Inhalt

Grundlagen .............................................................................................................................................. 11

Physikalische Größen, Einheiten und Konstanten .................................................................................... 11Formelzeichen und Einheiten ................................................................................................................... 13Mathematische Zeichen ............................................................................................................................ 15Zahlensysteme .......................................................................................................................................... 16Rechnen mit Dualzahlen ........................................................................................................................... 17Codes ........................................................................................................................................................ 18Mathematische Grundlagen ...................................................................................................................... 22Formelumstellung ...................................................................................................................................... 25Flächenberechnung .................................................................................................................................. 26Volumenberechnung ................................................................................................................................. 27Physikalische Formeln .............................................................................................................................. 28Mechanik ................................................................................................................................................... 29Einfache Antriebe ...................................................................................................................................... 31Formeln der Elektrotechnik ....................................................................................................................... 32Gleichstromtechnik ................................................................................................................................... 32Elektrisches Feld ....................................................................................................................................... 36Magnetisches Feld .................................................................................................................................... 38Wechselstromtechnik ................................................................................................................................ 40Drehstromtechnik ...................................................................................................................................... 49Symbole und Schaltzeichen der Elektrotechnik ....................................................................................... 52

Bauelemente der Elektrotechnik .......................................................................................................... 63

Elektrische Widerstände ........................................................................................................................... 63Nichtlineare Widerstände .......................................................................................................................... 66Heißleiter ................................................................................................................................................... 66Kaltleiter ..................................................................................................................................................... 67Spannungsabhängige Widerstände ......................................................................................................... 67Kondensatoren .......................................................................................................................................... 68Halbleiterbauelemente .............................................................................................................................. 71Kennzeichnung von Halbleitern ................................................................................................................ 71Farbcodierung von Dioden ....................................................................................................................... 72Bipolare Transistoren ................................................................................................................................ 74Feldeffekttransistoren ............................................................................................................................... 76Thyristoren ................................................................................................................................................ 79Optoelektronische Bauelemente .............................................................................................................. 81Operationsverstärker ................................................................................................................................ 85Wichtige Kenndaten des Operationsverstärkers ...................................................................................... 85Grundschaltungen mit Operationsverstärkern ......................................................................................... 86 Logische Verknüpfungen .......................................................................................................................... 88NAND- und NOR-Schaltungstechnik ........................................................................................................ 91Bistabile Kippglieder ................................................................................................................................. 91Zeitverzögerung ........................................................................................................................................ 93Schaltalgebra ............................................................................................................................................ 94Schaltkreisfamilien .................................................................................................................................... 95Arbeitstabelle ............................................................................................................................................ 96Wahrheitstabelle ....................................................................................................................................... 96Kühlung von Halbleiterbauelementen ....................................................................................................... 99Elektrochemische Spannungsquellen ...................................................................................................... 99Primärelemente ......................................................................................................................................... 99Sekundärelemente .................................................................................................................................... 101Akkumulatoren .......................................................................................................................................... 102Fotovoltaik ................................................................................................................................................. 104

Errichtung elektrischer Anlagen .......................................................................................................... 111

Netzsysteme .............................................................................................................................................. 111Elektrische Anlagen bis 1000 V, Begriffe ................................................................................................. 113Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag ....................................................................... 115

3

Wirkung des elektrischen Stromes auf den menschlichen Körper .......................................................... 115Schutz sowohl gegen direktes als auch bei indirektem Berühren .......................................................... 115Schutz durch Kleinspannung – SELV und PELV ..................................................................................... 115Schutz gegen elektrischen Schlag unter normalen Bedingungen ........................................................... 116Schutzklassen ........................................................................................................................................... 120Schutzmaßnahmen im TN-System ........................................................................................................... 120Schutzmaßnahmen im TT-System ........................................................................................................... 121Schutzmaßnahmen im IT-System ............................................................................................................. 122Schutztrennung ......................................................................................................................................... 123Schutz durch RCD .................................................................................................................................... 124RCD-Typen ................................................................................................................................................ 124Leitungen und Kabel ................................................................................................................................. 126Leitungsberechnung ................................................................................................................................. 126Mindestquerschnitte von Kabeln und Leitungen ...................................................................................... 127Aderfarben ................................................................................................................................................ 128Spannungsangaben .................................................................................................................................. 128Bauartkurzzeichen .................................................................................................................................... 129Harmonisierte Leitungen ........................................................................................................................... 130Isolierte Starkstromleitungen für feste Verlegung .................................................................................... 131Flexible Starkstromleitungen .................................................................................................................... 134Prüfung von Anlagen und Verbrauchsmitteln ........................................................................................... 143Leitungsverlegung ..................................................................................................................................... 138Schutz von Leitungen ............................................................................................................................... 139Strombelastbarkeit und Zuordnung der Überstromschutzorgane ............................................................ 139Schmelzsicherungen ................................................................................................................................ 143Leitungsschutzschalter ............................................................................................................................. 146Erstprüfung ................................................................................................................................................ 149Messung der Durchgängigkeit des Schutzleiters ..................................................................................... 149Messung des Isolationswiderstandes ....................................................................................................... 151Messung der Schleifenimpedanz ............................................................................................................. 153Messung des Erdungswiderstandes ......................................................................................................... 154Prüfung des Drehfeldes ............................................................................................................................ 155Prüfung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) ........................................................................... 155Spannungsprüfung .................................................................................................................................... 157Schutz gegen Restspannung ................................................................................................................... 157Prüfung elektrischer Geräte ...................................................................................................................... 157Schutzleiterprüfung ................................................................................................................................... 159Messung des Isolationswiderstandes ....................................................................................................... 160Messung des Schutzleiterstromes ............................................................................................................ 161Messung des Berührungsstromes ............................................................................................................ 162Nachweis der sicheren Trennung bei SELV und PELV ............................................................................ 163Funktionsprüfung ...................................................................................................................................... 164Beurteilung, Dokumentation ..................................................................................................................... 164Wiederkehrende Prüfungen ...................................................................................................................... 164Blindleistungskompensation ..................................................................................................................... 165Berechnung der Kompensationskondensatoren ...................................................................................... 166Überspannungsschutz .............................................................................................................................. 168Starkstromkabel ........................................................................................................................................ 173Steckvorrichtungen ................................................................................................................................... 174Schutz- und Meldeeinrichtungen .............................................................................................................. 177

