Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ausgangsspannung begrenzen Step-Down-Wandler


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von Eric N. (eric_n)


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Hallo zusammen,

momentan arbeite ich an einer einstellbaren Regelung für einen 
Vibrationsmotor (Ähnlich wie bei den in Smartphones). Jedenfalls hat das 
Teil eine Nennspannung von 2,5-3,5V. Ich möchte also eine Steuerung 
vorschalten die genau diesen Bereich abdeckt, um die Intensität 
einstellen zu können.
Für diesen Zweck steht mir folgender Step-Down-Wandler zur Verfügung.

https://www.mercateo.com/p/2805-DF(2d)DFR0379/Wandler_step_down_UAusg_1_25_37V_UEing_4_40V_3A_88_66x36mm.html?ViewName=live~s.100!secureMode

Meine erste Frage ist: Bleibt die Ausgangsspannung konstant, wenn die 
Eingangsspannung variiert wird oder ändert sich diese im selben 
Verhältnis wie die Änderung der Eingansspannung?

Meine zweite: Ich möchte die maximale Ausgangsspannung des Wandlers auf 
3,5V begrenzen. Mit dem Potentiometer soll also ein Bereich von 1,25V 
bis 3,5 einstellbar sein, anstatt den 1,25V bis 40V, weil ich davon 
ausgehe, dass der Motor sonst kaputt gehen würde.
Ich hätte jetzt an eine Art Zehnerdiode gedacht, die ich vor den Ausgang 
schalten könnte? Hat jemand weitere Ideen?

Gruß,
Eric

von Harald W. (wilhelms)


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Eric N. schrieb:

> Hat jemand weitere Ideen?

Schalte einen passenden Vorwiderstand vor das Einstellpoti des Reglers.

von Eric N. (eric_n)


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Das wäre dann im Prinzip ein einfacher Spannungsteiler, richtig?

von Wolfgang (Gast)


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Eric N. schrieb:
> Das wäre dann im Prinzip ein einfacher Spannungsteiler, richtig?

Das ist es auch ohne den zusätzlichen Widerstand. Der Widerstand soll 
den Einstellbereich begrenzen.

von Sasa (Gast)


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Wie weiß ich wie ich den Vorwiderstand dimensionieren soll?

von Harald W. (wilhelms)


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Sasa schrieb:

> Wie weiß ich wie ich den Vorwiderstand dimensionieren soll?

Dreisatzrechnung, oder war die bei Dir in der Schule noch nicht dran?

von zvdtbzjcx (Gast)


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Eric N. schrieb:
> Jedenfalls hat das
> Teil eine Nennspannung von 2,5-3,5V.

Sowas nennt man ("funktionaler") Betriebsspannungsbereich.

Und in dem Bereich funktioniert_er_eben_so_wie_vorgesehen -
oder ist auch wirklich innerhalb dessen frequenzvariabel?

(Wenn schon "Nennspannung" ein Bereich statt eines Wertes
ist (was zwar schon falsch in der Verkaufsanzeige gestanden
haben kann), frage ich lieber nach. --- Unter Unkenntnis
solcher Motoren allerdings, also die Antwort kann auch ja
sein, ohne daß ich mich wundern oder gar stören würde.)

Harald W. schrieb:
> Dreisatz

Damals als Realschüler beim vorsichtshalber-mal-schnell-Quali
in der örtlichen Hauptschule hatte ich keinen Schimmer, was
ein "Dreisatz" sein soll - Formeln umzustellen haben wir im
Unterricht niemals "extra benannt" gehabt, also...

von Ronny Z. (ronnyronny)


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Hat das Poti 100 kOhm für 1,25 - 40V sind das  2,5 kOhm je 1V 
Spannungsänderung.
Für deine 3,5V ergibt das einen Regelbereich bis 8,75 kOhm den du 
brauchst.
Brauchst also einen Widerstand in Reihe von 91,25 kOhm zu dem Poti.
Jetzt musst nur noch rausmessen ob vor dem Poti oder danach in Reihe. 
Baust es falsch ein kannst nur noch von 36,5 - 40V regeln.

