Elektronik – Der Widerstand – Der Kurzschluss

Ich muss mal ein paar Worte zum Thema „Kurzschluss“ in Text fassen.

Gerade zu meinen Beiträgen über die Vorwiderstände von Leuchtdioden und NPN-Transistoren, werden gerne mal Anfragen gesendet, welche im Kern Missverständnisse bei der Verwendung von Widerständen im Allgemeinen deutlich machen. Oft fehlt auch einfach das Gefühl dafür, in welchen Bereichen der elektrischen Werte man sich bewegt. Sehr oft wird mir pauschal für Probleme der Begriff „Kurzschluss“ entgegengeworfen, da muss man aber gelegentlich etwas differenzierter herangehen.

Konkret ging es in einer Mail um einen Kurzschluss, der immer dann aufgetreten ist, wenn ein Mikrocontroller einen bestimmten Teil einer Schaltung gestartet hat. Der betroffene Part der Steuerung sollte über einen PIC-Controller mehrere Spulen einer Carsystemsteuerung einschalten, dabei brach augenscheinlich die Spannung zusammen, der Controller hat einen Reset durchgeführt und das Spiel begann von vorne. Es wurden Spulen getauscht, Transistoren gewechselt, neue Controller verbaut – keine Besserung. Irgendwann hat der Betreffende mich dann angeschrieben und gefragt, ob ich da helfen könnte. Grundtenor war jedesmal „Beim Einschalten gibt’s immer Kurzschluss…!“.

Später hat sich herausgestellt, dass nicht die Schaltung den Fehler produziert hat, lediglich das Labornetzteil hat sich bei Strömen über 1 Ampere abgeschaltet, was irrtümlich als Kurzschluss gewertet wurde.Leider wurden keine Messungen durchgeführt, eher so eine „Bauteiltausch auf Verdacht“ – Diagnose, die „Try & Error“-Fehlersuche führt aber doch oft zu falschen Rückschlüssen.Mit gezielten Messungen und ein paar Modifikationen haben wir das dann in den Griff bekommen.

Wie auch immer, ein plötzlich auftretender höherer Stromfluss muss nicht immer ein Kurzschluss sein. Im vorliegenden Fall war es völlig ausreichend, die Spulen mit 27 Ohm Vorwiderständen zu versehen und um einige Millisekunden versetzt einzuschalten.,

Es kommt oft einfach auf den Strom an, der zum Zeitpunkt der maximalen Belastung fließen kann und da spielen ja gerne mal Widerstandswerte eine Rolle,

Sind 10 Ohm als Vorwiderstand bei gängigen Versorgungsspannungen von 5V oder 12V für eine LED viel zu wenig, ist dies beim Widerstand von z. B. Glühlampen im Modellbau durchaus ein realer oder sogar hoher Wert. Zusätzlich gibt es oft Verwirrung bei der Einschätzung der Leistungsfähigkeit und des Leistungsbedarfs von verwendeten Netzteilen, gerne auch am und mit dem PC, für ein Labornetzteil bzw. die Stromversorgung im Hobbykeller gilt das natürlich ebenso. Es kommt eben immer darauf an, welche Komponenten ich zu welchem Zweck kombiniere.

Die Berechnung von Widerständen an sich habe ich hier schon erwähnt, vielleicht einfach mal „drüberlesen“… ;-)

Decoder einer Modellbahnlokomotive. Hier war kein kompletter Kurzschluss aufgetreten, der maximale Strom war aber über einen längeren Zeitraum knapp unter dem Limit der Sicherung.

Der Kurzschluss

Nun werfe ich also mal einen Blick auf den Begriff „Kurzschluss“. Was passiert hier?

Mal angenommen, im klassischen Fall einer (2 x 1,5V = 3V) Batterie in einer Taschenlampe ist etwas defekt und ein Stückchen Metall verbindet Plus und Minus der in Reihe geschalteten Batterien direkt.. In diesem Fall wird die Lampe mit ziemlicher Sicherheit dunkel bleiben, obwohl ein Strom fließt bzw. sie eingeschaltet ist.

