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Kurspaket Industriemeister Metall

Einsatz von elektrotechnischen Steuerungen in Arbeitsprozessen

01. Wie entsteht Luftdruck und wie wird er gemessen?

Gase sind kompressibel, d. h., sie lassen sich zusammenpressen. Durch das fast völlige Fehlen von Kohäsion sind sie unbestimmt an Gestalt und Volumen und füllen daher jedes mögliche Volumen, das man ihnen bietet. Jedes Gas steht unter einem bestimmten Druck, der sich nach allen Seiten gleichmäßig fortpflanzt. Für den Druck eines Gases gilt das Gesetz von Boyle-Mariotte:

  • Das Volumen eines eingeschlossenen Gases ist bei gleichbleibender Temperatur dem Kehrwert des Druckes proportional:

    $$V ∼ \frac{1}{p}$$

    bzw.

    bei einem eingeschlossenen Gas gleichbleibender Temperatur sind Druck p und Dichte ρ einander proportional:

    $$p\; ∼ ρ$$

    Es gilt:

    $$\frac{p_{1}}{p_{2}} = \frac{V_{1}}{V_{2}}$$

    bzw.

    $$p * V = konstant$$

    Dabei ist:

    p1Anfangsdruck des Gases
    p2Enddruck des Gases
    V1Anfangsvolumen des Gases
    V2Endvolumen des Gases

    Bei kleiner werdendem Druck steigt das Volumen stark an, bei wachsendem Druck nimmt es ab. Hierbei ist immer mit dem absoluten Druck zu rechnen, nicht mit dem Überdruck.

  • Unter dem Überdruck pÜ wird die Differenz zwischen dem Innendruck p und dem äußeren Luftdruck pL verstanden:

    $$p_{Ü} = p – p_{L}$$

    [p]= Pa (Pascal)
    1 Pa= 1 N/m2
    1 hPa= 1 mbar

    Zum Messen des Gasdruckes dienen Manometer (offenes Manometer, geschlossenes Manometer, Metallmanometer).

    Die als „absoluter Druck“ bezeichnete Größe wird gegenüber dem Vakuum gemessen. Dieser Luftdruck, auch Schweredruck, entsteht durch das Eigengewicht der Lufthülle und wird mit zunehmendem Abstand von der Erdoberfläche kleiner; er nimmt exponentiell mit der Höhe ab. Der Luftdruck wird mit Barometern gemessen (Dosenbarometer, Quecksilberbarometer).

02. Wie wird die Wirkung des Luftdrucks in der Technik genutzt?

Aufgrund der oben beschriebenen Zusammenhänge findet Druckluft Anwendung in der Pneumatik: Mittels Luftdruck, der in einer entsprechenden Anlage (Kompressor, Druckluftspeicher) erzeugt und dann weitergeleitet wird, können Antriebs- und Steuerungssysteme betrieben werden. Die Luft wird durch den Kompressor verdichtet, dadurch kann wieder Druckluft an ein System abgegeben werden. Für pneumatische Systeme wird der Druck in bar (als Überdruck) angegeben.

03. Was sind Kolbendruck und Schweredruck?

Flüssigkeiten besitzen – aufgrund der Verschiebbarkeit der Moleküle – keine eigene Gestalt; ihr Volumen und ihre Form werden durch das Gefäß bestimmt. Flüssigkeiten sind im Gegensatz zu Gasen inkompressibel; sie lassen sich nicht (bzw. kaum und nur bei sehr großem Druck) zusammenpressen.

  • Kolbendruck:

    Wenn von außen ein Druck auf eine eingeschlossene Flüssigkeit (oder ein eingeschlossenes Gas) über einen Kolben ausgeübt wird, entsteht der Kolbendruck p. Er ist im Behälter an allen Stellen gleich.

    $$p = \frac{F}{A}$$

    Dabei ist:

    pKolbendruck
    FDruckkraft (F ⊥ zu A)
    AFläche
    imported

  • Der Schweredruck ist der Druck, der durch die eigene Gewichtskraft der Flüssigkeit (oder des Gases) entsteht. Der Schweredruck p nimmt in einer Flüssigkeit linear mit der Tiefe h zu. Er ist von der Dichte ρ der Flüssigkeit abhängig:

    $$p = ρ * g * h$$

    04. Wie wird in hydraulischen Anlagen die Druckausbreitung von Flüssigkeiten genutzt?

    Hydraulische Anlagen (hydraulische Bremsanlage, hydraulische Presse u. Ä.) nutzen die gleichmäßige und allseitige Ausbreitung des Druckes in Flüssigkeiten zur Übertragung und Umformung von Kräften. Zum Beispiel wirkt bei einer hydraulischen Presse auf alle Kolben der gleiche Druck. Auf die verschieden großen Kolbenflächen übt er aber unterschiedliche Kräfte aus:

  • Die Kräfte verhalten sich wie die Kolbenflächen bzw. wie die Quadrate der Kolbendurchmesser:

    imported

    Dabei ist:

    F1= Kraft am Arbeitskolben
    F2= Kraft am Druckkolben
    A1= Fläche am Arbeitskolben
    A2= Fläche am Druckkolben
    [P]= Pa;

    $$\frac{N}{m_{2}}$$

    ; bar
     105 Pa = 1 bar
  • Für das Übersetzungsverhältnis i gilt:

    imported

    s1 Weg des Arbeitskolbens

    s2 Weg des Druckkolbens

Die Druckausbreitung in einer eingeschlossenen Flüssigkeit (bzw. einem eingeschlossenen Gas) erfolgt nach allen Seiten gleichmäßig und ist an allen Stellen gleich (Pascalsches Gesetz). In verbundenen Gefäßen können durch Erzeugen eines Kolbendrucks Kräfte übertragen und dabei ihr Betrag und/oder ihre Richtung geändert werden.

05. Wie wirkt die Auftriebskraft?

Taucht man einen Körper in eine Flüssigkeit, verliert er scheinbar einen Teil seiner Gewichtskraft. Diese Kraft, die der Gewichtskraft des Körpers entgegen gerichtet ist, nennt man Auftriebskraft FA. Die Ursache liegt darin, dass auf den Körper von oben ein kleinerer Schweredruck wirkt als von unten. Die nach oben gerichtete Auftriebskraft FA ist dem Betrag nach gleich der Gewichtskraft FG der vom Körper verdrängten Flüssigkeit:

$$F_{A} = F_{G}$$

Diese Gesetzmäßigkeit bezeichnet man als „Archimedisches Prinzip“. Je nach der Größe des Auftriebs gibt es drei Möglichkeiten:

  1. FG A

    → Der Körper steigt zur Oberfläche, taucht nur teilweise ein und schwimmt.

  2. FG = FA

    → Der Körper taucht vollkommen ein und schwebt.

  3. FG > FA

    → Der Körper sinkt.

06. Was versteht man unter Strömungen und wie wird das Strömungsverhalten von Flüssigkeiten in der Hydraulik genutzt?

Unter einer Strömung versteht man die Bewegung von Flüssigkeiten (oder Gasen). Ursache von Strömungen sind u. a. Schwerkraft und Druckdifferenzen. Jedes Teilchen einer Strömung hat zu einem bestimmten Zeitpunkt eine in Betrag und Richtung bestimmte Geschwindigkeit. Zur Kennzeichnung der Geschwindigkeitsrichtung der Teilchen verwendet man Stromlinien; ein Modell zur Darstellung von stationären Strömungen. Die grafische Darstellung einer Strömung mittels Stromlinien heißt Stromlinienbild. Wenn die Bahnen der Teilchen mit den Stromlinien übereinstimmen, d. h., wenn die Stromlinien für eine längere Zeit ihre Form behalten, wird die Strömung als stationäre Strömung bezeichnet.

Wenn eine Flüssigkeit ein Rohr mit unterschiedlichen Querschnittsfunktionen durchströmt, muss durch jeden Querschnitt des Rohres in der gleichen Zeit t das gleiche Volumen V hindurchtreten, da die Flüssigkeit so gut wie nicht kompressibel ist. Durch kleinere Querschnitte strömt deshalb die Flüssigkeit schneller und umgekehrt.

