Tabellenbuch Mechatronik

E U R O PA - FA C H B U C H R E I H Efür Mechatronik

VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KGDüsselberger Straße 23 · 42781 Haan-Gruiten

Europa-Nr.: 45011

Bearbeitet von Lehrern und Ingenieuren an beruflichen Schulenund Produktionsstätten (siehe Rückseite)

9. neu bearbeitete und erweiterte Auflage

Tabellen Formeln Normenanwendung

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Autoren des Tabellenbuchs Mechatronik:

Heinrich Dahlhoff Dipl.-Physiker MeppenHartmut Fritsche Dipl.-Ing. MassenGregor Häberle Dr.-Ing., Abteilungsleiter TettnangHeinz Häberle Dipl.-Gewerbelehrer, VDE KressbronnRoland Kilgus Dipl.-Gwl., Oberstudiendirektor NeckartenzlingenRudolf Krall Dipl.-Päd. Ing., Berufsschuloberlehrer Gartenau-

St. LeonhardWerner Röhrer Dipl.-Ing., Dipl.-Gewerbelehrer BalingenBernd Schiemann Dipl.-Ing., Studiendirektor DurbachDietmar Schmid Dipl.-Ing., Oberstudienrat Biberach a.d. RißSiegfried Schmitt staatl. gepr. Techniker, Techn. Oberlehrer Bad BergzabernMatthias Schultheiß Dipl.-Ing., Dipl.-Gewerbelehrer Biberach a.d. Riss

OberstudienratThomas Urian Meister der Elektrotechnik Vilshofen

Bildbearbeitung:

Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern

Leiter des Arbeitskreises:Dr.-Ing. Gregor Häberle, Tettnang

Maßgebend für das Anwenden der Normen sind deren Fassungen mit dem neuesten Ausgabedatum, die bei der VDE-VERLAG GmbH, Bis marckstr. 33, 10625 Berlin und der Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin erhältlich sind.

9. Auflage 2016, korrigierter Nachdruck 2017Druck 5 4 (keine Änderung seit der 2. Druckquote)Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern unter-einander unverändert sind.

ISBN 978-3-8085-4520-1

Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlichgeregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.

© 2016 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp://www.europa-lehrmittel.de

Satz: Tutte Druckerei & Verlagsservice GmbH, SalzwegUmschlag: braunwerbeagentur, 42477 RadevormwaldUmschlagfotos: Siemens-PressebilderDruck: Tutte Druckerei & Verlagsservice GmbH, Salzweg

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MATHEMATIK, TECHNISCHEPHYSIK 9 . . . 74 M

TECHNISCHE KOMMUNI-KATION 75 . . . 126 KCHEMIE, WERKSTOFFE,FERTIGUNG 127 . . . 198 WF

BAUELEMENTE, MESSEN, STEUERN,REGELN 199 . . . 276 BM

ELEKTRISCHE ANLAGEN UND ANTRIEBE,MECHATRONISCHE SYSTEME 277 . . . 382 A

DIGITALTECHNIK, INFORMATIONS-TECHNIK 383 . . . 442 DVERBINDUNGSTECHNIK, UMWELT-TECHNIK 443 . . . 498 V

BETRIEB und sein UMFELD,ANHANG 499 . . . 568 B

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4 Vorwort zur 9. Auflage

Das Buch ist konzipiert für die handlungsorientierte Berufsbildung des Berufes Mechatroniker bzw.Mechatronikerin. Die Mechatronik unterliegt als Schlüsseltechnologie aus Elektrotechnik, Metall-technik und Informationstechnik einem stetigen Wandel und unterstützt das Erfüllen der Anforde-rungen von Industrie 4.0. Dies führte zu neuen oder aktualisierten Seiten in den nachfolgendgenannten Hauptabschnitten.

4 Teil M: Mathematik, Technische PhysikNeu sind z. B. Messen von Oberschwingungen, Spannungsfall an Leitungen mit Blindwider-stand, Induktivitätsbelag und Spannungsfall, Strombelastbarkeit von mehradrigen Leitungenmit Oberschwingungen.

4 Teil K: Technische KommunikationNeu sind z. B. Pneumatik-Grundschaltungen, Fließbilder, Beispiele von Fließbildern.

4 Teil WF: Chemie, Werkstoffe, FertigungNeu sind z. B. Drehwerkzeuge, Lehren, Strahlenoptik, Trennklassen der Kommunikationsverka-belung, Montage und Demontage.

4 Teil BM: Bauelemente, Messen, Steuern, RegelnNeu sind z. B. Wegmessung, Winkelmessung, Begriffe der Mess- und Prüftechnik, Reglerstel-lung, Reglerauswahl. Aktualisiert wurden analoge Regler, schaltende Regler, Regelstrecken, digi-tale Regelung.

4 Teil A: Elektrische Anlagen und Antriebe, mechatronische SystemeNeu sind z. B. Transformatoren der Energietechnik, Regelung der Netzspannung, Betriebsdatenvon Käfigläufermotoren, Strombelastbarkeit für 90°C-Leitungen, weitere Stromgefahren, Klima-tisierung von Schaltschränken, Sicherheits-NOT-AUS-Relais.

4 Teil D: Digitaltechnik, InformationstechnikAktualisiert wurden Sicherheits-Bussysteme, Programmaufbau bei CNC-Maschinen, CNC-Bear-beitungszyklen nach PAL.

4 Teil V: Verbindungstechnik, UmwelttechnikNeu ist z. B. Betriebssicherheitsverordnung. Aktualisiert wurden gefährliche Stoffe, Gefahren-hinweise durch H-Sätze, Sicherheitshinweise durch S-Sätze.

4 Teil B: Betrieb und sein UmfeldNeu sind z. B. die Abschnitte Arbeitsvorbereitung, Begriffe im Arbeitsrecht, Bestandteile einesTarifvertrages. Erweitert wurde die Auflistung der wichtigen Normen durch Angabe der Seitenim Buch.

Normänderungen wurden übernommen, z. B. bei der Strombelastbarkeit von Leitungen nach DINVDE 0298-4. Allgemein ist zu beachten, dass oft die Normen verschiedene Formen zulassen, z. B.in DIN EN 61082 (Dokumente der Elektrotechnik, Regeln) Stromverzweigungen mit oder ohne„Punkt“ oder mit Richtungsangabe des abgezweigten Leiters. Alle Formen kommen in der beruf-lichen Praxis vor und werden im Buch deshalb auch angewendet.

Didaktische Ergänzungen wurden durch stichwortartige Formulierung prüfbarer Lerninhalte fort-gesetzt.

Verlag und Autoren danken für die zahlreichen Benutzerhinweise, die zu einer weiteren Verbesse-rung des Buches führten, und nehmen auch künftig konstruktive Vorschläge dankbar entgegen.Diese können auch gerichtet sein an lektorat@europa-lehrmittel.de.

Sommer 2016 Autoren und Verlag

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Formelzeichen dieses Buches . . . . . . . . . . . . . . . 10Indizes und Zeichen für Formelzeichen diesesBuches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Internationale Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . 12Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Bruchrechnen, Vorzeichen, Klammern . . . . . . . . 15Klammerrechnung, Potenzieren . . . . . . . . . . . . . 16Radizieren, Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Zahlensysteme, Dualzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Dualzahlen, Sedezimalzahlen, Binärcodes . . . . . 19Logarithmen, Zehnerpotenzen, Vorsätze,Prozentrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Logarithmisches Maß Dezibel . . . . . . . . . . . . . . . 21Schlussrechnung, Mischungsrechnung . . . . . . . 22Rechtwinkliges Dreieck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Winkelfunktionen, Steigung . . . . . . . . . . . . . . . . 24Längen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Flächen, Volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Volumen, Oberflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Volumen, Oberfläche, Masse . . . . . . . . . . . . . . . . 30Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Kraftmoment, Hebel, Fliehkraft . . . . . . . . . . . . . . 32Rollen, Keile, Winden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Bewegungslehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Geschwindigkeiten an Maschinen . . . . . . . . . . . 35Wärmetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Mechanische Arbeit, mechanische Leistung,Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Ladung, Spannung, Stromstärke, Widerstand . 39Elektrische Leistung, elektrische Arbeit . . . . . . . 40Elektrisches Feld, Kondensator . . . . . . . . . . . . . . 41Magnetisches Feld, Spule . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Strom im Magnetfeld, Induktion . . . . . . . . . . . . . 43Schaltungen von Widerständen . . . . . . . . . . . . . 44Bezugspfeile, Kirchhoff’sche Regeln,Spannungsteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Grundschaltungen Induktivitäten undKapazitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Schalten von Kondensatoren und Spulen . . . . . 47Wechselgrößen, Oberschwingungen . . . . . . . . . 48Messen von Oberschwingungen . . . . . . . . . . . . 49Zeigerdiagramme von Wechselstromgrößen . 50Leistungen bei Sinuswechselstrom, Impuls . . . 51Reihenschaltung von R-L-C . . . . . . . . . . . . . . . . . 52Parallelschaltung von R-L-C . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Berechnungsformeln für Transformatoren . . . . 54Elektrischer Widerstand bei Temperatur-änderung, Wärmewiderstand . . . . . . . . . . . . . . . 55Drehstrom, Blindleistungskompensation . . . . . 56Kompensation mit Filtern . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Leitungsberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Spannungsfall an Leitungen mitBlindwiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Strombelastbarkeit von mehradrigen Leitungenmit Oberschwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Zahnradberechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Übersetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Druck in Flüssigkeiten und Gasen . . . . . . . . . . . . 64Reibung, Auftrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Teil M:Mathematik, Technische Physik

Belastungsfälle, Beanspruchungsarten . . . . . . . 66Zug, Druck, Flächenpressung . . . . . . . . . . . . . . . 67Abscherung, Knickung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Biegung, Torsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69Momente der Festigkeitslehre . . . . . . . . . . . . . . . 70Momente von Profilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71Pneumatikzylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Berechnungen zur Hydraulik und Pneumatik . . 73Berechnungen zur Hydraulik . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Graphische Darstellung von Kennlinien . . . . . . . 76Allgemeines technisches Zeichnen . . . . . . . . . . . 77Arten von Diagrammen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Zeichnerische Darstellung von Körpern . . . . . . . 79Maßeintragung, Schraffur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Maßpfeile, besondere Darstellungen . . . . . . . . . 81Maßeintragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Toleranzen in Zeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 83Gewinde, Schraubenverbindungen,Zentrierbohrungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Getriebedarstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Darstellung von Wälzlagern . . . . . . . . . . . . . . . . . 86Darstellung von Dichtungen und Wälzlagern . . 87Symbole für Schweißen und Löten . . . . . . . . . . 88Weitere mechanische Verbindungen, Federn . . 89Funktionsbezogene Schaltpläne . . . . . . . . . . . . 90Weitere funktionsbezogenen Dokumente . . . . . 91Ortsbezogene und verbindungsbezogeneDokumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92Kennzeichnungen in Schaltplänen . . . . . . . . . . . 93Kennbuchstaben der Objekte (Betriebsmittel) . . 94Kontaktkennzeichnung in Schaltplänen . . . . . . . 95Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96Allgemeine Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97Transformatoren, Spulen, drehende elektrischeMaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98Vergleich von Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . 99Zusatzschaltzeichen, Schalter inEnergieanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101Messinstrumente und Messgeräte,Messkategorien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102Halbleiterbauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103Analoge Informationsverarbeitung, Zähler . . . . 104Binäre Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105Schaltzeichen für Installationsschaltpläne undInstallationspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Schaltzeichen für Übersichtsschaltpläne . . . . . . 108Einphasenwechselstrommotoren und Anlasser 109Drehstrommotoren und Anlasser . . . . . . . . . . . . 110Motoren für Stromrichterspeisungen . . . . . . . . . 111Ablaufsteuerungen GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . . 112Grundformen von Ablaufsteuerungen . . . . . . . . 113Elemente für Ablaufsteuerungen GRAFCET . . . 114Ablauf-Funktionspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116Symbole zur Dokumentation in derComputertechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117Schaltzeichen der Pneumatik und Hydraulik . . 118Pneumatik Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . 120Schaltpläne der Pneumatik und Hydraulik . . . . . 121

