Hier wird aus Bauteilwissen ein Befund. Erst lernst du dein Bauteil als Experte, dann setzt ihr in der Stammgruppe alles zusammen.
Schritt 3 von 4. Expertengruppe, zurück in die Stammgruppe, dann Messreihe S 3, Befund und LED-Vorwiderstand.
Danach: Rechenwege und Lösungen
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Beim Abschalten einer Spule entsteht eine Spannung, die viel größer ist als die, mit der sie eingeschaltet wurde.
Am Ende hast du: Befund S 3, LED-Vorwiderstand und Expertenblatt
Diode und LED im Stromkreis
Bevor die Expertengruppen losgehen, drei kleine Stromkreise zum Anschauen. Links und in der Mitte dieselbe Schaltung, nur die Diode ist umgedreht. Rechts eine Kontrollleuchte wie -P3 im Armaturenbrett: eine rote LED mit ihrem Vorwiderstand. Die Spannungspfeile zeigen von Plus nach Minus.
Diode und LED haben dieselbe Form der Kennlinie, nur an anderer Stelle: Die Siliziumdiode leitet ab rund 0,6 V, die rote LED erst ab rund 1,8 V. Weil beide danach so steil ansteigen, bestimmt nicht die LED den Strom, sondern der Vorwiderstand.
Die vier Expertenaufträge
Jede Expertengruppe liest ihren Text, bearbeitet ihre Aufgaben und schreibt das Expertenblatt. Das Expertenblatt hat dieselben acht Felder wie das Wissensspeicher-Blatt. Die Texte hier sind der Einstieg, das Tabellenbuch und die Anlagendaten gehören dazu. Klapp den Text deiner Gruppe auf, die anderen erklärt dir später deine Stammgruppe.
Expertengruppe Diode
Gegebene Werte · aufklappen, wenn du rechnest
Eine Diode lässt Strom nur in eine Richtung durch, von der Anode zur Kathode. Im Schaltzeichen zeigt die Spitze des Dreiecks die Durchlassrichtung, der Strich ist die Kathode. Auf dem Bauteil ist die Kathode mit einem Ring markiert. In Durchlassrichtung fällt an einer Siliziumdiode etwa 0,7 V ab, fast egal wie groß der Strom ist. In Sperrrichtung fließt praktisch nichts.
Am Fahrzeug: Verpolschutz (Strom nur, wenn Plus und Minus richtig angeschlossen sind) und Freilaufdiode an Relaisspulen.
Eure Aufgaben in der Expertengruppe:
- Zeichne das Schaltzeichen und markiere Anode, Kathode und Durchlassrichtung.
- Erkläre, wie man eine Diode mit der Diodenprüfung des Multimeters prüft und welche Anzeigen man erwartet.
- Erkläre, welche Anzeige eine unterbrochene und welche eine durchlegierte Diode zeigt.
Unterrichtswerte und Faustwerte, prüft sie im Tabellenbuch.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Befund S 3, LED-Vorwiderstand und Expertenblatt
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- dem Expertenblatt deiner Expertengruppe
- Steuer- und Laststromkreis der Hupe mit Spulenstrom und Laststrom
- der bewerteten Messreihe S 3
- dem Befund S 3 mit Wirkungskette und Abhilfe
- dem berechneten und ausgewählten Vorwiderstand für die Kontrollleuchten
Zur Dokumentation
Jeder Messwert gegen einen Sollwert aus dem Datenblatt geprüft. Die Wirkungskette in Schritten: Ursache, Wirkung, Schaden. Der Vorwiderstand mit Wert und Belastbarkeit aus der Normreihe.
Das Expertenblatt nimmt die Stammgruppe ab. Befund und Vorwiderstand prüft ein anderes Team, dann zeichnet die Projektleitung ab. Zu Meilenstein M3 nimmt der Auftraggeber ab.
Expertengruppe LED
Gegebene Werte · aufklappen, wenn du rechnest
Eine Leuchtdiode (LED) ist eine Diode, die in Durchlassrichtung leuchtet. Ihre Durchlassspannung UF hängt von der Farbe ab: rot etwa 2 V, grün etwa 2,2 V, blau und weiß etwa 3 V. Ihre Kennlinie ist sehr steil: Schon wenig mehr Spannung heißt sehr viel mehr Strom. Deshalb braucht eine LED einen Vorwiderstand, der den Strom auf den zulässigen Wert IF begrenzt, oft 20 mA.
