Modellbahn-Elektrotechnik

Widerstände

Der Widerstand ist nicht nur eine elektrische Größe, sondern begegnet uns als Bauteil, mit dem genau definierte Widerstandswerte in eine Schaltung eingebracht werden können, z. B. für die Begrenung eines Stromflusses.

Widerstände: bunt bedruckte Röllchen

Rätselraten bereitet Neueinsteigern regelmäßig die bunte Bedruckung der Kleinleistungs-Widerstände, die verschlüsselt angibt, wie hoch der Widerstandswert ist. Man hat sich bei der Industrie für diese kodierte Darstellung entschieden, weil ein Klartext-Aufdruck nur schwer erkennbar wäre.

Weil auf der geringen Größe eines Widerstands die Werte nicht gut lesbar im Klartext aufzubringen sind, bedient man sich einer Farbcodierung.

Diese besteht aus vier oder fünf hintereinander liegenden Ringen, von denen einer der beiden außen liegenden entweder etwas breiter oder von den anderen etwas abgesetzt ist. Damit wird die Leserichtung klar: Der so betonte Ring ist der letzte. Die anderen drei oder vier sind die wichtigen, der letzte Ring gibt bloß den Toleranzwert für die genannte Größe an, der vorletzte die Zehnerpotenz für die davor stehenden als Zahlen zu lesenden Ringe.

Die Werte der Ringe sind hintereinander zu lesen; die Farbfolge gelb, violett, rot, silber steht somit für gelb = 4, violett = 7, rot = 2 Nullen, also 4700 = 4,7 kΩ, der silberne letzte Ring signalisiert eine maximale Abweichung von 10% von diesem Nennwert. Auf einer Baugröße von ½ Watt – da sind die Widerstandskörper schon über einen Zentimeter lang – und höher kommen auch Klartext-Aufdrucke vor.

Für Einsteiger ins Metier sind zwei Hilfsmittel zu empfehlen:

die »Widerstandsuhr«, auf der sich die Farben einstellen und die Werte ablesen lassen, und
eine Widerstands-Bestimmungs-App (das Netz ist voll mit diversen Varianten), die ebenso arbeitet wie die Kartonvariante, nur eben virtuell.

Nach einiger Zeit der Beschäftigung mit Elektronik werden Sie beide ebenso wenig benötigen wie die Tabellen hier, aber für den Start sind sie doch hilfreich.

Toleranzen

Elektrische Bauteile sind selten so genau wie der angegebene Wert vermuten lässt. Industrielle Anwendungen erfordern keine übertriebene Genauigkeit. Abweichungen von 20% vom Nennwert machen sich da häufig gar nicht sonderlich bemerkbar. Deshalb bedeutet die Angabe von 1 kΩ auf einem Widerstand mit 10% Toleranz, dass der tatsächliche Wert irgendwo zwischen 900 Ω und 1,1 kΩ liegt. Auch wir Modellbahner nehmen es nicht so genau, uns reichen die von der Industrie vorgegeben Toleranzen völlig aus.

Belastbarkeit

Die Frage, bis zu welcher Leistung (respektive Stromstärke) ein Widerstand einsetzbar ist, darf nicht vernachlässigt werden. Verkraftet er nur eine geringe Leistung, wird aber mit einem zu starken Stromfluss konfrontiert, „raucht er mal eben weg“. Mit dem Ohmschen Gesetz (Seite 123) ermitteln Sie, welche Leistung ein bestimmter Widerstand bei einer bestimmten Spannung zu verkraften hat. Leistung und Baugröße sind bei Widerständen direkt proportional; so erkennen Sie in der Regel an der Größe, was so ein Widerstand verkraften kann. Für elektronische Zwecke übliche Achtel-Watt-Widerstände sind ungefähr einen halben Zentimeter lang und zwei bis drei Millimeter im Durchmesser.