Elektrische Maschinen und Antriebe .................................................................................................. 189

Betriebsarten elektrischer Maschinen ...................................................................................................... 189Bauformen und Aufstellung ....................................................................................................................... 191IP-Schutzarten .......................................................................................................................................... 194Wirkungsgradklassen ............................................................................................................................... 196Erwärmung elektrischer Maschinen ......................................................................................................... 197Betriebswerte von oberfl ächengekühlten Drehstrommotoren .................................................................. 197Normmaße von Drehstrommotoren .......................................................................................................... 203Drehstrom-Asynchronmotoren .................................................................................................................. 205Gleichstrommotoren .................................................................................................................................. 210Schrittmotor ............................................................................................................................................... 213Bremsen von Elektromotoren ................................................................................................................... 214

4 Inhalt

Servomotoren ............................................................................................................................................ 215Motorschutz ............................................................................................................................................... 216Standardschaltungen mit Motoren ............................................................................................................ 221Transformatoren ........................................................................................................................................ 223Wichtige Größen des Transformators ....................................................................................................... 224Kurzschlussspannung ............................................................................................................................... 225Drehstromtransformator ............................................................................................................................ 226Sondertransformatoren ............................................................................................................................. 228Messwandler ............................................................................................................................................. 230Auswahl des Antriebsmotors .................................................................................................................... 230Kühlung ..................................................................................................................................................... 231Anpassung an die Arbeitsmaschine .......................................................................................................... 231Inbetriebnahme elektrischer Maschinen .................................................................................................. 232Störungen bei Elektromotoren .................................................................................................................. 233

Messtechnik und Sensorik .................................................................................................................... 235

Grundbegriffe der Messtechnik ................................................................................................................ 235Darstellung von Messgrößen .................................................................................................................... 236Genauigkeitsklasse ................................................................................................................................... 236Sinnbilder zur Beschriftung von Messgeräten .......................................................................................... 236Zeigermessgeräte ...................................................................................................................................... 237Digitale Multimeter .................................................................................................................................... 238Leistungsmessung ..................................................................................................................................... 239Messen mit dem Oszilloskop .................................................................................................................... 240Sensoren ................................................................................................................................................... 243Digitales Sensorsystem ............................................................................................................................ 244Schaltzeichen von Messkettengliedern .................................................................................................... 244Temperatursensoren ................................................................................................................................. 245Widerstandsmessfühler ............................................................................................................................ 245Thermoelemente ....................................................................................................................................... 246Weg- und Winkelmessung ........................................................................................................................ 247Drehzahlmessung ..................................................................................................................................... 249Drehgeber ................................................................................................................................................. 250DMS-Bauformen ....................................................................................................................................... 251DMS-Messschaltungen ............................................................................................................................ 252Drucksensoren .......................................................................................................................................... 255Induktive Näherungsschalter .................................................................................................................... 257Kapazitive Näherungsschalter .................................................................................................................. 259Ultraschallsensoren .................................................................................................................................. 259Optoelektronische Sensoren .................................................................................................................... 260Füllstandsmessung ................................................................................................................................... 263Durchfl ussmessung .................................................................................................................................. 263

Automatisierungstechnik ...................................................................................................................... 265

Grundbegriffe der Steuerungstechnik ...................................................................................................... 265Schütze ..................................................................................................................................................... 267Relais ........................................................................................................................................................ 269Schutzbeschaltung ................................................................................................................................... 271Befehls- und Meldegeräte ......................................................................................................................... 272Farben für Drucktaster, Leuchtdrucktaster und Anzeigen ........................................................................ 272Befehlsgeber und Leuchtmelder ................................................................................................................ 272Grenztaster ............................................................................................................................................... 273Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) ....................................................................................... 274Binäre Verknüpfungen .............................................................................................................................. 275Steueranweisungen .................................................................................................................................. 275Operanden/Zuordnungsliste ..................................................................................................................... 276Programmiersprachen AWL, FUP, KOP ................................................................................................... 276Merker – Klammern ................................................................................................................................... 278Abfrage von Öffnern .................................................................................................................................. 278Speicher .................................................................................................................................................... 279Zeitfunktionen und Zähler .......................................................................................................................... 280

5Inhalt

Programmsprung ...................................................................................................................................... 282Flankenauswertung ................................................................................................................................... 282Ablaufsteuerung, Schrittsteuerung ........................................................................................................... 283Befehle, Aktionen ...................................................................................................................................... 284Lineare Schrittkette ................................................................................................................................... 285Verzweigung, Sprung und Schleife ........................................................................................................... 287GRAFCET .................................................................................................................................................. 287Strukturierte Programmierung .................................................................................................................. 289Programmbausteine .................................................................................................................................. 289Sprachelemente, Datentypen und Variablen ............................................................................................. 290Variablen und Variablendeklaration .......................................................................................................... 291Strukturierter Text ..................................................................................................................................... 292Wortverarbeitung ...................................................................................................................................... 294Operationen und Operanden ..................................................................................................................... 294Arithmetische Funktionen ......................................................................................................................... 295Vergleichsfunktionen ................................................................................................................................ 295Analogwertverarbeitung ............................................................................................................................ 295Kleinsteuerung .......................................................................................................................................... 296Regelungstechnik ..................................................................................................................................... 298Regelkreis ................................................................................................................................................. 298Elemente einer Regelstrecke .................................................................................................................... 299Zeitverhalten von Führungsgrößen ........................................................................................................... 299Zeitverhalten von Regelkreisgliedern ....................................................................................................... 300Stetige Regeleinrichtungen ...................................................................................................................... 300Stetige Regeleinrichtungen mit Operationsverstärkern ........................................................................... 303Regelstrecken ........................................................................................................................................... 304Zeitverhalten von Regelstrecken .............................................................................................................. 305Einstellung von Reglern ............................................................................................................................ 306Verlauf eines Regelvorganges .................................................................................................................. 306Reglereinstellung nach Ziegler und Nichols ............................................................................................. 306Reglereinstellung nach Chien, Hrones und Reswick ............................................................................... 307Zweipunktregeleinrichtung ........................................................................................................................ 307Industriebussysteme ................................................................................................................................. 308ASI-Bus ..................................................................................................................................................... 309Profi bus ..................................................................................................................................................... 312Interbus ..................................................................................................................................................... 316CAN-Bus ................................................................................................................................................... 316Profi net-Industrial Ethernet ....................................................................................................................... 317Maschinensicherheit ................................................................................................................................. 318Sicherheitskategorien ............................................................................................................................... 319Risikobeurteilung ...................................................................................................................................... 320Not-Befehlseinrichtung ............................................................................................................................. 302Sicherheitsbeurteilung von Steuerungen ................................................................................................. 322Not-Aus und Drahtbruchsicherheit ........................................................................................................... 324Zweihandverriegelung ............................................................................................................................... 325Beschaltung einer SPS ............................................................................................................................. 325Selbstüberwachende Sicherheitsschaltung ............................................................................................. 326Not-Aus-Schaltgerät .................................................................................................................................. 326Erdschlusssicherheit ................................................................................................................................. 327Steuertransformator .................................................................................................................................. 328Netzanschluss ........................................................................................................................................... 328Toleranzbereich der Versorgungsspannung ............................................................................................. 329Elektromagnetische Verträglichkeit .......................................................................................................... 330

