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)

8. 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 DurbachSiegfried 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, diebei der VDE-VERLAG GmbH, Bismarckstr. 33, 10625 Berlin und der Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstr. 6,10787 Berlin erhältlich sind.

8. Auflage 2014Druck 5 4 3 2 1Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Behebung von Druckfehlern unter-einander unverändert sind.

ISBN 978-3-8085-4508-9

Umschlaggestaltung: braun werbeagentur, 42477 Radevormwald,unter Verwendung von Siemens-Pressebildern

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

© 2014 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp://www.europa-lehrmittel.deSatz und Druck: Tutte Druckerei & Verlagsservice GmbH, Salzweg

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MATHEMATIK, TECHNISCHEPHYSIK 9 . . . 70 M

TECHNISCHE KOMMUNI-KATION 71 . . . 122 KCHEMIE, WERKSTOFFE,FERTIGUNG 123 . . . 192 WF

BAUELEMENTE, MESSEN, STEUERN,REGELN 193 . . . 272 BM

ELEKTRISCHE ANLAGEN UND ANTRIEBE,MECHATRONISCHE SYSTEME 273 . . . 368 A

DIGITALTECHNIK, INFORMATIONS-TECHNIK 369 . . . 428 DVERBINDUNGSTECHNIK, UMWELT-TECHNIK 429 . . . 484 V

BETRIEB und sein UMFELD,ANHANG 485 . . . 552 B

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4 Vorwort zur 8. 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. Dies führte zu neuen oder aktualisiertenSeiten in den nachfolgend genannten Hauptabschnitten.

4 Teil M: Mathematik, Technische PhysikNeu sind z. B. binäre Vorsätze der Digitaltechnik, Angabe von Permittivitätszahlen, Grundschal-tungen von Kapazitäten und Induktivitäten, Reihenschaltung von R,L,C, Parallelschaltung vonR, L,C.

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

4 Teil WF: Chemie, Werkstoffe, FertigungNeu sind z. B. Strahlenoptik, Leitungsverlegungen, Trennklassen der Kommunikationsverkabe-lung, Montage und Demontage, Planung der Montage.

4 Teil BM: Bauelemente, Messen, Steuern, RegelnNeu sind z. B. elektrische Analogmesswerke, spezielle optische Sensoren, grafische Symbole derProzessleittechnik, Steuern und Regeln mit dem PC. Aktualisiert wurden analoge Regler, schal-tende Regler, Regelstrecken, digitale Regelung.

4 Teil A: Elektrische Anlagen und Antriebe, mechatronische SystemeNeu sind z. B. Messen in elektrischen Anlagen, Drehstrommotoren für Stromrichterspeisung,Effizienz elektrischer Antriebe, Schutz gegen thermische Auswirkugen, Differenzstromschutz-schalter RCD, Sicherheits-SPS.

4 Teil D: Digitaltechnik, InformationstechnikNeu sind z. B. ASCII-Code im Unicode, Anwendung von IO-Link, Sicherheits-Bussysteme. Aktua-lisiert wurden Identifikationssysteme, Programmaufbau bei CNC-Maschinen, CNC-Bearbei-tungszyklen 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 Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, EU-Maschinenrichtlinie. Erweitertwurde die Auflistung der wichtigen Normen durch Angabe der Seiten im Buch.

Normänderungen wurden übernommen, z. B. bei den Schutzmaßnahmen nach DIN VDE 0100-410.Allgemein ist zu beachten, dass oft die Normen verschiedene Formen zulassen, z. B. in DIN EN61082 (Dokumente der Elektrotechnik, Regeln) Stromverzweigungen mit oder ohne „Punkt“ odermit Richtungsangabe des abgezweigten Leiters. Alle Formen kommen in der beruflichen Praxis vorund 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 2014 Autoren und Verlag

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Formelzeichen dieses Buches . . . . . . . . . . . 10Größen 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, Volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Volumen, 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, Kirchhoffsche Regeln,Spannungsteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Grundschaltungen Induktivitäten undKapazitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Schalten von Kondensatoren und Spulen . 47Wechselgrößen, Oberschwingungen . . . . . 48Zeigerdiagramme von Wechselstrom-größen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Leistungen bei Sinuswechselstrom,Impuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50Reihenschaltung von R, L, C . . . . . . . . . . . . 51Parallelschaltung von R, L, C . . . . . . . . . . . . 52Berechnungsformeln für Transformatoren 53Elektrischer Widerstand beiTemperaturänderung, Wärmewiderstand . 54Drehstrom, Blindleistungskompensation . 55Kompensation mit Filtern . . . . . . . . . . . . . . 56Leitungsberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Zahnradberechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . 58Übersetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Druck in Flüssigkeiten und Gasen . . . . . . . 60Reibung, Auftrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Belastungsfälle, Beanspruchungsarten . . . 62Zug, Druck, Flächenpressung . . . . . . . . . . . 63Abscherung, Knickung . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Teil M:Mathematik, Technische Physik

Biegung, Torsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Momente der Festigkeitslehre . . . . . . . . . . . 66Pneumatikzylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Berechnungen zur Hydraulik undPneumatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Graphische Darstellung von Kennlinien . . 72Allgemeines technisches Zeichnen . . . . . . 73Arten von Diagrammen . . . . . . . . . . . . . . . . 74Zeichnerische Darstellung von Körpern . . 75Maßeintragung, Schraffur . . . . . . . . . . . . . . 76Toleranzen in Zeichnungen . . . . . . . . . . . . . 79Gewinde, Schraubenverbindungen,Zentrierbohrungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Getriebedarstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Darstellung von Wälzlagern . . . . . . . . . . . . 82Darstellung von Dichtungen undWälzlagern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83Symbole für Schweißen und Löten . . . . . . 84Weitere mechanische Verbindungen,Federn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Funktionsbezogene Schaltpläne . . . . . . . . . 86Ortsbezogene und verbindungsbezogenenDokumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88Kennzeichnungen in Schaltplänen . . . . . . . 89Kennbuchstaben der Objekte(Betriebsmittel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90Kontaktkennzeichnung in Schaltplänen . . . 91Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92Transformatoren, Spulen, drehendeelektrische Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . 94Vergleich von Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . 95Zusatzschaltzeichen, Schalter inEnergieanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97Messinstrumente und Messgeräte,Messkategorien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98Halbleiterbauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . 99Analoge Informationsverarbeitung,Zähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100Binäre Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101Schaltzeichen für Installationsschaltpläneund Installationspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . 103Schaltzeichen für Übersichtsschaltpläne . . 104Einphasenwechselstrommotoren undAnlasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105Drehstrommotoren und Anlasser . . . . . . . . 106Motoren für Stromrichterspeisungen . . . . 107Ablaufsteuerungen GRAFCET . . . . . . . . . . . 108Grundformen von Ablaufsteuerungen . . . . 109Elemente für AblaufsteuerungenGRAFCET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Funktionsdiagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112Symbole zur Dokumentation in derComputertechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113Schaltzeichen der Pneumatik undHydaulik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Teil K:Technische Kommunikation

Inhaltsverzeichnis

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6 Pneumatik Grundschaltungen . . . . . . . . . . 116Schaltpläne der Pneumatik und Hydaulik . 117Fließbilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118Symbole der Verfahrenstechnik . . . . . . . . . 120Erstellen einer Dokumentation überGeräte oder Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121Aufbau und Inhalt einer Betriebsanleitung 122

Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124Stoffwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126Magnetwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Bezeichnungssystem für Stähle . . . . . . . . . 129Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132Stahlprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135Bezeichnungssystem für Gusseisen-werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136Gusseisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137Rohre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139Al-Profile und -Bleche . . . . . . . . . . . . . . . . . 142Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143Rohre aus Kunststoffen . . . . . . . . . . . . . . . . 148Kabel und Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149Isolierte Starkstromleitungen . . . . . . . . . . . 150Leitungen und Kabel fur Melde- undSignalanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Leitungen in Datennetzen . . . . . . . . . . . . . . 154Optik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156Glasfaserleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157Leitungsverlegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158Trennklassen derKommunikationsverkabelung . . . . . . . . . . . 159Korrosion und Korrosionsschutz . . . . . . . . 160Lote und Flussmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161Druckflüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162Werkstoffprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165Rapid Pototyping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169Montage und Demontage . . . . . . . . . . . . . . 170Schneidstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172Drehzahlnomogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . 173Kräfte und Leistungen beim Zerspanen . . . 174Bohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176Reiben und Gewindebohren . . . . . . . . . . . . 177Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182Spanende Formung der Kunststoffe . . . . . 183Biegeumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185Druckgasflaschen, Gasverbrauch . . . . . . . . 187Gasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188Schutzgasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189Lichtbogenschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