Es gilt die Kontinuitätsgleichung für inkompressible Flüssigkeiten (auch Durchflussgesetz):

imported

$$A_{1} * v_{1} = A_{2} * v_{2}$$

$$A * v = konstant$$

$$A ∼ \frac{1}{v}$$

Dabei ist:

A durchströmte Querschnittsfläche

v Strömungsgeschwindigkeit

  • Das Produkt A • v (Querschnitt und Strömungsgeschwindigkeit) wird als Volumenstrom Q bezeichnet;

    $$[Q] = \frac{m^{3}}{s}$$

    $$Q = A * v$$

    $$[Q] = \frac{m^{3}}{s}$$

    Mithilfe dieser Größen lässt sich für hydraulische Systeme z. B. eine Kolbenkraft F oder die Kolbengeschwindigkeit v errechnen:

    $$F = p * A$$

    $$Q = v_{1} * A_{1} = v_{2} * A_{2}$$

    In stationären Strömungen bestehen gesetzmäßige Zusammenhänge zwischen der Geschwindigkeit der strömenden Flüssigkeit (oder des Gases), dem Druck und der Dichte des Stoffes.

  • Der statische Druck ps:

    Er ist der rechtwinklig zur Strömungsrichtung gemessene Druck; er nimmt mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit ab.

  • Der Schweredruck p:

    Er ist eine Folge der Gravitation.

    $$p = ρ * g * h$$

    mit: ρ = Dichte; h = Höhe

  • Der dynamische Druck (auch Staudruck) pw:

    Er ist eine Folge der Trägheit und nimmt mit zunehmender Dichte und mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit zu. Seine Druckkraft wirkt nur in Strömungsrichtung.

    $$p_{w} = \frac{1}{2} ρ * v^{2}$$

    mit: ρ = Dichte; v = Strömungsgeschwindigkeit

  • Für den Gesamtdruck p0 gilt die Bernoulli’sche Gleichung:

    $$p_{0} = p_{s} + p + p_{W}$$

    Der Gesamtdruck ist die Summe aus statischem Druck, Schweredruck und Staudruck.

07. Wie kann die Druckmessung in Strömungen erfolgen?

  • Der statische Druck wird mit einem rechtwinklig zur Strömungsrichtung angebrachten Manometer gemessen.

  • Der Gesamtdruck wird mit einem in Strömungsrichtung angebrachten Manometer gemessen. Der Gesamtdruck ist um den Staudruck größer als der statische Druck.

  • Der Staudruck: Die Differenz aus Gesamtdruck und statischem Druck misst man mit einer Kombination der entsprechenden Geräte (Prandtl’sches Staurohr) und nutzt diese besonders zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit in Gasen.

  • Die Differenz zweier statischer Drücke wird vor allem verwendet zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit in Flüssigkeiten (Venturi-Rohr). Dadurch ist es möglich, an zwei Stellen mit unterschiedlichem Querschnitt die statischen Drücke und deren Differenz zu messen, woraus die Strömungsgeschwindigkeit berechnet werden kann.

08. Was ist elektrischer Strom und woraus besteht ein elektrischer Stromkreis?

Elektrische Leitungsvorgänge ermöglichen (wie strömende Gase oder Flüssigkeiten) die Übertragung und Umwandlung von Energie. Damit können vielfältigste Vorgänge in Technik, Wissenschaft und Alltag elektrisch gesteuert und geregelt werden. Die Bewegung von Flüssigkeiten oder Gasen in Rohren bezeichnet man als Strömung. Analog dazu bilden bewegte Ladungsträger einen elektrischen Strom. Dazu wird in einem Leiter (einem leitenden Stoff) ein elektrisches Feld erzeugt. Im Raum um den stromdurchflossenen Leiter besteht ein magnetisches Feld.

Man unterscheidet:

  • Leiter: Der Ladungstransport ist möglich, da frei bewegliche Ladungsträger vorhanden sind (z. B. Metall, Elektrolytlösung).

  • Halbleiter: Es können Ladungsträger freigesetzt werden (Kristalle mit kovalenter Bindung).

  • Nichtleiter: Der Ladungstransport ist nur in geringem Maße möglich, da sehr wenig frei bewegliche Ladungsträger vorhanden sind (z. B. Glas, Kunststoff).

Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern in einem elektrischen Feld. Dabei wird die Energie des elektrischen Feldes in kinetische Energie der Ladungsträger umgewandelt (und in damit verbundene magnetische Feldenergie).