Stromrichter ........................................................................................................................................... 335

Kennzeichnung von Stromrichtern ............................................................................................................ 335Ungesteuerte Stromrichter (Gleichrichter) ............................................................................................... 336Gesteuerte Stromrichter ........................................................................................................................... 336Wechselrichter .......................................................................................................................................... 341Drehzahlsteuerung von Drehfeldmaschinen ............................................................................................ 342Betriebsdiagramm von Stromrichterantrieben .......................................................................................... 344Gleichstromsteller ..................................................................................................................................... 345Wechselstromsteller .................................................................................................................................. 345

6 Inhalt

Schutz von Halbleitern und Stromrichtern ................................................................................................ 346Halbleiterschütz ........................................................................................................................................ 347Softstarter ................................................................................................................................................. 348Frequenzumrichter .................................................................................................................................... 353Netz- und Geräteventile ............................................................................................................................ 355Schaltschrank und Leitungsführung ......................................................................................................... 355Spannungsversorgung von Betriebsmitteln .............................................................................................. 356Kenndaten von Gleichrichterschaltungen zur Spannungsversorgung ..................................................... 356Siebschaltungen und Spannungsstabilisierung ....................................................................................... 357Schaltnetzteile ........................................................................................................................................... 358Oberschwingungen ................................................................................................................................... 360

Installationstechnik ............................................................................................................................... 363

Sicherheitsregeln ...................................................................................................................................... 363Arbeiten unter Spannung .......................................................................................................................... 363Zulässiger Spannungsfall ......................................................................................................................... 364Installationsrohre ....................................................................................................................................... 364Installationsschaltungen ........................................................................................................................... 366Schalten von Leuchtstoffl ampen .............................................................................................................. 369Licht- und Beleuchtungstechnik ................................................................................................................ 369Beleuchtungsberechnung ......................................................................................................................... 370Lampendaten ............................................................................................................................................ 372Leuchtdioden ............................................................................................................................................. 374LED-Lampen ............................................................................................................................................. 376Lichtfarbe und Farbwiedergabeeigenschaften ......................................................................................... 380Anwendung von Leuchtstoffl ampen ......................................................................................................... 380Lampentypen und Sockel ......................................................................................................................... 381Kennzeichnung von Leuchten ................................................................................................................... 382Vorschaltgeräte von Leuchtstoffl ampen ................................................................................................... 383Gebäudesystemtechnik (EIB/KNX) .......................................................................................................... 383Aufbau des Bussystems ........................................................................................................................... 384Linien und Bereiche ................................................................................................................................... 385Topologie des Bussystems mit Linien und Bereichen .............................................................................. 386Busstrukturen ............................................................................................................................................ 387Busleitung ................................................................................................................................................. 387Informationsübermittlung .......................................................................................................................... 388Adressierung ............................................................................................................................................. 388Telegrammaufbau ..................................................................................................................................... 390Powernet ................................................................................................................................................... 390KNX-Funk .................................................................................................................................................. 390Räume mit elektrischen Anlagen .............................................................................................................. 390Elektrische Betriebsstätten ....................................................................................................................... 390Abgeschlossene elektrische Betriebsstätten ........................................................................................... 391Batterieräume und Ladestationen ............................................................................................................ 391Trockene Räume ....................................................................................................................................... 391Feuchte und nasse Räume ....................................................................................................................... 391Anlagen im Freien ..................................................................................................................................... 391Feuergefährdete Betriebsstätten .............................................................................................................. 392Räume mit Badewanne oder Dusche ....................................................................................................... 393Baustellen ................................................................................................................................................. 396Explosionsgefährdete Bereiche ................................................................................................................ 397

Technische Dokumentation .................................................................................................................. 405

Normung .................................................................................................................................................... 405Technisches Zeichnen .............................................................................................................................. 405Papierformate ............................................................................................................................................ 405Beschriftung .............................................................................................................................................. 406Maßstäbe .................................................................................................................................................. 406Linien ......................................................................................................................................................... 406Projektionen .............................................................................................................................................. 406Körperansichten ........................................................................................................................................ 407

7Inhalt

Bemaßung ................................................................................................................................................. 408Gewinde .................................................................................................................................................... 411Kennzeichnung von Schaltplänen ............................................................................................................ 411Kennzeichnung elektrischer Betriebsmittel .............................................................................................. 412Stromlaufpläne .......................................................................................................................................... 417Regeln für Stromlaufpläne ........................................................................................................................ 417Klemmverbindungen ................................................................................................................................. 419Übergangswiderstand von Klemmen ........................................................................................................ 420Kontakttabellen ......................................................................................................................................... 421Hauptstromkreis und Steuerstromkreis ..................................................................................................... 423Anschlusstabelle (Klemmenplan) ............................................................................................................. 425Anordnungsplan ........................................................................................................................................ 425Stromkreisverteiler .................................................................................................................................... 426Ortsbezogene Pläne ................................................................................................................................. 426Programmablaufplan (Flussdiagramm) .................................................................................................... 425Elementare Programmstrukturen .............................................................................................................. 427Fluidtechnik ............................................................................................................................................... 429Grafi sche Symbole .................................................................................................................................... 429Wegeventile ............................................................................................................................................... 431Pneumatik ................................................................................................................................................. 431Grundschaltungen der Elektropneumatik ................................................................................................. 436Hydraulik ................................................................................................................................................... 438Instandhaltung .......................................................................................................................................... 441Dokumentation .......................................................................................................................................... 443Dokumentation eines betrieblichen Auftrags ............................................................................................ 444Betriebsanleitung ...................................................................................................................................... 445Bedienungsanleitung ................................................................................................................................ 446Kurzanleitung ............................................................................................................................................ 446Produktinformation .................................................................................................................................... 446Lastenheft, Pfl ichtenheft ........................................................................................................................... 446