Widerstände und Kondensatoren . . . . . . . . 194

Teil WF:Chemie, Werkstoffe, Fertigung

Teil BM:Bauelemente, Messen, Steuern,Regeln

Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197Von physikalischen Größen abhängigeHalbleiterbauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . 198Dioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199Feldeffekttransistoren, IGBTs . . . . . . . . . . . 200Bipolare Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201Thyristoren und Triggerdiode . . . . . . . . . . . 202Fotoelektronische Bauelemente . . . . . . . . . 203Bauelemente fur den Überspannungs-schutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204Grundlagen des Operationsverstärkers . . . 205Schaltungen mit Operationsverstärker . . . 206Elektrische Analogmesswerke . . . . . . . . . . 207Schaltungen für Leistungsmessgeräte . . . 208Schaltungen zur Widerstandsbestimmung 209Messbereichserweiterung . . . . . . . . . . . . . . 210Messen mit Multimeter . . . . . . . . . . . . . . . . 211Wattstundenzähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213Kraftmessung und Druckmessung . . . . . . . 214Bewegungsmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216Näherungsschalter (Sensoren) . . . . . . . . . . 217Spezielle optische Sensoren . . . . . . . . . . . . 219Messumformer und Signalumsetzer fürFernwirksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221Messwerterfassung mit dem PC . . . . . . . . . 223Elektromagnetische Schütze . . . . . . . . . . . . 225Gebrauchskategorien und Antriebe vonSchützen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226Vakuumschütze, Halbleiterschütze . . . . . . . 227Schützschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228Hilfsstromkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229Schützschaltungen mit Motorschutz-schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230Polumschaltbare Motoren . . . . . . . . . . . . . . 231Steuerungen durch Motorschalter . . . . . . . 232Ausschaltungen, Serienschaltung,Wechselschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233Stromstoßschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234Lampenschaltungen mit Dimmern . . . . . . . 235Steuerung mittels Funk . . . . . . . . . . . . . . . . 236Elektroinstallation mit Funksteuerung . . . . 237Ausführung der Installationsschaltungen . 238Steuerungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239Steuerungs- und Regelungstechnik . . . . . . 240Graphische Symbole der Prozessleit-technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241Analoge Regler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242Schaltende Regler, Regelstrecken . . . . . . . . 243Digitale Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244Steuern und Regeln mit PC . . . . . . . . . . . . . 245Universalregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246Lageregelung bei Arbeitsmaschinen . . . . . 247Logikmodul LOGO! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248Funktionen von LOGO . . . . . . . . . . . . . . . . . 249Binäre Verknüpfungen der Steuerungs-und Regelungstechnnik . . . . . . . . . . . . . . . . 251Speicherprogrammierbare SteuerungenSPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252Programmierregeln für SPS . . . . . . . . . . . . 255Zähler und Zeitglieder in SPS . . . . . . . . . . . 256SPS-Funktionsbausteine . . . . . . . . . . . . . . . 257Programmiersprachen Strukturierter TextST, Ablaufsprache AS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258Anwenden von SPS-Bausteinen in ST . . . . 259

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7SPS-Programmierung nach DIN 61131-3 . . 260Phasen der SPS-Programmentwicklung . . 262Regelung mittels SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263Pneumatisch gesteuerte Hubeinrichtungmit SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268Druckluftaufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . 269Zylinder und Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270Druckventile und Wegeventile . . . . . . . . . . 271Funktionsdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

Grenzwerte der Anschlussleistung imöffentlichen Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274Arbeiten in elektrischen Anlagen . . . . . . . . 275Messungen in elektrischen Anlagen . . . . . 276Alphanumerische Kennzeichnung derAnschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279Schutzarten elektrischer Betriebsmittel . . . 280Elektronische Steuerung vonVerbrauchsmitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281Stromrichter, Gleichrichter . . . . . . . . . . . . . 282Benennung von Stromrichterschaltungen 283U-Umrichter, Gleichstromsteller . . . . . . . . . 284Stromrichter für Antriebe . . . . . . . . . . . . . . 286Transformatoren für Drehstrom . . . . . . . . . 287Betriebsarten und Grenzübertempera-turen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288Isolierstoffklassen, Bemessungsleistungen 289Oberflächengekühlte Käfigläufermotoren(Normmotoren) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290Bauformen von drehenden elektrischenMaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291Leistungsschilder von drehendenelektrischen Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . 292Einphasen-Wechselstrommotoren . . . . . . . 293Drehstrommotoren, Gleichstrommotoren 294Drehstrommotoren für Stromrichter-speisung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295Servomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296Prüfung elektrischer Maschinen . . . . . . . . . 298Schrittmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299Kleinstmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300Getriebe von Kleinstantrieben . . . . . . . . . . 301Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302Linearantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303Linearmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305Antriebstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306Effizienz elektrischer Antriebe . . . . . . . . . . . 307Wahl des Antriebsmotors . . . . . . . . . . . . . . 308Motorschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309Anlassen von Kurzschlussläufermotoren . 310Netze der Energietechnik . . . . . . . . . . . . . . . 311Kurzzeichen an elektrischen Betriebs-mitteln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312Überlastsschutz und Kurzschlussschutzvon Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313Mindest-Leiterquerschnitte,Leitungsschutzschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . 314Schmelzsicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315Überstrom-Schutzeinrichtungen fürGeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316Strombelastbarkeit von flexiblen oderwärmefesten Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . 317

Teil A:Elektrische Anlagen und Antriebe,mechatronische Systeme

Schutz gegen thermische Auswirkungen . 318Verlegearten von Leitungen für festeVerlegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319Strombelastbarkeit bei 25 °C . . . . . . . . . . . . 320Strombelastbarkeit bei 30 °C . . . . . . . . . . . . 321Umrechnungsfaktoren für dieStrombelastbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322Stromgefährdung, Berührungsarten,Fehlerarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323Schutzmaßnahmen, Schutzklassen . . . . . . 324Systeme und Fehlerschutz mitSchutzleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325Basisschutz und Fehlerschutz . . . . . . . . . . . 326Differenzstromschutzschalter RCD . . . . . . . 327Differenzstromüberwachungsgerät RCM . 328Fehlerschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329Erstprüfung der Schutzmaßnahmen . . . . . 332Wiederkehrende Prüfungen . . . . . . . . . . . . 333Spezielle Niederspannungsanlagen . . . . . . 334Elektroinstallation in Unterrichtsräumen . . 335Stromversorgung elektronischer Geräte . . 336Sicherheits-Stromversorgungsanlagen . . . 337Unterbrechungslose Stromversorgungs-systeme USV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338Akkumulatorenräume . . . . . . . . . . . . . . . . . 339Energieversorgung von Werkstätten . . . . . 340Schaltschrank-Klimatisierung . . . . . . . . . . . 341Instandsetzung, Änderung und Prüfungelektrischer Betriebsmittel . . . . . . . . . . . . . . 342Elektrische Ausrüstung von Maschinen . . . 343Sicherheitsbezogene Teile vonSteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345Funktionale Sicherheit nach SIL . . . . . . . . . 347Sicherheits-SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348Mechatronische Systeme . . . . . . . . . . . . . . 349Mechatronisches System mit LogikmodulLOGO! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350Ablaufsteuerung einer Biegevorrichtung . 351Ablaufsteuerung einer Vorschubeinheit . . 355Ablaufsteuerung eines Rührwerks . . . . . . . 356Ablaufsteuerung eines Prägewerkzeugs . . 357Ablaufsteuerung Paket-Hebeanlage . . . . . . 358Automatisierte Schraubersysteme . . . . . . . 361Inbetriebnahme mechatronischerSysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362Fehlerdiagnose in mechatronischenSystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364Diagnose von Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . 366Instandhaltung mechatronischer Systeme 367Mittel zur vorausschauenden Instand-haltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368

Binäre Verknüpfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 370KV-Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371Code-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372ASCII-Code im Unicode . . . . . . . . . . . . . . . . 373Identifikationssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . 374Flipflops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375Digitale Zähler und Schieberegister . . . . . . 376DA-Umsetzer und AD-Umsetzer . . . . . . . . . 377Komparator, S&H-Schaltung . . . . . . . . . . . . 378Halbleiterspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

Teil D:Digitaltechnik, Informationstechnik

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8 Bewegbare Datenspeicher . . . . . . . . . . . . . . 380Optische Speicher CD . . . . . . . . . . . . . . . . . 381Optische Speicher DVD . . . . . . . . . . . . . . . . 382Begriffe der Informationstechnik . . . . . . . . 383Personalcomputer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385Periphere Geräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386Arten von Computern . . . . . . . . . . . . . . . . . 387Betriebssysteme Windows . . . . . . . . . . . . . 388Arbeiten mit der Computermaus . . . . . . . . 389Power Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390Arbeiten mit Excel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391Datenbank Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392Gefahren der Computersabotage . . . . . . . . 393Maßnahmen gegen Computerviren . . . . . . 394Datensicherung, Kopierschutz . . . . . . . . . . 395Industriespionage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396Netze der Informationstechnik . . . . . . . . . . 397Komponenten fur Datennetze . . . . . . . . . . . 398AS-i-Bussystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400Linien und Bereiche beim KNX . . . . . . . . . . 401Projektierung und Inbetriebnahme beimKNX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402KNX mit FSK-Steuerung . . . . . . . . . . . . . . . 403Local Control Network LCN . . . . . . . . . . . . . 404Ethernet-Netzwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405Berührungsbildschirme, Bediengeräte . . . 407PROFIBUS, PROFINET . . . . . . . . . . . . . . . . . 408Anbindung über IO-Link . . . . . . . . . . . . . . . . 409CAN-Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410Sicherheits-Bussysteme . . . . . . . . . . . . . . . . 411Internet und seine Dienste . . . . . . . . . . . . . . 412Suchen im Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413IT-Ausstattung eines Service-Mitarbeiters . 414Elektronik-Werkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415Bildzeichen für numerisch gesteuerteWerkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416Struktur der numerischen Steuerung . . . . . 417Koordinaten bei CNC-Maschinen . . . . . . . . 418Programmaufbau bei CNC-Maschinen . . . 419CNC-Bearbeitungszyklen . . . . . . . . . . . . . . . 422Arbeitsbewegungen bei Senkrecht-Fräsmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423Arbeitsbewegungen bei Drehmaschinen . 424Handhabungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425Industrieroboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426