Teil K:Technische Kommunikation

Inhaltsverzeichnis

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6 Fließbilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122Beispiele von Fließbildern . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Symbole der Verfahrenstechnik . . . . . . . . . . . . . 124Erstellen einer Dokumentation über Geräteoder Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125Aufbau und Inhalt einer Betriebsanleitung . . . . 126

Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Stoffwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Magnetwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132Bezeichnungssystem für Stähle . . . . . . . . . . . . . 133Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136Stahlprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139Bezeichnungssystem für Gusseisenwerkstoffe . 140Gusseisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Rohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143Al-Profile und -Bleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147Rohre aus Kunststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152Kabel und Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Isolierte Starkstromleitungen . . . . . . . . . . . . . . . 154Starkstromleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155Leitungen zum Anschluss ortsveränderlicherVerbraucher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156Leitungen und Kabel fur Melde- undSignalanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157Leitungen in Datennetzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158Kupferlitzenleiter der Informationstechnik . . . . . 159Strahlenoptik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160Glasfaserleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161Leitungsverlegung im Schaltschrank . . . . . . . . . 162Trennklassen der Kommunikationsverkabelung 163Korrosion und Korrosionsschutz . . . . . . . . . . . . . 164Lote und Flussmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165Druckflüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166Werkstoffprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169Rapid Pototyping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173Montage und Demontage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174Montageplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175Schneidstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176Drehzahlnomogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177Kräfte und Leistungen beim Zerspanen . . . . . . 178Bohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180Reiben und Gewindebohren . . . . . . . . . . . . . . . . 181Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187Spanende Formung der Kunststoffe . . . . . . . . . . 188Lehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189Biegeumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191Schweißnähte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192Druckgasflaschen, Gasverbrauch . . . . . . . . . . . . 193Gasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194Schutzgasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195Lichtbogenschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

Widerstände und Kondensatoren . . . . . . . . . . . . 200

Teil WF:Chemie, Werkstoffe, Fertigung

Teil BM:Bauelemente, Messen, Steuern,Regeln

Farbkennzeichnung von Widerständen undKondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201Bauarten von Widerständen undKondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203Von physikalischen Größen abhängigeHalbleiterbauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204Dioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205Feldeffekttransistoren, IGBTs . . . . . . . . . . . . . . . . 206Bipolare Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207Thyristoren und Triggerdiode . . . . . . . . . . . . . . . 208Fotoelektronische Bauelemente . . . . . . . . . . . . . 209Bauelemente für den Überspannungsschutz . . 210Grundlagen des Operationsverstärkers . . . . . . . 211Schaltungen mit Operationsverstärker . . . . . . . . 212Elektrische Messwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213Schaltungen für Leistungsmessgeräte . . . . . . . . 214Schaltungen zur Widerstandsbestimmung . . . . 215Messbereichserweiterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216Messen mit Multimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217Wattstundenzähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219Kraftmessung und Druckmessung . . . . . . . . . . . 220Bewegungsmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221Wegmessung, Winkelmessung . . . . . . . . . . . . . . 222Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223Näherungsschalter (Sensoren) . . . . . . . . . . . . . . 224Spezielle optische Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . 226Messumformer und Signalumsetzer fürFernwirksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228Messen mit dem Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . 229Messwerterfassung mit dem PC . . . . . . . . . . . . . 230Messkarten für den PC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231Begriffe der Mess- und Prüftechnik . . . . . . . . . . 232Elektromagnetische Schütze . . . . . . . . . . . . . . . . 233Gebrauchskategorien und Antriebe vonSchützen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234Vakuumschütze, Halbleiterschütze . . . . . . . . . . . 235Schützschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236Hilfsstromkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237Schützschaltungen mit Motorschutzschalter . . 238Polumschaltbare Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . 239Steuerungen durch Motorschalter . . . . . . . . . . . 240Ausschaltungen, Serienschaltung,Wechselschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241Stromstoßschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242Lampenschaltungen mit Dimmern . . . . . . . . . . . 243Steuerung mittels Funk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244Elektroinstallation mit Funksteuerung . . . . . . . . 245Ausführung der Installationsschaltungen . . . . . 246Steuerungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247Steuerungs- und Regelungstechnik . . . . . . . . . . 248Graphische Symbole der Steuerungs- undRegelungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249Analoge Regler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250Schaltende Regler, Regelstrecken . . . . . . . . . . . . 251Reglereinstellungen, Reglerauswahl . . . . . . . . . 252Digitale Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253Steuern und Regeln mit PC . . . . . . . . . . . . . . . . . 254Universalregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255Lageregelung bei Arbeitsmaschinen . . . . . . . . . 256Logikmodul Logo! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257Funktionen von Logo! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258Binäre Verknüpfungen der Steuerungs- undRegelungstechnnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS . 261Programmstruktur der SPS S7 . . . . . . . . . . . . . . 263Programmierregeln für SPS . . . . . . . . . . . . . . . . 264Zähler und Zeitglieder in SPS . . . . . . . . . . . . . . . 265SPS-Funktionsbausteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

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7Programmiersprachen Strukturierter Text ST,Ablaufsprache AS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267Anwenden von SPS-Bausteinen in ST . . . . . . . . 268SPS-Programmierung nach DIN 61131-3 . . . . . . 269Phasen der SPS-Programmentwicklung . . . . . . 271Regelung mittels SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

Grenzwerte der Anschlussleistung imöffentlichen Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278Arbeiten in elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . . 279Messungen in elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . 280Alphanumerische Kennzeichnung derAnschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283Schutzarten elektrischer Betriebsmittel . . . . . . . 284Elektronische Steuerung von Verbrauchs-mitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285Stromrichter, Gleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286Benennung von Stromrichterschaltungen . . . . . 287U-Umrichter, Gleichstromsteller . . . . . . . . . . . . . 288U-Umrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289Stromrichter fur Antriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290Transformatoren der Energietechnik . . . . . . . . . 291Transformatoren für Drehstrom . . . . . . . . . . . . . 292Regelung der Netzspannung . . . . . . . . . . . . . . . . 293Betriebsarten und Grenzübertemperaturen . . . . 294Isolierstoffklassen, Bemessungsleistungen . . . . 295Betriebsdaten von Käfigläufermotoren . . . . . . . 296Bauformen von drehenden elektrischenMaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297Leistungsschilder von drehenden elektrischenMaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298Einphasen-Wechselstrommotoren . . . . . . . . . . . 299Drehstrommotoren, Gleichstrommotoren . . . . . 300Drehstrommotoren für Stromrichterspeisung . 301Servomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302Ansteuerung von Servomotoren . . . . . . . . . . . . 303Prüfung elektrischer Maschinen . . . . . . . . . . . . . 304Schrittmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305Kleinstantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308Linearantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309Linearmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311Antriebstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312Effizienz elektrischer Antriebe . . . . . . . . . . . . . . . 313Wahl des Antriebsmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314Motorschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315Anlassen von Kurzschlussläufermotoren . . . . . . 316Netze der Energietechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317Kurzzeichen an elektrischen Betriebsmitteln . . . 318Überlastsschutz und Kurzschlussschutz vonLeitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319Mindest-Leiterquerschnitte, Leitungsschutz-schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320Schmelzsicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321Überstrom-Schutzeinrichtungen für Geräte . . . 322Strombelastbarkeit von flexiblen oderwärmefesten Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323Schutz gegen thermische Wirkung . . . . . . . . . . . 324Verlegearten von Leitungen für feste Verlegung 325Strombelastbarkeit bei 25 °C . . . . . . . . . . . . . . . . 326Strombelastbarkeit bei 30 °C . . . . . . . . . . . . . . . . 327Strombelastbarkeit bei Isolation 90 °C . . . . . . . . 328Umrechnungsfaktoren für die Strombelast-barkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

Teil A:Elektrische Anlagen und Antriebe,mechatronische Systeme

Stromgefährdung, Berührungsarten,Fehlerarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330Weitere Stromgefahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331Schutzmaßnahmen, Schutzklassen . . . . . . . . . . 332Systeme und Fehlerschutz mit Schutzleiter . . . . 333Basisschutz und Fehlerschutz . . . . . . . . . . . . . . . 334Differenzstromschutzschalter RCD . . . . . . . . . . . 335Differenzstromüberwachungsgerät RCM . . . . . . 336Fehlerschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337Weiterer Fehlerschutz in fachlich überwachtenAnlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339Erstprüfung der Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . 340Wiederkehrende Prüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 341Spezielle Niederspannungsanlagen . . . . . . . . . . 342Elektroinstallation in Unterrichtsräumen . . . . . . 343Stromversorgung elektronischer Geräte . . . . . . 344Sicherheits-Stromversorgungsanlagen . . . . . . 345Unterbrechungslose Stromversorgungs-systeme USV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346Akkumulatorenräume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347Energieversorgung von Werkstätten . . . . . . . . . 348Schaltschrank-Klimatisierung . . . . . . . . . . . . . . . 349Instandsetzung, Änderung und Prüfungelektrischer Betriebsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351Elektrische Ausrüstung von Maschinen . . . . . . 352Sicherheits-NOT-AUS-Relais . . . . . . . . . . . . . . . . 354Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen 1 . 355Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen 2 . 356Funktionale Sicherheit nach SIL . . . . . . . . . . . . . 357Safety SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358Mechatronische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359Mechatronisches System mit Steuerrelais . . . . 360Funktionsdiagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361Ablaufsteuerung einer Biegevorrichtung . . . . . 362Ablaufsteuerung einer Vorschubeinheit . . . . . . . 366Ablaufsteuerung eines Rührwerks . . . . . . . . . . . 367Ablaufsteuerung eines Prägewerkzeugs . . . . . . 368Ablaufsteuerung Paket-Hebelanlage . . . . . . . . . 369Druckluftaufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372Zylinder und Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373Druckventile und Wegeventile . . . . . . . . . . . . . . . 374Automatisierte Schraubersysteme . . . . . . . . . . . 375Inbetriebnahme mechatronischer Systeme . . . . 376Fehler bei Inbetriebnahme vonmechatronischen Teilsystemen . . . . . . . . . . . . . . 377Fehlerdiagnose in mechatronischen Systemen 378Fehlerdiagnose der Elektrik vonmechatronischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . 379Diagnose von Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380Instandhaltung mechatronischer Systeme . . . . 381Mittel zur vorausschauenden Instandhaltung . . 382

Binäre Verknüpfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384KV-Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385Code-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386ASCII-Code im Unicode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387Identifikationssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388Flipflops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389Digitale Zähler und Schieberegister . . . . . . . . . . 390DA-Umsetzer und AD-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . 391Komparator, S&H-Schaltung . . . . . . . . . . . . . . . 392Halbleiterspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393Bewegbare Datenspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394Optische Speicher CD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395Optische Speicher DVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396Begriffe der Informationstechnik . . . . . . . . . . . . 397