Informationstechnik .............................................................................................................................. 449

Anschlüsse eines Personalcomputers ..................................................................................................... 449Schnittstellen ............................................................................................................................................. 449Speichermedien ........................................................................................................................................ 452LAN/WLAN ............................................................................................................................................... 453Topologien ................................................................................................................................................. 454Wireless LAN ............................................................................................................................................ 454PC-Netzwerke ........................................................................................................................................... 455Netzwerkleitungen .................................................................................................................................... 455Netzwerkkomponenten ............................................................................................................................. 457Netzwerkprotokolle ................................................................................................................................... 458Ethernet ..................................................................................................................................................... 458Echtzeit-Ethernet ....................................................................................................................................... 459Industrial Ethernet ..................................................................................................................................... 459Datensicherheit ......................................................................................................................................... 460Verfahren der Datensicherung .................................................................................................................. 460Datenschutzstrategie ................................................................................................................................ 460Virenschutz ............................................................................................................................................... 461Datenschutz .............................................................................................................................................. 461Bundesdatenschutzgesetz ........................................................................................................................ 461Maßnahmen zum Datenschutz ................................................................................................................. 461Sicherheitskennzeichen ............................................................................................................................ 462Farben und Formen .................................................................................................................................. 462Verbotszeichen ......................................................................................................................................... 462Warnzeichen ............................................................................................................................................. 463Brandschutzzeichen ................................................................................................................................. 464Gebotszeichen .......................................................................................................................................... 464Rettungszeichen ....................................................................................................................................... 465Gefahrensymbole ...................................................................................................................................... 465Kennzeichen von Druckgasfl aschen ........................................................................................................ 466Prüfzeichen ............................................................................................................................................... 467Bezeichnung der besonderen Gefahren (R-Sätze) .................................................................................. 467

8 Inhalt

Sicherheitsratschläge (S-Sätze) ............................................................................................................... 468GHS/CLP .................................................................................................................................................. 469Kennzeichnung von Rohrleitungen ........................................................................................................... 471Gefahrstoffe am Arbeitsplatz .................................................................................................................... 472Lärmschutz ................................................................................................................................................ 473Entsorgung von Abfällen ........................................................................................................................... 474Verpackungsverordnung ........................................................................................................................... 475Persönliche Schutzausrüstung ................................................................................................................. 476Verhalten in Notfällen ................................................................................................................................ 477Notfall-Rettungskette ................................................................................................................................ 477

Berufsübergreifende Qualifi kationen ................................................................................................... 479

Produktionsfaktoren .................................................................................................................................. 479Betrieb und Unternehmung ....................................................................................................................... 479Umwelt und Betrieb ................................................................................................................................... 480Kernqualifi kationen ................................................................................................................................... 481Arbeitsvertrag ............................................................................................................................................ 481Arbeitszeit, Arbeitszeugnis, Arbeitsschutz ............................................................................................... 482Weiterbildung ............................................................................................................................................ 483Kündigung und Kündigungsschutz ........................................................................................................... 484Versicherungsarten, Versicherungsprinzipien .......................................................................................... 485Gesetzliche Sozialversicherung ............................................................................................................... 485Lohn- und Gehaltsabrechnung ................................................................................................................. 487Arbeitsgericht ............................................................................................................................................ 487Sozialgericht .............................................................................................................................................. 488Tarifrecht ................................................................................................................................................... 488Betriebsrat ................................................................................................................................................. 489Jugend- und Auszubildendenvertretung ................................................................................................... 490Rechtsgeschäfte ....................................................................................................................................... 490Besitz und Eigentum ................................................................................................................................. 490Rechtsfähigkeit, Geschäftsfähigkeit ......................................................................................................... 491Betriebliche Kennzahlen ........................................................................................................................... 491Kalkulation ................................................................................................................................................. 492Kaufvertrag ................................................................................................................................................ 495Abschreibung ............................................................................................................................................ 495Rechtsformen der Unternehmung ............................................................................................................ 496Qualitätsmanagement ............................................................................................................................... 498

Anhang ..................................................................................................................................................... 513

Spezifi scher Widerstand, spezifi sche Leitfähigkeit, Temperaturbeiwert .................................................. 513Beziehung zwischen Einheiten ................................................................................................................. 514Dielektrizitätszahlen fester und fl üssiger Stoffe ....................................................................................... 519Permeabilitätszahlen von Werkstoffen ..................................................................................................... 520Koerzitivfeldstärken magnetischer Werkstoffe ......................................................................................... 520Eisenblechkerne ....................................................................................................................................... 521Dauermagnetwerkstoffe ........................................................................................................................... 522Stoffabscheidung durch Elektrolyse ......................................................................................................... 524Lote ............................................................................................................................................................ 524Kunststoffe ................................................................................................................................................ 525Widerstandswerkstoffe ............................................................................................................................. 528Heizleiterwerkstoffe ................................................................................................................................... 528Kontaktwerkstoffe ..................................................................................................................................... 528Wichtige VDE-Vorschriften ....................................................................................................................... 529

Sachwortverzeichnis ............................................................................................................................... 533

shortregister ............................................................................................................................................ 553

9Inhalt

ρ, γ

Formeln der Elektrotechnik

Gleichstromtechnik

Elektrische Spannung

U = W __ Q

W = Q · U

U Spannung in VW Arbeit in WsQ Ladung in C (As)

Elektrisches PotenzialU12 = ϕ1 ϕ2

Spannung = Potenzial- differenz

U12 Spannung zwischen den Punkten 1 und 2 in Vϕ1 Potenzial am Punkt 1 in Vϕ2 Potenzial am Punkt 2 in V

Potenzial = Spannung zwischen einem Messpunkt und einem Bezugspunkt.