Kleben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 430Gewindearten, Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . 431Ausländische Gewinde . . . . . . . . . . . . . . . . 432Metrische Gewinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433Whitworthgewinde, Rohrgewinde . . . . . . . 434Schrauben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435Schraubenübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436Sechskantschrauben . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437Passschrauben, Senkschrauben . . . . . . . . . 438Schrauben, Blechschrauben . . . . . . . . . . . . 439Gewindestifte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440Senkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441Muttern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443Scheiben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445Sicherheit von Schraubensicherungen . . . 447

Teil V:Verbindungstechnik,Umwelttechnik

Stifte und Bolzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448Passfedern, Scheibenfedern . . . . . . . . . . . . 450Federn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451Übersicht von Wälzlagern . . . . . . . . . . . . . . 452Bezeichnung von Wälzlagern . . . . . . . . . . . 453Einbau und Ausbau von Wälzlagern . . . . . 454Kugellager, Nadellager . . . . . . . . . . . . . . . . . 455Gleitlager, Nutmuttern . . . . . . . . . . . . . . . . . 456Sicherungsringe, Sicherungsscheiben,Sicherungsbleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457Dichteelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458ISO-System für Grenzmaße undPassungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459Passungen, System Einheitsbohrung . . . . 461Passungen, System Einheitswelle . . . . . . . 463Passungsempfehlungen, Passungs-auswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465Allgemeintoleranzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466Steckverbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467Steckverbinder RJ45 und RJ11 . . . . . . . . . . 468TAE-Anschlusse, TAE-Anschluss-Stecker . 469Schnittstellenkopplungen . . . . . . . . . . . . . . 470Schnittstellen USB, Firewire . . . . . . . . . . . . 471Steckvorrichtungen der Energietechnik . . . 472Entsorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474Gefährliche Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475Schall und Lärm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476Gefahrensymbole undGefahrenkennzeichnungen . . . . . . . . . . . . . 477Gefahrenhinweise, H-Sätze . . . . . . . . . . . . . 478Sicherheitshinweise, P-Sätze . . . . . . . . . . . 479Umgang mit Elektroschrott . . . . . . . . . . . . . 481Elektromagnetische Verträglichkeit EMV . . 482Elektromagnetische Störungen EMI . . . . . . 483Schutz gegen Überspannungen vonaußen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484

Erste Hilfe bei Unfällen . . . . . . . . . . . . . . . . 486Zeichen und Farben zur Unfallverhütung . 487Betriebssicherheitsverordnung . . . . . . . . . . 489Kennzahlen in der Produktion . . . . . . . . . . . 490Qualitätsmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . 491Statistische Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . 493Statistische Prozesssteuerung SPC . . . . . . 494Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit . . . . . . . . . . . 496EU Maschinenrichtlinie . . . . . . . . . . . . . . . . 497CE-Kennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498Durchführung von Projekten . . . . . . . . . . . . 499Lastenheft, Pflichtenheft . . . . . . . . . . . . . . . 500Präsentation eines Projektes . . . . . . . . . . . . 501Durchführen von Kundenschulungen . . . . 503Kosten und Kennzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . 504Kalkulation der Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . 505Betriebsabrechnungsbogen BAB . . . . . . . . 506Reglereinstellungen, Reglerauswahl . . . . . 507Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508Wichtige Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509Kurzformen von Fachbegriffen . . . . . . . . . 512Fachliches Englisch (Englisch-Deutsch) . . 520Sachwortverzeichnis (Deutsch-Englisch) . 527Unterstützende Firmen und Dienststellen 547Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551Wichtige VDE-Bestimmungen . . . . . . . . . . . 552

Teil B:Betrieb und sein Umfeld, Anhang

45011_s001_070_M 07.07.14 14:53 Seite 8

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2020

Algebraisches BeispielRegel Zahlenbeispiel

Der Logarithmus eines Produktes istgleich der Summe der Logarithmenaus den einzelnen Faktoren.

Der Logarithmus eines Bruches istgleich dem Logarithmus des Zählersminus dem Logarithmus des Nenners.

Der Logarithmus einer Potenz ist dasProdukt aus dem Exponenten unddem Logarithmus der Basis.

lg (4 · 3) = lg 3 + lg 4= 0,47712 + 0,60206= 1,07918

lg = lg 20 – lg 4

= 1,30103 – 0,60206= 0,69897

20G4

lg 43 = 3 · lg 4= 3 · 0,60206= 1,80618

lg (a · b) = lg a + lg b

lg = lg a – lg baGb

lg an = n · lg a

Zahlen größer 1 können übersichtlich als Vielfaches von Zehnerpotenzen mit positiven Exponenten dargestellt wer-den. Zahlen kleiner 1 können als Vielfaches von Zehnerpotenzen mit negativen Exponenten dargestellt werden.

Beispiele: Unwandlung von Zahlen in Produkte mit Zehnerpotenzen:4300 = 4,3 · 1000 = 4,3 · 103; 14 638 = 1,4638 · 10 000 = 1,4638 · 104; 0,07 = = 7 · 10–27

G100

K0 Anfangskapital Z Zinsen t Laufzeit in Tagen,p Zinssatz pro Jahr Verzinsungszeit

Beispiel: K0 = 2800,00 €; p = 6 ; t = 1/2 a; Z = ? Z = = 84,00 €2800,00 € · 6 %–––a · 0,5 aGGG

100%%Ga

Zins

Z =K0 · p · t

GG100% · 360

1 Zinsjahr (1a) = 360 Tage (360 d)1 Zinsmonat = 30 Tage

Der Prozentsatz gibt den Teil des Grundwertes in Hundertstel an.Der Grundwert ist der Wert, von dem die Prozente zu rechnen sind.Der Prozentwert ist der Betrag, den die Prozente des Grundwertes ergeben.

Ps Prozentsatz, Prozent Pw Prozentwert Gw Grundwert

Beispiel: Werkstückrohteil 250 kg (Grundwert); Abbrand 2% (Prozentsatz)Abbrand in kg = ? (Prozentwert)

Pw = = = 5 kgGw · PsG100%

250 kg · 2%GG

100%

Prozentrechnung, Zinsrechnung

Prozentwert

Pw =Gw · PsG100%

Prozentsatz

Ps = · 100%PwGGw

Zahl 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1 000 10 000 100 000 1 000 000

Zehnerpotenz 10–3 10–2 10–1 100 101 102 103 104 105 106

* noch üblich 1 KByte = 1 KB = 1024 B; 1024 KB = 220 B = 1 MB; 230 B = 1 GB; 240 B = 1 TB; 250 B = 1 PB

Logarithmen, Zehnerpotenzen, Vorsätze, ProzentrechnungLogarithms, Powers of Ten, Unit Prefixes, Percentage Calculation

Zehnerpotenzen

Logarithmen

1

2

3

International festgelegte dezimale Vorsätze

Zeichen Vorsatz Wert Zeichen Vorsatz Werty Yokto 10–24 da Deka 101

z Zepto 10–21 h Hekto 102

a Atto 10–18 k Kilo 103

f Femto 10–15 M Mega 106

p Piko 10–12 G Giga 109

n Nano 10–9 T Tera 1012

µ Mikro 10–6 P Peta 1015

m Milli 10–3 E Exa 1018

c Zenti 10–2 Z Zetta 1021

d Dezi 10–1 Y Yotta 1024

Binäre Vorsätze

Zeichen Vorsatz WertKi (K)* Kibi 210

Mi (M)* Mebi 220

Gi (G)* Gibi 230

Ti (T)* Tebi 240

Pi (P)* Pebi 250

Ei (E)* Exbi 260

Zi (Z)* Zebi 270

Yi (Y)* Yobi 280

* Beispiele: 128 KiB = 128 · 210 Byte2 GiB (Gibibyte) = 2 · 230 Byte2,147 · 109 B = 2,147 GB