Teil D:Digitaltechnik, Informationstechnik

45011_s001_074_M 16.02.16 16:16 Seite 7

8 Personalcomputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399Periphere Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400Arten von Computern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401Betriebssysteme Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . 402Arbeiten mit der Computermaus . . . . . . . . . . . . 403Power Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404Arbeiten mit Excel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405Datenbank Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406Gefahren der Computersabotage . . . . . . . . . . . . 407Maßnahmen gegen Computerviren . . . . . . . . . . 408Datensicherung, Kopierschutz . . . . . . . . . . . . . . . 409Industriespionage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410Netze der Informationstechnik . . . . . . . . . . . . . . 411Komponenten für Datennetze . . . . . . . . . . . . . . . 412AS-i-Bussystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414Linien und Bereiche beim KNX . . . . . . . . . . . . . . 415Projektierung und Inbetriebnahme beim KNX . 416KNX mit FSK-Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417Local Control Network LCN . . . . . . . . . . . . . . . . . 418Ethernet-Netzwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419Errichten eines Ethernet-Netzwerkes . . . . . . . . . 420Berührungsbildschirme, Bediengeräte . . . . . . . . 421PROFIBUS, PROFINET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422IO-Link . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423CAN-Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424Sicherheits-Bussysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425Internet und seine Dienste . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426IT-Ausstattung eines Service-Mitarbeiters . . . . . 427Elektronik-Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428Bildzeichen fur numerisch gesteuerteWerkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429Struktur der numerischen Steuerung . . . . . . . . . 430Koordinaten bei CNC-Maschinen . . . . . . . . . . . . 431Programmaufbau bei CNC-Maschinen . . . . . . . 432CNC-Bearbeitungszyklen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435Arbeitsbewegungen bei Senkrecht-Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436Arbeitsbewegungen bei Drehmaschinen . . . . . . 437Handhabungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438Industrieroboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439Arbeitsräume und Koordinaten vonIndustrierobotern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440Arbeitssicherheit bei Robotern . . . . . . . . . . . . . . 441Kennzahlen in der Produktion . . . . . . . . . . . . . . . 442

Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444Gewindearten, Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445Ausländische Gewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446Metrische Gewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447Whitworthgewinde, Rohrgewinde . . . . . . . . . . . 448Schrauben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449Schraubenübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450Sechskantschrauben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451Passschrauben, Senkschrauben . . . . . . . . . . . . . 452Schrauben, Blechschrauben . . . . . . . . . . . . . . . . 453Gewindestifte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454Senkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455Muttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457Sechskantmuttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458Scheiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459Sicherheit von Schraubensicherungen . . . . . . . 461Stifte, Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462Stifte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463Passfedern, Scheibenfedern . . . . . . . . . . . . . . . . 464Federn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465

Teil V:Verbindungstechnik,Umwelttechnik

Übersicht von Wälzlagern . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466Bezeichnung von Wälzlagern . . . . . . . . . . . . . . . 467Montage und Demontage von Wälzlagern . . . . 468Kugellager, Nadellager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469Gleitlager, Nutmuttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470Sicherungsringe, Sicherungsscheiben,Sicherungsbleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471Dichteelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472ISO-System für Grenzmaße und Passungen . . 473Passungen, System Einheitsbohrung . . . . . . . . 475Passungen, System Einheitswelle . . . . . . . . . . . 477Passungsempfehlungen, Passungsauswahl . . . 479Allgemeintoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480Steckverbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481Steckverbinder RJ45 und RJ11 . . . . . . . . . . . . . . 482TAE-Anschlusse, TAE-Anschluss-Stecker . . . . . . 483Schnittstellenkopplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484Schnittstellen USB, Firewire . . . . . . . . . . . . . . . . 485Steckvorrichtungen der Energietechnik . . . . . . . 486Stecker der Energietechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 487Entsorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488Gefährliche Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489Schall und Lärm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490Gefahrensymbole und Gefahren-kennzeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491Gefahrenhinweise H-Sätze . . . . . . . . . . . . . . . . . 492Sicherheitshinweise P-Sätze . . . . . . . . . . . . . . . . 493Umgang mit Elektroschrott . . . . . . . . . . . . . . . . . 495Elektromagnetische Verträglichkeit EMV . . . . . . 496Elektromagnetische Störungen EMI . . . . . . . . . . 497Schutz gegen Überspannungen von außen . . . 498

Erste Hilfe bei Unfällen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500Zeichen und Farben zur Unfallverhütung . . . . . 501Betriebssicherheitsverordnung . . . . . . . . . . . . . . 503Arbeitsvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504Begriffe im Arbeitsrecht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506Bestandteile eines Tarifvertrags . . . . . . . . . . . . . 507Methoden des Qualitätsmanagement . . . . . . . . 508Qualitätsmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509Statistische Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510Statistische Prozesssteuerung SPC . . . . . . . . . . 511Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . 513EU-Maschinenrichtlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514CE-Kennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515Durchführung von Projekten . . . . . . . . . . . . . . . . 516Lastenheft, Pflichtenheft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517Präsentation eines Projektes . . . . . . . . . . . . . . . . 518Präsentation durch Vortrag . . . . . . . . . . . . . . . . . 519Durchführen von Kundenschulung . . . . . . . . . . . 520Kosten und Kennzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521Kalkulation der Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522Betriebsabrechnungsbogen BAB . . . . . . . . . . . . 523Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524Wichtige Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525Wichtige Teile des VDE Vorschriftenwerkes . . . . 528Teile der VDE 0100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529Kurzformen von Fachbegriffen . . . . . . . . . . . . . . 531Fachliches Englisch (Englisch–Deutsch) . . . . . . 537Sachwortverzeichnis (Deutsch–Englisch) . . . . . 544Unterstützende Firmen und Dienststellen . . . . . 564Bildquellenverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 568

Teil B:Betrieb und sein Umfeld, Anhang

45011_s001_074_M 16.02.16 16:16 Seite 8

M

49Messen von Oberschwingungen Measurement of Harmonic Distortions

Vorgang, Aufgabe Erklärung, Lösung Bilder, Formeln

Zum Messen der Oberschwingun-gen verwendet man Netzanalyse-geräte, z. B. beim Einphasennetzeinen speziellen Zangenstrom-wandler (Bild). Dieser hat ein Dis-play zur Darstellung von Strom-und Spannungsverlauf wie beieinem Oszilloskop. Außerdemkönnen die Oberschwingungengrafisch als Histogramm angezeigtwerden (Bild unten).www.fluke.de/fluke345

Aus dem Oszillogramm von U undI kann der Anwender erkennen, obOberschwingungen vorliegen. Die-se können getrennt nach ihren Ord-nungszahlen als Effektivwertegemessen werden, z. B. die Grund-schwingung und die 3. Teilschwin-gung. Auch der gesamte Effektiv-wert (THD-Wert von Total Harmo-nic Distortion) ist messbar und istzusammen mit den einzelnenEffektivwerten als Histogrammanzeigbar.

Netzqualitätsmesszange

Beispiel 1: In einer Einphasenanla-ge wurden gemessen U1 = 230 V,U3 = 120 V, U5 = 50 V, U7 = 8 V.Wie groß ist der THD-Wert?Die Angabe erfolgt meist in %.Hier also nach Lösung0,3207 = 32,07 %Der Anteil der Oberschwingungenbeträgt 32,07 %

Lösung:

THD =U32 + U52 + U72––––––––––––––

U12

=(120 V)2 + (50 V)2 + (8 V)2–––––––––––––––––––––––

(230 V)2

=14400 + 2500 + 64–––––––––––––––––

52900= 0,3207

THD-Wert der Spannung

Ux mit x = 1, 3, 5, 7 Spannung derOrdnungszahl x

In entsprechender Weise mit I ist derTHD-Wert des Stromes zu ermitteln.

THD =U32 + U52 + U72 + … + Un2––––––––––––––––––––––––

U121

Für die Energietechnik ist der THD-Wert der Spannung als THDV-Wertfestgelegt.Beispiel 2: Der Effektivwert einerSpannung beträgt 232 V, der Effek-tivwert der Grundschwingung ist230 V. Wie groß ist der THDV-Wert?Die Angabe erfolgt meist in %.Hier also nach LösungTHDV = 0,132 = 13,2 %

Lösung:

THDV =13333V2 − V12–––––––––

V1

=1333333332(232 V)2 − (230 V)2––––––––––––––––––

230 V

=1333333353824 − 52900––––––––––––––––

230= 0,132

THDV-Wert der Spannung in derEnergietechnik

V Spannung mit Oberschwingun-gen

V1 GrundschwingungV von Voltage

THDV =13333V2 − V12–––––––––

V12

Histogramm zu Beispiel 1

1 3 5 7

230 V

120 V

50 V

8 V

n

VUn

300

200

100

Bei Erzeugungsanlagen, z. B. PV-Anlagen, Biogasanlagen oderWindrädern, dürfen die Ober-schwingungsströme Grenzen nachTabelle 1 nicht überschreiten, dasonst die Oberschwingungsspan-nungen im Netz zu groß würden.Wenn durch Messungen festge-stellt wird, dass zulässige Grenzenüberschritten werden, muss derAnteil an Oberschwingungen redu-ziert werden, z. B. durch Kompen-sation (Seite 57).

Tabelle 1: Zulässige Oberschwin-gungsströme bei Erzeugungsanla-gen vgl. VDE-AR-N 4105

v Iv in mA je kVA der Anlage

3 3

5 1,5

7 1

9 0,7

11 0,5

v (griech. Nü) Ordnungszahl

45011_s001_074_M 16.02.16 16:17 Seite 49

M

60 Spannungsfall an Leitung mit Blindwiderstand (2)Voltage Drop with Wire Inductance (2)

Begriffe Erklärungen Formeln, Ersatzschaltung

Induktivitätsbelag und Spannungsfall

Widerstands-belag

Induktivitäts-belag

Blindwider-standsbelag

Der Belag ist jeweils die Größe von einerLängeneinheit, z. B. von 1 m oder 1 km, z. B.O/m oder mH/m. Als Formelzeichen für denBelag verwendet man das Formelzeichenfür die Größe mit einem ', z. B. R'oder L'.Formeln für den Induktivitätsbelag findetman in Formelsammlungen. Für 50-Hz-Paralleldrahtleitungen gelten Formel 1 undFormel 2. Diese Leitung kann für die einpha-sige Freileitung von AC-Lasten eingesetztwerden.

L' = L / Œ XL' = XL / Œ

für Œ Á a Á d

XL' = 2 p f · L' 2

L' =q0––p · ln

2a––d

1

Beispiel-rechnung

Induktivitäts-belag

Folgerung

Zweiadrige Freileitung Al/St 25/4, Länge100 m, 25 mm² Al, d = 6,8 mm, a = 800 mm,g = 32 m/(Ω mm²), I = 50 A, 50 Hz, q0 =1,257 mH/m, cosj = 0,8, sinj = 0,6.

L' =q0––p · ln

2a––dmH/m = 2,18 mH/m

XL' = 2 p f · L'= 314/s · 2,18 mH/m = 0,686 mO/m

Bei Freileitungen sind a , Œ und I größer alsbei Installationsleitungen, sodass die induk-tiven Einflüsse zu beachten sind.

