fischertechnik E-Tec

Grundlagen der Elektrotechnik begreifbar machen und nachhaltig verstehen!


Mit diesem Gedanken werden wir Dich durch die 11 Modelle führen.
Wir empfehlen, die Modelle und Aufgaben in der angegebenen Reihenfolge zu bauen und zu bearbeiten. 

Viel Spaß wünschen wir Dir beim Bauen der Modelle und bei der Erarbeitung der Aufgaben.

Dein fischertechnik-Team

 

 


 

Aufgaben
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Einfacher Stromkreis mit Polwendeschalter

Baue das erste Modell anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten.

In der Elektrotechnik wird der Stromkreis immer als Schaltplan dargestellt. Dazu wurden für die einzelnen Bauteile Symbole festgelegt. 
Für den einfachen Stromkreis benötigst Du einen Batteriehalter, eine 9V Blockbatterie und eine Rainbow-LED. Diese werden mit den mitgelieferten Steckern und Drähten verbunden. Die verwendeten elektrischen Bauteile werden wir dir natürlich erklären. 
 

Batterie

Eine Batterie gibt elektrischen Strom ab. Damit können viele technische Geräte betrieben werden, auch wenn man keine Steckdose hat. Autos, Computer, Handys, Fotoapparate und
viele andere Geräte brauchen eine Batterie.
Batterien bestehen aus verschiedenen Chemikalien und haben immer einen Pluspol und einen Minuspol. Wenn diese Pole zum Beispiel über eine Lampe verbunden werden, tauschen sie Elektronen aus. So beginnt ein Strom zu fließen. Eine normale Batterie ist irgendwann leer, dann muss man sie austauschen.

Schau doch einmal Internet nach. Dort findest Du sehr viele Infos und auch interessante Erklärungsfilme.

LED

Eine LED ist wie eine kleine Glühbirne, die aber viel weniger Strom verbraucht und länger hält. Stelle dir eine LED als ein winziges Sandwich vor, bei dem die Füllung aus speziellen Materialien besteht, die leuchten, wenn Strom durch sie hindurchfließt.

Wenn Du die LED an eine Batterie anschließt, fließt Strom von der Anode zur Kathode durch den LED-Chip. Dabei kommen die Elektronen (das sind winzige Teilchen mit negativer Ladung) in Bewegung und treffen auf andere Teilchen im Chip. Wenn sie zusammenstoßen, entsteht Licht. Dieses Licht siehst Du dann als das Leuchten der LED.

Die Grafik zeigt dir den Aufbau einer LED.


Aufgabe 1 - Einfacher Stromkreis

Die erste Aufgabe zum Stromkreis ist der „einfache Stromkreis“. 

Bevor Du die beiden Anschlüsse (roter und grüner Stecker) am Batteriehalter anschließt, stelle den Schalter am Batteriehalter nach rechts zu den Steckeranschlüssen. Schließe anschließend die beiden Stecker (grün – hinten, rot - vorne“ an. 

Die LED leuchtet, bis Du einen der beiden Stecker wieder abziehst. 

 


 

Aufgabe 2 - Einfacher Stromkreis mit Polwendeschalter

Dazu musst Du das Modell nicht umbauen, sondern dir den Schalter am Batteriehalter einmal genauer ansehen. Du wirst feststellen, dass dieser auch in die andere Richtung also nach links geschaltet werden kann. Probiere es mal aus! Die LED leuchtet nicht. 

Vertausche einmal die beiden Anschlüsse und die LED leuchtet wieder. Wir haben dir einmal die Innenansicht des Schalters fotografiert. Hier siehst Du die Ansicht der Leiterplatine von unten auf die der Schalter eingebaut und verlötet wurde. Zu erkennen auch die beiden Anschlüsse, die zur Batterie führen. Der Schalter hat 6 Lötpunkte, die so verbunden sind, dass in der einen Stellung des Schalters der Pluspol an der rechten Steckbuchse anliegt, der Minuspol an der linken Steckbuchse. Schaltest Du den Schalter in die andere Richtung, liegt der Pluspol an der linken Steckbuchse und der Minuspol an der rechten Steckbuchse.