EnergieformWirkungsartBeispiele für Energiewandler
thermische EnergieWärmewirkungTauchsieder, Kochplatte
LichtenergieLichtemissionLeuchtdiode, Leuchtstofflampe, Glühlampe
mechanische Energiemagnetische WirkungElektromotor, Elektromagnet
chemische Energiechemische WirkungAkkumulator, Elektrolyse
  • Die elektrische Stromstärke I gibt an, wie viel elektrische Ladung Q in einer bestimmten Zeit t durch einen Leiterquerschnitt transportiert wird:

    $$I = \frac{Q}{t}$$

    [I] = A (Ampere)

  • Die elektrische Spannung U ist die Ursache jedes elektrischen Stromes; sie besteht zwischen den Polen einer Spannungsquelle. Die elektrische Spannung U lässt sich über die Verschiebungsarbeit W an Ladungsträgern in elektrischen Feldern berechnen:

    $$U = \frac{W}{Q}$$

    [U] = V (Volt)

    Dabei ist:

    USpannung
    WVerschiebungsarbeit
    Qelektrische Ladung
  • Ein elektrischer Stromkreis besteht aus:

    • Spannungsquelle(n)

    • Leitung

    • Verbraucher(n).

    imported

Am Minuspol besteht ein Elektronenüberschuss, am Pluspol besteht ein Elektronenmangel; beides wird durch die Spannungsquelle erzeugt und aufrecht erhalten. Die Elektronen fließen außerhalb der Spannungsquelle vom Elektronenüberschuss zum Elektronenmangel, vom Minuspol zum Pluspol. Die technische Stromrichtung ist eine Festlegung und bezeichnet die allgemein gebräuchliche Stromrichtung vom Pluspol zum Minuspol.

In den Verbrauchern verlieren die Ladungsträger Energie: Diese Energie wird in andere Energieformen umgewandelt (z. B. Wärme, Licht, mechanische Arbeit).

09. Was sagt das Ohmsche Gesetz aus?

In einem Stromkreis ist die Stromstärke der Spannung proportional. Mithilfe eines Proportionalitätsfaktors kann die Gleichung

$$I = G * U$$

bzw.

$$G = \frac{I}{U}$$

$$[G] = \frac{A}{V} = S$$

gebildet werden. Der Proportionalitätsfaktor G bezeichnet den Leitwert des Verbrauchers; er gibt Auskunft über die Eigenschaft eines elektrischen Bauelements, einen größeren oder geringeren Stromfluss zu ermöglichen.

Der Kehrwert des Leitwertes ist der elektrische Widerstand R, der die Eigenschaft eines Leiters kennzeichnet, dem elektrischen Strom einen Widerstand entgegen zu setzen:

$$R = \frac{1}{G} = \frac{U}{I}$$

$$[R] = \frac{V}{A} = Ω$$

Der Widerstand R bestimmt also die Stärke des Stromes, der bei einer bestimmten Spannung durch den Stromkreis fließt. Die Stromstärke ist bei konstanter Spannung dem Widerstand umgekehrt proportional. Dieser Zusammenhang (R = U/I) wird als Ohm’sches Gesetz bezeichnet. Verbraucher, für die dieses Gesetz gilt (lineare I; U-Kennlinie) werden als Ohm’sche Widerstände bezeichnet.

10. Wie unterscheiden sich Gleichstrom und Wechselstrom?

  • Gleichstrom:

    • Die Ladungsträger bewegen sich ständig in eine bestimmte Richtung.

    • Ein Stromkreis mit einer Gleichspannungsquelle (Akku, Dynamo) ist ein Gleichstromkreis.

  • Wechselstrom:

    • Wechselstrom ist eine elektromagnetische Schwingung (die Größe des elektromagnetischen Feldes ändert sich zeitlich periodisch).

    • Kenngrößen: Wechselspannung u und Wechselstromstärke i als periodische Funktion der Zeit t: u = f1(t); i = f2(t)

    • Unterschied zum Gleichstromkreis: Für die Kennzeichnung der Momentangrößen des Wechselstromkreises werden kleine Buchstaben verwendet.

    • Ein Wechselstromkreis ist ein Stromkreis mit einer Wechselspannungsquelle.

    • Mit einem Wechselstromgenerator wird durch elektromagnetische Induktion Wechselspannung erzeugt.

    • Die Wechselstromfrequenz f gibt die pro Zeiteinheit durchlaufende Anzahl von Schwingungen (Perioden) an:

    $$f = \frac{n}{t}$$

    Dabei ist:

    fWechselstromfrequenz in Hertz [Hz]
    nAnzahl der Schwingungen von i bzw. u
    tZeit, in der die Schwingungen ablaufen, in Sekunden

    Im europäischen Stromnetz beträgt die Frequenz 50 Hertz (Hz). Das bedeutet 50 Schwingungen pro Sekunde.