RV = U − UFIF
Widerstände gibt es nicht in jedem Wert, sondern in Normreihen, zum Beispiel E12: 1,0 · 1,2 · 1,5 · 1,8 · 2,2 · 2,7 · 3,3 · 3,9 · 4,7 · 5,6 · 6,8 · 8,2, jeweils mal 10, 100, 1000 und so weiter.
Eure Aufgaben in der Expertengruppe:
- Erkläre, weshalb eine LED nie ohne Vorwiderstand an 24 V angeschlossen werden darf.
- Berechne den Vorwiderstand für eine rote LED an 24 V bei 20 mA und wähle einen Wert aus E12.
- Berechne die Leistung im Vorwiderstand und erkläre, weshalb die Belastbarkeit des Widerstands wichtig ist.
Unterrichtswerte und Faustwerte, prüft sie im Tabellenbuch.
Expertengruppe Relais
Gegebene Werte · aufklappen, wenn du rechnest
Ein Relais ist ein Schalter, der von einem Strom geschaltet wird. Fließt Strom durch die Spule (Klemmen 85 und 86), entsteht ein Magnetfeld, der Anker wird angezogen und schaltet den Kontakt. -K1 ist ein Wechsler (Datenblatt: change-over): Im Ruhezustand ist 30 mit 87a verbunden, angezogen 30 mit 87. Die Hupe hängt an 87, 87a bleibt frei. So schaltet ein kleiner Strom im Steuerstromkreis einen großen Strom im Laststromkreis.
Die Spule speichert Energie in ihrem Magnetfeld. Wird der Spulenstrom plötzlich unterbrochen, bricht das Feld zusammen und die Spule versucht, den Strom weiterzutreiben. Dabei entsteht kurz eine sehr hohe Spannung, oft einige Hundert Volt. Sie springt als Funke über den Kontakt, der die Spule gerade ausgeschaltet hat. Eine Freilaufdiode parallel zur Spule gibt dem Strom einen Weg im Kreis, bis die Energie abgebaut ist. Sie ist so eingebaut, dass sie im Normalbetrieb sperrt: Kathode an die Plusseite der Spule.
Eure Aufgaben in der Expertengruppe:
- Zeichne Steuer- und Laststromkreis der Hupe und markiere die Klemmen.
- Berechne den Spulenstrom von -K1 mit den Werten aus dem Datenblatt und vergleiche mit dem Strom der Hupe.
- Erkläre mit eigenen Worten, weshalb beim Abschalten einer Spule ein Funke entstehen kann und wie die Freilaufdiode das verhindert.
Unterrichtswerte und Faustwerte, prüft sie im Tabellenbuch.
Expertengruppe Kondensator
Gegebene Werte · aufklappen, wenn du rechnest
Ein Kondensator speichert elektrische Ladung zwischen zwei Platten, die durch einen Isolierstoff getrennt sind. Seine Kapazität C wird in Farad (F) angegeben, in der Praxis meist in Mikrofarad (µF). Wird er über einen Widerstand geladen, steigt seine Spannung nicht sofort, sondern nach einer Kurve. Die Zeitkonstante τ = R · C sagt, wie schnell: Nach 1 τ ist er zu etwa 63 % geladen, nach 5 τ praktisch voll. Beim Entladen ist nach 1 τ noch etwa 37 % der Spannung übrig, nach 5 τ ist er praktisch leer.
Am Schlepper: Die Kabinenleuchte bleibt nach dem Ausschalten noch eine Weile an, weil ein Kondensator über einen Widerstand die Steuerung versorgt. Unterrichtswerte: R = 10 kΩ, C = 2200 µF. Elektrolytkondensatoren haben eine Polung und dürfen nicht verkehrt herum eingebaut werden.
Eure Aufgaben in der Expertengruppe:
- Berechne die Zeitkonstante der Nachleuchtschaltung.
- Berechne, nach welcher Zeit der Kondensator praktisch entladen ist.