Elektrische ArbeitW = P · t = U · I · t

W elektrische Arbeit in WsP elektrische Leistung in Wt Zeit in sU Spannung in VI Stromstärke in A

Elektrische Leistung

P = W __ t P = U · I

P elektrische Leistung in WW elektrische Arbeit in Wst Zeit in sU Spannung in VI Stromstärke in A

Wirkungsgrad

η = W2 ___ W1

= P2 ___ P1

W2 = η · W1

P2 = η · P1

η WirkungsgradW1 zugeführte Arbeit in WsW2 abgeführte Arbeit in WsP1 zugeführte Leistung in WP2 abgeführte Leistung in W

Leiterwiderstand

RL = ρ · l

____ A

= l ____ γ · A

ρ = 1 __ γ

A = ρ · l

____ RL

= l _____ γ · RL

RL Leiterwiderstand in ΩA Leiterquerschnitt in mm2

l Leiterlänge in mρ spezifi scher Widerstand in Ω · mm2

_______ m

γ spezifi sche Leitfähigkeit in m _______ Ω · mm2

Werte für ρ und γ siehe Seite 513.

Ohmsches Gesetz

I = U __ R

U = I · R

R = U __ I

I Stromstärke in AU Spannung in VR Widerstand in Ω

1 Ω = 1 V __ A

Elektrischer Leitwert

G = 1 __ R

R = 1 __ G

Leitwert = Kehrwert des Widerstandes

hoher Leitwert geringer Widerstandgeringer Leitwert hoher Widerstand

G Leitwert in S (Siemens)R Widerstand in Ω

1 S = 1 1 __ Ω

= 1 A __ V

33Spannung, Potenzial, Arbeit, Leistung, Leiterwiderstand, Ohmsches Gesetz

Stoffabscheidung durch Elektrolyse 524

Gru

nd-

lage

n

Errichtung elektrischer Anlagen

Überspannungsschutz

Bauelemente des Überspannungsschutzes

Bauelement Kennlinie Beschreibung

Kombinierte Schutzschalltung

Um die Vorteile der einzelnen Bauelemente ausnutzen zu können, arbeitet man mit indi-rekten Parallelschaltungen der Bauelemente unter Verwen-dung von Entkopplungsimpe-danzen.

Beim Auftreten einer Über-spannung spricht die Sup-pressordiode als schnellstes Bauelement zuerst an. Bevor die Suppressordiode zerstört wird, kommutiert der Ableitstrom auf den Gasablei-ter.

us + Δu uG

us Spannung SuppressordiodeΔu Differenzspannung über

EntkopplungsinduktivitätuG Ansprechspannung des

Gasableiters

Vorteil der Schaltung:Schnelles Ansprechen des Ableiters bei niedriger Span-nungsbegrenzung und hohem Ableitvermögen.

Überspannungs-Schutzkonzept

Elektronik

Antenne

Zuleitungen, Hilfsenergieversorgung

MSR-Leitungen Datenkommu-nikationsleitungen

Schutzkreis

1. Erfassung aller schutzbedürftigen Geräte und Anlagenteile.

2. Bewertung des erforderlichen Schutz- niveaus der Geräte.

3. Alle in eine Überspannungsschutzzone eintretenden elektrischen Stromkreise müssen durch Beschaltung mit geeig- neten Ableitern in den Potenzialaus- gleich einbezogen werden.

Zum Beispiel:• Stromversorgungsleitungen• Leitungen der Mess-, Steuer- und

Regelungstechnik• Netzwerke und Datenleitungen• Telekommunikationsleitungen• Antennenleitungen

Varistor 67, Diode 73

170 Überspannungsschutz

Elektr.

Anlagen

Messtechnik und Sensorik

Messfehler bei Digitalmultimetern

Anzeige: 4 Stellen• Messbereich 1000 V (max. Anzeige: 999.9 V)• Anzeigenumfang: 9 999 Digits (10 000 Messschritte von je 0,1 V)• Fehler: ± 0,5 %, ± 4 Digits (0,4 V)• Anzeige: 400 V• Höchstmöglicher Messwert: 400 V + 400 V ·

0,5 ____

100 + 0,4 V = 402,4 V

• Kleinstmöglicher Messwert: 400 V 400 V · 0,5

____ 100

0,4 V = 397,6 V

Messschaltungen

In der Praxis werden vorherrschend Spannung, Stromstärke und elektrischer Widerstand gemes-sen. Diese drei Messgrößen gestatten i. Allg. wesentliche Aussagen über die Funktion und den Zustand eines Gerätes oder einer Schaltung.

• SpannungsmessungSpannung wird immer zwischen zwei Punkten gemessen. Die beiden Anschlussleitungen des Messgerätes können mit der Messstelle verbun-den werden, ohne das Gerät oder die Schaltung zu ändern.

• StrommessungDie Messstelle im Stromkreis ist aufzutrennen.

Unter Umständen kann besser die Spannung an einem be-kannten Widerstand gemessen und der Strom berechnet werden.

• WiderstandsmessungDas Bauelement oder das Geräteteil, dessen Wider-stand gemessen werden soll, muss aus der Schaltung he-rausgenommen oder zumin-dest an einem Anschlusspol abgetrennt werden.

Widerstandsmessungen nur im spannungslosen Zustand durchführen.

Leistungsmessung

Produktbildung der Messwerte von Strom und Spannung (DC und ohmsche Verbrauchsmittel im AC-Bereich) oder direkte Messung mit einem Leistungsmesser. Messwerke von Leistungsmessern haben eine Strom- und eine Spannungsspule.

Die Stromspule nennt man Strompfad (rot), die Spannungsspule Spannungspfad (blau).

Gemessen wird die Wirkleistung.

239Digitale Multimeter, Messschaltungen, Leistungsmessung

Leistung im Wechselstromkreis 43

Mes

sen

Sen

sore

n

358 Spannungsversorgung

Stromrichter

Stabilisiertes Netzteil mit Regel-IC

Schaltung Bockschaltbild

Das Stellglied ist ein Leistungstransistor, der als Regelwiderstand arbeitet. Bei geringer Belastung ist der Widerstand hochohmig, bei hoher Belastung niederohmig.