Spannungsfall nach Formel 2, vorhergehendeSeite:

DUR = = 10 V

Zusätzlicher Spannungsfall nach Formel 3,vorhergehende Seite:DUL = 2 · XL · I · sinj

= 2 · 68 mO · 50 A · 0,6 = 4 V

DU = DUR + DUL = 10 V + 4 V = 14 V

2 · 50 A · 100 m · 0,832 m/(Omm²) · 25 mm²

Spannungsfall an Drehstromleitungen

Dreiphasen-wechselstrom

Spannungs-fall an Induk-tivität L inAnlagen

GesamterSpannungsfall

Bei Drehstromleitungen gelten ähnlicheFormeln wie bei einphasigen AC-Leitungen,weil Drehstrom (Dreiphasenwechselstrom)drei Einphasenströme enthält. Jedoch ent-fällt der nutzbare Strom im Neutralleiter,sodass hier der Faktor 2 der Formel 1, vor-hergehenden Seite, entfällt. Ohne Faktorwürde man für die Drehstromleitung denSpannungsfall bis zum Sternpunkt erhalten.Den Spannungsfall misst man aber zwi-schen zwei Außenleitern. Dadurch beträgter das 123-Fache. Deshalb entsteht bei Dreh-strom an Stelle des Faktors 2 ein Faktor 123 inden Formeln.

XL = XL' · Œ DU = DUR + DUL

DU = 123 · Œ · I · ±cosj–––––g · A + XL' · sinj≤5

DUL = 123 · XL · I · sinj 4

DUR =123 · Œ · I · cosj–––––––––––––

g · A3

A Leiterquerschnitta Leiterabstand voneinanderd Leiterdurchmesserf FrequenzL InduktivitätL' InduktivitätsbelagŒ Leiterlängeln natürlicher LogarithmusI StromstärkeXL induktiver Widerstand

XL' induktiver WiderstandsbelagDU SpannungsfallDUR Spannungsfall an RDUL Spannungsfall an Lcosj Wirkfaktorsinj Blindfaktorg Leitfähigkeit (Gamma)w Kreisfrequenz (Omega)q0 magnetische Feldkonstate (My, 1,257 mH/m)p (Pi) 3,1415...

45011_s001_074_M 16.02.16 16:18 Seite 60

M

61Strombelastbarkeit von mehradrigen Leitungen mit Oberschwingungen OSAmpacity of multcore Wires with Harmonics vgl. DIN VDE 0298-4

Bild, Tabelle, Erklärung Bemerkungen Ergänzungen, Formeln

Anlage mit Oberschwingungen

M

LED

3 Betriebsmittel mit Oberschwingun-gen OS sind meist über mehradrigeLeitungen angeschlossen, undzwar einphasige Geräte über drei-adrige Leitungen (L, N und PE) undDrehstromgeräte über vier- undfünfadrige Leitungen (L1, L2, L3, Nund PE).

Bei mehradrigen Leitungen habenalle Leiter der Leitung denselbenQuerschnitt A (mögliche Quer-schnitte der Leitungen siehe Seite327). Den Leiterquerschnitt ent-nimmt man auf dieser Seite nachder Nennstrombelastbarkeit Ir derLeitung (Tabellenwert).

Tabelle 1: Reduzierte Strombelast-barkeiten ¬Z

Durch die genannten Umstände istdie wirkliche Strombelastbarkeit IZder Leitung kleiner als die in derTabelle der Seite 327 genannteNennstrombelastbarkeit Ir. Manerhält IZ, wenn man Ir mit demUmrechnungsfaktor (Reduktions-faktor) f des Anlasses, z. B. von Sei-te 329, multipliziert (Formel 1).Meist ist die Strombelastbarkeitbekannt und der erforderlicheBemessungsstrom Ir zum Aufsu-chen des Querschnitts von Seite327 gesucht (Formel 2).

Strombelastbarkeit

Bemesungsstrom

Die Faktoren der Norm gelten fürOS der Ordnungszahl 3. Für dieseist im Neutralleiter der Strom I3 sogroß wie die Summe der OS in den3 Außenleitern

IZ = f · Ir 1

Ir =IZ––f

2

Grund Seite

höhere Umgebungs-temperatur

329

Häufung von Leitungen 329

Leiterstrom mit Ober-schwingungen OS

hier

Leiterquerschnitt und Bemes-sungsstrom gelten bei Mehrader-leitungen für alle Adern (alle Lei-ter).

Ermittlung des Umrechnungsfaktors (Reduktionsfaktors) wegen Oberschwingungen

I3' =

Bei I3' bis 33% f aus Tabelle 2 für ILentnehmen, für I3' > 33% f für INLentnehmen.

I3IL

Tabelle 2: Umrechnungsfaktoren

Oberschwingungs-anteil I3'

Reduktionsfaktoren f für den Strom

Außenleiterstrom IL Neutralleiterstrom INL

‰ 15% 1,0 –

˜ 15% bis 33% 0,86 –

˜ 33% bis 45% – 0,86

˜ 45% – 1,0

Berechnung der Leiterquerschnitte¬N bei ¬3' ‰ 33% für 4- und 5adrigeLeitungenHier haben alle Leiter den Quer-schnitt der Außenleiter

1. Ermittlung von IL,2. f aus Tabelle 2 entnehmen,3. Ir berechnen (Formel 2)4. Querschnitt aus Seiten 327, 328

entnehmenBei OS-Anteil ‰ 15% bleibt dieStrombelastbarkeit der Leitungunverändert.

IZ = f · IL 3

Berechnung der Leiterquerschnitte¬NL bei ¬3' ˜ 33% für 4- und 5adrigeLeitungenHier haben alle Leiter den Quer-schnitt des Neutralleiters

1. Ermittlung von IL,2. f aus Tabelle 2 entnehmen,3. INL berechnen (Formel 4)4. Ir berechnen (Formel 5)5. Querschnitt aus Seite 327 bzw.

328 entnehmen

INL = 3 · IL · I3' 4

Ir =INL–––f

5

A Leiterquerschnittf Umrechnungsfaktor bzw.

Produkt der FaktorenIL Außenleiterstrom, LaststromINL NeutralleiterstromIr Bemessungsstrom, Tabellen-

wert

IZ StrombelastbarkeitI3 OS-Strom mit v = 3I3' Oberschwingungsanteil

OS Oberschwingungenv (Nüh) Ordnungszahl der OS

Bei unsymmetrischer Belastungder Außenleiter oder bei Auftretenvon OS mit weiteren Ordnungszah-len müssen die Umrechnungsfak-toren f verkleinert werden.

45011_s001_074_M 16.02.16 16:18 Seite 61

171

WF

Fertigungsverfahren 3 Production Processes 3

Schweißverfahren (siehe auch Seite 191)

Verfahren Komponenten Arten Bemerkungen

1

2

3

4

5

6

1 Stabelektrode2 Umhüllung: Rutil

oder basisch3 Kernstab4 Schlacke und Gas5 Lichtbogen6 Aufschmelzzone

Schweißelektroden:Rutilelektrodenwerden am negativenPol der Gleichstrom-quelle verschweißt,basische Elektrodenam Pluspol.

Für fast alle Metalle geeignet, auch unterWasser anwendbar. Die Schweiß-elektrode ist Lichtbogenträger undZusatzmaterial. Der legierte oder unle-gierte Kerndraht bildet die Schweißnaht,die Umhüllung schützt das Schmelzbadvor Luftsauerstoff und stabilisiert denLichtbogen. Ihre Schlacke schützt undformt die Schweißnaht.Elektrodenschweißen

1

2

3

4

5

6

1 Wolframelektrode2 Schutzgas3 Stromquelle4 Schmelzbad5 Lichtbogen6 Schweißzusatz

Wolfram-lnert-Gas-Schweißen WIGWechselstrom-schweißen für Leicht-metalle, Gleichstrom-schweißen für legierteStähle und NE-Metalle

Eingesetzt bei hohen Qualitätsanforde-rungen an die Schweißnahtgüte, ohneSpritzer und Schlacken, ebene Naht.Anwendungsbereich: Jeder schmelz-schweißgeeignete Werkstoff. MinimalerSchweißverzug, geringere Gesundheits-belastung durch Schweißrauche.

WIG-Schweißen

12

3

4

5

6

7

1 Schutzgasdüse2 Stromdüse3 Elektrode4 Schutzgas5 Lichtbogen6 Aufschmelzzone7 Grundwerkstoff

Metall-lnert-Gas-Schweißen MIG

Metall-Aktiv-Gas-Schweißen MAG

Optimal für schnelle, gut haftendeSchweißnähte ohne besondere optischeAnforderungen. Das MAG-Verfahren eig-net sich gut für unlegierten-, niedrig- undhochlegierten Stahl, Blechdicken ab0,6 mm. Das MIG-Verfahren wird fürAluminium- und Kupferwerkstoffe einge-setzt.MIG/MAG-Schweißen

1

2

3

4

1 Plasmawolke2 Schmelze3 Dampfkanal

(keyhole)4 Schweißtiefe

Linkes Bild:Auftragsschweißen bisetwa 2 mm.

Rechtes Bild:Tiefschweißen, beiStahl bis etwa 25 mm.

Ein fokussierter Laserstrahl wird über dieNaht der zu verbindenden Teile geführt.Durch die hohe Temperatur schmelzenbeide Werkstücke lokal zusammen. ImSchmelzbad bildet sich eine Dampfkapil-lare (keyhole) aus, die ein tieferes Ein-dringen des Laserstrahles ermöglicht.Nach dem Erstarren entsteht eine gutemetallurgische Verbindung.Laserschweißen

Sonderverfahren

1

23

4567

1 Reinwasser2 Reinwasserdüse3 Abrasivmittel4 Abrasivdüse5 Fokussierrohr6 Schneidstrahl7 Werkstück

● Reinwasserschnei-den für weiche Werk-stoffe.

● Abrasivschneiden(siehe Bild)für harte Werkstoffe.Abrasivmittel:Korund, Granat.

(abrasiv = abschabend)

Strahlmedien: Druckluft oder Wasser,Wasserstrahldruck bis 6000 bar, Austritts-geschwindigkeit bis 1000 m/s, Genauig-keit: bis 0,005 mm/m. Schalldruck beimWasseraustritt bis 130 dB(A), Reduzie-rung der Schallemission durch Schnei-den unter Wasser. Kanten sind gratfreiohne Gefügebeeinträchtigung. Für fastalle Materialien geeignet. KomplizierteFormen möglich.Wasserstrahlschneiden

● Bearbeitungs-elektrode† 0,02 mm bis† 0,33 mm

● flüssiges Dielek-trikum (entioni-siertes Wasser)

● Drahterodieren

● Senkerodieren

● Bohrerodieren.

