Prüfungsbuch für Elektronik und Informationstechnik€¦ · Die Fragen und Antworten decken die am meisten relevanten Lernfelder der verschiedenen Berufe der Elektronik aus Industrie

EUROPA-FACHBUCHREIHEfür elektrotechnische und elektronische Berufe

Prüfungsbuch für

Elektronik und

Informationstechnik

8., erweiterte Auflage

Bearbeitet von Lehrern, Technikern und Ingenieuren an beruflichen Schulen,Seminaren und Produktionsstätten (siehe Rückseite)

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

Europa-Nr.: 3186X

PEL I, 8. A - Titelei.qxd 03.12.2004 12:18 Seite 1

Autoren vom Prüfungsbuch für Elektronik und Informationstechnik:

Thomas Lücke Dipl.-Ing., Oberstudienrat Montabaur, Holler

Gerhard Mangold Dipl.-Ing., Studienprofessor Tettnang

Armin Schonard staatlich geprüfter Techniker Stuttgart, Göppingen

Christoph Weidinger-Vandirk Oberstudienrat Limburg

Bildbearbeitung:

Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Leinfelden-Echterdingen

Leitung des Arbeitskreises und Lektorat:

Dipl.-Ing. Oberstudienrat Thomas Lücke

ISBN 3-8085-3198-3

Diesem Buch wurden die neuesten Ausgaben der DIN-Blätter und der VDE-Bestimmungen zugrunde gelegt. Verbindlich sindjedoch nur die DIN-Blätter und VDE-Bestimmungen selbst.

Die DIN-Blätter können von der Beuth-Verlag GmbH, Burggrafenstraße 4–7, 10787 Berlin, und Kamekestraße 2–8, 50672 Köln,bezogen werden. Die VDE-Bestimmungen sind bei der VDE-Verlag GmbH, Bismarckstraße 33, 10625 Berlin, erhältlich

8. Auflage 2005

Druck 5 4 3 2 1

Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da bis auf die Behebung von Druckfehlern untereinander unverändert.

Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich geregelten Fäl-le muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.

© 2005 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenhttp://www.europa-lehrmittel.de

Umschlaggestaltung: Michael M. Kappenstein, 60385 FrankfurtSatz: Doris Busch, 40235 DüsseldorfDruck: Konrad Triltsch Print und digitale Medien GmbH, 97199 Ochsenfurt-Hohestadt

Die neuen Regeln für die deutsche Rechtschreibung sind in dieser Auflage berücksichtigt.


Aus dem Vorwort zur 1. Auflage

Bei den elektronischen Berufen ist ein umfangreiches Fachwissen erforderlich. Die Lernziele unterliegenin allen Oualifikationsstufen einer permanenten Kontrolle durch Erfolgstests, Klassenarbeiten, Zwischen-prüfungen und Abschlussprüfungen. Der Vorbereitung auf diese Kontrollen und Prüfungen soll das vorlie-gende Buch dienen. Es enthält Fragen, die konventionell (zur freien Beantwortung) oder programmiert (zurBeantwortung durch Auswahl der vorgegebenen Antworten) gestellt sind. Beide Fragearten wurden ausge-wählt, weil aus didaktischen Gründen beide Arten ihre Bedeutung haben. Wie bei Prüfungen üblich, ent-halten zahlreiche Fragen Bilder, weil die Zeichnung die Sprache der Technik und vor allem zur Dokumenta-tion geeignet ist.Die Fragen sind jeweils durch farbige Unterlegung hervorgehoben. Für die konventionell gestellten Fragenfolgen die Antworten jeweils am Schluss der Frage, bei Bedarf mit einer zusätzlichen Erläuterung in einerkleineren Drucktype. Die sonstigen Lösungen befinden sich weiter hinten nach den Prüfungseinheiten.

Vorwort zur 8. Auflage

Neu aufgenommen wurden die Themen: Mathematische Grundlagen, Metalltechnisches Zeichnen,Werkstoffe, Lichttechnik, Lampenschaltungen, Kompensation, Steuern elektrischer Maschinen, Inter-bus, Profibus, LON, Industrial Ethernet, Parlamentarisches System der Bundesrepublik Deutschland, Ar-beits- und Sozialgerichtsbarkeit und Geschäftsprozesse. Erhalten blieb dabei für die meisten Fragen diebewährte Methodik Frage – Antwort – ErkIärung, die aus dem Buch ein Lernbuch macht.

Das Inhaltsverzeichnis wurde unter Berücksichtigung der Einteilung in Lernfelder erstellt, für die aberdie Informationen systematisch und nach Modulen geordnet erfragt bzw. gegeben werden. Das Buchist eingeteilt in die Hauptabschnitte:� Elektrotechnik/Elektronik-Grundlagen mit den Seiten Grundgesetze, Bauelemente, Grundschaltungen,

Baugruppen, Mathematische Grundlagen, Metalltechnisches Zeichnen, Werkstoffe, � lnformationsverarbeitung mit den Seiten Digitaltechnik, Speicher, Grundlagen der Computertechnik,

Signalcodierung,� Arbeitssicherheit mit den Seiten DIN VDE 0100 und DIN VDE 0105,� Umweltschutz mit den Seiten Belastung der Umwelt und Umgang mit Abfall,�Messen, Steuern, Regeln mit den Seiten Messen in elektrischen Anlagen, Steuern mit SPS, analoge

und digitale Regelungstechnik,� Anlagen der Energieelektronik mit den Seiten Netzformen, Kraftwerksarten, Leistungselektronik, Elek-

tromotoren, Elektromagnetische Verträglichkeit EMV,� Anlagen der Informationstechnik mit den Seiten Datenübertragung, Netze, Computeranlagen, Vernet-

zung, Grundlagen der Programmierung, Internet und Intranet, Installation im ISDN,� Normung und Zertifizierung mit den Seiten Einführung in die Normen, Durchführung der Zertifizierung,�Wirtschafts- und Sozialkunde mit den Seiten berufliche Bildung, Betrieb und Unternehmung, Sozial-

versicherung, Arbeitsrecht, Bundestag, Bundesrat, Arbeits- und Sozialgerichtsbarkeit,� Geschäftsprozesse mit den Seiten Markt, Anbieterverhalten / Nachfrageverhalten, Preisbildung,� Prüfungseinheiten mit den Seiten Prüfungssätzen in Technologie, Technische Mathematik, Schaltungs-

technik und Funktionsanalyse, Fachtheorie (fächerverbindend), Wirtschafts- und Sozialkunde, (Die bishe-rigen Prüfungssätze sind als Prüfungsvorbereitung auch weiterhin für die neugeordneten Berufe relevant,solange bis sich die Konzepte und Inhalte der neuen Zwischen- und Abschlussprüfung etabliert haben.)

� Lösungen der Testaufgaben und Ergänzungsaufgaben sowie der Prüfungssätze.Die Fragen und Antworten decken die am meisten relevanten Lernfelder der verschiedenen Berufe derElektronik aus Industrie und Handwerk ab sowie den elektrotechnischen und informationstechnischenTeil einschließlich der Geschäftsprozesse der Berufe der Informationstechnik und Mechatronik.Ein umfangreiches Sachwortverzeichnis erleichtert den Zugriff zu den Informationen und ein Punkte-Noten-Umrechnungsschlüssel am Buchende ermöglicht dem Nutzer eine Eigenbewertung.

Verfasser und Verlag danken für die zahlreichen von Benutzern gegebenen Verbesserungshinweise undnehmen diese auch künftig dankbar entgegen.