Netzteil mit einstellbarer stabilisierter Ausgangsspannung

Ausgangsspannung

UA = 1,25 · (1 + R2 ___ R1

)

Schaltnetzteile

Schaltnetzteile zeichnen sich durch eine geringe Baugröße und damit geringes Gewicht aus. Bei hohen Frequenzen kann der Kernquerschnitt des Transformators nämlich sehr viel kleiner gewählt werden. Schaltnetzteile fi nden heute vielfältigen Einsatz (z. B. als Steckernetzgerät).

Arbeitsprinzip

Funktionsgruppen von Schaltnetzteilen• Netzgleichrichter

Gleichrichtung und Siebung der Netzspannung; Netzentstörung durch Filter (Grenzfrequenz 100 kHz)

• SchalterUmwandlung der Gleichspannung in eine Rechteckwechselspannung. Geschaltet wird i. Allg. durch Feldef-fekttransistoren mit einer Schaltleis- tung von 50 bis 200 W.

• TransformatorTrafo mit Ferritkern (Spannungsübersetzung, galvanische Trennung); Frequenz bis 200 kHz, Leistung bis 1000 W.

• AusgangsgleichrichterDie hochfrequente Ausgangsspannung des Transformators wird gleichgerichtet und gesiebt.

Strom

-richter

Technische Dokumentation

Normung

Programmablaufplan (Flussdiagramm) DIN 66001

Sinnbilder für die Darstellung

Sinnbild Bedeutung Beispiel eines Programmablaufplans

Grenzstelle; beispielsweise Beginn und Ende eines Pro-gramms

U I

Ausgabe inKiloohm (k )

1000?

ja

neinR 1

Beginn

Eingabe,U U

ohmsches Gesetz

Ende

Ω

Ausgabe inOhm (Ω)

R = UI

—

R = R1000——

Verarbeitung einschließlich Eingabe und Ausgabe

Bedingung, Verzweigung

Übergangsstelle oder Abbruch

Bemerkung, Kommentar

Ablaufl inie zur Verbindung

Elementare Programmstrukturen

Programmablaufplan Struktogramm Bemerkung

Bearbeitungsfolge • Folge mehrerer Aufgaben, die aufeinander folgend bearbeitet werden.

• Bearbeitung von Unter-programmen.

427Programmablaufplan, Programmstrukturen, Struktogramm

Dok

umen

-ta

tion

Dok

umen

-ta

tion

Dok

umen

-ta

tion

4-Quadranten-System 335

AAblaufsteuerung 266, 283Abnutzung 441, 442Abschaltzeiten, IT-System 112, 123—, TN-System 111, 120—, TT-System 112Aktor-Sensor-Interface 309Analogausgang 294Analogeingang 294Anlagen im Freien 391Anschlussplan 421Anweisungsliste 276ASCII-Code 20ASI-BUS 309Asynchronmotor 205Auslösecharakteristik, LS-Schalter 146Auslösezeit, RCD 156Ausschaltverzögerung 94, 281Automatisierungstechnik 265AWL 276

BBatterie 101Bauartkurzzeichen, Kabel 129Bauform, Motor 191, 192Baugröße 231Bauleistung 228Baustellen 396Baustoffklassen 178BCD-Code 18Befehl 284Befehlsfreigabe 286Befehlsrückmeldung 286Befehlssymbol 284Belastung, unsymmetrische 50Beleuchtungstechnik 369Berührungsschutz 194

Berührungsspannung 114Berührungsstrom 158—, Messung 162Besichtigen 149Betriebsarten 189—, Steuerungen 274Betriebskondensator 208Betriebsmittel 113Betriebsstätten, elektrische 390—, feuergefährdete 392Bezugserde 113Bimetallrelais 217Binäre Verknüpfungen 256Biologischer Wert 472Bitmerker 278Bleiakkumulator 102Blindleistung 43Blindstromkompensation 51Blindwiderstand, induktiver 44—, kapazitver 44Blockschaltbild, Regelung 299Brandschutz 177Brandschutzschalter 183Bremsung von Motoren 214Brennstoffzellen 104Busstrukturen 387Bustopologie 454

CCAN-Bus 316C-Befehl 285Codes 18

DDahlanderschaltung 222Datenschutz 461Datensicherheit 460Dauerbetrieb 189Diagnose 442Diazed-System 143Dioden, Farbcodierung 72Dokumentation 164, 443

553shortregister

A – D

DO-System 143Drahtbruchsicherheit 278, 325Drehfelddrehzahl 205Drehmoment 13, 28, 231—, Elektromotor 29, 205Drehrichtung, Motor 212Drehstrom, Leistung 50Drehstromleitung 126Drehstrommotor 205—, am Einphasennetz 209Drehstrommotor, Normmaße 203Drehstrom-Servomotor 215Drehstromtechnik 49Drehstromtransformator 226Drehzahl 13, 231Dreieckschaltung 49—, Motor 207Dreiphasen- Wechselspannung 49Dreiphasen- Wechselstromleitung 126D-System 143Dualsystem 16Dualzahlen 17Duo-Schaltung 369Durchfl utung, magnetische 38Durchgängigkeit, niederohmige 150

EEffektivwerte 41EIB 383Einbruchmelder 184Einphasentransformator 224Einschaltdauer, relative 189Einschaltverzögerung 93, 280—, speichernd 280Einstellung von Reglern 306Einzelkompensation 165Elektrische Betriebsstätten 390Elektrische Sicherheit 157Elektrofachkraft 157, 476

Elektroinstallationsrohre 133Elektrolytkondensator 70Elektromagnetische Verträglichkeit 330Elektromotoren 202Elektronischer Motorschutz 219Elektronisches Vorschaltgerät 369, 383Elektropneumatik 435Elektrotechnischer Laie 477EMV 330Energie 13—, potenzielle 29Energieeffi zienz, Lampen 376Energiesparlampen 374Entsorgung 474Erde 113Erdschluss 114Erdschlusssicherheit 327Erdungswiderstand 113—, höchstzulässiger 122—, IT-System 122, 155—, Messung 154—, Näherungsverfahren 155—, TT-System 155Erproben 149Erprobung, RCD 155Ersatz-Ableitstrom 161Erstprüfung 149Erwärmung, Maschinen 197Ethernet 456, 458EuP 477EVG 369, 383Explosionsgefährdete Bereiche 397Explosionsgruppen 397, 398