Drahterodieren (engl. wirecutting): Tem-peratur am Entladungskanal 1000 °C bis5000 °C, der Schnitt erfolgt in einem Die-lektrikum. Eine permanente Spülung ent-fernt den Erodierabfall aus dem Schnitt-spalt. Anwendung: Werkzeugbau, Minia-turbauelemente.Drahterodieren

HF

+ 54

67

8123

1 Elektrode2 Plasmagas3 Schneiddüse4 Pilot-Lichtbogen5 Plasmastrahl6 Schnittfuge7 Werkstück8 Wasserkühlung

6°

Ein elektrischer Lichtbogen brennt zwi-schen einer nicht abschmelzenden Elekt-rode und dem Werkstück. Die durch eineDüse geführte Druckluft schnürt denLichtbogen zusätzlich ein. Dadurch wer-den Energiedichte, Intensität und Stabi-lität erhöht. Es entsteht ein ionisiertesGas (Plasma) mit hohem Energiegehalt.Plasmaschneiden Plasmalichtbogenform

45011_s127_198_WF 18.02.16 09:46 Seite 171

173

WF

Rapid Prototyping (schneller Proto-typenbau) ist ein Verfahren zurschnellen Herstellung von Muster-bauteilen, ausgehend von Kon-struktionsdaten. RP-Verfahren sindsomit Fertigungsverfahren, die dasZiel haben, aus vorhandenen CAD-Daten ohne manuelle Umwegeoder Formen direkt und schnellWerkstücke zu erzeugen. Dabeierfolgt die Werkstückherstellungdurch Aneinanderfügen sehr vielerdünner Schichten (Slicen) odersehr vieler kleiner Volumenele-mente, z.B. aus Kunststoff.Rapid Prototyping ist ein additivesFertigungsverfahren.

Konstruktion mit CAD

RP-Anlage Werkstück als 3D-Druck

Erzeugen des STL-Formats Slice-Vorgang

Prinzip der Rapid-Prototyping-Verfahren

Beschreibung

Als Ausgangsmaterial beimLOM werden Papier oderpapierähnliche Folien aufRollen verwendet. Das End-lospapier wird über Rollenüber die Trägerplattformgeführt und mit der darun-terliegenden Schicht ver-klebt. Eine beheizte Rolleaktiviert die Binderschicht.Ein CO2-Laser schneidet dieWerkstückinnenkontur undWerkstückaußenkonturaus.

Vorteile:● für große massive Bauteile geeignet.Nachteile:● Hohlräume nur begrenzt herstellbar,● langer Produktionsprozess.Schichtdicke ~0,2 mmLasergeschwindigkeit ~ 0,5 m/sWerkstückgenauigkeit ~ 0,2 mmAnwendungen:● große, massive Geometrie- und Funk-

tionsmodelle fertigen,● Modelle, die große Sprünge in den

Wandstärken aufweisen.

Ein Laserstrahl bewegt sichbeim STL mit Hilfe nume-risch schwenkbarer Spiegelüber eine Wanne, die mitflüssigem Kunststoff gefülltist. Durch den Energieein-trag wandelt sich der flüssi-ge Kunststoff (Monomer) inein festes Polymer um. Indem Maße wie das Werk-stück wächst, wird die Platt-form abgesenkt und neuesMonomer zugeführt.

Vorteile:● restlicher Kunststoff muss nur ab-

fließen,● einfache Herstellung von Hohlräumen.Nachteile:● schlechte Werkstoffkennwerte.Schichtdicke ~ 0,01 mmLasergeschwindigkeit ~ 5 m/sWerkstückgenauigkeit ~ 0,02 mmAnwendungen:● Konzept-, Geometrie-, Anschauungs-,

Funktionsmodelle im Maschinenbau,im Automobilbau und in der Medizin

● Architekturmodelle.

Beim FDM wird ein draht-förmiges Material in einerbeheizten Düse verflüssigtund Schichtweise aufgetra-gen. Der Düsenkopf wirddabei wie bei einem Plotterin der horizontalen Ebenebewegt. Nachdem eineLage fertiggestellt ist, wirddas Bauteil um die Schicht-höhe abgesenkt und dienächste Lage aufgebracht.Es sind Wachs und Thermo-plaste verarbeitbar.

Vorteile:● relativ einfache Technik,● kein Laser notwendig,● kein Materialverlust.Nachteile:● dünne Wandstärken nicht

darstellbar,● nur für kleinere Teile geeignet.Schichtdicke ~ 0,1 mmGeschwindigkeit ~ 0,25 m/sAnwendungen:● dickwandige, voluminöse Bauteile mit

geringeren Ansprüchen an die Ober-fläche und

● Funktionsprototypen fertigen.

Laminated ObjektManufacturing LOM

Stereo-Lithography STL

Fused Deposition Modelling FDM

Vorteile/NachteileVerfahren

Wichtige Verfahren des Rapid Prototyping

Spiegel

Rest-rolle

Träger-plattform

Materialrolle

Laser

Modell

nicht be-nötigtesMaterial

x

z

y

Spiegel

Badober-fläche

Laser

HarzbadTrägerplatte

Modell

z

xy

Bauplatt-form

Plattform-bewegung

z

Rolle mit drahtförmigem Material

Prozess-kammer

absenkbareTrägerplattform

beheizbareDüse

xy

Rapid Prototyping RP

45011_s127_198_WF 18.02.16 09:46 Seite 173

ANSIAmericanNationalStandardsInstitute

L N P R S T V

KJH

95°

95° 117° 30'

107° 30'

72° 30'63° 75°

75°

93°

45° 60°

A

90° 45°

G

90°

FD

90°

B

75°

Wendeschneidplatten vgl. DIN ISO 6987

Bezeichnungsbeispiel C N M W 12 04 10 T N P10

Bezeichnung Spalte 1, Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

184

WF

Drehwerkzeuge Turning Tools

Die Produktivität wird maßgeblich von der Auswahl derBearbeitungsmethode, der Werkzeugauswahl und denSchnittdaten beeinflusst.Als Drehwerkzeuge kommen heute fast ausschließlichKlemmhalter mit Wendeschneidplatten zum Einsatz.Von diesen sind etwa 80% beschichtet.Bilder: Sandvik Coromant AB

1 PlattenformA

85°B

82°C

80°

D

55°

E

75°

H K

55°

L

M

86°

O P R S T V

35°

W

80°

2 Freiwinkel A = 3° B = 5° C = 7° D = 15° E = 20° F = 25° G = 30° N = 0° P = 11°

3 Toleranzen Nicht anwenderrelevant

4 Befestigung,Spanfläche

A B

b 70° bis 90°

b 40° bis 60°b 40° bis 60°

b 40° bis 60°b 40° bis 60°

b 70° bis 90°b 70° bis 90°

b 70° bis 90°

C F G H J

M N Q R T U W

5 Plattengröße Hauptschneidenlänge Œ in mm (bei ungleichseitigen die längste Seite), bei runden PlattenDurchmesser d in mm, unter 10 mm wird eine Null vorangestellt.

6 Plattendicke Schneidenplattendicke s in mm, unter 10 mm wird eine Null vorangestellt.

7 Schneide Eckenradius rε in mm (0,1 × Ziffer der 7. Stelle). 00 = scharfe Ecke, M0 runde Platte (metrisch).

8 Schneid-kante

gerundet (ANSI) gerundet (EN) scharf gefastdoppelt gefast gerundet und gefast

A E F K S T

9 Richtung L linksschneidend R rechtsschneidend N links- und rechtsschneidend

Vierkantschaft Klemmhalterbezeichnung vgl. DIN 4983

Bezeichnungsbeispiel C T G A R 20 20 K 16

Bezeichnung (unten, z.T. oben) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

123

BefestigungsartWendeschneidplattenformHalterform, Eintrittswinkel

456

Freiwinkel an der PlatteKlemmhalterausführungSchneideneckenhöhe

789

Klammhalter SchaftbreiteKlemmhalterlängeWendeschneidplattengröße

45011_s127_198_WF 18.02.16 09:47 Seite 184

189

WF

Lehren Working Gauges

Beim Prüfen mit Lehren wird festgestellt, ob Istmaß oder Istform eines Werkstückes vom Sollmaß oder derSollform abweicht. Bilder: www.hahn-kolb.de

Ansichten Ausführungen Bemerkungen

Grenzlehren

Grenzlehrdorn

Lehrdorne:GrenzlehrdorneGutlehrdorneAusschusslehrdorne

Die Gutseite soll durch leichtes Drehen in dieBohrung gleiten, die Ausschussseite (roterRing) darf nur „anschnäbeln“. Toleranzfeld,Nennmaß und Abmaße stehen auf dem Leh-rengriff.

Gewinde-Grenzlehrdorn

Gewinde-GrenzlehrdornGewinde-GutlehrdornGewinde-Ausschusslehrdorn

Die Gutseite muss sich leicht einschraubenlassen, die Ausschussseite höchstens zweiGewindegänge tief. Sie hat nur drei Gewin-degänge und trägt einen roten Ring.

Grenzrachenlehre

Rachenlehren:GrenzrachenlehrenGutrachenlehrenAusschussrachenlehrenEinstellbare RachenlehrenGewinde-Grenzrollenrachen-lehren

Rachenlehren sollen durch ihr Eigengewichtmit der Gutseite über das Prüfteil gleiten. DieAusschussseite darf nur „einschnäbeln“. Sieist kürzer als die Gutseite, oftmals abge-schrägt und mit einer roten Markierung ver-sehen. Auf den Prüfbacken stehen oberesbzw. unteres Abmaß, Toleranzfeld undNennmaß auf der Beschriftungsfläche.

Einstellring

Lehr- und Einstellringe:GutlehrringAusschusslehrringEinstellring

Beim Gutlehrring stehen auf einer Seite:Toleranzfeld, Nennmaß und oberes Abmaß.Beim Ausschusslehrring Toleranzfeld, Nenn-maß und unteres Abmaß.Einstellringe dienen zum Einstellen anzei-gender Messgeräte.

Gewinde-Grenzlehrring

Gewinde-Lehrringe:Gewinde-GutlehrringGewinde-AusschusslehrringGewinde-Grenzlehrring

Geprüft wird die Gängigkeit des Gewindes,nicht das Profil. Die Prüfung der Paarungs-fähigkeit des Bolzengewindes mit dem Mut-tergewinde ist mit Gewindelehrringengenauer als mit Grenzrollenrachenlehren.Ausschusslehrring dünner mit rotem Ringoder Punkt.

Formlehren, Maßlehren

Kegellehrhülse

Formlehren verkörpern eineForm:RadienlehrenKegellehrdorne, -hülsenWinkellehrenSchleiflehrenHaarlineale, -winkelSchmiegen

Mit Radien-, Winkellehren, Haarwinkel, -lineal,Schmiegen wird auf Lichtspalt geprüft.Bei Kegelprüfungen müssen sich die Man-telflächen überall berühren. Prüfung: Krei-destrich axial auf den Kegel geben, Hülse aufdem Kegel drehen. Der Strich muss gleich-mäßig verwischt sein. An Stellen wo dasnicht der Fall ist, trägt der Kegel nicht.

Parallelendmaße

Maßlehren verkörpern einMaß:ParallelendmaßeMessstifteFühlerlehrenBlechdickenlehrenInnenlehrenAußenlehren

Anwendung der Parallelendmaße:c Vor Handwärme und -schweiß schützen.c Mit dem kleinsten Endmaß beginnen,

vorsichtig aufschieben.c Nicht unnötig lange aufgeschoben las-

sen (Kaltverschweißung).c Nach Gebrauch reinigen und einfetten.

45011_s127_198_WF 18.02.16 09:47 Seite 189

204

BM

Namen,Symbole

Erklärung Kennlinien Aufbau, Bemerkungen,Anwendung

Heißleiter-widerstand,

NTC-Widerstand(NTC vonNegativeTemperatureCoefficient)

Die Eigenleitung des Halbleiter-materials nimmt mit der Tempe-ratur zu, sodass der Widerstandabnimmt.Temperaturkoeffizient je nachHalbleitermaterial–0,02/K bis –0,06/K.Bemessungswiderstände bei20 °C etwa 4O bis 470O.