Klingt kompliziert, aber ist eigentlicht ganz einfach...

: Bearbeitet durch User
von Eric N. (eric_n)


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zvdtbzjcx schrieb:
> Eric N. schrieb:
>> Jedenfalls hat das
>> Teil eine Nennspannung von 2,5-3,5V.
>
> Sowas nennt man ("funktionaler") Betriebsspannungsbereich.
>
> Und in dem Bereich funktioniert_er_eben_so_wie_vorgesehen -
> oder ist auch wirklich innerhalb dessen frequenzvariabel?
>
> (Wenn schon "Nennspannung" ein Bereich statt eines Wertes
> ist (was zwar schon falsch in der Verkaufsanzeige gestanden
> haben kann), frage ich lieber nach. --- Unter Unkenntnis
> solcher Motoren allerdings, also die Antwort kann auch ja
> sein, ohne daß ich mich wundern oder gar stören würde.)
>
> Harald W. schrieb:
>> Dreisatz
>
> Damals als Realschüler beim vorsichtshalber-mal-schnell-Quali
> in der örtlichen Hauptschule hatte ich keinen Schimmer, was
> ein "Dreisatz" sein soll - Formeln umzustellen haben wir im
> Unterricht niemals "extra benannt" gehabt, also...

Daran habe ich gar nicht gedacht, also wird der Motor gar nicht durch 
die Spannung regelbar sein?

https://www.mercateo.com/p/115-30109531/Mini_Vibrationsmotor_316040001.html?ViewName=live~s.100!secureMode

Der Motor ist recht günstig, ich dachte dass er durch die Spannung 
geregelt werden kann :/

von Eric N. (eric_n)


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Vielen dank für die Erklärung, das ist einleuchtend

von Muster (Gast)


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Ronny Z. schrieb:
> Hat das Poti 100 kOhm für 1,25 - 40V sind das  2,5 kOhm je 1V
> Spannungsänderung.
> Für deine 3,5V ergibt das einen Regelbereich bis 8,75 kOhm den du
> brauchst.
> Brauchst also einen Widerstand in Reihe von 91,25 kOhm zu dem Poti.
> Jetzt musst nur noch rausmessen ob vor dem Poti oder danach in Reihe.
> Baust es falsch ein kannst nur noch von 36,5 - 40V regeln.
>
> Klingt kompliziert, aber ist eigentlicht ganz einfach...

Ganz so einfach ist es leider nicht. Du hättest noch dazusagen sollen, 
daß auch der Widerstandswert des Potis dann auf "100k - 91,25k = 8,75 
kOhm" geändert werden muss. Also würde man hier einen 10 kOhm Poti 
nehmen.

Man könnte natürlich auch 912,5 kOhm in Reihe zu dem vorhandenen 100 
kOhm Poti schalten. Um zu beurteilen ob das geht, oder ob der 
Spannungsteiler dann zu hochohmig ist, müsste man die Schaltung kennen.

von zvdtbzjcx (Gast)


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Eric N. schrieb:
> Daran habe ich gar nicht gedacht, also wird der Motor gar nicht durch
> die Spannung regelbar sein?

Moment, nein, nein - "Unkenntnis" hieß nur Zweifel... ;-)
(Und gewußt hattest Du's ja offenbar auch nicht wirklich.)
Also meine Nachfrage sorgte schon mal für ein DaBla - schön.

> 
https://www.mercateo.com/p/115-30109531/Mini_Vibrationsmotor_316040001.html?ViewName=live~s.100!secureMode
>
> Der Motor ist recht günstig, ich dachte dass er durch die Spannung
> geregelt werden kann :/

Via Datenblatt folgendes bekannt: Gleichstrom-Bürstenmotor;
ist im Bereich +/- 30% der sog. Nenndrehzahl 10000 U/min...