Mit dem Einsatz eines Polwendeschalters kannst Du zum Beispiel einen Motor nach links oder nach rechts drehen lassen.

 
Die beiden Schaltbilder verdeutlichen dir nochmals die zwei Schalterstellungen.
Ok, das wäre geschafft. Du kannst jetzt das Modell demontieren und Dich an das nächste Modell wagen.
Ein- und Ausschalten mit dem Taster
Baue das Modell anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten anhand des Schaltplans.
Um den Stromkreis von der Batterie zur LED zu unterbrechen, baust Du einen Schalter in die „Plusleitung“ ein. Im Schaltplan wird dieser, wie im Bild gezeigt, dargestellt. Die drei Bilder zeigen dir einen Taster sowie dessen Schaltzustände als Schaltsymbol.

Aufgabe 1 - Einschalten der LED

Eigentlich recht einfach. Wenn Du die bewegliche Lasche (rote Bauplatte 15x75) nach unten drückst, treffen die beiden Metallteile der Stecker aufeinander und schließen somit den Stromkreis. Beim Loslassen geht die LED wieder aus.

 

Aufgabe 2 - Ausschalten der LED

Dazu drückst Du zuerst die Lasche wie im Bild dargestellt unter den 2. Stecker. Die LED leuchtet dauerhaft. Unterbrichst Du den Stromkreis (Lasche nach unten drücken oder die Lasche wieder in die Ausgangsposition wie in Aufgabe 3 stellen), geht die LED wieder aus.
 
Wurfspiel
Baue das Modell anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten anhand des Schaltplans.

Das Spiel ist ganz einfach. Du musst den Ball auf die grüne Zielfläche werfen. Wird diese getroffen, kippt diese nach hinten um. Die beiden Kontakte werden geschlossen und die LED leuchtet. 

Was die Schaltung betrifft, hast Du einen einfachen Ein- Ausschalter verwendet. 

Für das nächste Modell musst Du das Wurfspiel demontieren. Achte darauf, dass Du keine Bausteine verlierst.
 
Handyhalter mit Alarmanlage

Baue auch dieses Modell anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten anhand des Schaltplans.

Neben dem optischen Alarm (LED) baust Du diesmal noch einen akustischen Alarmgeber, einen Summer ein.

Ein Summer – auch Buzzer (entlehnt aus dem englischen Buzzer, für „Summer“) oder Pieper genannt – ist ein elektrisch angesteuerter Akustik-Signalgeber, der einen Summ- oder (je nach Tonhöhe) auch Piepton erzeugen kann.
Auch hierfür gibt es ein eigenes Schaltzeichen für den Schaltplanaufbau. 
Der Schaltplan sieht wie im Bild dargestellt aus. 

Den Taster kennst Du schon aus dem Modell „der einfache Stromkreis“.
 
Was passiert in diesem Modell?

Das Gewicht Deines Handys drückt die Tasterplatte nach unten. Dadurch wird der Kontakt geöffnet. 

Nimmt jemand unerlaubter Weise Dein Handy aus der Halterung, wird der Kontakt geschlossen, der Warnton ertönt und die LED leuchtet. 

Tipp:  Damit, wenn Du das Handy aus der Halterung nimmst, nicht der Alarm ausgelöst wird, schaltest Du die Stromversorgung über den Schalter an der Batteriehalterung aus.
 
Der Durchgangsprüfer
Baue das Modell anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten anhand des Schaltplans.

Der Durchgangsprüfer oder auch Prüfsummer genannt, dient dazu, dass Du elektrische Leitungen auf Durchgang testen kannst. Eigentlich ist der Durchgangsprüfer ein einfacher Stromkreis ohne Schalter. Wenn Du die beiden Stecker verbindest, wird der Summer oder die LED eingeschaltet. Möchtest Du eine Stromleitung auf Durchgang testen, hältst Du den grünen Stecker ein das eine Ende der Leitung und den roten Stecker an das andere Ende.
 

