LEGO-Variometer

Da alle Drehkondensatoren verbaut waren und ein 10-Gang Potentiometer für die Ansteuerung einer Kapazitätsdiode fehlte, wollte ich auf die Schnelle ein Variometer (variable Induktivität) bauen. Der erste Versuch mit einigen Metallteilen scheiterte kläglich. Die Bohrungen saßen nicht exakt dort wo sie sein sollten und die Rahmenteile standen nicht im rechten Winkel zueinander. Der Versuch zeigte, dass es hier doch auf Zehntel-Millimeter und Einhaltung der Winkel ankommt. Ohne die entsprechenden Profiwerkzeuge hat man daher kaum eine Chance auf Erfolg.
Was nun ? Irgendwie erinnerte ich mich da an die LEGO-Technik Teile von meinem Sohn mit denen er vor Jahren die schönsten Modelle gebaut hatte. Bei fast allen Modellen kommen sehr genau gearbeitete Lochstangen und Verbindungsteile aus Kunststoff zur Anwendung. Genau diese Lochstangen und Verbindungsteile sollten beim zweiten Versuch zum Einsatz kommen.

Spulen und Kerne

Die erste Aufgabe ist die Anfertigung der Spulen und der zugehörigen Kerne. Eine LEGO-Muffe bildet den Spulenkörper auf dem zwei Lagen Kupferlackdraht aufgewickelt werden müssen. Zuerst steckt man den Drahtanfang durch den Schlitz in der Mitte der Muffe und zieht ihn 5 cm weit nach aussen heraus. Von der Mitte aus jetzt die erste Lage mit 18 eng nebeneinander liegenden Windungen erstellen. Mit der zweiten Lage von ebenfalls 18 Windungen kehrt man vom Ende aus wieder zur Mitte der Muffe zurück. Das Drahtende nun durch den Schlitz ziehen, auf 5 cm kürzen, und fertig ist die erste Spule. Die zweite Spule ist nach dem gleichen Schema zu bewickeln.
Der Kern besteht aus einem Stück elektrischer Leitung von einem 230 V Stromkabel (NYM 3 x 1,5 mm2). Wichtig dabei ist, dass die Isolierung der Leitung einen Aussendurchmesser von 3 mm hat. Die Bearbeitung ist einfach. Von der Leitung zwei 24 mm lange, gerade Stücke abschneiden und 8 mm Isolierung entfernen.

Abb. 1: Detailansicht einer Spule mit zugehörigem Kupferkern

Mechanik

Zuerst sind zwei Muttern auf 3 mm aufzubohren. Die Stangen 1 und 4 erhalten je eine aufgebohrte Mutter und die Stange 3 eine unbearbeitete M3 Mutter (mit Gewinde). Nun die Muttern mit Hilfe eines Elektronik-Lötkolbens in die mittlere Bohrung hineindrücken. Die Muttern sind nur so weit zu versenken, dass sie mit der Seitenfläche der Stange bündig abschließen.
Die Stangen 2 und 3 nun mit zwei LEGO-Muffen zusammenstecken. Die Muffen gehören in die Löcher 2 und 4. Es können nun die beiden Metallrohre 6+7 durch das fertige Lochstangenpaar geschoben werden. Wichtig ist dabei die Lage der M3 Muttern in Bezug auf die später einzusetzende Gewindestange. " x" in der Abbildung gibt die Lage der durchbohrten M3 Muttern in der Lochstange an und " y" die Lage der unbearbeiteten M3 Mutter (mit Gewinde).
Gemäss Foto nun die Kupferkerne in die Muffen schieben und die Spulen in die Lochstange 1 eindrücken. Dann die Lochstangen 1+4 auf die Enden der Metallrohre setzen (Druckfedern nicht vergessen). Ein Tropfen Klebstoff reicht aus, wenn die Kerne oder das Metallrohr zu locker sitzen sollten. Das Lochstangenpaar muss sicht auf dem Metallrohr leicht verschieben lassen, sonst ggf. mit etwas Öl nachhelfen.

Abb. 2: Detailansicht der Mechanik

Versteifungen und Gewindestange

Vor dem Einbau der Gewindestange sind noch einige Teile zur Versteifung der Mechanik anzubringen. Die Lochstangen 1 und 4 erhalten auf der Ober- und Unterseite je einen LEGO Streifen mit 6 Noppen. Quer darüber und darunter sind gemäss Abbildung 4 die breiten LEGO-Streifen mit den 2 x 6 Noppen zu setzten. Das Gebilde ist nun stabil genug für den Einbau der M3 Gewindestange.

Abb. 3: Detailansicht des Gewindestange und eines Lagers

Die Gewindestange zusammen mit einer kleinen Unterlegscheibe, einer M3 Mutter und der damit gekonterten Metallhülse wird durch die Lochstange 4 geschoben. Dann solange drehen bis sie aus der Lochstange 1 herausschaut. Ein Unterlegscheibe und zwei gekonterte M3 Muttern arretieren die Gewindestange. Die Achse muss sicht leicht drehen lassen. Die beiden Druckfedern haben die Aufgabe, eventuell vorhandenes axiales Spiel (Lose) zu beseitigen.

Abb.4: LEGO Variometer komplett montiert

Justage und Betrieb

Das Variometer wurde in einer Colpitts-Oszillatorschaltung getestet. Die in Reihe geschalteten Spulen erlaubten zusammen mit der Schwingkreiskapazität einen Einstellbereich 3,5 bis 3,6 MHz. Andere Anfangsfrequenzen und Abstimmbereiche sind keine Problem. Es sind dazu die Windungszahl, die Schwingkreiskapazität und/oder der Durchmesser des Kupferkerns entsprechend zu ändern.
Die bei dieser Kunststoff-Konstruktion logischerweise vorhandene Handempfindlichkeit verschwindet nach dem Einbau des Variometers in ein Metallgehäuse.

Stückliste

Die in Abbildung 5 zu sehenden LEGO Teile gehören zu den Standardteilen eines jeden LEGO-Technik Baukastens. Wenn keine LEGO-Federbeine vorhanden sind, kann es ggf. etwas schwierig mit der Beschaffung der zwei weichen Druckfedern werden. Das Metallrohr bekommt man in einem Modellbaugeschäft oder Baumarkt. Es ist dabei ohne grosse Bedeutung, ob es aus Messing, Aluminium oder Stahl besteht. Viel wichtiger ist die Einhaltung des Aussendurchmessers von 5 mm und eine glatte Oberfläche. Muttern, Gewindestange und Unterlegscheiben sind Normteile und in der Regel meist schon vorhanden.

Abb. 5: Alle Bauteile auf einem Blick

PS: Bitte nach dem Diebstahl der LEGO-Teile dem Sohn oder der Tochter zur Beruhigung einen entsprechenden Ausgleich bieten (Eis, Hamburger, Kino etc.).