Verstellbare Widerstände

Neben Widerständen mit festen Werten gibt es noch solche, bei denen der Widerstand vom Anwender verändert werden kann. Veränderbare Widerstände (Potentiometer, kurz Poti genannt) findet man in der Modellbahn-Technik sehr häufig, vornehmlich bei Elektronik-Anwendungen.

Technisch gesehen handelt es sich dabei um ein Basismaterial mit einem ganz bestimmten Widerstand, auf dem ein Schleifer angeordnet ist, der Kontakt an unterschiedlichen Stellen herstellen kann. Je länger das Widerstandsmaterial zu durchfließen ist, desto höher wirkt sich der Widerstand für den Stromfluss insgesamt aus. Greifen Sie also mit dem Schleifer kurz hinter der Einspeisung ab, ist der Widerstand geringer als wenn Sie das am entgegengesetzten Ende tun.

Die meist verwendeten einstellbaren Widerstände sind rund aufgebaut; der Schleifer lässt sich über die Mittelachse verdrehen (Drehpotis). Daneben gibt es noch solche in gestreckter Bauform (Schiebepotis), die eher in der Audio- und Videotechnik zum Einsatz kommen. Die Widerstandswerte sind generell im Klartext auf dem Gehäuse aufgedruckt. Von den drei Anschlüssen ist der mittlere mit dem Schleifer verbunden, die beiden äußeren mit den beiden Enden der Widerstandsbahn.

Auch bei den Potis ist nach Leistungsklassen zu unterscheiden. Bei hochbelastbaren Potis ist ein Widerstandsdraht auf einen Keramikkörper gewickelt, an dem der Schleifer von Windung zu Windung rutscht. Kleinleistungspotis sind deutlich kleiner und besitzen als Widerstandsmaterial eine auf Kunststoff aufgedampfte Schicht, über die sich der Schleifer bewegt. Mit ihnen ist eine wesentlich feinere Einstellung möglich. Für besonders präzise Zwecke existieren auch noch Potis, in denen mittels einer Schnecke der Schleifer auf einer geraden Widerstandsbahn sehr exakt bewegt werden kann. Aber das sind Einsatzzwecke, die im Modellbau nie vorkommen.

Je nach Einsatzzweck unterscheiden wir Potis, die ständig verändert werden müssen (z.B. am Fahrgerät) und solche, die einmal fest eingestellt (abgestimmt, getrimmt) werden und dann mit dieser Einstellung ihren Dienst tun.

In der Leistungsklasse ist der Trägerkörper eines Trimmpotis gestreckt und mit Widerstandsdraht umwickelt; eine Klemme lässt sich an der gewünschten Stelle festschrauben. Kleinleistungstrimmpotis dagegen sind ähnlich aufgebaut wir permanent verstellbare, doch statt per Achse lassen sich ihre Schleifer nur mit einem Schraubendreher verstellen.

Die Schaltplandarstellung von verstellbaren Widerständen ist nicht korrekt, denn der Abgriff erfolgt an einem Ende und am Schleifer. Es gibt zudem eine Beschaltung mit Abgriff an allen drei Anschlüssen, wenn der Poti als Spannungsteiler eingesetzt wird. Der Name Potentiometer leitet sich von dieser Funktion ab.

Veränderliche Widerstände

Schließlich gibt es auch noch veränderliche Widerstände, deren Wert sich nicht durch unser aktives Eingreifen ändert, sondern auf Grund äußerer Umstände. Sehr häufig begegnen uns temperaturabhängige Widerstände, also solche bei denen die übliche Erhöhung des Widerstands bei steigender Temperatur noch verstärkt wurde (PTC-Widerstand), oder solche, bei denen der Temperaturkoeffizient negativ ist, deren Wert sich also bei steigender Temperatur verringert (NTC-Widerstand). Diese Widerstände sind immer dort zu finden, wo es um konstante oder begrenzte Temperaturen geht. Eine elektronische Schaltung, die von so einem Widerstand gesteuert wird, reagiert auf unzulässig starke Temperaturänderungen. Im Modellbaubereich kommen sie nur äußerst selten zum Einsatz.