(@ 3VDC = Nennspannung - natürlich ebenfalls bei Nennlast,
die bei diesem Teil ja einzig aus der ja schon integrierten
Vibrations-Masse besteht (= immer "unten" zu befestigen!)).

.../steuerbar/... (die "Steuerung" ist das Poti).

Somit die Drehzahl über Variation von U_Betrieb variierbar.


(Regelung ist was anderes - ist Laien schwer vermittelbar,
bzw. geht (vermutlich) über den Rahmen dieses Threads. Heißt:
Ob Du eine Regelung brauch(/en könnte)st = noch unbekannt.

Du solltest beschreiben, was genau Dir wirklich vorschwebt -
in seiner Gesamtheit (vollst. sowie detailliert) - dann wüßte
man recht schnell mehr.

Und falls sinnvoll/nötig, deklariere & definiere ich das. ;)

Nenn' bitte zuallererst Dein geplantes Netzteil bzw. dessen
Ausgangsspannung (Strom wird es vermutlich genug liefern - aber
hoffentlich nicht so überdimensioniert wie der Step-Down? Oder
planst Du vielleicht, mehrere/viele solcher Motoren zu steuern,
und wie / was genau?) - ach, nenn' besser alle vorh. Infos.

Und falls in Antworten auf bish. Fragen nicht eh enthalten:

Reicht Variation von +/-30% = 7000-13000 (fast 1:2) U/min?
Oder hattest Du Dir da vielleicht etwas anderes vorgestellt?

(Der Betriebsstrom -also "eingeschwungen", nach etwas erhöhtem
Anfangswert, bis auf Touren- würde übrigens in einem ähnlichen
%-Bereich um den Nennwert 80mA schwanken.

Ein Schaltwandler für 3A ist da gewaltiger Overkill. Erst mal
unnötig, außerdem sind solche Konverter bei extremst geringer
Last auch extrem ineffizient. Man könnte (je nach speisendem
Netzteil/dessen U_aus halt) auch gleich einen einstellbaren
Linear-Spannungsregler benutzen ansonsten - ineffizienter als
mit vielfach zu großem Schaltregler würde das wohl auch nicht.

Z.B. 12V_in(max) bei 0-10Vout (adj) und 0,3-0,5A I_out(max) -
solche Minimodule gibt's auch viel günstiger (XX Cent/Stck.
bzw. X Stck./1€); und bestimmt auch was passend(er)es...
(ob nun einer, oder mehrere, Motoren - mußt halt sagen).

Muß man natürlich ebfs. an die Netzteil-Spannung anpassen.
Es gibt solche Module mit untersch. V_in(min) + V_in(max)
(und natürlich untersch. V_out und I_out).

Gibt also noch eine Menge offener Fragen (und mögl. Probleme,
die man erst lösen kann, wenn man sie kennt/um sie weiß...).

Klingt kompliziert, aber anders kann man kaum richtig helfen.

Muster schrieb:
> müsste man die Schaltung kennen.

Buck ist noch völlig überdimensioniert, hoffentlich wird m. Rat
diesbzgl. angenommen. Steht Modul fest, ist's zumindest nur noch
eine Frage des verwendeten ICs, wie hochohmig der Teiler darf.

von Eric N. (eric_n)