150

c

R

102

106

103

104

Q

R20

20 }C

}C500-50

105

WerkstoffeHalbleitermaterial sind ver-schiedene Metalloxide, die zuScheibchen oder Perlen durchBrennen keramisch verbundensind.AnwendungsbeispieleFremderwärmt als Temperatur-sensor, eigenerwärmt zur Be-grenzung des Einschaltstro-mes.

ª

Kaltleiter-widerstand,

PTC-Widerstand(PTC vonPositiveTemperatureCoefficient)

Die Eigenleitung nimmt mit derTemperatur bis etwa 40 °C zu,danach aber infolge Kristallum-wandlung stark ab, sodass derWiderstand stark zunimmt.Temperaturkoeffizient je nachHalbleitermaterial0,07/K bis –0,6/K.Bemessungswiderstände bei20 °C etwa 4O bis 1,2 kO.RN BemessungswiderstandRE Endwiderstand

80

c

R

100

104

101

102

QRE

}C200 40

cE

RNcN

103

WerkstoffeHalbleitermaterial sind Barium-titanat mit Metalloxiden oderSalzen, die zu Scheibchen oderPerlen durch Brennen kera-misch verbunden sind.AnwendungsbeispieleÜbertemperaturschutz, Strom-regelung, selbstregelnde Heiz-körper.

ª

Temperaturabhängige Halbleiterwiderstände

Varistor(von VariableResistor)

VDR-Widerstand(von VoltageDependentResistor)

Der Widerstand fällt ab derBemessungsspannung ab, weildann zwischen den Teilchen desMaterials die Isolierung ein-bricht.BemessungsspannungenSiC-VDR 8 V bis 300 V,ZnO-VDR 60 V bis 600 V.MaximalströmeSiC-VDR 1 A bis 10 A,ZnO-VDR bis 4500 A.

200

R

100

108

102

104

2010 50

106

100 V

U

Q

TiO2

SiC

ZnO

Zink-oxid

Titandioxid

Siliciumcarbid

U

Ü

AnwendungÜberspannungsschutz.U

Magnetfeld-abhängigerWiderstand,

Feldplatte

Hallgenerator

Hallsonde

Mit zunehmender Flussdichtedes Magnetfeldes wird derStrom so abgelenkt, dass er einelängere Strecke durch dasschlecht leitende InSb (Indium-antimonid) fließen muss. Da-durch steigt der Widerstand mitder magnetischen Flussdichte an.R0 Widerstand ohne FeldRB Widerstand mit Feld

Der Strom wird abgelenkt, wenner quer durch ein Magnetfeldgeführt wird. Bei einem N-leiten-den Halbleiterplättchen werdendann die Elektronen in die Ablen-kungsrichtung bewegt, sodasseine Spannung (Hallspannungnach Physiker Hall) zwischenden beiden Seiten entsteht.

1,8

B

0-0,6 0,6 T0

5

10

15

20

RB

R0

-1,8

B

0,60,40,2 T0

4 Q7 Q

0,6

0,2UH

Ü

V

A

RL

0

NiSb-Nadeln

InSb

¡

AnwendungMessung von Magnetfeldern,Erfassung von Magnetfeldern.

UHs

B¡

N-Halbleiter

AnwendungErfassung von Magnetfeldern,z.B. in RCDs Typ B.

B

R20 Kaltwiderstand bei 20 °C

Spannungsabhängige Widerstände

Magnetfeldabhängige Bauelemente

*¡

UH

Von physikalischen Größen abhängige Halbleiter-BauelementeSemiconductor Components dependent on physical Quantities

45011_s199_276_BM 16.02.16 16:33 Seite 204

PIR

219

BM

Wort-erklärung

von lat. sentire = fühlen, sensus = Gefühl Sensor = fühlendes Bauteil, Messfühler, Mess-aufnehmer, Detektor

Prinzip von Sensoren

Messwert-

aufnahmeFilterung

z. B. • binär,

• digital,

• analog, z. B.

0 V - 10 V,

0 mA - 20 mA,

4 mA - 20 mA.

Sensor

EVA-Prinzip(Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe)

Ausgang

elektrische

Größe

• Temperatur,

• Druck,

• Feuchtigkeit,

• Drehzahl,

• . . .

Eingang

physikalische

Größe

Sensorelement Signalverarbeitung

Mess-

wertum-

formung

Signal-

vorver-

arbeitung

Signal-

verarbei-

tung

Bereich Erklärung Bemerkungen, Beispiel

Sensortyp induktiv kapazitv Ultraschall Optoelektr. Infrarot (IR) magnetisch mechanisch

Messtechnik Der Sensor setzt eine zu messende physikalischeGröße in eine elektrische Größe um und stellt die-se als elektrisches Signal zur Verfügung.

Temperaturmessung mit Thermoelement(direkte Berührung an der Messstelle) oder mitFernthermometer (Pyrometer, Messung derInfrarotstrahlung).

konventio-nelleSteuerungs-technik

Der Senor setzt eine zu messende Größe, z.B. denAbstand zu einem Werkstück, in ein elektrischesSignal um und sendet dieses direkt an einenAktor, z.B. ein Relais.

Erfassung eines Abstandes induktiv, kapazitiv,durch Ultraschall, durch Infrarot. Optoelekt-ronisch (Seite 225, 226).

Bustechnik Wie bei der Messtechnik und der Steuerungs-technik. Zusätzlich erzeugt die Betätigung durchden Benutzer die Eingangsgröße.

Die Befehlsschalter (Taster) des Bussystemsgeben die Befehle an die Aktoren weiter undwerden ebenfalls als Sensoren bezeichnet.

computer-gestützteSteuerungs-technik

Die Sensoren setzen die Messgrößen in elektri-sche Signale um und stellen diese digital demComputer zur Verfügung. Dieser veranlasst dieSteuermaßnahmen.

Als Computer kommen je nach Umfang derAnlage und der Aufaben PC, Einbau-Computer(embedded PC), SPS oder Universalregler zumEinsatz.

Schalt-zeichen

Ermittlungder Laufzeitvon Ultra-schallim-pulsen biszum Mess-objekt undzurück.

Reflexioneines Licht-strahls vonder Sensor-stelle zumMessobjektund zurückzur Mess-stelle.

Aktiv: Wiebei Optoel.aber mit IR.

Passiv PIR:IR von be-wegtenWärme-strahlern.

Dauermag-net, derdem Schalt-aktor genä-hert undvon diesemerkanntwird.

direkte Be-tätigungüber Stößel,Rollen, He-bel undSchwim-mer.

Schaltungdurch

Einfluss auf elektromag-netisches Wechselfelddes Sensors. Induktivdurch Metalle. Kapazitivdurch Metalle oderNichtmetalle sowie vonFlüssigkeiten.

bis etwa15 m

bis etwa6 m

bis etwa12 m

bis etwa70 mm

BerührungObjekt-distanz

bis etwa70 mm

bis etwa70 mm

Verschiedene Bedeutungen des Begriffs Sensor

Sensoren der konventionellen Steuerungstechnik

Sensoren Sensors

45011_s199_276_BM 16.02.16 16:33 Seite 219

257

BM

257

Merkmal Übersicht Bemerkungen, Anwendung

Produkt-familie

4 Modulare Familie von SPS-Kleinsteuerungen,4 maximal 20 binäre und 8 analoge Eingänge, 16 bin.

und 2 analoge Ausgänge, Bus-Schnittstellen,4 Schutzart IP20,4 Betrieb mit 12/24V=, 24V=, 24V~ oder 230 V~,4 Anwendung z.B. zum Steuern von Förderbändern,

Rolladen, Rührwerken, Beleuchtungsanlagen.

Grund-Module„Basic“

4 8 binäre Eingänge I, 4 binäre Ausgänge Q, mit undohne Display, Tasten,

4 bei DC-Typen 2 Eingänge I, auch analog AI,4 Programmierschnittstelle, auch für Programmmo-

dul „Memory Card“ (mit Ausleseschutz),4 Programmierung mit „LOGO!Soft“ über Laptop;

bei Display-Typen auch über die Bedien-Tasten,4 Reiheneinbaugerät 72 mm für 35-mm-Hutschie-

nen- und Wandmontage,4 bei Betrieb mit 230 V~ nur eine Phase zulässig.

Zusatz-Module

4 Diverse binäre und analoge Module,4 Schnittstellen-Module zu KNX und AS-i,4 Netzteil-Module für 12V und 24 V= LOGO!,4 Belastbarkeit Relais-Kontakt 3 A bei induktiver und

5 A bei ohmscher Last, Absicherung nötig,4 Belastbarkeit Transistorausgang 0,3 A überlastfest,4 spezielles Modul zum Schalten von Motoren bis 3

x 20 A bzw. 4 kW erhältlich,4 Verbindung mit LOGO! und weiteren Modulen

durch Anstecken von links mit Verriegelung ver-bundener Module durch ein Schiebestück.

Vorberei-tung

4 LOGO!Soft auf Programmier-PC installieren,4 Anschluss des PCs mit LOGO!-PC-Kabel,4 LOGO! mit Display in Betriebsart PC,LOGO schal-

ten. Achtung: Version der LOGO! beachten,4 LOGO!-Version an der Endziffer der Teilenummer

0BA0 (älteste) bis 0BA5 (neueste) identifizieren,4 LOGO!-Handbuch beachten.

Program-mierung(Beispiel)

Sonder-funktion(Beispiel)

4 Programmierung grafisch ähnlich SPS-FUP,4 keine numerischen Funktionen (außer Sonderfunk-

tion „Analogverstärker“),4 logische Grundfunktionen AND, NAND mit und

ohne Flankenauswertung, OR, NOR, XOR, NOT,Softwareschalter und Schieberegister,

4 Sonderfunktionen Ein-/Ausschaltverzögerungen,Wischer, Impulsgeber, Zufallsgenerator, Zähler,Schwellwertschalter für Frequenzen,

4 analoger Schwellwertschalter, Komparator, Ana-logverstärker und -wertüberwachung,

4 Selbsthalte- und Stromstoßrelais,4 vorprogrammierte Komfortfunktionen Treppen-

lichtschalter, Komfortschaltuhr, Wochen- undJahresschaltuhr, Betriebsstundenzähler.

4 logische Funktionen haben feste Anzahl Eingänge,unbenutzte Eingänge bleiben frei („x“).

4 Eingänge I, AI und Ausgänge Q, AQ liegen gemäßder Reihenfolge der Anschlüsse fest.

4 Schaltzustände und Zählerinhalte auch remanent.

Ausführungen und Zubehör

Programmierung

RUN/STOP

AS-i

RUN/STOPRUN/STOPRUN/STOP

RUN/STOP RUN/STOP RUN/STOP

AS-i

analog digital Schnitt-stelle

LOGO!Soft

RUN/STOP

I1Æ 1

&

I2x

x

I4

I5

I6x

Q5= 1

B1

B3B2

Eingänge 1 bis 6 Ausgang 5

Blocknummer

RS-FlipflopPar remanenter Speicher

AnalogverstärkerParameter ParA Verstärkung

RS

Par

R

S

QA

Par

Ax

AQ

mit Display

ESC OK

ohne Display

RUN/STOP

Logikmodul LOGO! Logic Module LOGO!