FFarbcodierung, Dioden 72Farbkennzeichnung, Widerstände 63FB 289

D – F

554 shortregister

FC 290Fehlerarten 113Fehlerspannung 114Fehlerstrom 114Fehlerstrom-Schutzeinrichtung 124—, Prüfung 155Fehlersuche 443Feinsicherungen 145Feldbussystem 308Feldstärke 13—, elektrische 36—, magnetische 38Festgelegte Tätigkeiten 477Feuchte Räume 391Feuergefährdete Betriebsstätten 392Feuerwiderstandsklassen 177, 178Filter 355Fingersicherheit 117Flammenmelder 180Flankenauswertung 282, 283Fluidtechnik 429—, Symbole 429Fluss, magnetischer 38Flussdichte, magnetische 38Fotovoltaik 104Freiauslösung 217Freigabe 286Freilaufdiode 271Freischalten 363Fremde leitfähige Teile 118Fremderregter Motor 211Fremdkörperschutz 194Frequenz 14, 41Frequenzmessung 242Frequenzumrichter 353Funktionsklasse, Sicherungen 144Funktionsplan 276Funktionsprüfung 164Fußböden und Wände, Isolationswidertstand 152

GGanzbereichssicherungen 144Gebäudesystemtechnik 383Gebrauchskategorie 269Gefahrenkennzeichnung, GHS 470Gefahrenmeldeanlage 181Gefahrstoffe 472Gegenstrombremsung 215Geräte, Prüfung 157Geräteklassen, Oberschwingungen 360Geräteschutzsicherungen 145Geräte-Steckvorrichtung 175Geräteverdrahtungsplan 421GHS/CLP 469Gleichrichter 335, 336Gleichrichterschaltungen, Kenndaten 356Gleichstrombremsung 214Gleichstromleitung 126Gleichstrommotor 210GRAFCET 287, 288, 289Grenztaster 273Gruppenadresse 388Gruppenkompensation 165GS-Zeichen 318

HHalbleiter, Kühlung 99Halbleiterbauelemente 71Halbleiterschütz 347Handbetrieb 274Harmonische 360Harmonisierte Leitungen 130Hauptschalter 328Hauptschaltglieder 26 Hauptschütz 267Hauptstromkreise 114, 423Hauptwicklung 208Hausinstallation 114Heißleiter 66

555shortregister

F – H

Hilfsschaltglieder 267Hilfsschütz 267Hydraulik 438Hysterese, Zweipunktregler 308

IIM-Code 191Impedanzwandler 86Impulsantwort 300Induktionsgesetz 39Induktive Näherungsschalter 257Induktiver Blindwiderstand 44Industrial-Ethernet 459Industriebetrieb 480Industriebussysteme 308Industriesteckvorrichtung 175 Initialisierungsschritt 283Innenwiderstand 99Inspektion 441Installationsschaltungen 366Instandhaltung 441Instandsetzung 157, 158, 44Internationale Reihen 64Inverntierender OP 86Ionisationsrauchmelder 182IP-Code 194IP-Schutzarten 194Isolationsüberwachung 112Isolationswiderstand, Fußböden und Wände 152—, Grenzwerte 160—, Maschinen 233—, Messung 151, 160—, Mindestwerte 151—, Schutztrennung 152—, SELV, PELV 152Isolationswiderstandsmessung 233—, Durchführung 151—, Messschaltung 160IT-System 112—, Abschaltbedingung 112

KKabel 126—, Bauartkurzzeichen 129Kabinett-Projektion 407Käfi gläufermotor, Betriebswerte 197Käfi gläufermotor, Schaltung 207Kaltleiter 67Kapazitiver Blindwiderstand 44Kennbuchstaben 412—, gemessene Variablen 416—, Objekte 414Kennfarben, Sicherungen 144Kippglieder, bistabile 91Kirchhoffscher Satz 34Klammern 278Klasse 236Kleinspannung 115Kleinsteuerung 296Klemmen 419—, Übergangswiderstand 420Klemmenplan 425Klemmverbindungen 419Klingeltransformator 229KNX 383Kompakt-Näherungsschalter 259Kompaktsteuerung 274Kompensation 51 —, von Asynchronmotoren 168Kompensationsarten 165Kompensationskondensator 51—, Berechnung 166Kondensatorkapazität 36Kondensatormotor 208Kontaktplan 276Kontakttabellen 421Körperschluss 114Körperwiderstand 115Kreisfrequenz 41Kupferleitungen 455Kurzschlussspannung 224, 225Kurzschlussstrom 113, 114, 153

H – K

556 shortregister

LLadung, elektrische 32Laie 477Lampendaten 372Lärmschutz 473Lastenheft 446LED 82LED-Lampen 376LED-Melder 273LED-Technik, Begriffe 379Leerlaufspannung 99Leistung 14, 231—, Drehstrom 50—, mechanische 29—, Motor 205—, Wechselstromkreis 43Leistungsmessung 239Leistungsverlust, Leitungen 126Leiterschluss 113Leiterwiderstand 33Leitungen 126Leitungsschutz 139Leitungsschutzschalter 146Leitungsverlegung 364Leuchtdioden 82, 374Leuchtmelder 273Lineare Schrittkette 286Logische Verknüpfungen 88LS-Schalter 146—, Auslösebedingungen 146—, Auslösecharakteristik 146—, Auslösekennlinien 147—, Auslöseverhalten 146

MMagnetischer Kreis 38Magnetisierungskurven 520Magnetventile 435Maschinen, Erwärmung 197Maschinensicherheit 318Master-Slave-Verfahren 312Meldegeräte 272

