Einleitung:

Im ersten Teil des Technikspiele-Heftes 'Ein Einstieg in die Elektronik ...' haben wir elektronische Schaltungen und erste Anwendungen mit Widerständen, Transistoren, Dioden, Kondensatoren und Spulen kennen gelernt. Die Schaltungen haben wir auf Abschnitten von mitteldichten Holzfaserplatten nach der Stecktechnik mit Pinnwandnadeln und Rahmstiften ausgeführt. Der Lötkolben hatte weitgehend 'Urlaub' - es ging meist ohne ihn.

Jetzt im zweiten Teil des 'Einstiegs' wenden wir die Grundlagen an und bauen elektronische Spiele, in denen sich Sachkunde mit Werken und Gestalten die Hände reichen.

Wir werden Entwürfe verschiedner LED-Nachtlämpchen mit unterschiedlichen Lichtfarben und Glaskugeln mit und ohne Spannungswandler zum Nachbauen kennen lernen. Anschließend lassen wir Flimmerscheiben rotieren und erzeugen Farben und Muster als optische Täuschungen. Dann bauen wir Fahrzeuge, die mit Sonnenstrom mit und ohne Kondensator als Stromspeicher fahren. Dabei verwerten wir auch leere Getränke-Tetrapacks und verwandeln sie zu fahrenden Solar-Monstern - der Fantasie ist freier Lauf gelassen. Seriöser geht es beim Bau eines Wandfeuchte-Detektors zu, mit dem wir Baufeuchte messen können fast wie Profis. Eine auf Licht reagierende Diebesfalle schließt sich an. Und dann geht es zum Endspurt: Wir bauen Wechselblinker, Hupen, Sirenen, Bewegungsmelder (nach in die Stecktechnik umgewandelten) Vorlagen der Jugendtechnikschule Berlin. Wenn wir schließlich mit allem 'durch' sind, sind wir fit, um selbstständig mit den zahlreichen Schaltungen und Bausätzen dieser Schule weiter zu machen.

Abschließend eine personliche Anmerkung: Da sich die Texte ursprünglich als Bau- und Experimentier-Anleitungen an Kinder und Jugendliche richteten, sind sie in der 'Zweiten Person' verfasst. Wenn ich also in den Texten meine Leser/innen 'dutze', beruht das auf dieser Tradition und nicht auf Respektlosigkeit.

Hans Gruber 

 

1. Spiel: LED-Leuchten

- Leuchtdioden und Vorwiderstände -

 

Im Grundlagenteil des 'Einstieg in die Elektronik' (Teil 1) habe ich beschrieben, dass zum Betrieb von Leuchtdioden Vorwiderstände erforderlich sind, wenn die Spannung der Stromversorgung zu hoch ist / höher ist als die 'Betriebsspannung' der LED (auch 'Durchlass-', 'Schwell-' und 'Vorwärtsspannung' genannt). Je nach Bauart und Farbe haben LED unterschiedliche Betriebsspannungen. Hier einige LED-Beispiele (Betriebsstrom 20 mA, bzw. 0.02 A) und für erforderliche Vorwiderstände (Mindestanforderung) bei Anlegen einer Betriebsspannung von 5 Volt:

 

Farbe	normal/superhell	Vorwiderstand
rot	1.6 / 2.4 V	170 / 130 Ohm
gelb	2.4 / 3.0 V	130 / 100 Ohm
grün	2.4 / 3.5 V	130 / 100 Ohm
blau	3.0 / 3.6 V	100 /  70 Ohm
weiß	3.0 / 3.6 V	100 /  70 Ohm

 

Selbstverständlich kannst du auch höhere Widerstandswerte wählen - dann allerdings leuchten die LED in der Regel nicht mehr mit 'voller Kraft'.

Willst du höhere Spannungen - im folgenden Beispiel 12 Volt aus der Autobatterie - anlegen, brauchst du höhere Vorwiderstände. Die rechnest du so aus: Spannung der Batterie (VBatt) minus Betriebsspannung der LED (VLED) geteilt durch dem Betriebsstrom (ALED) der LED: VBatt - VLED / ALED

Am Beispiel einer 12 V Autobatterie und einer 'superhellen' roten LED: 12 V - 2.4 V / 0.02 A = 480 Ω

 

Nach so viel Theorie nun zum Bau von LED-Kugelleuchten nach der Stecktechnik mit Messingnägeln - Lötkenntnisse sind für dieses Spiel nicht erforderlich. 

 

Bild 1

 

Für die einfache Version mit Astscheiben brauchst du:

- 1 Astscheibe Durchmesser ca. 50 mm, Höhe ca. 15 mm oder als Variante (siehe weiter unten) ein Holzbrettchen ca. 70 x 70 mm

- 3 (4) Holzperlen, -scheiben oder -würfel als Füßchen für die Astscheibe bzw. das Holzbrettchen

- 3 'Rahmstifte' (vermessingte Bilderrahmennägel Durchm./Länge: ca. 1/ 10 mm

- 1 Widerstand ca. 220 Ω*

- 1 weiße 5-mm-LED 'superhell'

- 1 Netzteil* 5 V / 100 bis 300 mA

- verschieden farbige und strukturierte / gemusterte Glaskugeln

 

* Billige Netzteile - sie gibt es ab ca. 1 € - geben im 'Leelauf' eine Spannung ab, die höher als die angegebene Betriebsspannung ('unter Last') ist. Mein Netzteil 'lieferte' bei Betrieb der weißen LED (20 mA) eine Spannung von 8 Volt. Bezogen auf diese Spannung habe ich ausgerechnet, dass ich einen Vorwiderstand von 220 Ω einsetzen muss. Kommst du auf das gleiche Ergebnis?