Warum ist das nun so?

Die Leistungsfähigkeit der Batterie ist begrenzt. Fließt nun durch die Überbrückung der höchstmögliche Strom, können die Batterien die 3V nicht mehr zur Verfügung stellen, die Spannung bricht zusammen. Technisch gesehen hat man der LED oder dem Lämpchen in der Taschenlampe einen sehr niedrigen Widerstand parallel geschaltet, eben das Stück Metall, was den in diesem Fall echten Kurzschluss verursacht. So ein Fitzelchen Blech oder ein verirrtes Stück Kabel hat einen Widerstand von wenigen Milliohm, die Batterie wird überlastet, sie kann ihre Nennspannung von 1,5V pro Zelle einfach nicht mehr liefern.

Hätte man nun eine Stromversorgung, die genügend Leistung bietet, um die 3V aufrecht zu erhalten, würde trotz der fehlerhaften Verbindung, welche den Kurzschluss darstellt, auch die Lampe leuchten. Dummerweise würde man also zunächst keine Fehlfunktion bemerken, die Lampe funktioniert ja. Durch den extremen Stromfluss, bedingt durch den immer noch vorhandenen niedrigen Widerstand an der Fehlerstelle, wird sich diese Stelle aber in kurzer Zeit sehr stark erhitzen, hier wird der elektrische Strom einfach völlig nutzlos in Wärme umgewandelt. Irgendwann passiert dann irgendetwas. Vielleicht verkokelt die ganze Lampe oder die schwächste Stelle in der Kette der elektrisch verbundenen Bauteile gibt auf, wahrscheinlich irgend ein kleines Stückchen dünne Leitung..

Im Idealfall existiert in einem elektrischen Gerät eine Sicherung, die immer dann den Stromkreis öffnet, wenn irgendwo in der Schaltung ein Umstand auftritt, der ein ungewöhnliches Verhalten verursacht. In den meisten Fällen einen zu hohen Stromfluss. Hier würde die Sicherung ansprechen, was bei simplen Lämpchen aber, mangels Beuteil, eher nicht zu erwarten ist. Unter Umständen lohnt es sich vielleicht, bei kleineren Geräten über einen Polyswitch als rückstellende Sicherung nachzudenken ;-)

In der umgekehrten Situation kann es aber auch durchaus Kurzschlüsse geben, die nicht sofort bemerkt werden. Gerade bei durchgescheuerten Leitungen oder in schmutzigen Umgebungen sind die leitenden Materialien nicht immer metallisch blank. Hier berühren sich zwar die Leiter, durch Schmutz oder auch Oxydation ist aber ein unberechenbarer Widerstand entstanden, welcher das eigentliche Gerät an sich problemlos funktionieren lässt, trotz allem aber ein Kurzschluss vorhanden ist. Meist bemerkt man eher einen bedenklichen Geruch, kann aber bis zum Totalausfall (gerne auch auftretendem Rauch) nichts feststellen.Im Prinzip ist hier der Kurzschluss eben nicht um 0 Ohm herum zu suchen, er liegt irgendwo in einem kritischen Bereich, welcher aber die hoffentlich vorhandenen Sicherungsmaßnahmen nicht auslösen lässt. Im Zweifel kann hier eine Messung der Stromaufnahme helfen, sollte der Verdacht eines Fehlers vorhanden sein.

Lange Rede, kurzer Sinn: Nicht jeder Fehler ist ein Kurzschluss, nicht jeder Kurzschluss führt zum Fehlverhalten :-)

 

 

 

 


Vielleicht gibt’s ja ein paar passende Bauteile bei Reichelt ;-)

Sicherungen
Rückstellend


Sicherungen
Glas, 5 x 20mm


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Miniatur

 

 

 

3D Druck und Murphy

In der Regel bleibe ich, gerade beim Start eines 3D-Druckes, in der Nähe des Gerätes. Man weiß ja nie… Allerdings habe ich mittlerweile doch einiges an Übung, Fehlstarts gibt es eher selten, wird schon klappen.