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zvdtbzjcx schrieb:
> Eric N. schrieb:
>> Daran habe ich gar nicht gedacht, also wird der Motor gar nicht durch
>> die Spannung regelbar sein?
>
> Moment, nein, nein - "Unkenntnis" hieß nur Zweifel... ;-)
> (Und gewußt hattest Du's ja offenbar auch nicht wirklich.)
> Also meine Nachfrage sorgte schon mal für ein DaBla - schön.
>
>>
> 
https://www.mercateo.com/p/115-30109531/Mini_Vibrationsmotor_316040001.html?ViewName=live~s.100!secureMode
>>
>> Der Motor ist recht günstig, ich dachte dass er durch die Spannung
>> geregelt werden kann :/
>
> Via Datenblatt folgendes bekannt: Gleichstrom-Bürstenmotor;
> ist im Bereich +/- 30% der sog. Nenndrehzahl 10000 U/min...
>
> (@ 3VDC = Nennspannung - natürlich ebenfalls bei Nennlast,
> die bei diesem Teil ja einzig aus der ja schon integrierten
> Vibrations-Masse besteht (= immer "unten" zu befestigen!)).
>
> .../steuerbar/... (die "Steuerung" ist das Poti).
>
> Somit die Drehzahl über Variation von U_Betrieb variierbar.
>
>
> (Regelung ist was anderes - ist Laien schwer vermittelbar,
> bzw. geht (vermutlich) über den Rahmen dieses Threads. Heißt:
> Ob Du eine Regelung brauch(/en könnte)st = noch unbekannt.
>
> Du solltest beschreiben, was genau Dir wirklich vorschwebt -
> in seiner Gesamtheit (vollst. sowie detailliert) - dann wüßte
> man recht schnell mehr.
>
> Und falls sinnvoll/nötig, deklariere & definiere ich das. ;)
>
> Nenn' bitte zuallererst Dein geplantes Netzteil bzw. dessen
> Ausgangsspannung (Strom wird es vermutlich genug liefern - aber
> hoffentlich nicht so überdimensioniert wie der Step-Down? Oder
> planst Du vielleicht, mehrere/viele solcher Motoren zu steuern,
> und wie / was genau?) - ach, nenn' besser alle vorh. Infos.
>
> Und falls in Antworten auf bish. Fragen nicht eh enthalten:
>
> Reicht Variation von +/-30% = 7000-13000 (fast 1:2) U/min?
> Oder hattest Du Dir da vielleicht etwas anderes vorgestellt?
>
> (Der Betriebsstrom -also "eingeschwungen", nach etwas erhöhtem
> Anfangswert, bis auf Touren- würde übrigens in einem ähnlichen
> %-Bereich um den Nennwert 80mA schwanken.
>
> Ein Schaltwandler für 3A ist da gewaltiger Overkill. Erst mal
> unnötig, außerdem sind solche Konverter bei extremst geringer
> Last auch extrem ineffizient. Man könnte (je nach speisendem
> Netzteil/dessen U_aus halt) auch gleich einen einstellbaren
> Linear-Spannungsregler benutzen ansonsten - ineffizienter als
> mit vielfach zu großem Schaltregler würde das wohl auch nicht.
>
> Z.B. 12V_in(max) bei 0-10Vout (adj) und 0,3-0,5A I_out(max) -
> solche Minimodule gibt's auch viel günstiger (XX Cent/Stck.
> bzw. X Stck./1€); und bestimmt auch was passend(er)es...
> (ob nun einer, oder mehrere, Motoren - mußt halt sagen).
>
> Muß man natürlich ebfs. an die Netzteil-Spannung anpassen.
> Es gibt solche Module mit untersch. V_in(min) + V_in(max)
> (und natürlich untersch. V_out und I_out).
>
> Gibt also noch eine Menge offener Fragen (und mögl. Probleme,
> die man erst lösen kann, wenn man sie kennt/um sie weiß...).
>
> Klingt kompliziert, aber anders kann man kaum richtig helfen.
>
> Muster schrieb:
>> müsste man die Schaltung kennen.
>
> Buck ist noch völlig überdimensioniert, hoffentlich wird m. Rat
> diesbzgl. angenommen. Steht Modul fest, ist's zumindest nur noch
> eine Frage des verwendeten ICs, wie hochohmig der Teiler darf.

Guten Morgen zusammen,

der Vibrationsmotor soll an eine Art Demo-Anlage angebracht werden und 
die Vibration soll dort durch einen bereits installierten 
Vibrationssensor erfasst werden.