45011_s199_276_BM 16.02.16 16:34 Seite 257

276

BM

276 Regelung mittels SPS 5 Close Loop Control with PLC 5

Merkmal Darstellung, Bemerkungen

Steuerung des Prozesses (Fortsetzung)

Die Taste Start setzt den Schritt-merker SM_1 und startet damit denFörderprozess und die Regelung.Die Taste Stopp setzt den zweitenSchrittmerker SM_2 und diesersetzt SM_1 zurück. SM_2 wirddurch den Zustandsmerker Bereitzurückgesetzt.

R Q

SSRSR

&

S

R Q"SM-2"

"SM-2""SM-1"

"SM-1"

"Stopp"

"Bereit"

"Start"

Schrittkette mit den zwei Schritten SM_1 und SM_2

Das Merkerbit M 100.5 wechselt miteiner Frequenz von 1 Hz zwischen 0und 1. Das Betriebssystem der SPSsteuert diesen Wechsel.Im Betriebszustand Bereit blinktdaher die Leuchte P1. Im ZustandAblauf leuchtet sie.

=

&

> = 1 "P1"

"Ablauf"

M100.5

"Bereit"

Ansteuerung der Startleuchte P1

Die Steuerung der Regelungbesteht aus einer Schrittkette mitzwei Schritten. SM_1 startet dieRegelung und damit den Förder-prozess. SM_2 stoppt die Förde-rung und leert den Behälter T2 bisdie Anlage wieder im ZustandBereit ist.

="SM-2"

"Controller-On" "Y102"

="SM-1"

Aktivierung der Regelung und Ansteuerung des Kugelhahnventils Y102

Der Organisationsbaustein OB1enthält den Aufruf der Funktion FC4”Steuerung“.Diese Funktion ist ohne Ein- undAusgabevariablen deklariert wor-den.

EN ENO

"Steuerung"

Die verwendeten Variablen sind inder Symboltabelle enthalten.Deren Variablen sind global für alleFunktionen aufrufbar.

Funktionsaufruf FC4 ”Steuerung“

Auf einem Touch-Panel ist das R&I-Fließbild abgebildet. Der Tank 2 istals Balkendiagramm mit einer Ska-la dargestellt.Bei der Projektierung dieser Pro-zessvisualisierung wird dem ObjektBalkendiagramm die VariableIW_Level (Ist-Wert Füllstand) ausder Symboltabelle zugewiesen.Diese Variable hat eine Länge von32 Bits, ist vom Datentyp Real underfüllt die Anforderungen für denDatenaustausch.Der Datenaustausch zwischen SPSund Touch-Panel wird mit PROFI-BUS als Feldbus durchgeführt. DasBetriebssystem der SPS über-nimmt die zyklische Aktualisierungder Daten zwischen SPS undTouch-Panel.Bedeutung der Kennbuchstaben:erster Buchstabe L für Füllstand,zweiter Buchstabe I für Anzeige,eränzende Angaben A für Alarm, Sfür Steuerung, H/L oberer/untererGrenzwert.

300

240

200

160

120

80

400

T1

E101

Y104Y101

AL

SL

102.4

LI

102.3

LI

SH

102.2

LI

AH

102.1

LI

M

Y112 Y102

Y105

103.1

103.2 SL

LI

LIC

Touch-Panel mit Prozessvisualisierung

45011_s199_276_BM 16.02.16 16:35 Seite 276

291

A

Transformatoren der Energietechnik Transformers for Power Engineering

Ansicht Erklärung Bemerkungen

Einphasentransformatoren

M-Schnitt UI-Schnitt

b

a

f

Der Kern (Seite 54) ist der Teil desTransformators, der OS und USmagnetisch verbindet. Er ist Trägerder Wicklungen (Seite 54) undbesteht aus dünnem Stahlblechvon etwa 0,3 mm Dicke. Zur Verrin-gerung von Wirbelströmen ist die-ses isoliert und mit Silicium legiert.

121

4 3

3 4

1.Lage

2

3 4

4 3

2.Lage

Vorzugsrichtung

Blechschnitte für Kleintransforma-toren Schichtplan für Trafo 50 kVA

Wendelwicklung

Spulenwicklung

OS-WicklungUS-Wicklung

Scheibenwicklung

Die Wicklung ist geteilt in OS- Wick-lung und US-Wicklung. Sie bestehtaus isoliertem Cu (Seite 54) undliegt auf einem oder mehrerenSchenkeln des Kernes. Bei Kernender M-Form oder der ähnlichen EI-Form liegen US-Wicklung und OS-Wicklung gemeinsam auf demmittleren Schenkel. Bei UI-Schnit-ten liegen OS- und US-Wicklungmeist getrennt auf je einem Schen-kel.

OS-WicklungUS-Wicklung

Wicklungsanordnungen beiM-Form oder EI-Form

Wicklungsanordnungen beiUI-Form

¡1

¡1

¡2

¡2

FF

F F

Nebeneinander liegende Leiter, dievom selben Strom durchflossenwerden, ziehen einander an. Ne-beneinander liegende Leiter, dievon Strömen mit entgegengesetz-ter Richtung durchflossen werden,stoßen sich ab. Die auftretendenKräfte sind bei Kurzschluss sehrgroß. Deshalb müssen Transforma-toren mechanisch fest sein.

Schnittband-kerne

Wicklung

Kräfte bei Strömen Trafo mit Schnittbandkern

Drehstromtransformatoren

1U

U V W

2U 2V 2W

1V 1W Grundsätzlich wirken bei Dreh-strom (Dreiphasenwechselstrom)drei Einphasentrafos als Dreh-stromtransformator. An die Außen-leiter L1, L2, L3 werden angeschlos-sen die Stränge U, V, W. Eine vor-gesetzte 1 bedeutet höhere Span-nung bzw. 2 tiefere Spannung (Sei-te 283).

1U

2U 2V 2W

1V 1W

Transformatorensatz für 3ACÜbersichtlichere Darstellung desTransforatorensatzes

Meist werden Dreischenkelkerneverwendet, die wie drei UI-Kernewirken. In den drei mittleren Kern-Schenkeln ist SG = 0, sodass dieSchenkel entfallen können. Dieübrig bleibenden Schenkel liegenin einer Ebene. Schaltungen der3AC-Transformatoren siehe folgen-de Seite.

Zur Herleitung des Dreischenkel-kerns Dreischenkelkern

AC Wechselstrom 3AC Drehstrom Cu Kupfer S SummeOS Oberspannung US Unterspannung G magnetischer Fluss

45011_s277_382_A 24.02.16 08:10 Seite 291

301

A

Drehstrommotoren für StromrichterspeisungThreephasemotors for connverter feed

Benennung Aufgabe, Ausführung Darstellung, Symbol, Daten, M(n)-Kennlinen

Geeignete Motoren, Effizienz und Wirtschaftlichkeit

Käfigläufer-motor

Häufigster Drehstrommotor. Effizienzklassenbis IE 3 sind erreichbar.

Anlaufmoment, Sattelmoment, Nennmo-ment, Kippmoment Seite 312.

Permanent-erregter Syn-chronmotor

Der Motor, der mit entsprechender Elektronikden höchsten Wirkungsgrad erzielt. Effizienz-klassen bis IE4 sind möglich. Erforderlich istein Stromrichter zur Frequenzregelung. ZumAnlauf wird, gesteuert von einem Sensor, dieFrequenz von 0 Hz an hochgefahren bis zurFrequenz der erforderlichen Arbeitsdrehzahldes Motors. Nachteilig sind aufwendige undanfällige Elektronik sowie Bedarf an teurenPermanentmagneten mit Elementen der selte-nen Erden.

M

nsolln

3AC

3ACDC

-

DC

Sensornist

Reluktanzmotor Die hohen Beschaffungskosten der perma-nent-erregten Synchronmotoren führten zurWiederentdeckung der Reluktanzmotoren.Wegen der kleinen Läuferverluste sind Effizi-enzklassen bis IE4 möglich. Der Motor ist überFrequenzumrichter in seiner Drehzahl steuer-bar und dabei ohne Sensor und Computer-programm selbstanpassend.Es liegt ein sychronisierter Asynchronmotormit sychroner Drehzahl vor.

100

0100 %

IE4-Reluktanzmotor

IE3-Asynchronmotor

90

%h

Last/Nennlast

Bestandteile der geeigneten Motoren

Ständer (Stator) Erzeugung des magnetischen Ständerdrehfel-des. Enthält die dreiphasige Wicklung mit denSträngen U1U2, V1V2, W1W2. Diese könnenje nach Spannung in Stern Y oder in Dreieck Δgeschaltet sein (Seite 56).

V1 V1

V2 V2W1 W1W2 W2

U2

U2

U1U1

Läufer (Rotor)als Käfigläufer(Induktionsmo-tor, Asynchron-motor)

Das magnetische Ständerdrehfeld induziert inden Stäben des Käfigs eine Spannung, wenndas Drehfeld des Ständers sich schneller drehtals der Läufer. Dadurch entsteht ein magneti-sches Läuferdrehfeld mit derselben Polzahlwie das Ständerfeld. Ständerdrehfeld undLäuferdrehfeld bewirken zusammen dasKraftmoment auf den Läufer.

Kurzschluss-ring 2

Läuferstäbe

Symbol

Kurzschlussring 1

Läufer (Rotor)beim perma-nenterregtenSynchronmotor

Der Läufer enthält so viele Pole aus Perma-nentmagneten, wie das Ständerdrehfeld Polehat, z. B. 4 Pole (2 Polpaare). Der sich drehen-de Läufer dreht sich auch unter Belastungdurch eine Arbeitsmaschine synchron (mitderselben Drehzahl) zum Ständerdrehfeld.Allerdings ist eine Anlaufhilfe erforderlich, daim Stillstand des Läufers die Kraftmomente inschneller Folge die Richtung ändern.

N

NNS

S

SSymbol

WelleN

Läufer beimReluktanzmotor

(Reluktanz =magnetischerWiderstand)

Beim Reluktanzmotor ist der magnetischeWiderstand quer zur Läuferachse verschie-den, sodass Polpaare wie beim Synchronmo-tor entstehen. Anlasshilfen sind Läuferstäbewie beim Käfigläufer oder ein spezieller Stän-der-Stromrichter. Der Motor läuft asynchronan, geht dann bei einer Drehzahl nahe derDrehfelddrehzahl in den Synchronismus.

LückePolPol

45011_s277_382_A 24.02.16 08:10 Seite 301

313

A

Daten Erklärung Bemerkungen

Standards für effiziente Antriebe

IEC-Be-zeichung

US-Bezeichnung alte EU-Be-zeichnung

Elektromotoren benötigen welt-weit etwa die Hälfte des erzeug-ten Stromes. Bei Antrieben be-steht ein großes Potenzial zumEnergiesparen. Deshalb werdenelektrische Antriebe nach ihrerEffizienz unterschieden. Bei Neu-anlagen ist seit 2011 mindestensIE2 erforderlich.

Eine Möglichkeit zur Erhö-hung der Effizienz ist derEinsatz von Cu anstellevon Al für den Läuferkäfigund von besserem Mag-netmaterial (Elektroblech)mit kleineren Verlusten beiKäfigläufermotoren.

