Bei der „Wasserspiel mit Relais“ – Schaltung handelt es sich um eine elektrische Verknüpfung, die lediglich
aus drei Hauptkomponenten besteht. Zwei der Komponenten, eine Wasserpumpe und ein Schwimmschalter, sind in einem
Wasserbehälter untergebracht. Der dritte Teilnehmer der Schaltung, ein Relais, wird in sicherer Entfernung von Wasser
positioniert. Die Verschaltung der drei Elemente ist äußerst simpel. Damit jedoch die Schaltung ihre Aufgabe
zufriedenstellend erfüllen kann, müssen einige Überlegungen angestellt werden.
Tauchpumpe
Die Wassertauchpumpe fördert, sofern der Schwimmschalter dies anordnet, das Wasser aus dem großen Behälter, der
am Fuß der Versuchsanordnung positioniert ist, in das obere Gefäß.
Bei dem Schalter handelt es sich um einen Flüssigkeit-Niveauschalter. Der Sensor wird waagerecht montiert.
Dadurch kann sein Signal-Kontakt als Schließer oder Öffner eingesetzt werden. Der Kontakt verträgt eine Spannung bis zu
100V und kann mit 500 mA belastet werden. Der Schalter besteht aus Kunststoff, sein Gewicht beträgt 93 g. Der
Schwimmschalter arbeitet nach dem Prinzip eines Reedschalters.
Abmessungen
Relais
Das Tianbo Relais übernimmt die Rolle des Leistungsschalters.
In dem Versuch haben wir mit zwei Wasserbehältern B1 und B2 zu tun, die übereinander angeordnet und mit
einem Wasserschlauch miteinander verbunden sind. Der Niveauschalter S0 prüft das aktuelle Wasserniveau in dem unteren
Behälter. Sobald das Wasser in dem Behälter das Niveau N2 erreicht, wird sein Schließer-Kontakt geschlossen und mithilfe
der Wasserpumpe das Wasser in den Behälter B2 gepumpt. Dies geschieht solange bis das Wasser in dem unteren Behälter das
Niveau N1 erreicht. Hier schaltet der Niveauschalter ab und die Pumpe hört mit ihrer Arbeit auf. Währenddessen fließt das
Wasser aus dem oberen Behälter über kleine Öffnungen in Form kleiner Spritzer in den unteren Behälter wieder ab. Dadurch
steigt das Wasserniveau in dem unteren Behälter allmählich auf. Erreicht es wieder das N2 – Niveau, wiederholt sich der
Vorgang. Währenddessen pendelt der Wasserstand im oberen Behälter zwischen den Niveaus N3 und N4.
Bei diesem Schaltvorgang nutzen wir die Tatsache, dass der Schwimmschalter eine gewisse Hysterese aufweist und die
Schaltpunkte EIN und AUS voneinander ein wenig abweichen.
Damit das so gestaltete Wasserspiel funktioniert, müssen zwei Punkte beachtet werden:
1. Die Wassermenge, die durch die kleinen Öffnungen abfließt, muss kleiner sein, als die Wassermenge, die in
gleichem Zeitraum nach oben gepumpt wird.
2. Die Schaltpunkte des Schwimmschalters müssen so eingestellt werden, dass die Abschaltung der Pumpe dann erfolgen
kann, bevor das Wasser im oberen Behälter überläuft. Kurzum: Das gepumpte Wasser muss in den oberen Behälter reinpassen.
Bevor man also ein solches Wasserspiel aufbaut, muss ein wenig gerechnet werden:
Wasseroberfläche in B1 * (N2 – N1) <= Wasseroberfläche in B2 * (N4-N3)
Beim Bedarf kann der bewegliche Teil des Schwimmschalters verlängert werden. So kann die Abweichung zwischen den
Schaltpunkten passend eingestellt werden
Der Schaltplan
Schaltplan
Neben den drei Hauptkomponenten beinhaltet die Schaltung noch den Schalter S1 und den Taster S2. Mit dem
Taster kann unabhängig von dem Schwimmschalter die Pumpe getestet werden. Mit dem Schalter S1 wird der automatische
Ablauf aktiviert. Die Leuchtdiode mit Begrenzungswiderstand signalisiert, wann die Pumpe zugeschaltet wird.