Der Motor soll an dem selben Netzteil angeschlossen werden wie der Rest 
der Schulungsanlage (Fließband, Aktorik etc.) Gegeben ist dafür ein 
Netzteil mit 24 VDC / 3.8A (Hört sich wahrscheinlich überdimensioniert 
an, ist es auch eventuell, aber wie gesagt soll damit auch der Rest der 
Schulungsanlage betrieben werden). Der Strom ist also kein Problem.

Später sollen bis zu 5 Motoren betrieben werden, aber erstmal will ich 
einen zum Laufen bringen.

Gut wäre es wenn man die Motoren ein- und ausschalten könnte (Ich hoffe 
mal die +/-30% Variation sind dann auch wahrnehmbar genug).

Der Wandler wurde mir so zur Verfügung gestellt, weil man dort auf der 
Digitalanzeige die eingestellte Spannung am Poti ablesen kann (Das ganze 
dient also als Demo-Zweck und soll nicht besonders 
preisgünstig/effizient sein). Wichtig ist halt, dass ein Laie nicht 
einfach über 3,5V am Poti einstellen kann, weshalb der Wandler eine 
Ausgangsspannung von maximal 3,5V haben soll und minimal eine von 0V. 
Der Vibrationsmotor soll also so vor Überspannung geschützt werden. (Ich 
hoffe das ist einleuchtend).

Ich hoffe die Infos reichen aus um sich ein genaueres Bild der aktuellen 
Situation machen zu können.

Gruß,
Eric

von Wolfgang (Gast)


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Ronny Z. schrieb:
> Hat das Poti 100 kOhm für 1,25 - 40V sind das  2,5 kOhm je 1V
> Spannungsänderung.
> Für deine 3,5V ergibt das einen Regelbereich bis 8,75 kOhm den du
> brauchst.

Hast du dir mal angeguckt, wie so ein LM2596ADJ beschaltet werden muss?
Guck dir mal im Datenblatt die Fig.1 mit dem Spannungsteiler R2/R1 an 
und lies die Beschreibung.

Im normalen Betrieb sorgt der Regler dafür, dass aus dem Spannungsteiler 
eine feste Spannung von 1.235V raus kommt. Für 3.5V Ausgangsspannung 
muss der Abgriff also bei 35% des Gesamtwiderstandes stehen, für 2.5V 
Ausgangsspannung bei ziemlich genau 50%.
Mit deinen 8.85kΩ bei angenommenen 100kΩ Gesamtwiderstand liegst du 
MEILENWEIT daneben.

Um die maximal einstellbare Ausgabngsspannung auf 3.5V zu begrenzen, 
muss zwischen Poti und Gnd ein Widerstand von 54% des Potiwertes 
eingebaut werden. Dann lässt sich die Ausgangsspannung zwischen 1.235V 
und 3.5V einstellen.

von Wolfgang (Gast)


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Eric N. schrieb:
> Wichtig ist halt, dass ein Laie nicht
> einfach über 3,5V am Poti einstellen kann, weshalb der Wandler eine
> Ausgangsspannung von maximal 3,5V haben soll und minimal eine von 0V.

Bei einem LM2596 lässt sich die Ausgangsspannung prinzipbedingt nicht 
bis auf 0V herunter einstellen. Nicht ohne Grund steht in der 
Beschreibung des Wandlers: "Ausgangsspannung: 1.25...37V".
https://www.mercateo.com/p/2805-DF(2d)DFR0379/

von Jens G. (jensig)


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Harald W. (wilhelms)

>Schalte einen passenden Vorwiderstand vor das Einstellpoti des Reglers.
>...
>Dreisatzrechnung, oder war die bei Dir in der Schule noch nicht dran?

Falscher geht es wohl kaum. Schon deswegen, weil nicht angegeben wird, 
wo "vor dem Poti ist.
Der TO möchte einen Bereich realisieren, der nicht an Masse oder max. U 
angrenzt. Das geht nun mal nicht einfach so mit einem einzelnen 
Zusatz-R, ohne zu wissen, was schon an Rs verbaut ist. Und erst recht 
nicht vor dem Poti (was nach meinem Verständnis der ausgangsseitige 
Anschluß wäre), denn das würde die Ausgangsspannung mehr zum Maximum 
verschieben.
Und den Dreisatz kann man nur nehmen, wenn man verstanden hat, auf 
welchem Prinzip die Spannungseinstellung bei so eine Ding funktioniert.