IE1 Standard Efficiency EFF3

IE2 High Efficiency EFF2

IE3 Premium Efficiency EFF1

IE4 Super PremiumEfficiency –

Mindestwirkungsgrade n von Motoren verschiedener Klassen,Polzahlen und Frequenzen vgl. EN DIN 60034-30

Klasse IE1 IE2 IE3 IE4

PN inkW

Anzahl der Pole (doppelte Polpaarzahl)2 4 6 2 4 6 2 4 6 2 4 6

Motoren für 50 Hz

0,12 53,6 53,6 53,2 64,0 69,7 63,2 68,5 73,7 67,1 76,1 77,1 72,70,75 72,1 72,1 70,0 77,4 79,6 75,9 80,7 82,5 78,9 85,0 85,7 82,81,5 77,2 77,2 75,2 81,3 82,8 79,8 84,2 85,3 82,5 87,6 88,2 85,94 83,1 83,1 81,4 85,8 86,6 84,6 88,1 88,6 86,8 90,6 91,2 89,57,5 86,0 86,0 84,7 88,1 88,7 87,2 90,1 90,4 89,1 92,1 92,7 91,430 90,7 90,7 90,2 92,0 92,3 91,7 93,3 93,6 92,9 94,6 95,1 94,3160 93,8 93,8 93,8 94,8 94,9 94,8 95,6 95,8 95,6 96,2 96,5 96,0800 94,8 94,8 94,4 95,8 95,7 95,4 96,5 96,5 96,3 96,7 96,8 96,6

Bei 50 Hz entsprechen 2 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 3 000/min,4 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 1500/min und6 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 1000/min.

Motoren für 60 Hz

0,75 77,0 78,0 73,0 75,5 82,5 80,0 77,0 85,5 82,5 85,0 85,7 82,81,5 81,0 81,5 77,0 84,0 84,0 86,5 85,5 86,5 88,5 87,6 88,2 85,97,5 87,5 87,5 86,0 89,5 89,5 89,5 90,2 91,7 91,0 91,7 92,8 92,530 90,2 91,7 91,7 91,7 93,0 93,0 92,4 94,1 94,1 94,6 95,1 94,3800 94,1 94,5 94,1 95,4 95,8 95,0 95,8 96,2 95,8 96,7 96,8 96,7

Bei 60 Hz entsprechen 2 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 3 600/min,4 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 1800/min und6 Pole der synchronen Drehzahl (Drehfelddrehzahl) von 1200/min.

Wirkungsgrade nach IEC 60034 bei vierpoligen Motoren (gerundete Werte)

Nennleistung

Wir

kun

gsg

rad

0,9

0,8

0,7

1

1000100 kW1010,1

IE3

IE4

IE2

IE1

Der Wirkungsgrad großer Moto-ren ist höher als bei kleinenMotoren, weil durch die kompak-te Bauart weniger verloren gehtvom Magnetfeld und von dermagnetischen Wirkung des Stro-mes. Der Wirkungsgrad vonvierpoligen Motoren ist meist amgrößten, weil für diese häufigeBauart die Abmessung derMaschine günstiger als bei ande-ren Motoren gewählt wird. Beisechspoligen Motoren ist dage-gen der Wirkungsgrad kleiner,weil bei gleicher Leistung dasKraftmoment größer sein muss.Der Wirkungsgrad von Motorenfür 60 Hz ist größer als der von50 Hz, weil bei 60 Hz die Drehzahlgrößer ist als bei 50 Hz.

Die angegebenen Wir-kungsgrade gelten nur fürden Betrieb bei Nennlast.Bei herabgesetzter Belas-tung sinkt der Wirkungs-grad stark ab, weil dannder Leistungsfaktor derMaschine sinkt.Deshalb wird bei vonUmrichtern gespeistenAntrieben bei Teillast dieSpannung oft herabge-setzt. Dadurch verhält sichder Motor wie ein Motormit kleinerer Nennlast.Für niedrige Drehzahlensind Motoren mit großerPolzahl weniger geeignetals Getriebemotoren mithoher Drehzahl.

Mindestwirkungsgrade von vierpoligen Elek-tromotoren bei voller Last für Nennleistungenvon 0,75 kW bis 370 kW für 50 Hz

Effizienz von elektrischen Antrieben Efficiency of Electrical Drive

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A

Schutz gegen thermische Auswirkungen Protection against thermal Effectsvgl. DIN VDE 0100-420

Aufgaben

Schutz gegen Erklärung Bemerkungen

Verbrennung In elektrischen Anlagen kann der StromVerbrennungen und Brände hervorrufen,z. B. durch Überstrom, Überspannung,Wärmestau oder Isolationsfehler.

Dieselbe Folge kann auch eintreten durch Ober-schwingungen, Blitzeinschlag, Isolationsfehler,fehlerhafte Schutzgeräte, z. B. Leistungsschutz-schalter.

Flammen Im Brandfall treten Flammen und Rauchauf. Gegenmaßnahmen sind einzuhalten.

Brandausbreitung muss begrenzt bleiben. Flucht-wege sind vorzubereiten.

SichereFunktion

Die Anlage muss sicher funktionieren, ins-besondere die Sicherheitseinrichtungen.

Installation muss die thermischen Wirkungenbegrenzen, z. B. durch Brandschutzschalter.

Schutz gegen Verbrennungen und Brände in feuergefährdeten Anlagen

Mittel Erklärung Beispiele

Kabel undLeitungen

Auf Flucht- und Rettungswegen dürfen nurKabel und Leitungen mit wenig Rauchent-wicklung im Brandfall verlegt werden.Blanke Leitungen sind unzulässig.

Halogenfreie Kabel und Leitungen mit verbesser-tem Brandverhalten sind z. B. NHXMH, NHMH,H05Z-U, H05Z-K, H07Z-U, H07Z-R, NHXH, N2XH,N2XCH.

Verbindungs-klemmen

Dürfen nur zur Stromversorgung des jewei-ligen Raumes vorkommen. Sonst müssensie feuerbeständig umhüllt sein.

Verbindungsklemmen können sich lockern oderkorrodieren und rufen dann Störungen bis zu klei-nen Lichtbögen hervor.

Leuchten Die Befestigung auf brennbarer Unterlageist bei Dreieck-Kennzeichnung der Leuchtezulässig, wenn Bauanweisungen des Her-stellers eingehalten werden.

Kennzeichnung derbegrenzten Ober-flächentemperatur

Endstrom-kreise

In TN- und TT-Systemen müssen RCDs mitIDN ‰ 300 mA eingesetzt sein und beiBrandgefahr RCDs mit IDN ‰ 30 mA.

Durch RCDs werden Isolationsfehler aufgespürt,die einen Fehlerstrom im PE oder zur Erde her-vorrufen, nicht aber im Neutralleiter.

Lichtbogen-schutz

Trotz Leitungsschutzschalter und RCDskönnen in elektrischen Anlagen kleineLichtbögen entstehen zwischen Außenlei-ter und Neutralleiter, z. B. durch Korrosionder Verbindungsklemmen.Diese kleinen Lichtbögen rufen im TV-NetzStörungen hervor, durch die sie durch Filterund Verstärkung mittels AFDD (Arc FaultDetection Device) erkannt werden.

Serielle Fehlerlichtbögen

Parallele Fehlerlichtbögen

L

N Last

L

NLast

Prinzip derStör-lichtbogen-schutz-einrichtung

Diese Einrichtungen enthalten AFDDs, dieeinen Leitungsschutzschalter oder eineRCD (Fehlerstromschutzeinrichtung) odereine RCBO (BO von Break Out, RCD mit Lei-tungsschutzschalter) ansteuern. AFDD mit LS-Schalter AFDD mit RCD

AFDD LS-Schalter

AFDDRCDRCBO

Brandschutz-schalter

Brandschutzschalter sind Kombinationenvon AFDD mit Schutzschaltern zum Auf-bringen auf die Hutschiene in einer Vertei-lung. Sie sollen nach DIN VDE 0100-420 inAnlagen mit Brandgefahr angewendet wer-den, z. B. in Betrieben der Holzverarbei-tung, aber auch in Wohnungen mit Kinder-zimmern und Schlafräumen.Von den in Deutschland elektrisch hervor-gerufenen Bränden gehen etwa 40 000 aufIntallationsfehler zurück und davon etwa30 % auf Störlichtbögen. Deshalb wurdenvon Siemens Brandschutzschalter ent-wickelt.www.siemens.com/low-medium-voltage Brandschutzschalter

AFDD RCDRCBO

M MF FD

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A

Strombelastbarkeiten für Kabel und Leitungen für hU = 30 °CAmpacities of Cables and Wires for hU = 30 °C vgl. DIN VDE 0298-4

Bemes-sungs-quer-

schnittin

mm2

höchstzulässige Belastbarkeit in A bei Betriebstemperatur hB‰90°C

Bemessungsstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung in A

Verlegeart, Anzahl der Strom führenden Leiter

A1 A2 B1 B2 C E F G

2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 31 3h2 3v2

Werkstoff: Kupfer Cu

1,5

2,5

4

6

10

16

25

35

50

70

Werkstoff: Aluminium Al

25

35

50

70

95

Die Tabelle gilt für Kupfer- und Aluminiumleiter bei einer Betriebstemperatur von hB‰90 °C.Die Strombelastbarkeiten für andere Verlegearten, weitere Bemessungsquerschnitte, vieladrige Kabel oder Lei-tungen und für andere Betriebstemperaturen sowie Betriebsbedingungen sind DIN VDE 0298-4 zu entnehmen.Umrechnungsfaktoren bzgl. anderer Temperaturen hU siehe nächste Seite.1 Dreiadriges Kabel oder Mantelleitung, mit einem Abstand zur Wand, der dem Durchmesser entspricht.2 3h = drei einadrige Kabel oder Mantelleitungen, horizontal verlegt, mit einem Abstand untereinander und zur

Wand, der dem Durchmesser entspricht.2 3v = wie bei 3h, jedoch vertikal und nebeneinander verlegt.

30/9019,0 17,0 18,5 16,5 23 20 22 19,5 24 22 26 23 – – – –

16 16 16 16 20 20 20 16 20 20 25 20

26 23 25 22 31 28 30 26 33 30 36 32 – – – –

25 20 25 20 25 25 25 25 32 25 35 32

35 31 33 30 42 37 40 35 45 40 49 42 – – – –

35 25 32 25 40 35 40 35 40 40 40 40

45 40 42 38 54 48 51 44 58 52 63 54 – – – –

40 40 40 35 50 40 50 40 50 50 63 50

61 54 57 51 75 66 69 60 80 71 86 75 – – – –

50 50 50 50 63 63 63 50 80 63 80 63

81 73 76 68 100 88 91 80 107 96 115 100 – – – –

80 63 63 63 100 80 80 80 100 80 100 100

106 95 99 89 133 117 119 105 138 119 149 127 161 135 182 161

100 80 80 80 125 100 100 100 125 100 125 125 160 125 160 160

131 117 121 109 164 144 146 128 171 147 185 158 200 169 226 201

125 100 100 100 160 125 125 125 160 125 160 125 200 160 224 200

158 141 145 130 198 175 175 154 209 179 225 192 242 207 275 246

125 125 125 125 160 160 160 125 200 160 224 160 224 200 250 224

200 179 183 164 253 222 221 194 269 229 289 246 310 268 353 318

200 160 160 160 250 200 200 160 250 224 250 224 250 250 315 315

84 76 78 71 105 93 94 84 101 90 108 97 121 103 138 122

80 63 63 63 100 80 80 80 100 80 100 80 100 100 125 100

103 94 96 87 130 116 115 103 126 112 135 120 150 129 172 153

100 80 80 80 125 100 100 100 125 100 125 100 125 125 160 125

125 113 115 104 157 140 138