11. Was ist Drehstrom und wie wird die Wirkleistung berechnet?

Drehstrom (Dreiphasen-Wechselstrom) ist eine Form des Wechselstroms bei der drei Wechselströme um 120° phasenverschoben verkettet sind. Ihre Stränge können durch eine Sternschaltung (gemeinsamer Mittelpunkt) oder eine Dreiecksschaltung (Anfang eines Strangs ist mit dem Ende eines anderen Strangs verbunden) verkettet sein. Bei der Berechnung ist ein Verkettungsfaktor √3 und bei Vorhandensein einer induktiven Belastung (Spulen) der Leistungsfaktor cos φ einzubeziehen. Für die Wirkleistung P beim Drehstrom gilt:

$$P = √\; 3 * U * I * cos φ$$

PWirkleistung in W
USpannung in V
IStromstärke in A
cos φLeistungsfaktor

Der Leistungsfaktor cos φ bezeichnet den Zusammenhang von Wirkleistung und Scheinleistung. Bei z. B. 7 KW Wirkleistung und 10 KVA Scheinleistung beträgt der Leistungsfaktor cos φ = 0,7.

12. Welche Gesetzmäßigkeiten gelten für Stromkreise mit mehreren Widerständen?

Stromkreise aus mehreren Widerständen können entweder in Reihe (unverzweigter Stromkreis) oder parallel (verzweigter Stromkreis) geschaltet sein:

  • Unverzweigter Stromkreis (Reihenschaltung):

    Die Energiewandler (Verbraucher) liegen in Reihe.

    Es gilt:

    U= U1 + U2
    I= I1 = I2
    R= R1 + R2
    U1 : U2= R1 : R2

    Reihenschaltung: Beispiel mit zwei Widerständen

    imported
  • Verzweigter Stromkreis (Parallelschaltung):

    Die Energiewandler (Verbraucher) liegen parallel.

    Es gilt:

    U= U1 = U2
    I= I1 + I2
    1: R= 1 : R1 + 1 : R2 + … + 1 : Rn
    I1: I2= R2 : R1

    Parallelschaltung: Beispiel mit zwei Widerständen

    imported

    Nur bei zwei parallel geschalteten Widerständen gilt:

    $$R = \frac{R_{1} * R_{2}}{R_{1} + R_{2}}$$

13. Was ist elektrische Leistung?

Wenn Strom benutzt wird, entnimmt man dem Stromnetz keine Ladung, sondern Energie, die sich in Wärme, Licht oder mechanische Arbeit umsetzt. Das Maß für die Arbeitsfähigkeit von Ladung ist die Spannung U = W/Q. Wird diese Gleichung nach der Arbeit W aufgelöst, so folgt mit I = Q/t:

$$W = U * Q$$

$$W = U * I * t$$

$$[W] = J$$

  • Die elektrische Arbeit W ist das Produkt aus Spannung U, Stromstärke I und Zeit t (gilt nur für Gleichstrom).

  • Elektrische Leistung:

    Häufig ist auf elektrischen Geräten die Leistung P angegeben. Die elektrische Leistung P ergibt sich aus dem bekannten Quotienten:

    $$P = \frac{W}{t} = \frac{U * I * t}{t}\; U * I$$

    $$[P] = \frac{Ws}{s} = W$$

    $$1 kW = 10^{3}\; W;\; 1\; MW = 10^{6}\; W$$

Einen inneren Zusammenhang zwischen allen Energieformen erkennt man in der Tatsache, dass Arbeit und Leistung im elektrischen Stromkreis mit den gleichen Einheiten verwendet werden wie in der Mechanik und Thermodynamik.

Als elektrische Arbeits- und Energieeinheit ist die Kilowattstunde kWh gebräuchlich. Sie ist das Produkt der Leistungseinheit 1 kW und der Zeiteinheit 1 h.