Winter 2004/2005 Die Verfasser


4

1 Grundlagen der Elektrotechnik/ Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.1 Mathematische Grundlagen . . . . . 9

1.2 Metalltechnisches Zeichnen . . . . . 11

1.3 Werkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.4 Grundgesetze und Bauelemente der Elektronik . . . . . 16

1.4.1 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.4.2 Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . 18

1.4.3 Kraft, Leistung, Arbeit . . . . . . . . . . 22

1.4.3.1 Kraft und Kraftmoment . . . . . . . . . 22

1.4.3.2 Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.4.3.3 Arbeit und Wärme . . . . . . . . . . . . . 24

1.4.4 Spannungserzeuger . . . . . . . . . . . 25

1.4.5 Wechselspannung und Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.4.6 Spannung und elektrisches Feld . . . . . . . . . . . . . . 29

1.4.7 Strom und Magnetfeld . . . . . . . . . 31

1.4.8 Elektrochemie . . . . . . . . . . . . . . . . 34

1.4.9 Halbleitertechnik . . . . . . . . . . . . . . 36

1.4.9.1 Strom in Festkörpern . . . . . . . . . . 36

1.4.9.2 Halbleiterwiderstände . . . . . . . . . . 38

1.4.9.3 Dioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

1.4.9.4 Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

1.4.9.5 Thyristoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

1.4.9.6 Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

1.4.10 Strom in Vakuum oder im Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

1.5 Grundschaltungen der Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

1.5.1 RC-Schaltungen und RL-Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . 48

1.5.2 Schwingkreise und LC-Siebschaltungen . . . . . . . . . . . 50

1.5.3 Leistungen bei Wechselstrom . . . . . . . . . . . . . 52

1.5.4 Transformator . . . . . . . . . . . . . . . . 53

1.5.5 Verstärker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

1.5.5.1 Grundbegriffe und Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . 55

1.5.5.2 Emitterschaltung . . . . . . . . . . . . . . 57

1.5.5.3 Sourceschaltung . . . . . . . . . . . . . . 58

1.5.5.4 Operationsverstärker . . . . . . . . . . 59

1.5.6 Elektronische Schalter . . . . . . . . . 62

1.5.7 Stromversorgung elektronischer Geräte . . . . . . . . . . 64

1.5.7.1 Gleichrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . 64

1.5.7.2 Spannungsstabilisierung mit Energiespeicher . . . . . . . . . . . 66

1.5.7.3 Stabilisierung ohne Energiespeicher . . . . . . . . . . . . . . . 67

1.6 Dreiphasenwechselstrom . . . . . . . 68

2 Informationsverarbeitung . . . . . 70

2.1 Digitaltechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

2.1.1 Kombinatorische Digitaltechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

2.1.1.1 Grundlagen der Schaltalgebra . . . 70

2.1.1.2 Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . 71

2.1.1.3 Digitale Schaltkreisfamilien . . . . . 74

2.1.2 Sequenzielle Digitaltechnik . . . . . 75

2.1.2.1 Flipflop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

2.1.2.2 Zähler und Schieberegister . . . . . 78

2.1.3 Digital-Analog-Umsetzer und Analog-Digital-Umsetzer . . . . 81

2.2 Programmierbare Logikelemente . . . . . . . . . . . . . . . . 83

2.3 Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

2.3.1 Speicherbauelemente für den Arbeitsspeicher . . . . . . . . 85

2.3.2 Externe Speicher . . . . . . . . . . . . . . 87

2.4 Grundlagen der Computertechnik . . . . . . . . . . 89

2.4.1 Darstellung binärer Signale . . . . . 89

2.4.2 Signalcodierung . . . . . . . . . . . . . . 90

2.4.3 Codes der Informationstechnik . . 91

2.4.4 Aufbau und Arbeitsweise eines PC-Systems . . . . . . . . . . . . . 93

3 Arbeitssicherheit . . . . . . . . . . . . . 95

3.1 DIN VDE 0100 . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

3.2 Betrieb von elektrischen Anlagen nach DIN VDE 0105 . . . . 100

Inhaltsverzeichnis

PEL I, 8. A - Inhalt.qxd 03.12.2004 12:02 Seite 4

5

4 Umweltschutz . . . . . . . . . . . . . . . 103

4.1 Belastungen der Umwelt . . . . . . . 103

4.2 Umgang mit Abfall . . . . . . . . . . . . 105

5 Messen, Steuern, Regeln . . . . . 108

5.1 Messen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5.1.1 Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5.1.2 Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