Meldelinien 184Memory-Effekt 102Merker 278—, remanent 278Merkerbyte 294Merkerdoppelwort 294Merkerwort 294Messbereich 236Messbereichserweiterung 36Messeinrichtung 236, 299Messen 149Messergebnis 236Messfehler, Multimeter 239Messgerät, analoges 236Messschaltungen 239Messtechnik 235Messung 235—, Berührungsstrom 162—, Erdungswiderstand 154—, Isolationswiderstand 151, 160—, RCD 155—, Schleifenimpedanz 153—, Schutzleiterstrom 161Messwandler 230Mono-Master-System 315Motorkondensatoren 70Motorschutz 216Motorschutz, elektronischer 219Motorschutzrelais 217Motorschutzrelais, Betriebsart 217Motorschutzschalter 216—, eigensicher 216Motorvollschutz 218

NNäherungsschalter 257Nebenschlussmotor 211Negation 277Negative Flanke 282, 283— Logik 96Nennspannung 99

557shortregister

L – N

Nennstrom 114Neozed-System 143Netzanschluss 328Netzfi lter 355Netzsysteme 111Neutralleiter 113Neutralleiterstrom, Oberschwingungen 361NH-Sicherung 143Not-Aus 325NTC-Widerstände 66

OOberschwingungen 360—, Auswirkungen 141—, Geräteklassen 360Offset 85, 86OP 85Operanden 276Optokoppler 83Oszilloskop 240

PParallelschaltung, Spannungsquellen 35—, Widerstände 34Parallelschwingkreis 47PELV 116PEN-Leiter 113Performance Level 320Perilex-Steckvorrichtung 175Periodendauer 41, 242Pfl ichtenheft 446Polumschaltbarer Motor 223Positionsschalter 273Positive Flanke 282, 283— Logik 96Potenzial 33Potenziometer 65Primärelemente 99Profi bus 312Programmablaufplan 427

Prüfen 157Prüffi nger 117Prüffristen 165Prüfschritte 157Prüfung 236—, Fehlerstrom- Schutzeinrichtung 155—, Geräte 157—, RCD 155—, wiederkehrende 164Prüfungen 149PTC-Widerstände 67PV-Anlage, Aufbau 107

QQualifi kationen 476Qualitätsmanagement 498

RRauchmelder 180, 181RCD 124RCD-Prüfung 155RCD-Typen 124Refl exionslichttaster 260Regelungstechnik 298Reihenschlussmotor 210Reihenschwingkreis 47Relais 269Remanenz 521Resonanzfrequenz 47, 48Risiko 320RS-Kippglied 91Ruhestromprinzip 185

SSchaltabstand 257, 259Schaltdifferenz 307Schaltnetzteil 358Schaltschrank 355Schaltspiel 268

N – S

558 shortregister

Schaltzeichen 52Scheinleistung 43Scheitelfaktor 42Schleifenimpedanz 120—, Berechnung 154—, IT-System 123—, TN-System 153Schleifenimpedanzmessung 153Schließer 419Schlupf 205Schlupfdrehzahl 205Schmelzsicherungen 143Schnittstelle 449Schritt 283Schrittkettenprinzip 283Schutzbeschaltung 271Schutzeinrichtungen, TN-System 111—, TT-System 112Schutzisolierung 119Schutzklassen 120Schutzleiter 113Schutzleiterprüfung 159Schutzleiterstrom 158Schutzmaßnahmen 115Schutzpotenzialausgleich 117Selektive RCDs 156Selektivität 144SELV 115Sensoren 243Sicherheit von Steuerungen 318Sicherheitskategorien 319Sicherungsklassen 185SIL 320Softstarter 348Solarzellen 104Spaltpolmotor 210Spannungsabhängige Widerstände 67Spannungsfall 126—, Leitungen 126—, zulässiger 364

Spannungsmessung 239—, Oszilloskop 242Spannungsreihe 100Spannungsteiler 35Spartransformator 228Speicherprogrammierbare Steuerung 274SR-Speicher 279Starkstromanlagen 114Steckvorrichtungen 174, 328Steinmetzschaltung 209Stern-Dreieck-Anlasser 221Sternschaltung 49Steuern 265Steuertransformator 229, 328Steuerung 265Störquellen 331Streufeldtransformator 229Strombelastbarkeit 126, 139, 329— fl exibler Leitungen 142Stromdichte 32Stromrichter 335Stromstärke 14, 32Stromwandler 230Stromwirkung 115Strom-Zeit-Bereiche, Sicherungen 145Struktogramm 427Strukturierte Programmierung 289Strukturierter Text 292

TTandem-Schaltung 369Teilautomatikbetrieb 274Telegrammaufbau 388Temperaturbeiwert 513Thermoelement 246Toleranzbereiche, Versorgungsspannung 329Topologie 308, 454—, KNX 386Transformator 223

559shortregister

S – T

Trockene Räume 391TT-System 112—, Abschaltbedingung 112, 117—, Abschaltzeiten 112—, Erdungswiderstand 155—, Schutzeinrichtungen 112—, Schutzmaßnahmen 121

UÜbergangsbedingung 283Übergangswiderstand, Klemmen 420Überlast, Schutz 141Ultraschallsensor 259Umrichter 335Universalmotor 209Unsymmetrische Belastung 50Unterklassen, Objekte 415Unterwiesene Person 157

VVariable 290, 291Varistor 169, 271VDR-Widerstände 67Verantwortliche Elektrofachkraft 476Verknüpfungen, binäre 274Verknüpfungsergebnis 274Verknüpfungssteuerung 266Verlegeart, Leitung 138Verluste, Transformator 224Verpackungsverordnung 475Vorrangiges Rücksetzen 92Vorrangiges Setzen 91

WWarmwiderstand 34Wartung 441Wartung 441Wechselfehlerstrom 156Wechselgröße 41Wechselrichter 106, 335, 341Wechselspannung 40Wechselstromkreis 43Wendepole 210Wendeschaltung 221Widerstand 14Widerstandsmessung 239Wiederkehrende Prüfung 164Winkelfunktionen 24Wirkleistung 43Wirkungsgrad 29, 33Wirkungsgradklassen 196

ZZahlensysteme 16Zähler 281Zeigerdiagramm 43Zeitfunktionen 280Zentralkompensation 165Ziegler und Niechols 306Zündschutzarten 398Zuordnungsliste 276Zusätzlicher Schutz- potenzialausgleich 118Zuverlässigkeit 441Zwangsöffnung 272Zweihandverriegelung 325Zweipunktregelung 345

T – Z

560 shortregister