45011_s001_070_M 07.07.14 14:53 Seite 20

M

47Schalten von Kondensatoren und Spulen Switching of Capacitors and Coils

C Kapazitäti Stromstärke (Augenblickswert)L InduktivitätR Wirkwiderstand

t Zeitu Spannung (Augenblickswert)U0 speisende Gleichspannungt Zeitkonstante (Tau)

uC KondensatorspannunguL SpulenspannunguR Spannung an R

exp (–t /t) ist die genormte Schreibweise von e–t /t. Beim Taschenrechner muss man bei der Berechnung die Tasteex verwenden und nicht die Taste exp.Die Zeitkonstante gibt die Zeit an, nach der ein nach ex verlaufender Vorgang beendet wäre, wenn der Vorgangmit der Anfangsgeschwindigkeit weiter verlaufen würde. Das ist aus den Tangenten der Bilder erkennbar. End-werte von u und i sind erreicht nach t fi 5t.

i = · exp (–t /t)U0GR

uC = U0[1 – exp (–t /t)]

2

3

Beim Laden:

t = R · C

1

Zeitkonstante

t = LR

7

Zeitkonstante

i = – · exp (–t /t)U0GR

uC = U0 · exp (–t /t)

4

5

Beim Entladen (Kurzschließen)

uR = i · R

6

Beim Laden und Entladen:

i = [1 – exp (–t /t)]U0GR

8

uL = U0 · exp (–t /t)9

Beim Einschalten:

i = · exp (–t /t)U0GR

10

uL = –U0 · exp (–t /t)11

Beim Kurzschließen:

[t] = [t] = O · = s

[R] = O

[C] = = = F

[i] = A

[U0] = [uC] = [uR] = V

CV

AsV

AsV

R

uC

uR

U0

C

i

KurzschließenEinschalten

††

uC Á U0 nach 5†

i Á 0 nach 5†

-U0/R

U0/R

-0,37 •U0/R

0,37 •U0/R

0,63 • U00,37 • U0

U0

uC, i

uC

i

t†

†

KurzschließenEinschalten

t

0

[t] = = s

[L] = = H

[R] = O[i] = A

[t] = s

[U0] = [uR] = [uL] = V

VsA

HO

R

S1

Einschalten

i

Kurz-schließen

L uL

uR

U0

KurzschließenEinschalten

††

U0/R

-U0

U0

-0,37 •U0

0,37 •U00,37 • U0/R

0,63 • U0/R

uL, i

uL

i

t†

†

KurzschließenEinschalten

t

0

Spulenspannung und Spulenstrom der RL-Reihenschaltung

Kondensatorspannung und Kondensatorstrom der RC-Reihenschaltung

uR = i · R

12

Beim Einschalten undbeim Kurzschließen:

45011_s001_070_M 07.07.14 14:54 Seite 47

Oberschwingungen

Begriffe Erklärung Bemerkungen, Formeln

Grundschwingung

franz. Physiker Fourier,1768 bis 1830

Ordnungszahl

Harmonische

Folgen vonOberschwingungen

Generatoren sind so konstruiert, dass ihre Span-nung wie eine Sinuslinie schwingt, z. B. mit50 Hz. Diese Spannung nennt man Grund-schwingung oder 1. Teilschwingung. EinfacheGeneratoren, z. B. Fahrraddynamos, erzeugenperiodische Wechselspannungen, aber keineSinusspannungen. Fourier fand heraus, dassman alle Wechselspannungen aus Grundschwin-gung und Oberschwingungen zusammensetzenkann. Harmonische sind die Oberschwingungenmit dem ganzzahligen Vielfachen der Grund-schwingung. Oberschwingungen führen zu klei-nerem Leistungsfaktor und damit zu größeremStrom und größeren Leistungsverlusten. InDrehstrommotoren treten zusätzliche Drehfelderdurch die Oberschwingungen auf.

Oberschwingungen sind Vielfa-che der Grundschwingung.Ordnungszahlen vv (nüh)bei AC bei 3AC ohne N

mit k = 0, 2, 4, 6Bei Gleichspannungsanteil kom-men zusätzlich geradzahlige Har-monische dazu.Bei 3AC tritt auch im N stärkererStrom auf. Negatives v in Formel2 führt in Motoren zu einem Dreh-feld gegen das Grunddrehfeld.

v = ±3 k + 1

15

v = k + 1

14

Wechselgrößen

M

48 Wechselgrößen, Oberschwingungen Alternating quantities, Harmonics

f FrequenzFC Scheitelfaktor, Crestfaktori Augenblickswert des Stromesi: Scheitelwert des Stromesi:; Spitze-Tal-Wert des StromesI Effektivwert des Stromesn Drehfelddrehzahl

p Polpaarzahl der Maschinet Zeitti ImpulszeitT Periodendaueru Augenblickswert der Spannungu: Scheitelwert der Spannungu:; Spitze-Tal-Wert der Spannung

U Effektivwert der Spannungj Phasenverschiebungswinkelj0 Nullphasenwinkelw Kreisfrequenz, Winkel-

geschwindigkeit

Innenpolmaschine mit einemPolpaar

Sinusspannung mitNullphasenwinkel

Phasenverschiebung

S

N

u, i

qt

Periode

f0

u, i

u

f _ Dt

t

Liniendiagramm

u1

u2 f

u2

u1

Zeiger-diagramm

Frequenz

[f ] = 1/s = Hz [n] = 1/s

Scheitelfaktor, Crestfaktor

RMS für Leistungsmittelwert,quadratischer Mittelwert

R Root = WurzelM Mean = MittelwertS Square = Quadrat

u1 eilt u2 um den Phasenverschie-bungswinkel j voraus.

j = 2 p ·j°

––––360°

; j° = Dt ·360°––––T

[j] = rad; [j°] = °

Spitze-Tal-Wert

f = 1––T

1f = p · n

2

u:; = 2 · u:11

i:; = 2 · i:12

FC = u:–––––URMS

= i:––––IRMS 4

Kreisfrequenz

[w] = 1/s

Effektivwert bei Sinusform

Effektivwert allgemein

Augenblickswert

ab Zeitpunkt Nulldurchgang(j0 = 0):

w = 2 p · f3

U = u:–––122 5

I = i:–––122 6

U = u:–––FC 7

I = i:–––FC 8

u = u: · sin (wt + j0)

9

u = u: · sin (360° · f · t + j0°)

10

u = u: · sin (360° · f · t)13

45011_s001_070_M 07.07.14 14:54 Seite 48

75

K

U

SR

V

42}7}

B

H

T

30}

B

H

T

30}

45}

B

H

T

Seitenansichtvon rechts (SR)

Seitenansichtvon links (SL)

Draufsicht (D)

Rückansicht (R)

Vorderansicht (V)

Untersicht (U)

U

SR V SL R

D

Axonometrische Projektionen

Rechtwinklige Parallelprojektion

Projektionsmethode 1: Kennzeichen:

Anwendung in den meisten europäischen Ländern. Anwendung in englischsprachigen Ländern und in Daten-blättern.

Projektionsmethode 3: Kennzeichen:

Anwendung für Skizzen.

B : H : T = 1 : 1 : 0,5 B : H : T = 1 : 1 : 0,5 B : H : T = 1 : 1 : 1

Zeigt in der Vorderansicht Wesentliches. Zeigt drei Ansichten gleichrangig.

Dimetrische Projektion Isometrische Projektion

Normalprojektionen

D

SL

V

Anordnung der Ansichten vgl. DIN ISO 128-30 u. 5456-2

Zeichnerische Darstellung von Körpern Graphical Representation of Bodies

45011_s071_122_K 07.07.14 14:57 Seite 75

118

K

Symbole für PCE-Aufgaben und PCE-Leitfunktion

PCE-Aufgabe

PCE von Pro-cess ControlEngineering

Unterlieferant

Bei Bedarf Angabe: Signallinie

sicherheitswichtig

Richtlinie zu Qualität

qualitätswichtig

Prozess-linie

Typenkennzeichnung

Ort-Nr. von PCE

PCE-Kategorie undPCE-Funktion

ZH

SL

Geräteinformationen

PCE-Leitfunk-tion

UY

80.1OCZL

Unterlieferant

BeiBedarf:

Typenkennzeichnung

Geräteinformationen

Bedienober-fläche

lokal

PIxxxx

HS

xxxx

PI

xxxx

manuell betätigt (Schaltpult) Fernabfrage (Leitstand)

Beschriftung im Fließbild

Die Beschriftung der Fließbilder besteht aus einem Erstbuchstaben für die PCE-Kategorie und einem oder meh-reren Folgebuchstaben für die Verarbeitungsfunktion, z.B. PI analoge Druckanzeige.

Buch-stabe

Bedeutung des Erstbuchstabens fürPCE-Kategorie

Bedeutung der Folgebuchstaben fürPCE-Verarbeitungsfunktionen

ABC

AnalyseFlammenüberwachungAnwender definiert und dokumentiert

Alarm, Meldung,Beschränkung, EingrenzungRegelung

DEF

Dichteelektrische SpannungDurchfluss

DifferenzN.A.Verhältnis

GHI

Abstand, Länge, StellungHandeingabe, Handeingriffelektrischer Strom

N.A.oberer Grenzwert, an (on), offenAnaloganzeige

JKL

elektrische Leistungzeitbasierte FunktionFüllstand

N.A.N.A.unterer Grenzwert, aus (off), geschlossen

MNO

FeuchteMotorAnwender definiert und dokumentiert

N.A.N.A.Statusanzeige von Binärsignalen

PQR

DruckMenge oder AnzahlStrahlungsgrößen

N.A.Summe, Integralaufgezeichneter Wert

STU

Geschwindigkeit, Drehzahl, FrequenzTemperaturSteuerfunktion, Anwender dokumentiert

Schaltfunktion, nicht sicherheitswichtigN.A.N.A..