5.1.3 Logic Analyzer . . . . . . . . . . . . . . . . 112

5.1.4 Elektronisches Messen . . . . . . . . . 113

5.1.4.1 Sensoren und Sensorelemente . . 113

5.1.4.2 Computerunterstütztes Messen . . 116

5.1.5 Messen in elektrischen Anlagen . 118

5.2 Steuern und Regeln . . . . . . . . . . . . 121

5.2.1 Steuerungstechnik . . . . . . . . . . . . 121

5.2.2 SpeicherprogrammierbareSteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

5.2.2.1 Prinzip der SPS . . . . . . . . . . . . . . . 122

5.2.2.2 Programmieren der SPS . . . . . . . . 123

5.2.2.3 Sicherheitsaspekte bei SPS-Anlagen . . . . . . . . . . . . . . 127

5.2.3 Steuerrelais (Mini-SPS) . . . . . . . . . 128

5.3 Regelungstechnik . . . . . . . . . . . . . 129

5.3.1 Analoge Regler . . . . . . . . . . . . . . . 129

5.3.2 Digitale Regelungstechnik . . . . . . 131

6 Anlagen der Energieelektronik . . . . . . . . . . . . . 133

6.1 Netze der Energietechnik . . . . . . . 133

6.1.1 Netzformen der Energietechnik . . 133

6.1.2 Leitungen und Steckverbinder der Energieelektronik . . . . . . . . . . 134

6.2 Kraftwerksarten . . . . . . . . . . . . . . . 137

6.3 Licht und Beleuchtung . . . . . . . . . 138

6.3.1 Lichttechnische Grundbegriffe. . . 138

6.3.2 Leuchtmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

6.3.3 Kompensation . . . . . . . . . . . . . . . . 142

6.3.4 Lampenschaltungen mit Installationsschaltern . . . . . . . 144

6.3.5 Lampenschaltungen mit elektromagnetischen Schaltern . . 146

6.4 Bauelemente der Leistungselektronik . . . . . . . . . . . . 147

6.4.1 Spezielle Transistoren . . . . . . . . . . 147

6.4.2 Spezielle Thyristoren . . . . . . . . . . 149

6.5 Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

6.5.1 Gleichstromsteller . . . . . . . . . . . . . 151

6.5.2 Steuerbare Gleichrichter . . . . . . . 152

6.5.3 Wechselrichter . . . . . . . . . . . . . . . . 154

6.5.4 Umrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

6.6 Elektromotoren . . . . . . . . . . . . . . . 157

6.6.1 Kennwerte von Elektromotoren . . . . . . . . . . . . 157

6.6.2 Wechselstrommotoren mit Magnetläufer . . . . . . . . . . . . . . 158

6.6.3 Gleichstrommotoren mit Magnetläufer . . . . . . . . . . . . . . 159

6.6.4 Motoren mit Kurzschlussläufer . . 160

6.6.5 Sonstige Drehfeldmotoren . . . . . . 161

6.6.6 Stromwendermotoren . . . . . . . . . 162

6.6.7 Servomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . 163

6.7 Schützschaltungen . . . . . . . . . . . . 165

6.7.1 Schütze und Relais . . . . . . . . . . . . 165

6.7.2 Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . 167

6.8 Schutz von Motoren . . . . . . . . . . . 169

6.9 Anlassen von Kurzschlussläufermotoren . . . . . . 170

6.10 Elektromagnetische Verträglichkeit EMV . . . . . . . . . . . . 171

7 Anlagen der Informationstechnik . . . . . . . . . . 174

7.1 Grundlagen der Datenübertragung . . . . . . . . . . . . . 174

7.1.1 Netztopologien . . . . . . . . . . . . . . . 174

7.1.2 Leitungen und Steckverbinder der Informationstechnik . . . . . . . . 175

7.1.3 Parallele Datenübertragung . . . . . 177

7.1.4 Serielle Datenübertragung . . . . . . 178

7.1.5 Multiplexverfahren . . . . . . . . . . . . 180

7.2 Datensicherung . . . . . . . . . . . . . . . 182

7.3 Computeranlagen . . . . . . . . . . . . . 183

7.3.1 Computerarten . . . . . . . . . . . . . . . . 183

7.3.2 Dateneingabe und Datenausgabe . . . . . . . . . . . . 185

7.3.2.1 Eingabegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . 185

7.3.2.2 Ausgabegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . 186

7.3.2.3 Schnittstellen für Peripheriegeräte . . . . . . . . . . . 187

7.3.3 Vernetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189


7.3.3.1 Zugriffsverfahren bei Bussen . . . . 189

7.3.3.2 Ethernet-LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

7.3.3.3 Europäischer Installationsbus EIB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

7.3.3.4 Feldbus-Systeme . . . . . . . . . . . . . . 199

7.3.3.4.1 Grundlagen der Feldbus-Systeme 199

7.3.3.4.2 Aktor-Sensor-Interface ASI . . . . . . 201

7.3.3.4.3 Industrial Ethernet . . . . . . . . . . . . . 202

7.3.3.4.4 Local Operating Network LON . . . 203

7.3.3.4.5 Profibus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

7.3.3.4.6 Interbus-S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

7.3.3.5 Fehlersuche und Messungen im LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

7.4 Mikrocomputer . . . . . . . . . . . . . . . 208

7.4.1 Funktionseinheiten . . . . . . . . . . . . 208

7.4.2 Mikroprozessoren . . . . . . . . . . . . . 209

7.4.3 Mikrocontroller . . . . . . . . . . . . . . . 211

7.5 Betriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . 213

7.5.1 Aufgaben und Eigenschaften . . . . 213

7.5.2 MS-DOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

7.5.3 Windows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

7.5.4 UNIX und LINUX . . . . . . . . . . . . . . 217

7.6 Programmieren inProgrammiersprachen . . . . . . . . . 218

7.6.1 Programmieren in PASCAL . . . . . 218

7.6.2 Programmieren in Visual Basic . . 219

7.6.3 Programmieren in Delphi . . . . . . . 220

7.7 Arbeiten mit Office-Paket . . . . . . . 221

7.8 Internet und Intranet . . . . . . . . . . . 224

7.8.1 Grundlagen des Internets . . . . . . . 224

7.8.2 Zugang zum Internet . . . . . . . . . . . 225

7.8.3 Webbrowser . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

7.8.4 Dienste im Internet . . . . . . . . . . . . 228

7.8.5 Erstellen einer Homepage mit Anwenderprogramm . . . . . . . 231

7.8.6 Erstellen einer Homepage mit HTML . . . . . . . . . . 232

7.9 ISDN-Anschlüsse . . . . . . . . . . . . . . 234

7.9.1 Aufbau und Funktionsweise des ISDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

7.9.2 Installation und Anschlusseinheiten im ISDN . . . . 236

7.9.3 Dienstmerkmale und Endgeräte im ISDN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

8 Normung und Zertifizierung . . . 238

8.1 Normung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

8.2 Zertifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

9 Wirtschafts- und Sozialkunde . . . . . . . . . . . . . 240

9.1 Berufliche Bildung . . . . . . . . . . . . . 240

9.2 Betrieb und Unternehmung . . . . . 242

9.3 Sozialversicherungen undIndividualversicherungen . . . . . . . 246

9.4 Arbeitsrecht und betrieblicheMitbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . 248

9.5 Parlamentarisches System der Bundesrepublik Deutschland . . . . 250

9.5.1 Grundlagen und Wahlen . . . . . . . 250

9.5.2 Der Bundestag . . . . . . . . . . . . . . . . 252

9.5.3 Der Bundesrat . . . . . . . . . . . . . . . . 253

9.6 Arbeits- und Sozialgerichtsbarkeit . . . . . . . . . . . 254

10 Geschäftsprozesse . . . . . . . . . . . 256

10.1 Der Markt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

10.1.1 Marktarten und Marktformen . . . . 256

10.1.2 Präsentation von Produkten und Dienstleistungen . . . . . . . . . . 257

10.1.3 Finanzierungsmöglichkeiten . . . . 258

10.2 Anbieterverhalten und Nachfrageverhalten . . . . . . . . 259

10.2.1 Bedarfsermittlung . . . . . . . . . . . . . 259

10.2.2 Angebotserstellung . . . . . . . . . . . . 260

10.2.3 Angebotsvergleiche . . . . . . . . . . . 261

10.2.4 Bestellvorgang, Kaufvertrag und Lieferung . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

10.3 Preisbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

10.3.1 Kostenarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

10.3.2 Kalkulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

10.3.3 Preisbildung im Markt . . . . . . . . . . 268

11 Prüfungseinheiten . . . . . . . . . . . . 269

11.1 Hinweise für die Bearbeitung . . . . . . . . . . . . 269

11.2 PrüfungssätzeTechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

11.2.1 Prüfungssatz 1Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270


6 Inhaltsverzeichnis



11.3 Prüfungssätze Technische Mathematik . . . . . . . . 297

11.3.1 Prüfungssatz 1 Technische Mathematik . . . . . . . . 297



11.4 Prüfungssätze Schaltungstechnik und Funktionsanalyse . . . . . . . . . . 305

