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Experimentier- und Lehrsystem für die Jugendarbeit

In der Jugendarbeit im DARC werden häufig Bausätze bzw. Bauanleitungen zum Löten verwendet. Dabei verwendet man die Reisnageltechnik, Lochrasterplatinen bzw. fertige Leiterplatten. Damit werden die Fertigkeiten beim Löten und Zusammenbauen von Schaltungen geschult.

Im Bereich der Aus- und Fortbildung, insbesondere bei der Vorbereitung zur Amateurfunkprüfung kann man stattdessen Experimentiersysteme sinnvoller einsetzen.

Experimentiersysteme haben eine lange Tradition. Zum Beispiel der im Jahr 1934 erschienene Kosmos Radiomann. Im Jahr 1963 hat die Firma Philips die ersten Experimenterikästen mit denen man auf einem mit Löchern versehen Grundbrett Klemmfedern einsetzen kann auf den Markt gebracht. Darauf aufbauend wurden über Jahre eine ganze Reihe von verschiedensten Experimentierkästen, die dann später von der Firma Schuco bis ins Jahr 2002 angeboten wurden, produziert.

Nach den ersten Erfahrungen bei der Jugendarbeit in der neu gegründeten Jugendgruppe des DARC OV P37 (Waiblingen) mit Lötprojekten wurde von Jürgen, DL8MA vorgeschlagen die Idee dieser Experimentierkästen auch für die Jugendarbeit zu nutzen. Gerade im Bereich der Aus- und Fortbildung kann man die spezifischen Vorteile eines solchen Experimentiersystems sehr gut nutzen.

Bei der Auswahl eines geeigneten Systems wurden u.A. folgende Kritereien berücksichtigt:

Das den Philips- bzw. späteren Schuco-Experimentierkästen zugrundeliegendem Prinzip der Lochplatten mit Klemmfedern erfüllt diese Kriterien. Darauf können Schaltungen mit konventionellen Bauteilen frei aufgebaut werden.

Vom Grundprinzip her entspricht dieses System der Reisnagel-Löttechnik nur ohne Lötkolben und Reisnägeln ;-)

Siehe auch hier: Prinzip und Technik des Philips-Experimentiersystems

Beispiel:


Amerikanische Polizeisirene, auf einer originalen Philips-Grundplatte aufgebaut


Grundplatten

Grundplatten können entweder aus gebraucht erworbenen Philips- bzw. Schuko-Experimentierkästen stammen oder selbst aus Kunststoffplatten gefertigt werden.

Die Grundplatte in der Grösse 235 x 300 mm (DIN A4) hat ein Lochraster von 14 x 16 Löchern (224) im Abstand von 15mm. In diese Löcher werden die Klemmfedern die die Knoten im Schaltplan abbilden eingeklipst.


Grundplatte aus 4mm dickem Makrolon mit Bauteilen auf Trägerplatinen


Klemmfedern:

Die Klemmfedern sind als "Schlüsselbauteil" für dieses System immer noch neu erhältlich.

Die Bauteile einer Schaltung werden entsprechend dem Schaltplan zwischen den Knoten ( = Klemmfedern ) eingesetzt und verdrahtet. Dabei können konventionelle axiale Bauteile wie z.B Widerstände, Dioden, Kondensatoren usw. ohne zusätzliche Trägerteile verwendet werden. Bei Transistoren empfiehlt es sich diese auf kleine Trägerplatine zu befestigen. Diese Trägerplatinen werden dann auf die Klemmfedern gesetzt und darüber verdrahtet.

Beispiel:


einfache Transistorschaltung


Bei diesem Beispiel sieht man die Möglichkeit mit diesem System die Schaltung  1:1 nach dem Schaltplan aufzubauen. Gerade in der Ausbildung hat das Vorteile beim Verständnis der jeweiligen Schaltung.


Schaltungstopologie - ein wenig Systemtheorie:

Arbeitsplatz:

Ausstattung eines Arbeitsplatzes:

1 Grundplatte DIN A4 (210 mm × 297 mm)
25 Klemmfedern
3 Trägerplatinen für Transistoren
2 Trägerplatinen für LEDs (rot + grün)
1 Trägerplatine für Poti
1 Trägerplatine für kleinen Lautsprecher
1 Trägerplatine für Taste
1 Batterieclip
div. Bauteile (R, C, T, D)
Drähte (isoliert bzw. blank)

Die Trägerplatinen sind industriell gefertigte Leiterplatten in denen die Langlöcher für die Federbefestigung schon fertig eingefräst wurden.

Mit dieser Ausstattung kann man einen weiten Bereich der Grundsschaltungen abdecken.

Beispiel:


Wechselblinker (astabiler Mulitivibrator), noch mit Prototypen-Trägerplatinen aufgebaut


Trägerplatinen


Einige Bauteile sollten auf Trägerplatinen aufgebaut werden:

Trägerplatine 25x25mm:
Trägerplatine 10x40mm
Diese Trägerplatinen können auch für die Integration von kleineren ICs wie z.B. OPs oder dem Timer 555 genutzt werden.

Beispiel:


Trägerplatinen auf Lochrasterplatinen (Prototypen)

Es ist geplant die Trägerplatinen von einem professionellen Platinenfertiger produzieren zu lassen.