VWX

SchwingungMasse, Gewicht, KraftAnwender definiert und dokumentiert

N.A.N.A.Anwender definiert und dokumentiert

YZ

StellventilAnwender definiert und dokumentiert

RechenfunktionSchaltfunktion, sicherheitswichtig

N.A. in der Norm nicht angegebene Buchstaben, die in einem Fließbild ausnahmsweise angegeben werden kön-nen, wenn sie der Anwender definiert und dokumentiert hat.

Fließbilder R&I Diagrams vgl. DIN EN 62424 (VDE 0810-24)

Ein Fließbild ist die grafische Darstellung eines Prozesses mittels genormter und alphanumerisch beschrifteterSymbole. Die PCE-Aufgabe (PCE von Process Control Energineering) wird durch ein langlochförmiges Oval dar-gestellt, die PCE-Leitfunktion durch ein rechteckig verlängertes Sechseck.

45011_s071_122_K 07.07.14 14:58 Seite 118

159

WF

Trennklassen der Kommunikationsverkabelung Classes of IT-Cablingvgl. DIN EN 50173-2 (VDE 0800-174-2)

Trennung der Kabel zur Erhöhung der Dämpfung von induktiven Störspannungen

zwischenIT-Kabeln

große Dämpfung

kleine Dämpfungd

d

Kabel-binder

IT-Kabel Stromver-sorgung

IT-Kabel in flachem metallischen Kanal Trennung von IT-Kabel und Kabelder Stromversorgung

zwischenIT-Kabeln,Kabeln derStromversor-gung sowiesonstigenKabeln

große Dämpfung kleine Dämpfung

oder

Kabel für störanfälligeStromkreise

IT-Kabel in hohem metallischen Kanal Trennung von IT-Kabeln und sonstigen Kabeln

Erforderliche Dämpfung und Mindesttrennabstände

Trennklasse(etwa KategorieCat)

Dämpfung von informationstechnischenKabeln bei 30 MHz bis 100 MHz

Mindesttrennabstände d von IT- oder Strom-versorgungskabeln bei 0 MHz bis 100 MHz

Kopplungs- undSchirmdämfpung,Kabel geschirmt

Dämpfung TCL,Kabel ungeschirmt

ohne elektro-magnetischeBarriere

offenerMetall-Kabel-kanal

Lochblech-Kabelkanal

a – ˆ 40 dB ˆ 50 dB − 10 · lgf 300 mm 225 mm 150 mm

b (Cat 5) › 40 dB › 50 dB − 10 · lgf 100 mm 75 mm 50 mm

c (Cat 6) › 55 dB › 60 dB − 10 · lgf 50 mm 38 mm 25 mm

d (Cat 7) › 80 dB › 70 dB − 10 · lgf 10 mm 8 mm 5 mm

Bei metallenen massiven Kabelkanälen ohne offene Stellen ist der Trennabstand 0 mm

Allgemeine Anforderungen

Begriff Erklärung Bemerkungen, Daten

Verkabelung Verlegen von Kabeln. In der IT-Technik wer-den unter Kabeln Erdkabel und alle geschütz-ten Leitungen verstanden.

Es kann sich um Kabel mit Kupferleitern odersonstigen Metallleitern, aber auch mit opti-schen Faserleitern (Lichtwellenleiter) handeln.

Sicherheit Die Sicherheit der Anlage muss gewährleistetsein bezüglich Gefahren und Fluchtwegen.

Metallene IT-Verkabelungen und Kabel derStromversorgung müssen getrennt sein.

Zugänglichkeit Die Verlegung soll auf Kabelwegen so erfolgen,dass die Kabel bei Störungen zugänglich sind.

Bei umfangreichen Verkabelungen Kabelwegebei Bedarf unter dem Fußboden anordnen.

Schirmung IT-Kabel müssen gegen EMIs geschützt sein.Schutz gegen Eindringen von Signalen aus be-nachbarten Leitungen (Nebensprechen) mussdurch eine Kopplungsdämpfung erfolgen, beimetallenen Leitungen durch Schirmung.

Ein Schirm muss lückenlos geschlossen undan beiden Enden geerdet sein. Manche Kabelsind geschirmt gefertigt. Außerdem kann derKabelweg von mehreren Kabeln durch einenmetallenen Kabelkanal geschirmt sein.

Dämpfung Von einem Kabel zu benachbarten Kabeln fin-det Spannungsinduktion statt. Dämpfung(Begrenzung) durch geeignete Maßnahmen.

Je nach Aufgabe der IT-Kabel sind Mindest-werte der Dämpfung erforderlich. Dämpfungist im logarithmischen Maß dB angegeben.

Trennung Die Dämpfung wird durch Auswahl der Kabelnach Kabelkategorie und durch räumlicheTrennung der Kabel erreicht.

Die räumliche Trennung kann durch metalle-ne Schirmung und durch Abstand erreichtwerden.

Dokumentation Ist bei Errichtung und Änderung dem Anla-genbetreiber auszuhändigen.

Die Dokumentation besteht aus Schaltplänenund Wartungsplänen.

dB Dezibelf Frequenz

lg Zehnerlogarithmusd Mindesttrennabstand

EMI ElectromagneticInterference

TCL Quersprechdämpfung(Transverse Conversion Loss)

45011_s123_192_WF 07.07.14 15:02 Seite 159

169

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_s123_192_WF 07.07.14 15:02 Seite 169

230

BM

SteuerstromkreiseHauptstromkreise

L1

L2

L3

PE

PE

2 4 6

2 4 6

¡ >

F1

1 3 5

1 3 5

Q4

Q1

M1

W1

V1U1

V2

U2W2

65

43

21

Q36

5

43

21

Q2

M3_

F2

2.1

2.2

131

1411

22

3

Netzschütz

2.1

Q4

41

S1

S0 AusS1S2

S0

2.2

-Schütz -Schütz

S2

Q3

Q2 Q1 Q3

A2

A1

12

14

14

13

13

Q2

A2

A1

21

Q2

Q1

A2

A1

22

W1 24

L1

L2

L3

PE

PE

2 4 6

2 4 6

¡ >

F1

1 3 5

1 3 5

Q5

Q1

M1

V1U1

MLK

R1

R2

R3

65 3 1

Q4

M3_

F2

2.1

2.2

65

43

21

Q3

65

43

21

Q2

131

142

3

Netzschütz Endstufenschütz 1. Stufenschütz 2. Stufenschütz

2.1

Q5

4 1413 23

S0Aus

S1Ein

2.2Q1 Q4 Q3

A2

A1

14 18 22

13 17 21

Q4

Q1

A2

A2

A1

17

K2

Q4

A1

18

K3

24

Q1

X2

X1

Q2

A2

17

K1

A1

18

X2

X1

K1

A2

A1

A2

13

Q3

A1

14

A2

13

Q2

A1

14

K2 K3

L1

L2

L3

PE

PE

2 4 6

F1

Q1

M1

2W

2V2U

1W

1V1U

2 4 6

¡ >

1 3 5

1 3 5

Q4

6 4 2

¡ >

5 3 1

5 3 1

Q5

6 4 2

Q3

65

43

21

Q2

M3_

2.1

2.2

F2

12

4

Drehzahländerung direkt umschaltbar2.1

Q4

3

S0

Q5

2.2

S0 AusS1 LangsamS2 Schnell

Q3 S1

S2

Q1

Q3

Q2

Q2 Q1

A2

A1

42

13

Q3

A2

A1

Q2

Q1

A2

A1

Für Drehzahländerungüber AusQ3 II S1 (3) und S2 (2)Q1 II S1 (1) und S2 (4)

Manuelle Stern-Dreieck-Anlassschaltung mit Motorschutzschalter

Dahlanderschaltung mit Motorschutzschalter

Schleifringläufer-Selbstanlasserschaltung mit Motorschutzschalter

Schützschaltungen mit MotorschutzschalterCircuits for Contactors with Motor Protection Switch

45011_s193_272_BM 07.07.14 15:06 Seite 230

238

BM

Ausführung von InstallationsschaltungenExecution of Installation Circuits

Anlass, Begriff Erklärung Beispiel

Grundschaltungen

Fehlerschutz

Forderungen vonVDE 0100-410

Leiter für denFehlerschutz

Mehraderleitung,Aderleitung

Lagerhaltung desMaterials

grüngelbe Ader,blaue Ader

dreiadrige Leitunganstelle einerzweiadrigen

PE erleichtert dieÜberwachung

RCD verhindertMissbrauch

fünfadrige Leitunganstelle vondreiadriger

Bei Installationsschaltungen wird in Prospektenund Schaltungsbüchern meist nur der für denBetriebsstrom wichtige Stromweg angegeben,also z.B. vom Außenleiter L über Schalter und Lastzum Neutralleiter N. Die für den Fehlerschutz erfor-derlichen Leitungen sind oft nicht oder nur teilwei-se angegeben.● „In jedem Stromkreis muss ein Schutzleiter vor-

handen sein“.● Bei Schutzklasse II: „Ein Schutzleiter muss in der

gesamten Leitungsanlage mitgeführt werden“.Der PE wird deshalb oft bei der Grundschaltung zujeder Last und jeder Steckdose angegeben.