11.4.1 Prüfungssatz 1Schaltungstechnik und Funktionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . 305

11.4.2 Prüfungssatz 2 Schaltungstechnik und Funktionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . 310

11.4.3 Prüfungssatz 3 Schaltungstechnik und Funktionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . 317

11.5 Prüfungssätze Fachtheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

11.5.1 Prüfungssatz 1Fachtheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

11.5.2 Prüfungssatz 2 Fachtheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

11.6 Prüfungssätze Wirtschafts- und Sozialkunde . . . 341

11.6.1 Prüfungssatz 1 Wirtschafts- und Sozialkunde . . . 341



12 Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359

12.1 Lösungen der Testaufgaben und Ergänzungsaufgaben . . . . . . 359

12.2 Lösungen der PrüfungssätzeTechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

12.2.1 Lösungen zu 11.2.1 Prüfungssatz 1 Technologie . . . . . 363



12.3 Lösungen der Prüfungssätze Technische Mathematik . . . . . . . . 370

12.3.1 Lösungen zu 11.3.1 Prüfungssatz 1 Technische Mathematik . . . . . . . . 370



12.4 Lösungen der Prüfungssätze Schaltungstechnik und Funktionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . 374

12.4.1 Lösungen zu 11.4.1 Prüfungssatz 1 Schaltungstechnik undFunktionsanalyse . . . . . . . . . . . . . . 374



12.5 Lösungen der Prüfungssätze Fachtheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

12.5.1 Lösungen zu 11.5.1 Prüfungssatz 1 Fachtheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

12.5.2 Lösungen zu 11.5.2 Prüfungssatz 2 Fachtheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

12.6 Lösungen der Prüfungssätze Wirtschafts- und Sozialkunde . . . 392

12.6.1 Lösungen zu 11.6.1 Prüfungssatz 1 Wirtschafts- und Sozialkunde . . . 392



Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . 398

Bewertungsschlüssel . . . . . . . . . . . . . hintererUmschlagdeckel

Inhaltsverzeichnis 7


ABB Asea Brown Boven AG68165 Mannheim

Analog DevicesB-3500 Hasselt

BASF AG67069 Ludwigshafen

Berker, Gebrüder58579 Schalksmühle

Black Box Deutschland85716 Unterschleißheim

Busch-Jaeger Elektro GmbH58513 Lüdenscheid

Dannfoss Antriebs- undRegeltechnik GmbH63004 Offenbach

Dehn + Söhne92306 Neumarkt

Deutsche Philips GmbH20095 Hamburg

EnBW EnergieversorgungBaden-Württemberg70174 Stuttgart

Felten & Guilleaume AG51058 Köln

Fluke Deutschland GmbH34123 Kassel

Forschungs- und Technologie-Zentrum FTZ64295 Darmstadt

Fraunhofer-Institut01058 Erlangen

General Electric Deutschland50354 Hürth-Efferen

Gossen-Metrawatt90471 Nürnberg

Hager Electro GmbH66131 Ensheim-Saar

Hauptberatungsstelle fürElektrizitätsanwendung60329 Frankfurt

Hewlett-Packard GmbH71034 Böblingen

Hirschmann GmbH & Co73728 Esslingen

IBM DeutschlandInformationssvsteme70511 Stuttgart

Informationszentrale derElektrizitätswirtschaft IZE60555 Frankfurt

Jenoptik AG07739 Jena

Jung, Albrecht58579 Schalksmühle

Keithley Instruments GmbH82110 Germering

Kernforschungszentrum76131 Karlsruhe

KEYENCE DEUTSCHLANDGmbH70771 Leinfelden-Echterdingen

Lapp KG70565 Stuttgart

Laser 2000 GmbH82234 Wessling

Laser Components GmbH82140 Olching

Leuze Electronic GmbH & Co73277 Owen-Teck

Leybold AG63450 Hanau

Microsoft GmbH85716 Unterschleißheim

Mitsubishi ElectricEurope GmbH40880 Ratingen

Moeller GmbH53105 Bonn

Phoenix Contact GmbH32819 Blomberg

Rohde & Schwarz GmbH81614 München

RS-Components GmbH64546 MörfeldenWalldorf

RWE AG45128 Essen

Siedle & Söhne78113 Furtwangen

Siemens AG91050 Erlangen80333 München

Texas Instruments Deutschland85350 Freising

Toshiba Electronics Europe GmbH40549 Düsseldorf

Trumpf GmbH & Co71252 Ditzingen

TÜV Rheinland Holding AG51105 Köln

Umweltbundesamt14191 Berlin

VDE Verband derElektrotechnik, Elektronik,Informationstechnik e.V.60596 Frankfurt

WAGO Kontakttechnik GmbH32423 Minden

Zentralverband der deutschenelektro- und informations-technischen Handwerke, ZVEH53113 Bonn

Zentralverband elektrotech-nischer und elektronischerIndustrie, ZVEI60598 Frankfurt

8 Firmen und Dienststellen

Firmen und DienststellenDie nachfolgend aufgeführten Firmen und Dienststellen haben die Bearbeiter durch Beratung, durch Zurverfü-gungstellung von Druckschriften, Fotos und Retuschen sowohl bei der Textbearbeitung als auch bei der bildlichenAusgestaltung des Buches unterstützt. Es wird ihnen hierfür herzlich gedankt.


1 Erklären Sie den Begriff „Messen“.

Messen bedeutet dass Vergleichen einer physi-kalischen Größe mit einer festgelegten Einheit(Maßeinheit).Das Messergebnis l = 3 m bedeutet, dass die gemes-sene Länge 3-mal so groß ist wie die festgelegte Ein-heit der Länge 1 m (1 Meter).

2 Benennen Sie die einzelnen Bestandteile derphysikalischen Größe Bild 1.

a Formelzeichen, b Maßzahl und c Einheiten-zeichen.

3 Ergänzen Sie die fehlenden Größen des Inter-nationalen-Einheitensystems SI, Tabelle 1.

Lösung: Tabelle 1, folgende Seite.

4 Ergänzen Sie die fehlenden Größen der Ein-heiten, Tabelle 2.

Lösung: Tabelle 2, folgende Seite.In der Datentechnik wird für Kilo der Großbuchstabe Kbenutzt und entspricht der Zahl 210 = 1024

5 Unter welcher Bedingung können physikali-sche Größen addiert beziehungsweise sub-trahiert werden?

Physikalische Größen können nur dann addiertbeziehungsweise subtrahiert werden, wenn siedie gleichen Einheiten haben.Bei unterschiedlichen Vorsatzzeichen sind diese aufein gemeinsames Zeichen umzuwandeln. Die Divisionund Multiplikation ist auch bei unterschiedlichen Ein-heiten möglich.

6 Berechnen Sie sofern möglich in SI-Basis-einheiten:

a) 152 cm + 0,75 m

b) 23 kg + 0,77 t

c) 15 s · 10 + 30 s · 25

d) 10 A · 20 + 0,03 A · 1500

e) 180 Nm : 12 m

f) 280 km : 15 h

g) 240 m : 2 min + 270 m : 1,5 min

h) 3,6 m2 : 0,6 m

i) (0,3 m · 15)3

a) 1,52 m + 0,75 m = 2,27 mb) 23 kg + 770 kg = 793 kgc) 150 s + 750 s = 900 sd) 200 A + 45 A = 245 Ae) 180/12 Nm/m = 15 kg·m/s2 = 15 Nf) 280 000 m : 54000 s = 15,19 m/sg) 240 m : 120 s + 270 m : 90 s

= 2 m/s + 3 m/s = 5 m/sh) 3,6 / 0,6 m2/m = 6 mi) (4,5 m)3 = 4,53 m3 = 91,125 m3

7 Wandeln Sie folgende Zahlen in Zehnerpo-tenzen um.

a) 1000000 b) 1000 c) 1 d) 0,1 e) 0,001f) 0,00001 g) 5000000 h) 0,0025

a) 106 b) 103 c) 100 d) 10-1 e) 10-3

f) 10-5 g) 5 · 106 h) 2,5 · 10-3

Piko

n

10-6

10-3

Kilo

M Mega 106

Giga

T

Tabelle 2: Vorsätze, Vielfache und Teile der Einheiten (Auswahl)

Zeichen Vorsatz Zehnerpotenz

1.1 Mathematische Grundlagen 9

Physikalische Größe

1 Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik

1.1 Mathematische Grundlagen

Länge Meter

m kg

s

I

Temperatur K

Iv cd

U = 10 Va

b

c

1

Tabelle 1: Basisgrößen (Auswahl)

Größe Formel- Basis- Einheiten-zeichen einheit zeichen

2

3

PEL I, 8. A - Kap 01.qxd 03.12.2004 12:05 Seite 9

8 Wandeln Sie folgende Zehnerpotenzen inDezimalzahlen um.

a) 1 · 103 b) 1,1 ·103 c) 1,235 · 105

d) 1 · 10-1 e) 1,1 · 10-1 f) 2,571 · 10-2

g) 4,12 · 10-6

a) 1000 b) 1100 c)123500 d) 0,1

e) 0,11 f) 0,02571 g) 0,00000412

Ein positiver Exponent gibt an, um wie viele Stel-len das Komma nach rechts verschoben werdenmuss. Ein negativer Exponent gibt die entspre-chende Verschiebung nach links an.

9 Wandeln Sie folgende physikalische Größenmit entsprechenden Vorsatzzeichen um.

a) l = 3000 m = ? kmb) m = 0,03 g = ? mgc) F = 3243 kN = ? MNd) l = 3,6 µµm = ? mm e) l = 0,00005 m = ? m

a) 3 km b) 30 mg c) 3,243 MN

d) 0,0036 mm e) 50 µm

10 Berechnen und geben Sie das Ergebnis in dergewünschten Zehnerpotenz an.

a) 12 · 10-3 N + 1,2 · 10-4 N = ? · 10-3 Nb) 2300 Nm + 2 · 104 Nm = ? · 103 Nmc) 0,004 kg + 4 · 10-3 kg = ? · 10-3 kgd) 6500000 Nm – 3600 Nm = ? · 106 Nme) 47 · 106 kg – 40 · 105 kg = ? · 106 kg

a) 12,12 · 10-3 N b) 22,3 · 103 Nm

c) 8 · 10-3 kg d) 6,4964 · 106 Nm e) 43 · 106 kg

11 Berechnen Sie und geben Sie das Ergebnis inZehnerpotenzen an, deren Exponent ein Viel-faches von drei ist.

a) 12 · 10-3 N · 1,2 · 10-4 mb) 2300 Nm : 104 mc) 12 · 10-6 Nm : 4 Nd) 20 · 10-6 Nm : 4 · 10-3 m

a) 1,44 · 10-6 Nm b) 230 · 10-3 N

c) 3 · 10-6 m d) 5 · 10-3 N

12 In welchen Arbeitsschritten sind technischeRechenaufgaben zu lösen?

1) gegeben, 2) gesucht und 3) Lösung.