Das Problem hast du nicht, wenn du dir ein preiswertes USB-(Reise-)Netzteil zulegst: Seine Ausgangsspannung (5 V) ist stabilisiert! Derartige Netzteile (5 V / ca. 1000 mA) gibt es bereits ab 3 €.

 

So baust du die Astscheiben-Kugelleuchte:

Bohre in die Astscheibe senkrecht ein Loch mit Durchmesser 6.5 mm. Bohre - wie in Bild 2 zu sehen - vier weitere Löcher mit Durchmesser von ca. 1.5 mm.

 

Bild 2

Stecke die LED durch bis knapp zur Oberfläche der anderen Seite (die LED soll dort nicht 'herausgucken, weil später eine Kugel darauf passen muss, ohne herunterzurollen) und biege ihre Beinchen - wie in Bild 2 zu sehen - so ..

 

Bild 3

... dass die ihre beiden freien Enden ('u'-förmig umgeknickt) in zwei der kleinen Löcher gesteckt werden können - siehe Bild. Merke dir dabei, welches 'Beinchen' das längere ist - dies muss nachher mit dem (+)-Kabel des Netzgerätes verbunden werden. Kennzeichne evtl. das Loch mit einem (+). Kürze und biege die 'Beinchen' des Widerstandes ebenfalls um, stecke eines in das Loch zu dem kurzen LED-'Beinchen' und das andere in eines der noch freien Löcher davor - siehe Bild.

 

Bild 4

Stecke nun die abisolierten Enden/Drähte des Netzteil-Kabels in ein Loch zum Widerstand und in ein Loch zur LED - Bild 4. Hierbei muss der (+)Draht elektrisch mit langen LED-Beinchen und der (-)Draht über den Widerstand mit dem kurzen LED-Beinchen verbunden sein. Fixiere alle 3 Kontakte durch Eindrücken von vermessingten Rahmstiften.

Bild 5

Sichere das Kabel des Netzteiles mit z.B. etwas Heißkleber und klebe (wenn du willst) drei Holzperlen als Füße unter (Bild) ...

 

Bild 6

... drehe das Ganze herum und stecke das Netzteil in die Steckdose. Wenn alles elektrisch o.k. ist, wird die LED aufleuchten. Lege nun eine deiner Glaskugeln auf das Loch, in dem die LED steckt. Das kann dann so aussehen wie in den Bilder 6, 7 und 8.

 

Bild 7

 

Bild 8

 

 Ab hier folgt die 'Glaskristall-Variante' des Spiels:

 

Bild 9

Stelle wie im vorigen Spiel eine Astscheibenleuchte - diesmal aus einer dickeren Scheibe - mit einer weißen LED her. Biege eine Fahrradspeiche zum Bogen wie im Bild zu sehen, bohre ein Loch in die Astscheibe und stecke ein Speichenende hinein. Bohre ein Loch in einen Gardinenring und stecke das zweite Speichenende hinein - siehe Bild.

Bild 10

Klebe einen Glaskristall auf den Ring und schalte die LED ein - ihr Kopf sitzt wie im vorigen Spiel etwas unterhalb der Astscheiben-Oberfläche, damit Kugeln, die du darauf legst, nicht wegrollen.

 

Bild 11

Lege eine deiner Glaskugeln auf die LED ...

 

Bild 12

... und begucke das Spiel von oben - es erinnert an ein Kaleidoskop-Bild.

 

Bild 13

Lege eine z.B. matte Kugel auf ...

 

Bild 14

... und begucke es wieder von oben.

 

Bild 15

Lege nun z.B. einen transparenten 'Flummi'-Ball auf ...

 

Bild 16

... und von oben sieht das so aus. (Auch wenn das Bild unscharf geworden, finde ich es dennoch hübsch!)

 

Zum Abschluss die Variante der Glaskugelleuchte mit weißer LED gebaut aus einem Holzbrettchen (ca. 70 x 70 mm, ca. 18 mm hoch) statt einer Astscheibe:

 

Bild 17

Bohre wieder - wie beim Astscheibenmodell am Anfang dieses Spiel - mittig ein senkrechtes Loch mit Durchmesser 6.5 mm und in dessen Nähe drei weitere Löcher mit Durchmesser ca. 1.5 mm. Schiebe die LED bis fast zur anderen Seite hinein - die LED soll dabei nicht 'herausgucken'. Schiebe - wie beim Astscheibenmodell beschrieben - die abgewinkelten Beinchen der LED sowie des Widerstandes in die Löcher. Markiere das Loch mit dem langen LED-Beinchen mit (+) ...

Bild 18

.... schiebe die abisolierten Drahtenden des Netzteiles nach - siehe Bild und fixiere alle drei Kontakte - wie bei der Astscheibenvariante - durch Rahmstifte.

 

Impressum

Verlag: BookRix GmbH & Co. KG

Texte: Dr. Hans Gruber
Bildmaterialien: Dr. Hans Gruber
Tag der Veröffentlichung: 14.11.2015
ISBN: 978-3-7396-2327-6

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