Praktische Umsetzung

Im Folgenden werden die verscheiden Aspekte der praktischen Umsetzung näher erläutert, welche sich auf die Beschreibung über die Schnittstellen im Schulungsraum beziehen.

 

Allgemein Beschreibung

Die Basis der praktischen Umsetzung bildet einen Koffer. Dieser bietet die nötige Kapazität für die einzelnen Bauteile, sowie sämtliche andere Komponenten, die für die Versuche benötigt werden und macht den gesamten Aufbau somit portabel. In dem Deckel des Koffers wurde eine Rasterlochplatte befestigt. Diese dient als Steckplatte für die Versuchsaufbauten und bildet somit die Grundlage für die Versuche.
Dies ist ein bewährtes System und wird auch in fest installierten Laborräumen eingesetzt. Die einzelnen Bauteile sind in Plastikgehäusen eingebaut und werden mittels Messleitungen miteinander verbunden. Durch Scharniere, die an der Rasterlochplatte und den Kofferdeckel angebracht sind, ist es möglich, die Platte aus der liegenden Position in eine senkrechte Position zu bringen, was einen anderen Blickwinkel auf den Aufbau ermöglicht. In den Koffer eingebrachte Setzkästen ermöglichen eine übersichtliche Sortierung der einzelnen Bauteile und bieten während des Transports einen zusätzlichen Schutz der Bauteile.

 

Sicherheit

Um die Sicherheit zu gewährleisten wurde eine Spannungsversorgung mit Netzteil gewählt, somit befinden sich alle für die Versuche benötigten Spannungen und Ströme unter dem Bereich der Schutzkleinspannung.

 

Spannungsversorgung

Da in Nigeria eine permanente Spannungsversorgung nicht gesichert ist, müssen die Versuchsaufbauten unabhängig vom Spannungsversorgungsnetz sein. Der Gebrauch von Akkus alleine ist jedoch ungünstig, da die langsame Entladung der Akkus zu einer Senkung der Klemmenspannung führt, was sich negativ auf die Genauigkeit der Versuche auswirkt. Deshalb wurde eine handelsübliche unterbrechungsfreie Spannungsversorgung (USV) gewählt. Diese wird direkt an das Spannungsnetz anschlossen und wechselt erst bei Spannungsausfall in den Akkubetrieb.
Die USV arbeitet mit einer Eingangsspannung von 100-250 V (AC), bei einer Frequenz von 40-60 Hz und bietet eine Ausgangsspannung von 12 V (DC). In der USV ist ein Bleiakku der per 4,8 mm Flachstecker angeschlossen dieser liefert 2,3 Ah und 12 V. Der Netzanschluss erfolgt über einen Kaltgeräteanschluss und ist somit auch sehr flexibel hinsichtlich des Steckdosen-Systems, ein Austauschen des Anschlusskabels reicht aus, um von europäischen Anschluss auf englischen Anschluss zu wechseln.

Steckplatine

Bei der Auswahl einer Steckplatine wurden verschiedene Systeme in Betracht gezogen. Kriterien für die Auswahl waren Preis, Übersichtlichkeit, Haltbarkeit und Handhabung.

Die Systeme der führenden Lehrmittel-Hersteller erlauben zwar eine sehr gute Übersicht, sind aber sehr teuer.

Eine kostengünstige Variante, welche unter Bastlern weit verbreitet ist, stellt die Steckplatine mit Federkontakten dar, welche auch unter dem Namen “Breadboard“ bekannt ist. Aufgrund der kleinen Abmaßen, leidet hier jedoch stark die Übersichtlichkeit. Darüber hinaus können die Kontaktstifte leicht aus den Federn rutschen und bieten somit keine sicheren leitenden Verbindungen. Für den häufigen Gebrauch sind sie ebenfalls nicht gut geeignet.

Die optimale Lösung der Problematik bietet das ältere System von ELWE Technik, welches sich auch an Schulen bereits vielfach bewährt hat. Restbestände sind vielfach vorhanden und können kostengünstig erworben werden. Dieses System besteht aus einer Rasterlochplatte sowie Gehäusen aus transparentem Kunststoff, welche auf die Rasterplatte flexibel gesteckt werden können. Die Gehäuse sind so fixiert, dass ein senkrechtes stehen der Rasterlochplatte möglich ist. Je nach Bedarf können verschiedene elektrische Bauteile in die Gehäuse eingelötet werden. Die Verkabelung der Versuche findet dann durch Messgeräteleitungen statt, welche in die bestehenden Kontakte an den Gehäusen gesteckt werden (siehe Abbildung 17-19). Eine Beschriftung der Bauteile kann durch kleine Etiketten an den Gehäusen einfach realisiert werden. Das System bietet somit die nötige Visualisierungsmöglichkeit und ist durch seine Konzeption so ausgelegt, dass es langlebig, robust, aber auch einfach zu handhaben ist.

Dimensionierung der Bauteile

Um die elektrotechnischen Phänomen, die mit den verschiedenen Versuchen dargestellt werden, möglichst anschaulich zu machen, wurden die verscheiden Bauteile in den Versuchen so dimensioniert das die Effekte sehr gut zu beobachten sind.

 

Wechselspannungsversorgung

Um ungefährliche Versuche mit Wechselspannung zu realisieren, wurden die folgende Komponente verwendet.

Funktionsgenerator

Für die meisten Versuche im Bereich der Grundlagen der Elektrotechnik wird Gleich-spannung benötigt. Bei Versuchen mit Dioden wurde zur Veranschaulichung der Funktionsweise Wechselstrom benötigt. Dafür wird bei den Versuchen ein Funktionsgenerator eingesetzt. Dieser arbeitet mit einer Eingangsspannung von +12V / -12V / +5V Gleichspannung und kann eine Wechselspannung in Form eines Dreiecks, Sägezahn, Rechteck und Sinus erzeugen und bietet somit die Möglichkeit für viele andere Versuche.

NF-Verstärker

Da das Signal des Funktionsgenerators sehr schwach ist, wurde ein NF-Verstärker verwendet, um dieses zu verstärken. Dieser kann das Signal bis zu einer Ausgangsleistung von bis zu 10 Watt verstärken, bei einem Lastwiederstand 2Ω und einem Frequenzbereich von 40Hz bis 15 kHz.

Spannungsversorgung des Funktionsgenerators

Da der Funktionsgenerator nicht nur eine Versorgung mit +12V Gleichspannung benötigt, sondern auch noch -12V / +5V, wurde hier ein hinter die USV anzuschließendes Netzteil eingesetzt.

 

Materialkosten

Die folgenden Bauteile bilden, in Verbindung mit Koffer und Stecksystem, die Basis der praktischen Versuche. Verschiedene elektrotechnische Bauteile wurden nicht berücksichtigt, da sie günstig in großen Mengen beschafft werden können. (Beispiel: Widerstandssortiment E12er Reihe – 610 Stück – 11,56€)
• USV – Spannungsversorgung 5,98€
• Bleiakku – 12,01€
• Spannungsversorgung des Funktionsgenerators 10,99€
• Funktionsgenerator 11,89€
• NF Verstärker 7,90€
• Stepdown-Wandler 7,49€


Suche

Nigera

Login

PDF - Dokumentation