Die 2. Forderung legt nahe, den PE bei Schalterlei-tungen mitzuführen. Das ist bei Mehraderleitungenzu empfehlen, während bei Aderleitungen beiBedarf der PE auch später als weitere Ader einge-zogen werden kann.

Die Anzahl der vorzuhaltenden Leitungen solltewegen der Kosten möglichst niedrig bleiben. Sowird in vielen Betrieben die Aderzahl von vorräti-gen Mehraderleitungen auf 3 und 5 beschränkt.Dabei ist eine Ader grüngelb, also nur als PE, PBoder Erde verwendbar. Die blaue Ader kann als Nverwendet werden oder anderweitig, nicht aber alsPE oder PEN.Für die Leitung zu einem Ausschalter oder Tasterkann eine dreiadrige Leitung verwendet werden,wobei die grüngelbe Ader am Ausschalter bzw.Taster nicht zur Stromleitung angeschlossen wer-den darf.

Ein PE in der Schalterleitung dient der Überwa-chung der Leitungsanlage. Der PE ermöglicht z.B.die Messung des Isolationswiderstandes.Die missbräuchliche Verwendung des PE als PEN-Leiter wird verhindert, wenn der Fehlerschutzdurch Abschaltung mittels RCD erfolgt.Ermöglicht bei der Ausschaltung eine Steckdoseund außerdem die Verwendung des Ausschaltersals Kontrollschalter.

L

zusätzlicheAder

PE

Dreiadriger Schalteranschluss

Ein nicht benötigter PE ist am Schal-ter an einer festen oder in die Schal-terdose eingelegten Klemme zu be-festigen und an der Abzweigdose ander PE-Klemme.

N

PE

L

Q1

1 Aderunbe-nutzt

E1

X1

Ausschaltung mit fünfadrigerSchalterleitung und Steckdose

N

PEL

Serienschaltung mit fünfadrigerSchalterleitung und Steckdose

N

PEL

Q1 X1E1 Q2X1

Bei der üblichen Wechselschaltungermöglichen fünfadrige Schalterlei-tungen eine Steckdose nur unter demSchalter, der an L angeschlossen ist.Als Kontrollschalter ist nur der Schal-ter möglich, an den der Schalterdrahtangeschlossen ist. Dasselbe gilt fürdie Wechselschalter einer Kreuz-schaltung. Die Sparwechselschal-tung erlaubt bei fünfadrigen Schal-terleitungen unter jedem Schaltereine Steckdose. Dabei geht derAußenleiter bei beiden Schaltern zueinem Anschluss für Korrespondie-rende (Schalter verbindende Leiter).

Sparwechselschaltung mit Steckdosen an beiden Schaltern

45011_s193_272_BM 07.07.14 15:06 Seite 238

244

BM

Das Computerprogramm hat folgende Auf-gaben:

4 Bildung der Regeldifferenz e,

4 Berechnung der Stellgrößen y auf Grundder programmierten Regelalgorithmen.

Bei der Sprungantwort werden alle P-, D- undI-Anteile aufsummiert.

Die Abtastung der analogen Signale undderen Umwandlung in digitale Werte sowieder interne Programmablauf bewirken einezeitliche Verzögerung bei der Berechnung derStellgröße Y.

Beispiel

Bei digitalen Hardware-Reglern sind die Ein-gangssignale und Ausgangssignale digital.Die Regelparameter und der Regelalgorith-mus können nicht verändert werden.

Beispiel: Die vom analogen Messwertgebererzeugte Regelgröße „Weg“ wird im Analog-Digital-Umsetzer ADU in ein digitales Signalumgewandelt. Im Vergleicher wird in digita-ler Form die Differenz zwischen diesem Ein-gangssignal und dem Sollwertsignal gebil-det. Diese Regelabweichung e = w – x wirddann durch den Regelalgorithmus bearbei-tet. Der Digital-Analog-Umsetzer DAU wan-delt diesen Digitalwert in ein analoges Aus-gangssignal um.

Bei der Regelung durch Computer sind dieRegelparameter, die Sollwerte und der Regel-algorithmus als Programm im Computerabgelegt.

Beispiel: Das analoge Prozesssignal x wirdüber den Analog-Digital-Umsetzer in ein digi-tales Signal x1 umgewandelt. Ein Impuls-geber tastet in bestimmten Zeitabständendiese Digitalwerte ab x2. Der Signalspeicherhält diesen Wert bis zur nächsten Abtast-periode aufrecht (x3). Entsprechend demRegelalgorithmus werden die Stellgrößenerrechnet, danach im DA-Umsetzer digital-analog umgewandelt und nach dem analo-gen Signalspeicher der Regelstrecke zuge-führt.

Man unterscheidet zwischen:

DDC-Betrieb (Direct Digital Control), bei demder Computer unmittelbar auf die Stellglie-der einwirkt und dem SPC-Betrieb (Set PointControl), bei dem der Computer nur dieFührungsgrößen gespeichert hat.

Erläuterung

Digitale Hardware-Regler

Digitale Regelung durch Computer (Software-Regler)

PID-Regelalgorithmus im Computer

Netz 400VRegelstrecke Messglied

Stellmotor

M

analoges Wegmesssystem

ADU

SollwertgeberRegler

DAU ADUx

w ww

U

U

x

U

s

U

y

Netz 400VRegelstrecke Messglied

Mx

U

U

x

ADU mitz. B. 10 kS/s(S = Sample

= Abtastung)

Mikrocontroller

SollwerteParameter

Regelalgorithmus

z. B.1001 . . . x3

z. B.1001 . . . x2

Abtasterz. B. 1 S/s

z. B.1001 1101 . . . x1

U

Halteglied

DAU

x

t

y2

t

y1

t

y2

y1

Halte-gliedz. B. 1 s

Speicher

Führungsgröße w

Erfassen derRegelgröße x

Bildung derRegeldifferenz

e = w – x

PID-Regelalgorithmus

AusgabeStellgröße y

Zeit t

12345

Sprungantwort

y

Zeit t

1234

y

D-Anteil

I-Anteil

P-Anteil

Zeit t

e

Digitale Regelung Digital Closed Loop Control

45011_s193_272_BM 07.07.14 15:06 Seite 244

246

BM

Erklärung Darstellungen, BemerkungenMerkmal

Aufbau Der digitale Universalregler SIPART besteht aus einemGrundgerät mit Bedienfeld, analogen und binären Eingän-gen und Ausgängen, in welches rückseitig Steckkarten fürDAU (Digital-Analog-Umsetzer), ADU (Analog-Digital-Um-setzer), weitere Eingänge und Ausgänge (analog, digital),Schnittstellen für RS232 oder für PROFIBUS gesteckt wer-den können. Verschiedene Messwertaufnehmer sind an-schließbar.

1 Anzeige Regelgröße, 2 Anzeige Sollwert, 3 Anzeige Stell-größe, 4 Taster für Stellgröße, 5 Taster Hand/Automatik,6 Taster für Sollwert, 7 Taster intern/extern.

www.siemens.com

Bedienfeld des UniversalreglersSIPART

Bedienebenen des digitalen ReglersSIPART

Funktio-nen

SIPART bestitzt folgende Reglerfunktionen:

Handregelung, automatische Regelung, Festwertregelung,Folgeregelung, Zweipunktregelung, Dreipunktregelung,Regelungen P, PI, PD und PID.

SIPART enthält eine Bibliothek von Grundfunktionen, z.B.Absolutwertbildung, Addition, Subtraktion, Division, Multi-plikation, Wurzelberechnung, Logarithmusberechnung, e-Funktion, UND, ODER, NICHT. Auch Zählerfunktionen, Zeit-funktionen und Filterfunktionen sind vorhanden.

SIPART kann über spezielle Baugruppen an den PROFIBUS-DP oder an Geräte mit einer Schnittstelle RS 232 oder RS485 angeschlossen werden.

Bedie-nung

Mit drei Bedienebenen erfolgt das Einstellen des Reglers. Inder Auswahlebene wird eine Parameterliste ausgewählt,deren Parameter in der Konfigurierebene geändert undaktiviert werden können.

Es gibt Listen für Parameter des On-line-Betriebs, des Off-line-Betriebs, von Zeitprogramm-Reglern sowie der Struk-turschalter. Mit Strukturschaltern (menügeführter Dialog)werden die Funktion und Struktur des Reglers, z.B. Fest-wertregler, Folgeregler, Zweipunktregler, P-Regler und An-sprechschwellen, einschließlich der Art der Eingangssigna-le und Ausgangssignale, festgelegt. In der Liste für dieParameter des On-line-Betriebs sind z.B. enthalten die Reg-lerparameter KP, Ti, Td, Vd.