13 Ein Kran hebt eine Palette mit Steinen derMasse 400 kg in das 5. Stockwerk einesHochhauses. Der dabei zurückgelegte Wegbeträgt 15 m.

Berechnen Sie die verrichtete Arbeit.

gegeben: m = 400 kg, g = 9,81 m/s2, s = 15 m

gesucht: WLösung: F = m · g = 400 kg · 9,81 m/s2

= 3924 kg · m / s2 = 3924 N

W = F · s = 3924 N · 15 m = 58860 Nm = 58,86 kNm

14 Um wie viel Meter wurde Leitungsmaterialmit einer Masse von 30 kg angehoben,wenn dabei eine Arbeit von 1800 Nm ver-richtet wurde?

gegeben: m = 30 kg, W = 1800 Nm, g = 9,81 m/s2

gesucht: sLösung: W = F · s | : F

W / F = s mit F = m · g = 30 kg · 9,81 m/s2 = 294,3 Ns = 1800 Nm/294,3 N

= 1800/294,3 Nm/N = 6,12 m

10 1.1 Mathematische Grundlagen

Länge l Meter m

Masse m Kilogramm kg

Zeit t Sekunde s

Stromstärke I Ampere A

Temperatur T Kelvin K

Lichtstärke Iv Candela cd

Tabelle 1: Basisgrößen (Auswahl)

Größe Formel- Basis- Einheiten-zeichen einheit zeichen

Lösung, Aufgabe 1

Lösung, Aufgabe 2

p Piko 10-12

n Nano 10-9

µ Mikro 10-6

m Milli 10-3

k Kilo 103

M Mega 106

G Giga 109

T Tera 1012

Tabelle 2: Vorsätze, Vielfache und Teile der Einheiten (Auswahl)

Zeichen Vorsatz Zehnerpotenz

3


1 Nennen Sie Anwendungen für den Einsatzder Linienarten Bild 1.

a sichtbare Kante, Gewindebegrenzung, Ge-windespitze

b Maßlinie, Maßhilfslinie, Schraffur, Gewinde-grund, Diagonalkreuz

c verdeckte Kante

d Schnittverlauf, Wärmebehandlung

e Mittellinie, Symmetrielinie

f Bruchlinie

2 In welcher Einheit sind die Maße in derZeichnung Bild 2 angegeben?

Die Maße sind in Millimeter ohne Benennungeingetragen.Bei abweichenden Maßen müssen die entsprechen-den Einheiten angegeben werden.

3 Welchen Abstand müssen die Maßlinien vonder Körperkante beziehungsweise unterein-ander haben (Bild 2)?

Maßlinien müssen von der Körperkante ≈ 10mm, von den parallelen Maßlinien ≈ 7 mm Ab-stand haben. Die Maßzahlen stehen über den Maßlinien und sindgegeneinander zu versetzen. Die Maßzahlen müssenentweder von unten oder von rechts lesbar sein.

4 Welche Bedeutung hat die Angabe t = 2 inder Zeichnung Bild 2?

Die Angabe t = 2 gibt die Werkstückdicke in Milli-meter an.Die Werkstückdicke kann in der Fläche oder danebenangegeben werden.

5 Wie nennt man die zwei Kanten a und b inder Zeichnung Bild 3?

Die Kanten nennt man Bezugskanten. Die Bemaßung erfolgt von den Bezugskanten aus. Daskleinste Maß steht dem Werkstück am nächsten.

6 Wie werden Kreise bemaßt?

Kreise erhalten ein Mittellinienkreuz. Das Durch-messermaß wird mit zwei Maßpfeilen an dieKreislinie oder an die Maßhilfslinie des Kreisesgezogen (Bild 4).Hinter oder vor die Maßzahl darf kein Durchmesser-zeichen gesetzt werden.

1.2 Metalltechnisches Zeichnen 11

Linienarten

a

b

c

Volllinien (breit)

Volllinien (schmal)

Strichlinien

Strichpunktlinien (breit)

Strichpunktlinien (schmal)

Freihandlinien

d

e

f

1

Bemaßung eines flachen, eckigen, symmetrischenWerkstückes

40

20

t = 2

2

Bemaßung eines flachen, eckigen Werkstückes

40

20b

20

10

a

3

Bemaßung von Kreisen

30

20

6,5

4

1.2 Metalltechnisches Zeichnen


7 Bemaßen Sie die Kreise in Bild 1.

Lösung: Bild 1, folgende Seite.Von mehreren Durchmessern der gleichen Größe wirdnur einer bemaßt. Die Mittellinien können als Maß-hilfslinien verlängert werden. Die Lochabstände be-ziehen sich immer auf den Mittelpunkt des Loches.

8 Ordnen Sie die Begriffe Vorderansicht V,Seitenansicht links SL und Draufsicht D derZeichnung Bild 2 a bis c zu.

a Vorderansicht, b Seitenansicht links und

c Draufsicht.In amerikanischen Ländern wird die Seitenansichtlinks SL durch die Seitenansicht rechts SR ersetzt.

9 Welche Bedeutung hat die Strichlinie in derZeichnung Bild 3?

Die Strichlinie gibt die verdeckte Kante wieder,die in der Vorderansicht zu sehen ist.Die Länge der Striche richtet sich nach der Größe derZeichnung. Damit der Eindruck einer geschlossenenLinie entsteht, sollte die Lücke sehr klein gezeichnetwerden.

10 Zeichnen Sie das Werkstück Bild 4 skizzen-haft in den drei Ansichten.

Lösung: Bild 2, folgende Seite.

11 Welches Werkstück ist in der Zeichnung Bild5 abgebildet?

In der Zeichnung ist ein einfaches zylindrischesWerkstück abgebildet. Das Durchmesserzeichen ist vor die Maßzahl zu set-zen, wenn in einer Ansicht bemaßt werden muss, inder die Kreisfläche als Gerade erscheint.

12 Bemaßen Sie das Werkstück Bild 6.

Lösung: Bild 3, folgende Seite.Kreisflächen sollen in der Ansicht bemaßt werden, inder sie als Kreis sichtbar sind. Das Durchmesserzei-chen entfällt dann.

13 Welche Schnittarten gibt es?

Vollschnitt, Halbschnitt und Teilschnitt.Schnittdarstellungen ermöglichen die Sichtbarma-chung von innenliegenden Kanten. Beim Vollschnittwird die vordere Hälfte des Werkstücks weggeschnit-ten, beim Halbschnitt nur die rechte oder untere Hälf-te des Werkstücks.

12 1.2 Metalltechnisches Zeichnen

Bemaßung von Kreisen

Maßstab1:1

1

Normalprojektion

a

b

c

2

Werkstück in 3 Ansichten

3

3-dimensionales Werkstück

V

4

Bemaßung eines Werkstückes

œ10

5

Bemaßung eines zylindrischen Werkstückes

Maßstab1:1

6


14 Welche Linienarten sind bei einem Außen-gewinde (Bolzengewinde) zu verwenden(Bild 4)?

Beim Außengewinde wird der Kerndurchmesserals schmale Volllinie und der Außendurchmes-ser als breite Volllinie dargestellt.Der Abstand der schmalen Linie zur breiten Linie ent-spricht der Gewindetiefe.

15 Welche Informationen a bis c können demAbmaß Bild 5 entnommen werden?

a Bemessungsmaß (Nennmaß), b oberesGrenzabmaß und c unteres Grenzabmaß.Das tatsächliche Maß kann zwischen 29,98 mm und30,03 mm liegen.