Verdrahtungspläne

Neben dem "freien" Aufbauen einer Schaltung kann man auch vorgefertigte Verdrahtungspläne verwenden.

Auf die Grundplatten können Papierpläne auf denen die Schaltung vorgezeichnet ist gelegt werden. Die Klemmfedern werden dann durch das Papier hindurch in die Grundplatte eingeklipst. Auf dem Aufbauplan ist die Lage der Schaltungsknoten (Klemmfedern), die Bauteile mit deren Werten und die Verdrahtung eingezeichnet. Gerade für Anfänger ist dies eine sehr gute Hilfe eine Schaltung erfolgreich aufbauen zu können.

Beispiel:

Verdahtungsplan für eine Feuersirene


Anleitungsbücher von Philips und Schuco

Diese Bücher wurden mit den Philips- bzw. Schuco-Experimentierkästen beigelegt. Sie sind ein reicher Fundus mit Schaltungen und guten Einführungslektionen in die Elektronik.

Ein grosser Teil dieser Anleitungsbücher sind inzwischen als PDF-Dateien frei verfügbar:



Weitere Beschreibungen von Philips- bzw. Schuco-Experimentierkästen findet man auf der Webseite von Norbert Schneider


weitere Anwendungsmöglichkeiten

Als weiteren Anwendungsbereich kann der Aufbau von Schaltungen die bei Bastelaktionen verwendet werden. Auf diesem System kann man diese Schaltung zu Testzwecken vorab mit den originalen Bauteilen aufbauen und Testen. Desweiten bietet das System eine gute Grundlage um eigene Schaltungen zu entwickeln und zu Testen.


Vorteile des Systems:

Aufbau einer Schaltung 1:1 nach dem Schaltplan

Gerade für Anfänger ist dies sehr wichtig. Das bei anderen Systemen wie z.B. Breadboards ( Steckbretter ) notwendige Umdenken beim Übertragen des Schaltplans auf den Experimentieraufbau entfällt bei diesem System.

Verwendung von Originalbauteilen

Da viele Bauteile (Widerstände, Kondensatoren usw.) ohne zusätzlichen Montagehilfsmittel verwendet werden hat der Anwender einen direkten Bezug zu dem jeweiligen Bauteil und lernt beim Experimentieren diese besser kennen. Gerade das Erkennen und Lesen von Bauteilbeschriftungen wie z.B. Farbringe wird dabei praktisch eingeübt.

Schaltungsvarianten einfach möglich

Nach dem Aufbauen der Schaltung können ohne grossen Aufwand Bauteile ausgetauscht werden. So können damit recht einfach verschiedene Kondensatoren in einer Schwingschaltung ausgetauscht und deren Auswirkungen experimentel erfahren werden.

Aufbaupläne

Bei Bedarf können diese Pläne den Aufbau unterstützen und damit auch Anfänger schnelle Erfolgserlebnisse verschaffen.

Wiederverwendbarkeit der Bauteile

Im Gegensatz zu Löttechniken können die verwendeten Bauteile bei späteren Experimenten wieder verwendet werden. Es entstehen keine Folgekosten. Schaltungen können mit den selben Bauteilen immer wieder neu aufgebaut werden.


Einsatzbereiche in der Jugendarbeit

Das System kann im Rahmen der Jugendarbeit vielseitig eingesetzt werden:

- Aus- und Fortbildung

Mit diesem System kann man die Grundlagen der Elektronik spielerisch vermitteln. Das offene System lädt zum ausprobieren ein.

Begleitend eingesetzt kann es die Vorbereitung für die Technikprüfung ergänzen. Es können gezielt Versuche recht schnell aufgebaut und ausprobiert werden.

- Gruppenabende

Anstatt Lötarbeiten können Schaltungen auch auf diesem Experimentiersystem aufgebaut und getestet werden. Diese können  dann den Teilnehmer nicht mit nach Hause gegeben werden. Die Bauteile bleiben aber erhalten und können bei späteren Aktionen wieder verwendet werden. Dies ist ein nicht zu vernachlässigender Vorteil der das Budget einer Jugendgruppe im laufenden Betrieb nicht belastet.


Kosten:

Die Kalkulation mit dem oben aufgeführten Umfang an Bauteilen liegt bei ca. 20 Euro / Arbeitsplatz. Diese Investion fällt nur einmal an. Folgekosten dürften, wenn überhaupt, danach eigentlich nur durch defekte Bauteile anfallen.


Ausbauperspektiven:


Das System ist offen und kann auch für andere Bereiche der Elektronik ausgebaut werden:

- IC-Technik  (z.B. Operationsverstärker, Timer-IC 555 usw.)
- Digitaltechnik
- Mikroprozessortechnik (Beispiel Morsegenerator)


Erste Erfahrungen:

Mit Hilfe der ersten selbst gefertigten Grundplatten (Prototypen) und einigen originalen Transistorträgerplatinen haben wir an einem Gruppenabend einen "Laborunterricht" durchgeführt.  (siehe Einstieg in die Elektronik - Grundlagen )


Experimentieller Aufbau einer Transistorgrundschaltung



Linkverzeichnis zu weiterführenden Informationen:
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Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Mayer, DL8MA

20.03.2012

Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Mayer, DL8MA - Weinstadt-Grossheppach
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