Am besten, man nimmt sich einfach das DB des LM2596 her 
(https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf), und rechnet dann anhand 
der Formeln in Abschnitt 9.2.2 sich die Widerstände und das Poti 
zurecht. Bzw. macht sich klar, worauf diese Formeln beruhen.
Da es um einen Anfangs- und Endbereich geht, zielt man lieber auf Rges 
anstatt R2. Muß man halt den Dreisatz mehrfach einfließen lassen.

3,5V/1,25V=Rges/R1
Wenn R1 mit 1k empfohlen wird lt. DB, dann nehmen wir das halt mal.
Also ist Rges=2,8k, und damit R2=1,4k.

2,5V/1,25V=Rges/R1 -> Rges=2k -> R2=1k

Also wollen wir R2 zw. 1k und 1,4k einstellen können, und das geht mit 
einem  R2a=1k in Reihe mit einem R2b=0,4k (Poti).

Tja, aufgrund der Empfehlung von R1=1k, und dem doch recht engen 
Einstellbereichs ergeben sich auch recht kleine Potiwerte.
Da es aber nicht um Genauigkeit geht, kann man sicherlich alles 
verdoppeln oder verdreifachen. Vielleicht ein 1k Poti, R1=R2a=2,2k.
Das eingebaute Poti dagegen kannste nicht nehmen, weil das sicherlich 
einige 10k groß ist - da würde alles zu hochohmig werden.

von Wolfgang (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Wenn R1 mit 1k empfohlen wird lt. DB, dann nehmen wir das halt mal.
> Also ist Rges=2,8k, und damit R2=1,4k.

Mit den Werten für R2 und R1 ergäbe das am Ausgang eine Spannung von 
3.0V
Da hast du irgendwie 0.4kΩ unterschlagen, oder wie meinst du das?

von Wolfgang (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Wenn R1 mit 1k empfohlen wird lt. DB ...

Wo wird der empfohlen?
Nur weil der so im Beispiel verwendet wird?

Das soll man nicht so ernst nehmen.

TI selbst verwendet bei den Festspannungsreglern für R1 einen Wert von 
2.5kΩ (Kap. 8.2 Functional Block Diagram) und On Semi gibt in seiner 
Figure 15. Typical Test Circuit einen Wertebereich 1.0 .. 5.0kΩ an ("R1 
between 1.0 k and 5.0 k")

von Jens G. (jensig)


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>> Wenn R1 mit 1k empfohlen wird lt. DB, dann nehmen wir das halt mal.
>> Also ist Rges=2,8k, und damit R2=1,4k.

>Mit den Werten für R2 und R1 ergäbe das am Ausgang eine Spannung von
>3.0V
>Da hast du irgendwie 0.4kΩ unterschlagen, oder wie meinst du das?

Ach ja, sollte wohl eher R2=1,8k sein. Da sollte das Poti dann wohl 0,8k 
haben.

von Jens G. (jensig)


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Wolfgang (Gast)

>Jens G. schrieb:
>> Wenn R1 mit 1k empfohlen wird lt. DB ...

>Wo wird der empfohlen?
>Nur weil der so im Beispiel verwendet wird?

>Das soll man nicht so ernst nehmen.

Gut, empfohlen ist vielleicht falsch ausgedrückt. Ob der nun 1k oder 2k 
oder 5k ist, ist eher egal. Hauptsache, man macht hier keine 100k rein.
Wenn es einem aber um Genauigkeit gänge (hier nicht der Fall), dann eher 
so niedrig wie möglich, was sich aber dann mit dem höher werdenden 
Querstrom beißt. Ist halt ein Kompromiß.
10k wäre für seine Anwendung auch noch ok ...

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