16 Welche Toleranzklassen a bis d zeigt Ta-belle 1?

a f = fein, b m = mittel, c g = grob und d sg= sehr grob.Allgemeintoleranzen dienen zur Vereinfachung undgelten für alle Maße ohne Toleranzangabe, wenn inder Zeichnung darauf hingewiesen wird.

17 Welche Bedeutung haben die Symbole a bisc zur Oberflächenbeschaffenheit Bild 6?

a materialabtrennend, behandelte Oberfläche,

b nicht materialabtrennend, behandelte Ober-fläche und

d Materialabtrennung freigestellt, Grundsym-bol zur Angabe der Oberflächenbeschaffen-heit.

Die Angabe besonderer Merkmale werden auf eine zuverlängernde Linie des längeren Schenkels geschrie-ben. Dabei wird immer der Endzustand der Oberflächeangegeben.

1.2 Metalltechnisches Zeichnen 13

Lösung Aufgabe 7, vorhergehende Seite

10

30

Maßstab1:1

1


2


10

30Maßstab 1:1

3

Gewindedarstellung

4

Abmaß

+0,0330 -0,02

ac

b

5

Oberflächenbeschaffenheit

a b c

6

a 0,05 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3

b 0,1 0,1 0,2 0,3 0,5 0,8

c 0,15 0,2 0,5 0,8 1,2 2

d – 0,5 1 1,5 2 3To

lera

nzk

lass

e

Tabelle 1: Grenzabmaße in mm für Bemessungsmaßbereich in mm (Auswahl für Längenmaße)

0,5 > 3 > 6 > 30 > 120 > 400bis bis bis bis bis bis3 6 30 120 400 1000


1 Nennen Sie je drei Beispiele für a) organi-sche und b) anorganische Werkstoffe, die inder Elektrotechnik eingesetzt werden.

a) Gummi, PVC, Papier,

b) Keramik, Glas, Graphit.

2 Welche besonderen Eigenschaften müssenWiderstandswerkstoffe haben?

Widerstandswerkstoffe müssen einen hohenspezifischen Widerstand, einen hohen Schmelz-punkt und einen kleinen Temperaturbeiwert ha-ben.Widerstandswerkstoffe bestehen meist aus Legierun-gen von Kupfer (Cu), Mangan(Mn) und Nickel (Ni), z.B.CuNi44 enthält 44 % Ni, 56 % Cu und wird unter demHandelsnamen Konstantan angeboten.

3 Welche besonderen Eigenschaften müssenHeizleiterwerkstoffe haben?

Heizleiterwerkstoffe müssen einen hohen spezi-fischen Widerstand haben und bei Temperatu-ren von über 1000 °C mechanisch fest sein.Heizleiterwerkstoffe bestehen meist aus Legierungenvon Eisen (Fe), Chrom (Cr) und Nickel (Ni), z. B. NiCr 6015 enthält 60 % Ni, 15 % Cr und 25 % Fe.

4 Welche besonderen Eigenschaften müssenelektrische Kontaktwerkstoffe haben?

Elektrische Kontaktwerkstoffe müssen eine hoheelektrische und thermische Leitfähigkeit haben,sowie eine hohe Beständigkeit gegen Abbrandund Lichtbogeneinwirkung. Aufgrund des hohen Schmelzpunktes weisen elektri-sche Kontaktwerkstoffe nur eine geringe Neigung zumVerschweißen und Kleben auf.

5 Nennen Sie typische elektrische Kontakt-werkstoffe.

Silber (Si), Gold (Au), Wolfram, Quecksilber (Hg)und Kohle (C ).

6 Warum wird reines Kupfer nicht als elektri-scher Kontaktwerkstoff eingesetzt?

Reines Kupfer oxidiert an der Kontaktstelle,wodurch der Übergangswiderstand erhöhtwird.In der Praxis werden deshalb häufig Kupferlegierun-gen eingesetzt, z. B. Kupfer-Zink- oder Kupfer-Zinn-Legierungen für federnde oder schleifende Kontakte.

7 Nennen Sie übliche ferromagnetische Werk-stoffe.

Eisen (Fe von Ferrum), Nickel (Ni), Kobalt (Co)und viele ihrer Legierungen.Ferromagnetische Werkstoffe enthalten sogenannteEinzelmagnete, die durch Einwirkung eines äußerenmagnetischen Feldes ausgerichtet werden können unddadurch das magnetische Feld verstärken.

8 Nach welchen beiden magnetischen Kenn-größen (Bild 1) beurteilt man magnetischeWerkstoffe?

Magnetische Werkstoffe beurteilt man anhandder Remanenz und der Koerzitivfeldstärke.Die Koerzitivfeldstärke ist die Feldstärke, die man be-nötigt, um den Restmagnetismus (Remanenz) zu be-seitigen.

9 Welche zwei Arten von Magnetwerkstoffeunterscheidet man nach der Höhe der Koer-zitivfeldstärke?

Man unterscheidet nach der Höhe der Koerzitiv-feldstärke zwischen hartmagnetischen Werk-stoffen und weichmagnetischen Werkstoffen.Hartmagnetische Werkstoffe haben eine große Koerzi-tivfeldstärke gegenüber weichmagnetischen Werk-stoffen (Bild 1, folgende Seite).

10 Wofür werden weichmagnetische Werk-stoffe eingesetzt?

14 1.3 Werkstoffe

Magnetisierungskennlinie

Feldstärke H

magnetische Sättigung

magnetische Sättigung

Rem

anen

z

Neu

kurv

e

Koerzitiv-feldstärke

HC

Br

0

Flus

sdicht

e B

1

1.3 Werkstoffe


Weichmagnetische Werkstoffe werden für Bau-elemente eingesetzt, die dauernd ummagne-tisiert werden, z. B. Massivkerne in Übertragern,Drosseln, Filtern oder Blechpaketkerne fürTransformatoren und elektrische Maschinen.

11 Nennen Sie Bauelemente für hartmagneti-sche Werkstoffe.

Hartmagnetische Werkstoffe werden zum Bauvon Kleinmagneten eingesetzt, z. B. Dauermag-nete in Elektromotoren, Lautsprechern, Relaisusw. Hartmagnetische Werkstoffe bestehen aus metalli-schen, keramischen und Seltenerdmetall-Magnet-werkstoffen.

12 Welche besonderen Eigenschaften habenelektrische Isolierstoffe?

Elektrische Isolierstoffe haben einen großen Iso-lationswiderstand, eine hohe Durchschlagfes-tigkeit, eine große Kriechstromfestigkeit und ge-ringe elektrische Verluste.Zusätzlich hat ein Isolierstoff eine hohe Temperatur-beständigkeit und mechanische Festigkeit, sowie einehohe chemische Beständigkeit.

13 Erklären Sie den Begriff der Durchschlag-festigkeit von Isolierstoffen.

Die Durchschlagfestigkeit von Isolierstoffen gibtdie höchstzulässige Spannung je MillimeterWerkstoffdicke an, ohne dass es zu einem Span-nungsüberschlag kommt.Typische Kennwerte enthält Tabelle 1.

14 Wovon hängt die Lebensdauer von Isolier-stoffen ab?

Die Lebensdauer von Isolierstoffen hängt vonderen Betriebstemperatur ab. Die Lebensdauer verringert sich, wenn die Temperaturzunimmt. Bei Isolierstoffen der Temperaturbeständig-keitsklasse A halbiert sich die Lebensdauer bei einerTemperaturzunahme von 8 K, bei Klasse B von 10 Kund für Klasse H von 12 K (Bild 2).

15 Erklären Sie den molekularen Aufbau vonDuroplasten und Elastomeren (Bild 3).Welche Eigenschaften ergeben sich hier-durch?

Duroplaste bestehen aus Makromolekülen, dievielfach räumlich vernetzt sind. Duroplaste er-weichen nicht durch Erwärmen, sind nichtschweißbar und nicht lösbar.