Es sei denn, der Paketbote klingelt und ich muss schnell zur Tür… Dann, natürlich, geht’s von vorne bis hinten schief…

Ich brauchte eigentlich nur eine Motorhalterung, Optik fast egal, funktionieren sollte sie, also was „schnelles“. Prompt falsche Einstellung für den Slicer erwischt bzw. eingetippt (0,003 mm für erste Layer waren wohl doch zu wenig. Keine Ahnung, was ich eingetippt hab‘ :-( ), es schellt an der Tür, Druck beginnt gerade – das Ergebnis sieht man oben.

 

OK, im zweiten Anlauf alles soweit im grünen Bereich.

Neuer Merker an mich:

Schnell und Murphy = Lass das!

;-)

 

 

 

 

 

 

 

 


Bisschen Reklame, 3D Drucker bei Reichelt:


DA VINCI JUNIOR
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Bericht Eins vom neuen Anlagenabschnitt | Blog der Modellbahnwelt Odenwald

Neuer großflächiger Ausstellungsbereich entsteht in der Modellbahnwalt Odenwald     Michael Schuhmacher mit seinem Odenwald Team startet ein neues Projekt in der Modelbahnwelt Odenwald. D…

Quelle: Bericht Eins vom neuen Anlagenabschnitt | Blog der Modellbahnwelt Odenwald

Mein 1:87-Car-System-Getriebeträger

Dann und wann gibt es das eine oder andere Automodell nicht im Angebot der Händler. Oft ist mir der Preis auch zu hoch oder, und das vor allem, mich reizt einfach der Eigenbau. Wie auch immer, mit einem 3D-Drucker auf dem Tisch sollte da einiges an Möglichkeiten offenstehen ;-) Lange Rede kurzer Sinn – ich habe mir mal eine Bodengruppe erstellt, welche Zahnrad, Motor, Ladebuchse, Reedschalter und Hauptschalter aufnehmen kann.

Zum Einsatz kommen der M700 Motor, das 30er Faller Zahnrad nebst Schnecke und einige sonstige Bauteile, welche ich hier noch im Vorrat habe. Die Aufnahme für die Lenkung kann einfach vorne angesetzt werden, ist aber noch in der Vorbereitung.

Die ersten Varianten funktionieren besser als erwartet, ich denke mit Hilfe einiger Karosserieteile aus einem Standmodell wird da ein fahrtüchtiger LKW draus. Das weiße ist übrigens kein Schimmel, da ist das PLA-Material mit Akitvatorspray in Berührung gekommen.

Der komplette Aufbau ist recht einfach gestaltet, in Fahrtrichtung rechts eine Aussparung für einen Reedschalter, gegenüber für einen kleinen SMD-Schiebeschalter. Die Rundung in der Mitte dient der Motoraufnahme, in das hintere Loch passt das Zahnrad, dahinter eine 3-polige Ladebuchse mit 2,54mm Lochabstand. Die Lücken für die Achse sind so bemessen, dass 0,5mm² Adernendhülsen mit dem entsprechenden 1mm Innendurchmesser als Achslager dienen können.

Bei der ersten Versuchsversion habe ich aktuell die Bauteile noch verklebt, in kommenden Varianten soll alles reversibel sein.

Wer sich die Datei im .STL Format mal ansehen möchte:

cs_traeger_m700

Mit etwas Bastelfieber kann das Ganze schon eingesetzt werden, wie immer keine Garantie von mir für irgendeinen Erfolg :-D

Je nachdem, mit welchen Teilen bestückt werden soll, kann recht einfach Material ausgefräst werden. Ich habe mich noch nicht entschieden, welche Teile ich in Zukunft im Standard nutzen werde, derzeit soll erst der Vorrat verbraucht werden.

 

 

Hier geht’s zu den anderen Beiträgen zum und vom Colido D1315 ;-)

 


Bisschen Werbung ;-)

 

 

 

 

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Quelle: Der neue Conrad Modellbahn-Katalog 2017/18 | Blog der Modellbahnwelt Odenwald