In der Konfigurierebene werden den jeweiligen Parameternder ausgewählten Liste ihre Werte manuell zugewiesen.

Sprungantwort des PID-Reglers

Einstel-lungeinesPID-Reg-lers

Zu Beginn des Einstellvorganges wird der Sollwert derRegelgröße eingestellt und die Regeldifferenz im Handbe-trieb automatisch ausgeregelt. Der werkseingestellte KP(0,1) wird dann im Automatikbetrieb vergrößert, bis derRegelkreis zum Schwingen neigt.

Dann Td auf 1 s stellen (werkseitige Einstellung off=aus). Tdlangsam vergrößern bis die Schwingungen beseitig sind.KP langsam vergrößern bis wieder Schwingungen einset-zen. Diese beiden Vorgänge so oft wiederholen, bis dieSchwingungen nicht wieder beseitigt werden können.

Td und KP dann verkleinern, bis die Schwingungen auf-hören. Ti verringern, bis der Regelkreis wieder zum Schwin-gen neigt. Ti geringfügig vergrößern, bis die Schwingungs-neigung beseitigt ist.

KP Proportional-Beiwert (Verstärkungsfaktor) Ti Nachstellzeit, Td Vorhaltezeit, Vd Vorhalteverstärkung

1

2

7

6

6

5

4

4

3

Mit einem digitalen Regler könnenmeist mehrere Regelkreise unabhän-gig voneinander betrieben werden.

Konfigurierebene:Parametername: xxxParameterwert: yyy

Auswahlebene:

On-line-BetriebParameter

Strukturschalter

. ..

Prozessbedienebene:Anzeige und Bedienung von z.B.Sollwert, Stellwert, Istwert

Kp

•e

m,e

t

e

I -Anteil

m

Td /Vd

Ti

D-Anteil

P-Anteil

Universalregler SIPARTUniversal Closed Loop Controller SIPART

45011_s193_272_BM 07.07.14 15:06 Seite 246

248

BM

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 Variants and accessory

Programmierung Programming

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_s193_272_BM 07.07.14 15:06 Seite 248

271

Bauteil Schaltzeichen Erklärung

Das Drosselrückschlagventil kombiniert ein Drossel-ventil und ein Rückschlagventil. In einer Strömungs-richtung hat die Druckluft ungestört Durchgang, wäh-rend in der Gegenrichtung eine stufenlose Einstellungdes Durchflusses möglich ist.Drosselrückschlagventile werden zur Geschwindig-keitssteuerung in die Arbeitsleitungen von Zylindern inZylindernähe eingebaut, z.B. Eilvorlauf, Eilrücklaufoder Arbeitsgeschwindigkeit.

www.festo.com

Das Wechselventil erfüllt in einer pneumatischenSteuerung die Funktion eines ODER-Gliedes. Dazubesitzen Wechselventile zwei Steueranschlüsse undeinen Arbeitsanschluss. Druckluft strömt zum Arbeits-anschluss, wenn eine der beiden Eingangsleitungenoder beide gleichzeitig unter Druck stehen. Dabei ver-hindert das Wechselventil, dass die mit Druck beauf-schlagte Steuerleitung über den parallel geschaltetenSteueranschluß entlüftet wird.

Das Zweidruckventil erfüllt in einer pneumatischenSteuerung die Funktion eines UND-Gliedes. Dazu besit-zen Zweidruckventile zwei Steueranschlüsse und einenArbeitsanschluss. Druckluft strömt nur dann zum Ar-beitsanschluss, wenn beide Eingangsleitungen gleich-zeitig unter Druck stehen. Bei unterschiedlich großenSteuerdrücken schließt der größere das Ventil und derkleinere Steuerdruck gelangt zum Ausgang.

www.hawe.de

Drosselrückschlagventil

Wechselventil

Zweidruckventil

frei

gedrosselt

Sitzventile zeichnen sich durch einen dicht schließen-den Ventilkörper aus, wobei sie oft nur unter großemKraftaufwand zu schalten sind, da der Systemdruckden Ventilkörper belastet. Bei der elektromagnetischenAnsteuerung wird in spannungslosem Zustand derKolben durch eine Feder auf den Ventilsitz gedrückt.Nach Betätigung wird der Kolben durch die Magnet-kraft angezogen und gibt eine andere Verbindung frei.

4/2-Wegeventil mit Federrück-stellung und elektromagneti-scher Betätigung

5/2-Wegeventil mit Federrück-stellung und mechanischerBetätigung durch Stößel

Verbindungnichtangesteuert

angesteuert

Da Kolbenschieberventile druckentlastet sind, lassensie sich mit einer vom Betriebsdruck nahezu unabhän-gigen Betätigungskraft schalten. Wegen des Bewe-gungsspiels des Kolbenschiebers kann es zu Abdicht-problemen kommen.

www.esska.de

F Verbindungangesteuert

nichtangesteuert

Druckventile und Wegeventile Pressure and Direction Control Valves

BM

271

45011_s193_272_BM 07.07.14 15:07 Seite 271

295

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 306.

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 55).

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_s273_368_A 07.07.14 15:20 Seite 295

307

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. BeiBedaf Neuanlagen ist seit 2011mindestens IE2 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 nn 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

45011_s273_368_A 07.07.14 15:20 Seite 307

310

A

310

Anschluss an das öffentlicheNiederspannungsnetz nach TAB

Motorenart Bedingung

Schaltung Erklärung Bemerkungen

Ursache Bedingung Folgerung

Spannungsverlauf beimelektronischen Motorstarter

Einphasen-Wechselstrom-motoren

Drehstrom-motoren

Bemessungsleis-tung nicht über1,7 kVA.

Anzugsstrom nichtüber 60 A oder Be-messungsleistungbis 5,2 kVA bei gele-gentlichem Schalten(bei 400 V Bemes-sungsstrom 7,5 A).

Bei Drehstrom-Kurzschlussläufer-motoren mit einer Bemessungs-leistung von mehr als 4 kW mussbeim Einschalten die Spannungheruntergesetzt sein, damit derEinschaltstrom, der bis zum10-Fachen des Bemessungsstro-mes betragen kann, begrenzt bleibt.Der Einschaltstrom sinkt im selbenVerhältnis, wie die Spannung he-rabgesetzt wird. Dagegen nimmtdas Kraftmoment etwa quadratischab, bei halber Spannung also aufein Viertel.

Direktes Einschalten Einschalten z.B. mit Motorschalteroder Schützschaltung.

Am öffentlichen Netz bei Dreh-strommotoren bis 4 kW möglich.

Herabsetzung der Spannung durcheinen stellbaren Drehstromtrans-formator, meist in Sternschaltung.Der Einschaltstrom aus dem Netzwird dabei herabgesetzt durch diekleinere Spannung und durch dieStromübersetzung des Transfor-mators. Nimmt der Motor bei hal-ber Netzspannung z.B. 60 A auf, sonimmt der Transformator aus demNetz nur etwa 30 A auf.

Mit Anlauftransformatoren könnenDrehstrom-Kurzschlussläufermoto-ren bis zu einer Bemessungsleistungvon 15 kW angelassen werden.Nachteilig beim Anlassen mit Trans-formator sind die hohen Anschaf-fungskosten. Deshalb werdenAnlauftransformatoren vor allembei Hochspannungsmotorengroßer Leistung verwendet undsind sonst ziemlich selten.

In der Sternschaltung beträgt derEinschaltstrom nur ein Drittel desEinschaltstroms wie in der Dreieck-schaltung.

Am öffentlichen Netz für Bemes-sungsleistung bis 11 kW.(Anzugsstrom ≤ 60 A)

Der Steuerteil enthält einen Mikro-computer und eine Steuereinheitzur Erzeugung der Zündimpulse fürdie IGBTs oder Thyristoren.Elektronische Motorstarter erhö-hen während der Anlaufzeit dieSpannung an den Motorklemmenvon etwa 40% auf 100% der Bemes-sungsspannung UN des Motors;meist mit Abschnittsteuerung.Elektronische Motorstarter sindzweiphasig (Bild) ausgeführt (zweiAntiparallelschaltungen von IGBTsoder Thyristoren) oder einphasigoder dreiphasig. Immer muss einSchalter mit Trennvermögen vor-geschaltet sein.

Am öffentlichen Netz für Dreh-strom-Kurzschlussläufermotoren biszu einer Bemessungsleistung von11 kW.

Kusa-Schaltung

Herabsetzung der Spannung durchdrei Drosselspulen, drei Wirkwider-stände oder einen Flüssigkeitsan-lasser mit Elektrolyt. Bei Drehstrom-motoren mit der Angabe Y 400 Vkann am 400-V-Netz ein Sternpunkt-anlasser verwendet werden. FürMotoren bis 2 kW kann die Kusa-Schaltung (Kusa von Kurzschluss-läufer-Sanftanlauf) mit nur einemWiderstand verwendet werden.