Elastomere enthalten ungeordnete Fadenmole-

küle, die weitmaschiger und weniger vernetztsind. Hierdurch ergibt sich ein gummielasti-sches Verhalten. In weitem Temperaturbereichsind Elastomere thermisch nicht umformbarund in bestimmten Lösungsmitteln quellend.Thermoplaste sind auf Grund ihrer wattebauschähnli-chen Molekularstruktur bei Kälte hart und spröde, beihöherer Temperatur mehrfach umformbar undschweißbar.

1.3 Werkstoffe 15

Magnetisierungskennlinien hart- und weich-magnetischer Werkstoffe

Hc

B

H

Br

Hart-magnet

Hc

B

Br

Weich-magnet

H

1

Molekularer Aufbau von Duroplasten und Elastomeren

3

Lebensdauer von Isolierstoffen

50 100 150 200 300°C

h

250

Betriebstemperatur

Leb

ensd

auer

106

A B H

7 Jahre105

104

103

2

Luft 2,1 Porzellan 35

Stickstoff 2,3 PVC 20 ... 50

Isolieröl 20 Polyethylen PE 70 ... 100

Tabelle 1: Durchschlagfestigkeit ED in kV/mm


1 Welche Kräfte wirken auf gleichartige La-dungen (Bild 1 links) und ungleichartige La-dungen (Bild 1 rechts)?

Die gleichartigen Ladungen Bild 1 links stoßensich ab und die ungleichartigen Ladungen Bild 1rechts ziehen sich an.

2 Erklären Sie das Verfahren der Spannungser-zeugung mittels Induktion (Bild 2).

Wird ein Dauermagnet in einer Spule hin undher bewegt, so ändert sich das Magnetfeld in derSpule und es wird eine Wechselspannung indu-ziert.Spannungen können auch durch chemische Wirkung,Wärme, Licht, Kristallverformung und Reibung erzeugtwerden.

3 Welche vier Wirkungen des Stromes zeigtBild 3? Geben Sie jeweils zwei Anwendun-gen an.

a) Wärmwirkung, Heizung, Lötkolben,b) Magnetwirkung, Relaisspule, Elektromotor,c) Lichtwirkung, Glimmlampe, Lumineszenzdi-

ode undd) chemische Wirkung, Ladevorgang bei Akku-

mulatoren, Elektrolyse.Die Wärmewirkung und die Magnetwirkung treten beielektrischem Strom immer auf. Lichtwirkung und che-mische Wirkung treten nur in bestimmten Fällen auf.

4 Welche zwei Stromarten zeigt Bild 4?

Bild 4 zeigt a) Gleichstrom und b) Wechselstrom.Die Kurzzeichen für diese Stromarten sind DC von Di-rect Current und AC von Alternating Current.

5 Geben Sie die Formel zur Berechnung derStromdichte an und erklären Sie die Formel-zeichen.

J Stromdichte� StromstärkeA LeiterquerschnittAls Formelzeichen für den Leiterquerschnitt wird auchS verwendet.

6 Berechnen Sie die Stromdichte für den Glüh-faden einer Glühlampe und für dessen Zu-leitung bei einer Stromstärke von 10 A.Durchmesser des Glühfadens d1 = 0,25 mm,Durchmesser der Zuleitung d2 = 1,5 mm.

A1 = π · d12 /4 = π · (0,25 mm)2 /4 = 0,049 mm2

J1 = � /A1 = 10 A/0,049 mm2 = 204 A/mm2

A2 = π · d22 /4 = π · (1,5 mm)2 /4 = 1,77 mm2

J2 = � /A2 = 10 A/1,77 mm2 = 5,65 A/mm2

16 1.4.1 Grundbegriffe

1.1 Grundgesetze und Bau-elemente der Elektronik

1.1.1 Grundbegriffe

J = ��A

Gleichartige und ungleichartige Ladungen

+ +-- + -

1

Spannungserzeugung durch Induktion

N S

Spule

2

Stromwirkungen

Str

om

a b

c d

3

Stromarten

a b

i

t

t

i

4


7 Welche Kennlinie von Bild 1 gilt für den klei-neren Widerstand?

Der Widerstand R1 ist der kleinere Widerstand.Die Stromstärke verhält sich bei konstanter Spannungumgekehrt proportional zum Widerstand. Beim klei-neren Widerstand fließt bei der gleichen Spannungder größere Strom.

8 Was gibt der Temperaturkoeffizient � (Tem-peraturbeiwert) an?

Der Temperaturkoeffizient gibt an, um wie vielOhm der Widerstand 1 Ω bei 1 K Temperaturer-höhung größer oder kleiner wird.Der Temperaturkoeffizient von Heißleitern ist negativ,da ihr Widerstand mit zunehmender Temperatur ab-nimmt. Der Temperaturkoeffizient von Kaltleitern istpositiv, da ihr Widerstand mit zunehmender Tempera-tur zunimmt.

9 Der Drahtwiderstand Bild 2 besteht aus1,806 m Manganindraht mit der Leitfähig-keit � = 2,3 m/(� mm2) und einem Quer-schnitt von A = 0,00785 mm2. BerechnenSie den Widerstand.

R =

=

= 100 �

10 Eine Kupferwicklung (� = 0,0039 1/K) hatbei 20 °C einen Widerstand von 30 �. Wiegroß ist der Widerstand bei 80 °C?

∆ϑ = ϑ2 – ϑ1 = 80 °C – 20 °C = 60 KR2 = R1 · (1 + α · ∆ϑ)

= 30 Ω · (1 + 0,0039 1/K · 60 K) = 37 �

11 Welche Bedeutung haben die Farbringe a)bis d im Farbschlüssel für Widerstände Bild 3?

a 1. Ring, 1. Ziffer des Widerstandswertes,b 2. Ring, 2. Ziffer des Widerstandswertes,c Multiplikator, mit dem die Zahl aus Ziffer 1

und Ziffer 2 malgenommen wird, undd Widerstandstoleranz in Prozent.

Sofern Widerstände mit 5 Farbringen gekennzeichnetwerden, bilden die ersten 3 Ringe die Ziffern des Wi-derstandswertes, der 4. Ring den Multiplikator und der5. Ring die Widerstandstoleranz.

12 Warum wird bei Kohleschichtwiderständenmit einem Laser ein Mäanderschliff einge-brannt (Bild 4)?

Durch Einbrennen eines mäanderförmigenSchliffs mit Laserstrahlen erfolgt der genaue Wi-derstandsabgleich.

1,806 m��2,3 �

Ω ·mmm2� · 0,00785 mm2

l�(γ · A)

1.4.1 Grundbegriffe 17

� als Funktion von U beim linearen Widerstand

¡

U

für R1

für R2

1

Drahtwiderstand

2

Farbschlüssel für Widerstände

a b c d3

Kohleschichtwiderstand mit Mäanderschliff

abgewickelte Widerstandsbahn

4


18 1.4.2 Grundschaltungen

1 Welche Aufgabe hat ein Strombezugspfeil,z. B. in Bild 1?

Der Strombezugspfeil gibt die Richtung an, inder ein Strom positiv gezählt wird.Eine positive Stromstärke liegt vor, wenn die Richtun-gen des Strombezugspfeils und des Stromes überein-stimmen.

2 Wie sind die Betriebsmittel einer Reihen-schaltung geschaltet (Bild 1)?

Die einzelnen Betriebsmittel sind so geschaltet,dass sie vom selben Strom I durchflossen wer-den.Die Reihenschaltung nennt man auch Hintereinander-schaltung.

3 Wie verhalten sich in Schaltung Bild 1 dieSpannungen und die Teilwiderstände zuein-ander?

In der Reihenschaltung verhalten sich die Teil-spannungen zueinander wie die zugehörigenWiderstände.

4 Wie groß ist in Schaltung Bild 1 a) der Er-satzwiderstand R und b) die Stromstärke imWiderstand R1?

Die Stromstärke in R1 ist so groß wie die Strom-stärke der Reihenschaltung. Der Ersatzwider-stand ist

R = R1 + R2 + R3= 2,2 kΩ + 3,3 kΩ + 3,9 kΩ = 9,4 kΩ

damit ist die Stromstärke in R1I = U/R = 10 V/9,4 kΩ = 1,06 mA.

