Der Lötbausatz „VARIOSAND“ ist ein gutes Beispiel dafür, wie theoretische Inhalte aus dem Unterricht praktisch angewendet werden können. Statt nur Schaltpläne zu betrachten, wird hier eine funktionierende elektronische Sanduhr selbst aufgebaut. Gerade in der 12. Klasse im Technologieunterricht an der FOS bietet dieses Projekt eine sinnvolle Möglichkeit, Elektronik besser zu verstehen und gleichzeitig handwerkliche Fähigkeiten im Bereich Löten zu trainieren.
Über den Lötbausatz „VARIOSAND“ Der Lötbausatz „VARIOSAND“ ist eine programmierbare elektronische Sanduhr und eignet sich besonders gut für Einsteiger im Bereich Elektronik und Löten. Insgesamt werden über 60 Bauteile auf einer Platine verbaut, darunter auch ein bereits programmierter Mikrocontroller. Nach dem vollständigen Aufbau entsteht eine funktionierende Sanduhr, die die Zeit visuell durch „laufende LEDs“ darstellt.
Das Besondere an VARIOSAND ist, dass verschiedene Zeiten eingestellt werden können – im Bereich von etwa 1 bis 109 Minuten. Über ein Drehrad lässt sich die gewünschte Zeit auswählen, zum Beispiel 5 Minuten für eine kurze Pause oder 30 Minuten für eine Kurzarbeit. Zusätzlich können mehrere Zeitwerte gespeichert und später per Taster wieder abgerufen werden. Nach Ablauf der eingestellten Zeit gibt der integrierte Piezo-Lautsprecher ein akustisches Signal aus.
Die Stromversorgung erfolgt i. d. R. über eine USB-verbundene Powerbank. Dadurch wird keine klassische Batterie benötigt, was das System einfacher und nachhaltiger macht.
Verwendete Bauteile im Überblick
Für den Aufbau des Lötbausatzes „VARIOSAND“ haben wir eine Vielzahl an elektronischen Bauteilen verwendet. Dazu gehören insgesamt 12 gelbe 3 mm LEDs, verschiedene Widerstände (u. a. 180 Ω, 330 Ω, 1,5 kΩ, 4,7 kΩ und 10 kΩ), mehrere Kondensatoren mit unterschiedlichen Kapazitäten sowie ein Piezo-Lautsprecher für die akustische Ausgabe.
Außerdem wurden ein bereits programmierter Mikrocontroller (ATmega328), ein 16 MHz Quarz für die Taktung, zwei Transistoren vom Typ BC557B, mehrere Taster sowie ein Drehgeber zur Einstellung der Zeit verbaut. Ergänzt wird das Ganze durch eine USB-Stromversorgung, eine Platine sowie einen Holzteilesatz für das Gehäuse.
Funktion der einzelnen Bauteile
LEDs (Leuchtdioden)
Die 12 gelben 3 mm LEDs sind das sichtbare Element der Sanduhr.
LEDs sind Bauteile, die Strom nur in eine Richtung durchlassen. Fließt Strom korrekt durch sie hindurch, beginnen sie zu leuchten. In der Schaltung zeigen sie den Ablauf der Zeit an, indem sie nacheinander aktiviert werden. Beim Einbau der Leuchtdioden ist auf die richtige Polung zu achten. Das längere Bein ist der Pluspol, das kürzere der Minuspol.
Widerstände
Die verschiedenen Widerstände (z. B. 180 Ω, 330 Ω, 1,5 kΩ, 4,7 kΩ und 10 kΩ) begrenzen z. B. den Strom durch die Leuchtdioden, um sie nicht zu überlasten.
Die Werte der Widerstände werden über Farbringe auf dem Bauteil angegeben. Dabei steht jede Farbe für eine bestimmte Zahl: Schwarz = 0, Braun = 1, Rot = 2, Orange = 3, Gelb = 4, Grün = 5, Blau = 6, Violett = 7, Grau = 8, Weiß = 9. Die ersten beiden Farbringe ergeben den Zahlenwert, der dritte Ring bestimmt den Multiplikator (Zehnerpotenz), und der vierte Ring die Toleranz.
Der Gesamtwert entsteht, indem zuerst die beiden Zahlenringe zu einer zweistelligen Zahl zusammengesetzt werden. Diese wird anschließend mit dem Multiplikator „hochgerechnet“. So ergibt zum Beispiel Braun–Schwarz–Rot den Wert 10 × 100 = 1000 Ω (1 kΩ).
Kondensatoren
Die Kondensatoren im Bausatz haben unterschiedliche Werte wie 10 µF, 100 nF oder 22 pF.
Kondensatoren speichern elektrische Ladungen kurzzeitig und geben sie wieder ab.
Piezo-Lautsprecher
Der Piezo-Lautsprecher sorgt in unserem Bausatz für das akustische Signal am Ende der Zeit.
Ein Piezo-Element funktioniert über einen sogenannten piezoelektrischen Effekt: Bestimmte Materialien verformen sich leicht, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Diese schnellen Verformungen erzeugen Schwingungen, die wir als Ton hören.
Ein ähnliches Prinzip wird auch in Feuerzeugen genutzt – dort wird durch einen Piezo-Mechanismus ein Funke erzeugt, der das Gas entzündet.
Fazit
Der Aufbau des Lötbausatzes „VARIOSAND“ war insgesamt eine interessante und lehrreiche Erfahrung. Durch das Löten und Einsetzen der vielen Bauteile konnte man die theoretischen Inhalte aus dem Unterricht praktisch anwenden und besser verstehen.
Besonders deutlich wurde, wie wichtig sorgfältiges Lesen und Arbeiten ist, da kleine Fehler die Funktion der Schaltung stark beeinflussen können. Insgesamt hat das Projekt einen guten Einblick gegeben, wie elektronische Bauteile funktionieren.
Für die Erstellung dieses Artikels wurden digitale Hilfsmittel wie ChatGPT, die Anleitung der Sanduhr sowie Inhalte von Elektronik-kompendium.de unterstützend bei der Formulierung und Gliederung herangezogen.
Quirin Stölzle und Louis Leopold Decker, ft12a