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:

• die Möglichkeit Schaltungen "schaltplangetreu" (fast 1:1) aufbauen zu können
• in weiten Bereichen skalierbar, also von einfachen bis hin zu komplexen Schaltungen verwendbar
• möglichst keine Sonderbauteile erforderlich
• einfacher Nachbau möglich
• kostengünstig

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:

• Vom Schaltbild zum Raster - Prinzip des Rastersystems

• Das elementare Knotenraster

Arbeitsplatz:

Ausstattung eines Arbeitsplatzes:


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:

• Transistoren ( NPN bzw. PNP)
• Poti
• Taster
• kleiner Lautsprecher

Trägerplatine 10x40mm

• LED mit Vorwiderstand

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:

• Philips EE 2040: Elektronik Erstkontakt
• Philips EE 2003: Elektronik Experimentierkasten
• Schuco 6101 A: Elektronik Erstkontakt
• Schuco 6104 D: Elektronik Profi-Lab

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:



Einsatzbereiche in der Jugendarbeit

Das System kann im Rahmen der Jugendarbeit vielseitig eingesetzt werden:

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:

• Grundplatte - neu (ähnlich dem Philips-System)

• Trägerplatine für Eigenbau-Experimentiersystem, basierend auf dem Philips/Schuco-System

• Amerikanische Polizeisirene

• Schuco 6104 D Elektronik Profi-Lab

• Philips/Schuco Experimentiersystem (eine umfangreiche Webseite mit viel Infos)

• Philips- / Schuco - Experimentierkasten

• Schaltungstopologie - ein wenig Systemtheorie  

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Dipl.-Ing. (FH) Jürgen Mayer, DL8MA

20.03.2012