5 Wie berechnet man bei einer Schaltung nachBild 1 die Gesamtspannung U aus den Teil-spannungen U1, U2 und U3?

Die Summe der Teilspannungen an den Be-triebsmitteln ist so groß wie die angelegte

Gesamtspannung.

U = U1 + U2 + U3

6 a) Was besagt die Maschenregel (2. kirch-hoffsche Regel) in Worten? b) Wenden Sie diese Regel auf die Masche 2von Bild 2 an.

a) In einer Masche ist die Summe aller Span-nungen gleich null,

b) U3 + U4 – U2 = 0; � Ui = 0.

7 Welche Aufgabe hat in Schaltung Bild 3 derVorwiderstand?

Der Vorwiderstand ermöglicht den Anschluss ei-nes Lastwiderstandes an eine Spannung, diegrößer ist als die zulässige Spannung am Last-widerstand.Außerdem kann ein Vorwiderstand auch zur Strombe-grenzung dienen.

8 Wie groß muss in Schaltung Bild 3 der Vor-widerstand sein, wenn die Glühlampe 6 V, 1 A an einer Spannung von 24 V betriebenwerden soll?

Am Vorwiderstand müssen liegen

U1 = U – U2 = 24 V – 6 V = 18 VSeine Stromstärke beträgt wegen der Reihen-schaltung 1 A. Damit ist sein Widerstand

RV = U/I = 18 V/1 A = 18 �.Diese Schaltung ist unwirtschaftlich, da der Vorwider-stand die dreifache Spannung und damit die dreifacheLeistung der Glühlampe aufnimmt.

9 Nennen Sie Anwendungen der Reihenschal-tung.

Reihenschaltung

R23,3 kØ

R12,2 kØ

U = 10 V R33,9 kØ

¡

1

Maschenregel

Masche 1

U0

Masche 2

Masche 3

U2

U4

U5

U1 U3

G

2

Schaltung mit Vorwiderstand

Rv

U

U1 U2

3

1.4.2 Grundschaltungen


� Weihnachtsbaumbeleuchtung,

� Vorwiderstand von LEDs, Leuchten etc. undbei der

� Messbereichserweiterung.Auch beim Fließen des elektrischen Stromes durchden menschlichen Körper liegt eine Reihenschaltungvon Widerständen (Übergangs- und Durchgangswi-derstände) vor.

10 Welche Aufgabe hat die Schaltung Bild 1?

Die Schaltung Bild 1 dient zur Erweiterung desMessbereichs eines Spannungsmessers.Der Vorwiderstand RV setzt die Spannung am Mess-werk herab.

11 Erklären Sie den Begriff Messbereichend-wert.

Das ist der Messwert, bei dem der MesszeigerVollausschlag hat.

12 Ein Spannungsmesser hat einen Messbe-reich Um = 3,0 V und einen Messwider-stand Rm = 30 k�. Der Messbereich soll aufU = 230 V erweitert werden.Berechnen Sie den Vorwiderstand RV.

Im = = = 0,0001 A = 0,1 mA

Rv = = = = 2,27 MΩΩ

13 Was versteht man unter einer Parallelschal-tung (Bild 2)?

Eine Schaltung, bei der alle Stromeintrittsklem-men und Stromaustrittsklemmen miteinanderverbunden sind.Die Teilspannungen sind an allen parallel geschaltetenZweigen gleich groß.

14 Wie verhalten sich in Schaltung Bild 2 dieTeilströme und die Widerstände zueinan-der?

In der Parallelschaltung verhalten sich die Teil-ströme zueinander umgekehrt wie die zugehöri-gen Widerstände. I1/I2 = R2/R1Durch den kleineren Teilwiderstand fließt der größereTeilstrom.

15 a) Erklären Sie die Knotenpunktregel (1. kirchhoffsche Regel).b) Wenden Sie die Knotenpunktregel an fürdie Schaltung von Bild 3.

a) Im Knoten ist die Summe der zufließendenStröme so groß wie die Summe der ab-fließenden Ströme,

b) I1 + I2 = I3 + I4 + I5.Hat ein berechneter Strom einen negativen Wert, dannfließt dieser Strom entgegen der Pfeilrichtung.

16 Nennen Sie Anwendungen der Parallelschal-tung.

� Glühlampen am Netz (230 V),

� elektrische Haushaltsgeräte und

� Elektromotoren.

1.4.2 Grundschaltungen 19

Schaltung an einem Messgerät

Rm

Un

Uv

¡m

Rv

Um

-+1

Parallelschaltung

U R33,9 kØ

¡

R23,3 kØ

R12,2 kØ

2

Knotenpunktregel

¡2

¡1

¡3

¡4¡5

3Um�Rm

3,0 V�30 kΩ

227 V�

0,0001 AU – Um�

Im

230 V – 3,0 V��

0,0001 A


20 1.4.2 Grundschaltungen

17 Wodurch kann der Messbereich einesStrommessers erweitert werden?

Durch einen Nebenwiderstand RP, welcher pa-rallel geschaltet ist (Bild 1). Der Nebenwiderstand wird auch Shunt genannt.

18 Wie wird bei einem unbelasteten Span-nungsteiler die Gesamtspannung aufgeteilt(Bild 2)?

Beim unbelasteten Spannungsteiler teilt sich dieGesamtspannung in die Teilspannungen U1 undU2 auf.Diese Spannungen verhalten sich wie die zugehörigenWiderstände.

19 Wie berechnet man die Ausgangsspannungbeim belasteten Spannungsteiler (Bild 3)?

Der belastete Spannungsteiler ist eine gemisch-te Schaltung von Widerständen.

Bei dieser Schaltung ist

R2L =

mit R2L Ersatzwiderstand von R2 und RL (sonsti-ge Formelzeichen siehe Bild 3).Beim belasteten Spannungsteiler wirkt R1 als Vorwi-derstand. Die Lastspannung weicht umso weniger vonder Leerlaufspannung ab, je größer der Lastwider-stand RL gegenüber dem Teilwiderstand R2 ist. Dannist der Querstrom I1 wesentlich stärker als der Last-strom IL. Schwankt der Laststrom und soll die Last-spannung möglichst konstant bleiben, so muss derQuerstrom stärker sein als der Laststrom.

20 Wie groß ist in Schaltung Bild 3 die Last-spannung UL?

R2L = = = 3 kΩ

UL = = = 16,67 V.

21 Welche Schaltung zeigt Bild 4 rechts?

Bild 4 rechts zeigt eine Stromfehlerschaltung.Die Stromfehlerschaltung ist dann geeignet,wenn der zu messende Widerstand einen we-sentlich kleineren Widerstandswert hat als derSpannungsmesser.Das ist bei modernen Digitalinstrumenten fast immerder Fall.

22 Welche Widerstände können mit einerSchaltung nach Bild 4 links gemessen wer-den?

Mit dieser Spannungsfehlerschaltung könnenWiderstände gemessen werden, die einen vielgrößeren Widerstandswert haben als der ver-wendete Strommesser.

Messbereichserweiterung durch einen Neben-widerstand

Rm

Rp

¡m

¡p¡

U

1

Unbelasteter Spannungsteiler

U

¡q

R1

-

+¡

R2 U2

2

Belasteter Spannungsteiler

U50 V

¡1

R16 kØ

ULR2

4 kØRL

12 kØ

¡L

3

Schaltungen zur Widerstandsermittlung

10 V 10 kØ

-

+ A

V

1 mA

2V 1 Ø

-

+ A

V

2A

4

= R2L�

R1 + R2L

UL�U

R2 · RL�R2 + RL

R2 · RL�R2 + RL

4 kΩ · 12 kΩ��4 kΩ + 12 kΩ

U · R2L�R1 + R2L

50 V · 3 kΩ��6 kΩ + 3 kΩ


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