14. Was ist der Leiterwiderstand?

Nicht nur die an einem Stromkreis angeschlossenen Verbraucher, sondern auch die Leitungen selbst haben einen Widerstand. Dieser Leiterwiderstand R wird bestimmt durch seinen spezifischen Widerstand, seine Gesamtlänge l und seinen Querschnitt A:

$$R = \frac{ϱ * l}{A}$$

ϱspez. elektrischer Widerstand in Ω • mm2/m
RWiderstand in Ω
ILeiterlänge in m
ALeiterquerschnitt in mm2

Darüber hinaus wirken sich Temperaturänderungen auf den Widerstand aus. Leiter, deren Widerstand mit der Temperaturerhöhung ansteigt, also den Strom schlechter leitet, werden Kaltleiter genannt. Solche deren Widerstand sich mit der Temperatursenkung erhöht, also den Strom schlechter leitet, werden Heißleiter genannt. Metalle sind Kaltleiter, Halbleiter sind Heißleiter.

15. Wie können Strom und Spannung gemessen werden?

  • Elektrischer Strom:

    • Messung mit Amperemeter; es werden verwendet:

      • Drehspulmesswerke (für Gleichstrom; Nutzung auch für Wechselstrom möglich bei Vorschalten eines Gleichrichters)

      • Dreheisenmesswerke (für Gleich- und Wechselstrom).

    • Zur Messung der Stromstärke wird die Kraftwirkung des Magnetfeldes gemessen, das den Strom umgibt.

    • Strommesser müssen im Hauptstromkreis in Reihe mit einem Verbraucher geschaltet sein.

    • Damit die zu messende Größe nicht durch den Innenwiderstand Ri des Strommessers beeinflusst wird, erfolgt die Messbereichserweiterung durch Parallelschalten kleiner Widerstände im Gerät, der Ersatzwiderstand des Strommessers sinkt: Ri

  • Elektrische Spannung:

    • Messung mit Voltmeter; es werden Drehspulmesswerke, Dreheisenmesswerke und statische Spannungsmesser verwendet.

    • Zur Messung der elektrischen Spannung werden genutzt:

      • die Kraftwirkung zwischen ruhenden elektrischen Ladungen (statische Spannungsmessung)

      • die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes sowie die Proportionalität zwischen Spannung und Stromstärke.

    • Damit der Messstrom (durch das Messgerät) den tatsächlich zu messenden Strom nicht verfälscht, erweitert man den Messbereich eines Spannungsmessers durch Vorschalten großer Widerstände im Gerät, der Ersatzwiderstand des Spannungsmessers steigt: Ri >> R.

Elektrische Messgeräte werden aus sicherheitstechnischen und wirtschaftlichen Gründen nicht für hohe Stromstärken und hohe Spannungen gebaut. Wenn die zu messenden Größen (Spannungen und Stromstärken) die für die Messgeräte zulässigen Höchstgrenzen überschreiten, müssen die zu messenden Spannungen und Stromstärken geteilt werden: Unter Anwendung der Gesetze im unverzweigten und verzweigten Stromkreis (Maschensatz, Knotenpunktsatz) wird der Messbereich der Messgeräte erweitert durch Zuschalten entsprechender Widerstände.

16. Welche Funktion haben Sicherungen?

Um Schäden an Geräten oder auch Brände durch überhitzte Zuleitungen zu verhindern, ist

  • ein genaues Beachten der Betriebsspannung,

  • das Einhalten der vorgeschriebenen Leitungsquerschnitte, der Kabelarten und des Kabelaufbaus (DIN-Vorschriften) sowie

  • der Einsatz von Sicherungen zur Kontrolle des Stromkreises

notwendig.

Sicherungen können im Stromkreis selbsttätig Kontrollaufgaben übernehmen. Kommt es zu einer Grenzwertüberschreitung, unterbrechen sie den Stromfluss. Sie werden als Leitungsschutzschalter bezeichnet, da ihre primäre Aufgabe ist, die Leitung vor Überlastung zu schützen.

Man unterscheidet:

  • Schmelzsicherungen:

    Sie bestehen aus einer Porzellanpatrone mit einem dünnen Schmelzdraht, der bei einer bestimmten Stromstärke durchschmilzt. Ist das der Fall, muss die Schmelzsicherung ersetzt werden. Schmelzeinsätze gibt es für verschiedene Stromstärken und mit verschiedenem Auslöseverhalten (superflink, flink, mittelträge, träge, superträge; siehe dazu die entsprechenden DIN VDE).