- Skizziere die Spannung am Kondensator beim Entladen über der Zeit und erkläre, weshalb sie keine Gerade ist.
Unterrichtswerte und Faustwerte, prüft sie im Tabellenbuch.
Zurück in der Stammgruppe: der Hupenkreis
Gegebene Werte: Messreihe S 3 und Datenblatt · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Messreihe S 3 und Datenblatt
- Widerstand der Spule, Klemme 85 gegen 86
- 395 Ω
- Diodenprüfung -V1, einseitig abgelötet, Messleitungen in beide Richtungen
- OL / OL
- Spannungsfall 30 gegen 87 bei eingebautem Relais und hupender Hupe
- 0,08 V
- Datenblatt -K1
- Spule 24 V, 400 Ω ±10 %, Kontakt 20 A, Freilaufdiode erforderlich bei Ansteuerung über mechanischen Kontakt
- Hupe -P2
- 24 V, 4 A
- Kontrollleuchten -P3 bis -P6
- LED rot, UF = 2,0 V, IF = 20 mA
- Bordnetz
- siehe Anlagendaten, Abschnitt B
Relais ausgebaut. Spule und Diode spannungsfrei gemessen, der Kontakt bei an 24 V angesteuerter Spule. Unterrichtswerte.
Aufgabe 8.1
Erkläre deiner Stammgruppe dein Bauteil:
- Stelle dein Expertenblatt in 15 Minuten vor.
- Beantworte die Fragen der Stammgruppe.
- Lass dir von jeder anderen Expertin und jedem anderen Experten ein Stichwort aufschreiben, das du danach erklären kannst.
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 8.2
Untersuche den Hupenkreis:
- Markiere im Stromlaufplan den Steuerstromkreis und den Laststromkreis.
- Berechne den Strom durch den Hupentaster -S6 und den Strom durch den Kontakt von -K1.
- Erkläre, weshalb die Hupe über ein Relais geschaltet wird und nicht direkt über den Taster.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Relais · Steuerstromkreis · Laststromkreis
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 8.3
Bewerte die Messreihe S 3:
- Trage zu jeder Messung den Sollwert aus dem Datenblatt oder aus dem Expertenblatt Diode ein.
- Bewerte jeden Messwert: in Ordnung oder nicht, mit Begründung.
- Nenne das Bauteil, das nicht in Ordnung ist, und wie es fehlerhaft ist.
| Messung | Messwert | Sollwert (Datenblatt oder Expertenblatt) | Bewertung |
|---|---|---|---|
| Spule 85 gegen 86 | 395 Ω | ||
| Diode -V1, einseitig abgelötet, beide Richtungen | OL / OL | ||
| Spannungsfall 30 gegen 87, Hupe an | 0,08 V |
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 8.4
Schreibe den Befund S 3:
- Nenne die Ursache mit den Messwerten, die sie belegen.
- Beschreibe die Wirkungskette in Schritten: vom Loslassen des Tasters bis zur Schmorspur.
- Erkläre, weshalb ein neuer Taster das Problem nicht löst.
- Lege die Abhilfe fest, mit Bauteil und Einbaurichtung.
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Aufgabe 8.5
Berechne den Vorwiderstand für die Kontrollleuchten -P3 bis -P6:
- Lege fest, mit welcher Bordnetzspannung du rechnest, und begründe mit den Anlagendaten.
- Berechne den nötigen Vorwiderstand.
- Wähle einen Wert aus der Normreihe E12 und begründe, weshalb du auf- oder abrundest.
- Berechne Strom und Leistung mit dem gewählten Widerstand bei der niedrigsten und der höchsten Bordnetzspannung laut Anlagendaten und wähle die Belastbarkeit.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Vorwiderstand · Leuchtdiode · Normreihe E12
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Die Lage ändert sich
Der Ersatzteilhandel liefert -K1 nur ohne eingebaute Diode. Ein Kollege lötet eine Diode an die Spule, aber verkehrt herum: Anode an 86, Kathode an 85.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Beschreibe, was passiert, sobald der Fahrer die Hupe drückt.
- Nenne, welches Bauteil dann zuerst Schaden nimmt oder auslöst.
- Ergänze deinen Befund um eine Prüfung, die diesen Fehler vor der Übergabe findet.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.