Aufgabe 1 - Durchgangsprüfer mit LED

Eigentlich recht einfach. Halte die beiden metallischen Steckerenden aneinander. Der Stromkreis ist somit geschlossen und die LED leuchtet. 

Versuch: Überprüfe die elektrische Leitfähigkeit mit verschiedenen Materialien z. B. Kunststoff, Glas, Kupfer.
 

Aufgabe 2 - Durchgangsprüfer mit Summer

Ersetzt die LED mit dem Summer und teste den Durchgangsprüfer.
Auch hier kannst Du verschiedene Materialien auf elektrische Leitfähigkeit testen.
 

Aufgabe 3 - Durchgangsprüfer mit LED und Summer 

Baue neben der LED noch einen Summer anhand des Schaltbildes in den Stromkreis ein und teste den Durchgangsprüfer.

Auch hier kannst Du verschiedene Materialien auf elektrische Leitfähigkeit testen.

Und schon kommst Du zu einem neuen Modell.
 
Die Reihenschaltung oder auch UND-Schaltung
Baue das Modell anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten anhand des Schaltplans.

Auch zu diesem Thema findest Du im Internet interessante Erklärungsfilme.
 
Wenn Du dir den Schaltungsaufbau oder das Schaltbild anschaust, wirst Du feststellen, dass Du beide Taster betätigen musst, damit die LED leuchtet. Überprüfe das doch einmal. Drückst Du die Taste 1 leuchtet die LED nicht, drückst Du die Taste 2 geschieht ebenfalls nichts. Erst wenn Du beide Tasten drückst, leuchtet die LED.

In der Digitalelektronik spricht man von einer UND-Schaltung. 
 
Dazu verwendet man ein bestimm-tes Symbol wie auch eine Wahrheitstabelle.


Die Tabelle zeigt dir, dass nur, wenn eA „und“ eB eine 1 also die Taster gedrückt sind, auch am Ausgang eine 1 ansteht. Die UND-Logik wirst Du, wenn Du in das Programmieren von fischertechnik Modellen einsteigen möchtest, öfters anwenden. Die folgenden Befehlszeilen stammen aus der Python-Programmierung mit ROBO Pro Coding.
 
Bevor der Motor läuft, wartet das Programm bis zwei Bedingungen erfüllt sind. Der Minitaster am I1 muss geschlossen sein „UND“ der Minitaster am I2 muss ebenfalls geschlossen sein. Dann startet der Motor.

Im nächsten Modell wendest Du die UND-Schaltung praktisch an. 
 
Wurfspiel mit Reihenschaltung

Baue das Modell anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten anhand des Schaltplans.

Das Spiel ist ganz einfach. Du musst den Ball auf eine der grünen Zielfläche werfen. Wird diese getroffen, kippt sie nach hinten um. Anschließend musst Du noch versuchen, die zweite Zielfläche umkippen zu lassen. Wenn alle Kontakte geschlossen sind, leuchte die LED.

Was die Schaltung betrifft, hast Du zwei einfachen Ein- Ausschalter in Verbindung der UND-Logik verwendet. Lass dir für dieses Spiel eigene Spielregeln einfallen.

 

Die ODER-Schaltung
Baue das Modell anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten anhand des Schaltplans.

Auch für dies Schaltung findest Du im Internet interessante Erklärungsfilme.
 
Schaue dir auch bei dieser Aufgabe den Schaltungsaufbau oder das Schaltbild an. Du wirst feststellen, dass Du jeweils einen Taster betätigen musst, damit die LED leuchtet. Überprüfe das doch einmal. Drückst Du die Taste 1 leuchtet die LED, drückst Du die Taste 2 leuchtet die LED ebenfalls. Würdest Du die beiden Tasten gleichzeitig drücken, würde die LED ebenfalls leuchten. Nur wenn keine Taste gedrückt ist, leuchtet die LED nicht. 
In der Digitalelektronik spricht man auch von einer ODER-Schaltung. 

Dazu verwendet man ein bestimmtes Symbol wie auch eine Wahrheitstabelle.


