selbsthergestellte mit einzeln gekauften Krokodilklemmen. Diese sind sehr praktisch, wenn Bauelemente zum Einsatz kommen, mit denen nur herumexperimentiert wird, etwa um die Machbarkeit von Veruchen zu testen.



Die hier gezeigten Kabel wurden bei Mükra gekauft, im Internet gibt es diese Verbindungskabel bei OPITEC , dort heißen sie Meßstrippen mit Krokoklemmen. Z.Zt. übrigens im Angebot für € 2.07 für den Zehnerpack.

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Schaltzeichen Teil 2: Buchse, Stecker, Schalter, Meßgeräte, Motoren

Im 2.Teil sind nun die Schaltzeichen für Buchse, Stecker, Drehschalter, Kippschalter, verschiedene Meßgeräte und Gleich- und Wechselstrommotoren zu sehen.



 Spannungsmesser (Voltmeter), Strommesser (Amperemeter), Widerstandsmeßgerät (Ohmmeter) und Multimeter.

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