  • Überstromschalter:

    Sie arbeiten nach dem Prinzip der magnetischen Sicherung und werden auch als Sicherungsautomaten bezeichnet. Bei Grenzwertüberschreitung des Stromes wird mittels eines Elektromagneten ein Schalter betätigt und der Stromfluss unterbrochen. Nach Beseitigen der Störung kann der Stromkreis durch einen Schalter wieder geschlossen werden. Anwendungsbereiche und Baugrößen von Überstrom-Schutzschaltern sind in den DIN VDE aufgeführt.

17. Welche Schutzmaßnahmen müssen beim Umgang mit elektrischen Anlagen beachtet werden?

Die Arbeit an elektrischen Anlagen darf grundsätzlich nur von geschultem Fachpersonal ausgeführt werden. Beim Betreiben elektrischer Anlagen und Betriebsmittel ist die Einhaltung der entsprechenden Sicherheitsbestimmungen und Vorschriften zu gewährleisten (z. B. DIN VDE bzw. BGV):

  1. Es gelten z. B. die Regeln für das Arbeiten in elektrischen Anlagen (vgl. DIN VDE):

    • die 5 Sicherheitsregeln vor Beginn der Arbeiten

    • Maßnahmen vor dem Wiedereinschalten nach beendeter Arbeit

    • Erste Hilfe bei Unfällen durch elektrischen Strom.

  2. Es ist der Schutz gegen gefährliche Körperströme entsprechend der DIN VDE zu beachten:

    • Schutz sowohl gegen direktes als auch bei indirektem Berühren durch:

      Schutzkleinspannung bzw. Funktionskleinspannung

    • Schutz gegen direktes Berühren durch:

      Isolierung aktiver Teile, Abdeckungen und Umhüllungen, Hindernisse (z. B. Barrieren, Schranken), Abstand, Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen

    • Schutz bei indirektem Berühren durch:

      Hauptpotenzialausgleich, nicht leitende Räume, Schutzisolierung, Schutztrennung, Schutzmaßnahmen im TN-, TT-, und IT-Netz.

Schutzklassen

Alle elektrischen Betriebsmittel werden durch drei Schutzklassen (Schutzklasse I bis III, Schutzklasse 0 ist in Deutschland nicht zugelassen) gekennzeichnet:

  • Schutzklasse I

    Hier sind Geräte (mit leitfähigem Gehäuse, z. B. aus Metall) und Anlagenteile mit einem Schutzleiteranschluss ausgerüstet. Dieser wird an den Schutzleiter (Erdung) der stationären Installation angeschlossen, z. B. über einen „Schuko-Stecker“. Im Fehlerfall, beim Versagen der Basisisolierung, wird der Stromkreis abgeschaltet, sodass keine gefährliche Berührungsspannung bestehen bleibt. Funktioniert nur mit Hauptpotentialausgleich und Überstromschutzeinrichtung (Sicherung) oder FI-Schutz (Fehlerstromschutzschalter). Zu erkennen z. B. am Schuko-Stecker, am grün-gelben Schutzleiterdraht oder am Symbol:

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  • Schutzklasse II

    Eine doppelte bzw. verstärkte Isolierung macht Isolationsfehler praktisch unmöglich. Ein Schutzleiter kann nicht angeschlossen werden. Viele Hausgeräte (Küchenmaschinen, Rasierapparate etc.), aber auch Werkzeuge, wie z. B. Handbohrmaschinen und Betriebsmittel (z. B. Lichtschalter) sind heute schutzisoliert, oft erkennbar am flachen sogenannten „Europastecker“, am fehlenden Schutzleiterkontakt und am Symbol:

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  • Schutzklasse III

    Geräte, die mit Schutzkleinspannung (max. 50 V AC bzw. 120 V DC) oder mit Schutztransformatoren (z. B. Rasiersteckdosen in Badezimmern) sicher getrennt betrieben werden. Sie sind z. B. zu erkennen am Transformator, an der niedrigen Spannung und am Symbol:

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18. Wie sind die „5 Sicherheitsregeln“ anzuwenden?

Die Arbeiten an aktiven Teilen können erst beginnen, wenn der spannungsfreie Zustand hergestellt ist. Der spannungsfreie Zustand gilt als hergestellt, wenn die „5 Sicherheitsregeln“ angewendet sind.

Die 5 Sicherheitsregeln sind:

  • Freischalten

  • Gegen Wiedereinschalten sichern

  • Spannungsfreiheit feststellen

  • Erden und Kurzschließen

  • Benachbarte Teile, die unter Spannung stehen, abdecken oder abschranken.