Stromverlauf

Schaltung mit Anlauftransformator

Einschalten mitStern-Dreieck-Schalter

Elektronischer Motorstarter

Schaltung mit Sternpunktanlasser

Prinzip

Anlaufschaltungen

Einschaltstrom

t

Anzugsstrom

Betriebs-strom

i

ÏMikro-

computer

L1

L2

L3

4

4

Steuer-einheit

M3_

R1

W2

V2

U2L3L2L1 M1

PE

Q1 W1V1U1

M3_

T1

L3L2L1 M1

PE

Q1 1W1V1U

2V2W

2U U1V1W1

0

100

t

U

UN

Rampen-zeit

Sanftanlauf mitStrombegrenzung

Sanftanlauf ohneStrombegrenzung

Sanft-stopp

40

%

L3L2L1

PE

Q1M

3_

Anlassen von Kurzschlussläufermotoren Start-up of Squirrel-cage Motors

45011_s273_368_A 07.07.14 15:20 Seite 310

318

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

45011_s273_368_A 07.07.14 15:20 Seite 318

327

A

Differenzstromschutzschalter RCD Residual current Protective Device RCD

Schaltung, Kennzeichnung Erklärung Ergänzung, Bemerkungen

Summenstromwandler einer RCD vomTyp A

Aufbau einer RCD vom Typ B

Kennzeichnungen an RCDs

L1

L3N

PE

1 3 5 N

L2

A

2 4 6 N

2

2

1

L1

L3

N

PE

1 3 5 N

L2

nur beimTyp B

Typ A

Typ AC

Typ FTyp B

selektivkurzzeit-verzögert

KS

Differenzstromschutzschalter(nach Norm Fehlerstromschutz-schalter) erfassen Fehlerströmein elektrischen Niederspan-nungs-Anlagen, die z. B. durchIsolationsfehler entstehen. Sieenthalten einen Summenstrom-wandler. Durch ihn werden alleAußenleiter L und der Neutral-leiter N zu der Anlage geführt,nicht aber der Schutzleiter PE(Bild links).

Der Summenstromwandlersummiert die Augenblickswerteder Leiterströme, die zur Anla-ge hinein- oder herausfließen.Im fehlerfreien Zustand derAnlage ist die Summe gleichNull.

Fließt aber ein Teil des Stromesüber Erde oder den PE zurück,so ruft der Differenzstrom einmagnetisches Wechselfeld her-vor, das in der WandlerwicklungSpannung erzeugt. Diese löstdas Schaltschloss eines Schal-ters, der die Anlage abschaltet.

Geräte mit dem Eisenkern nureines Summenstromwandlerssind vom Typ A (VDE 0100-530).Sie erfassen Wechselströme ACund pulsierende DC-Ströme(Bild rechts). Sollen auch „glat-te“ DC-Ströme (Bild rechts)erfasst werden, so sind Gerätevom Typ B (VDE 0100-530)erforderlich. Bei diesen ist einzweiter Eisenkern mit Hall-Generator (Bild links) vorhan-den.

Bei „glattem“ DC-Fehlerstromentsteht im zweiten Eisenkernein magnetisches Gleichfeld,das von einem Hall-Generatorerfasst wird. Dessen Ausgangs-spannung wird über eine Elek-tronik verstärkt und als DC-Feh-lerstrom ausgegeben und zumAbschalten verwendet.

Der Typ F entspricht dem Typ A,ist aber besonders für Strom-kreise nach einphasigenUmrichtern geeignet. Der TypAC erfasst nur Wechselströmeund ist in Deutschland nichtzugelassen.

Pulsierender DC-Strom

„Glatter“ DC-Strom

Halleffekt beim N-Leiter

HinweiseDifferenzstromgeräte sind nurin AC-Netzen verwendbar,nicht in DC-Netzen.

Vom Speisepunkt aus gesehendürfen Geräte vom Typ Anicht nach Geräten vom Typ Bangeordnet werden, da sonstfalsche Spannung bzw.Abschaltung.

Nennströme ¬N: 25 A, 40 A, 63

Nenndifferenzströme ¬DN:(10 mA), 30 mA, 0,1 A, 0.3 A,0,5 A (Klammerwert nicht beiTyp B)

Sonderformen:RCBO RCD mit Overload Bro-ker = RCD mit LS-Schalter

CBR für IN > 63 A (Leistungs-schalter mit RCU Fehler-stromauslöser)

iDt

iD

t

¡

UH

¡ =50 mA

0,2

B =0,35 T

45011_s273_368_A 07.07.14 15:21 Seite 327

508

B

508 Normen Standards

Art Erklärung Beispiel

Normbegriffe

Norm Eine Norm ist das veröffentlichte Ergebnis einer Normungs-arbeit. Angabe Jahr und Monat nach einem Doppelpunkt,z.B. :1999-12.

DIN 1302:1999-12

Entwurf Vom Herausgeber der Norm zur Stellungnahme veröffentlichtesErgebnis einer Normungsarbeit mit dem Hinweis, dass die Normdavon abweichen kann.

E DIN EN 1175-1(Teil 1)

Vornorm Ergebnis einer Normungsarbeit im Rang zwischen Entwurf undNorm, die aber bei Bedarf später abweichen kann.

DIN V VDE V 0664-420(VDE V 0664-420)

Teil Teil einer Norm, der als eigenes Druckwerk vom Herausgeberbezogen werden kann. Angabe des Teils nach -, z.B. -520.

DIN VDE 0100-520

Beiblatt Ergänzung von meist mehreren Seiten zu einer Norm.Das Beiblatt kann als eigenes Druckwerk bezogen werden.

Beiblatt 1 zu DIN VDE0100-520:2008-10

Anwendungs-leitfaden

Leitfaden zur Handhabung einer Norm, der als eigenes Druck-werk bezogen werden kann. Angabe nach dem Teil, z.B. 3-10.

DIN IEC 60300-3-10:2004-04

Hauptabschnitt Teil einer Norm, der als eigenes Druckwerk bezogen werdenkann. Angabe nach dem Teil 3, z.B. -3-4.

DIN IEC 60300-3-4:1999-04

Berichtigung Änderung einer fehlerhaft herausgegebenen Norm, z.B. DIN EN61547 Berichtigung 1 zu DIN EN 615472010-07 oder Berichtigungzu VDE 0875-15-2 Berichtigung 1:2010-07.

VDE 0875-15-2Berichtigung 1:2010-7

Arten der Normen nach Herausgeber

DIN-Norm Deutsche Norm, die vom Deutschen Institut für Normung (DIN)herausgegeben wird, meist mit weiteren Normungszusätzen.

DIN 1301

EN-Norm Europäische Norm, herausgegeben von CEN (CommunitéEuropeén de Normalisation), Brüssel.

EN 60300-1:2003

DIN-EN-Norm Europäische Norm, deren Fassung den Status (Zustand) einerdeutschen Norm erhalten hat. Herausgabe durch DIN.

DIN EN 60300-1:2004-02

IEC-Norm Internationale Norm der International ElectrotechnicalCommission (IEC), vor allem aus dem Bereich Elektrotechnik.

IEC 60300-1:2003

DIN-IEC-Norm Deutsche Norm, die fachlich unverändert aus der IEC-Normübernommen ist.

DIN IEC 62271-4

ISO-Norm Internationale Norm der International Standardization Organiza-tion (ISO), Genf, vor allem aus dem Bereich Maschinenbau.

ISO 1219-2:1995

DIN-ISO-Norm ISO-Norm, die den Status einer DIN-Norm erhalten hat. DIN ISO 1219-1:1996-3(Teil 1 vom März 1996)

VDE-Bestimmung

Norm, erarbeitet vom Verband der Elektrotechnik ElektronikInformationstechnik (VDE), z.B. Teil 520, Oktober 2008.

VDE 0100-520:2008-10

DIN-VDE-Norm VDE-Bestimmung, welche den Status einer deutschen Normerhalten hat.

DIN VDE 0100-520:2008-10

DIN-EN-Norm(VDE)

DIN-EN-Norm, die zugleich eine VDE-Bestimmung ist. DIN EN 60079-18(VDE 0170-9)

VDE-AR-N VDE-Anwendungsregel für das Niederspannungsnetz. Vom VDEerarbeitete Arbeitsempfehlungen, beruhend auf VDE-Normenoder Normen mit VDE-Zuweisung.

VDE-AR-N 4105

VDI-Richtlinie Empfehlungen des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI), die nochnicht genormt sind.

VDI 2229:1979-06

DIN-EN-ISO Europäische Norm, die unverändert eine ISO-Norm wurde undderen deutsche Fassung eine DIN-Norm ist.

DIN EN ISO 4288:1998-04

ÖVE Norm des Österreichischen Vereins für Elektrotechnik,Schreibweisen in Zusammensetzungen entsprechend VDE.

ÖVE/ÖNORM EN 8007:2002-11

ULANSI, NEMA

Standard von Underwriters Laboratories Incorporated (ein US-amerikanisches Normeninstitut). Weitere Standards der USA.

UL 508A

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