Die Tabelle zeigt dir, dass wenn eA „oder“ eB eine 1 also jeweils ein Taster gedrückt wird, auch am Ausgang eine 1 ansteht. Die ODER-Logik wirst Du, wenn Du in das Programmieren von fischertechnik Modellen einsteigen möchtest, öfter anwenden. 
 
Zuerst wartet das Programm darauf, dass der Minitaster I1 ODER (OR) der Minitaster I2 gedrückt wird. Ist dies der Fall, läuft der Motor. 

Im nächsten Modell setzt Du die ODER-Funktion nochmals um. 
Balancespiel
Baue das Modell „Balancespiel“ anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten. Bei diesem Spiel geht es darum, dass Du die Kugel durch den Parcours bewegst. Dabei musst Du versuchen, dass die Wippe waagrecht bleibt, sodass kein Kontakt geschlossen wird.
Die LED leuchtet, der Summer ertönt, wenn einer der beiden Kontakte geschlossen wird. Somit entspricht die Schaltung der ODER-Funktion.

In den letzten Modellen hast Du mit der Reihen- und Parallelschaltung von Taster gearbeitet. Die gleiche Funktion findest Du in dem nächsten Modell - nur mit der LED und dem Summer.
 
Reihen- und Paralellschaltung
Baue zuerst das Modell der Reihenschaltung anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten anhand des Schaltplans.

Auch für diese Schaltung lassen sich im Internet Erklärungsfilme finden. 
 
Was passiert im Stromkreis, wenn Du zuerst eine LED anschließt? Gehe davon aus, dass Du eine neue Batterie mit 9V benutzt. Der Elektronen wandern von dem Pluspol der Batterie zur LED und weiter zum Minuspol. Die LED leuchtet in voller Stärke, an ihr liegen 9V Spannung aus der Batterie an. Die LED verbraucht aber Energie aus der Batterie. Nach einer bestimmten Zeit wird die Energie immer weniger, die LED wird dunkler, bis sie ganz ausgeht – die Spannung geht auf 0V. Somit ist die Batteriekapazität erschöpft und Du musst diese tauschen. 
Mit dem Summer im Schaltkreis wird die LED wesentlich dunkler, da sich die Spannung auf beide Verbraucher verteilt. Somit kann auch der Summer nicht die gesamte Lautstärke abgeben. 

Du kannst also feststellen, dass die Reihenschaltung von LED und Summer für Dein Modell ungeeignet ist.
 
Probiere deshalb einmal die Parallelschaltung von LED und Summer aus. 

Baue zuerst das Modell der Parallelschaltung anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten wie im Schaltplan dargestellt.

Auch für diese Schaltung gibt es im Internet interessante Filme, die sehr anschaulich die Parallelschaltung erklären. 

Sicher hast Du festgestellt, dass dieser Schaltungsaufbau die beste Lösung ist, damit beide Bauteile LED und Summer mit voller Leistung arbeiten.
Schaue dir besonders die Verbindung der Plusleitung an. Du wirst feststellen, dass diese jeweils mit einem Verbraucher verbunden ist. Das bedeutet, dass am Summer wie an der LED die 9V Batteriespannung anliegt. Somit hat die LED wie auch der Summer die volle Leistung zur Verfügung.

Mit diesem Wissen kannst Du Dich nun an das letzte Modell wagen.
 
Der heiße Draht
Baue das Modell „Der heiße Draht“ anhand der Bauanleitung auf und verdrahte die einzelnen Komponenten.
Das Schaltbild soll dir noch einmal die Funktion des Modells verdeutlichen. Der linke Anschluss wird mit dem Kupferdraht und der rechte Anschluss mit der Öse verbunden. Berührst Du mit der Öse den Kupferdraht wird ein akustischer und optischer Alarm ausgelöst.

Du musst dann mit dem Spiel von vorne beginnen. Führst Du die Öse ohne Alarm auszulösen durch den Parcours, hast Du das Spiel gewonnen.
 
Modell: Heißer Draht
Anleitung Draht biegen
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