Modellbahn-Elektrotechnik

Nachschlagewerk

Fachausdrücke

Sowohl in einschlägiger Fachliteratur als auch auf diesen Seiten werden Ihnen einige Fachbegriffe oder Kürzel immer wieder begegnen. Zur schnellen Orientierung dient diese Tabelle.

Spannung, Stromstärke, Widerstand, Leistung: die Formeln

ΩDie elektrischen Kennwerte

Strom, Kennzeichen I, gemessen in Ampere (A),

Spannung, Kennzeichen U, gemessen in Volt (V),

Leistung, Kennz. N, gemessen in Watt (W) und

Widerstand, Kennzeichen R, gemessen in Ohm (Ω)

sind elementar für die Arbeit mit elektrischer Energie.
Die Grundlagen dafür liefert das Ohm'sche Gesetz.
Zum Einsatz der elektrischen Energie müssen wir über die typischen Daten der Energiequelle und des Verbrauchers Bescheid wissen und diese Daten in Bezug zueinander setzen.

Aus zwei bekannten Daten lassen sich die beiden anderen leicht berechnen, die Formeln dazu zeigt das Diagramm.

Toleranz, aber nach Regeln: Die E‑Reihen

Aus ökonomischer Sicht macht es wenig Sinn, jeden nur denkbaren Bauteilwert auch industriell herzustellen. Deshalb haben sich Hersteller und Verwender schon vor langer Zeit darauf geeinigt, nur ganz bestimmte Werte ins Produktionsschema aufzunehmen. Diese in so genannten E‑Reihen erfassten Werte gehorchen einer auf den ersten Blick eigenwilligen Systematik, die sich bei näherer Kenntnis der Hintergründe aber aufhellt.

Eine E‑Reihe gibt die Werte der handelsüblichen Bauteile für jede Zehnerpotenz vor, also steht z. B.
5,6 für 5,6 Ω, 56 Ω, 560 Ω, 5,6 kΩ, 56 kΩ, 560 kΩ, 5,6 MΩ, 56 MΩ, 560 MΩ bei Widerständen
(üblicherweise E12 und E24) oder
4,7 für 4,7 pF, 47 pF, 470 pF, 4,7 nF, 47 nF, 470 nF, 4,7 µF, 47 µF, 470 µF bei Kondensatoren
(üblicherweise E6 und E12).

Die Werte in den E‑Reihen sind so gewählt, dass sich die maximalen Toleranzbereiche zweier nebeneinander liegender Werte überlappen. Aus dem Zusammenspiel von E‑Reihe und Toleranzbereich ergeben sich die krummen, aber immer wieder gleichen Werte. Toleranzen von 10 bis 20% sind üblicher Standard und für Modellbauanwendungen hinreichend genau.

Die E‑Nummer gibt an, wie viele Werte es innerhalb der Reihe gibt.

Vereinfachungen zu Bauteilangaben

Bestimmte „unkritische« Bauteile, die häufig benötigt werden, tragen in diesem Heft allgemeine Bezeichnungen, um die Übersicht in den Schaltplänen zu verbessern.

C_dyn	dynamisierender Kondensator zum zeitlichen Begrenzen von Dauerkontakten, ca. 10 nF
R_B	Basiswiderstand für Transistoren, ca. 10 kΩ
R_entl	Entladewiderstand für C_dyn
R_pd	Pull-down-Widerstand, um eindeutig negatives Ein-/Ausganssignal zu garantieren, ca. 100 kΩ
R_pu	Pull-up-Widerstand, um eindeutig negatives Ein-/Ausganssignal zu garantieren, ca. 100 kΩ
R_LED, R_v	Vorwiderstand für Leuchtdioden, betriebsspannungsabhängig, meist 560 Ω … 1 kΩ
TUN	Universal-Kleinleistungstransistor NPN, 30 V, 200 mA, 300 mW
TUP	Universal-Kleinleistungstransistor PNP, 30 V, 200 mA, 300 mW

Farbcodes

Widerstand-Farbcodes

Kondensator-Farbcodes

Standard-Halbleiter

Schaltzeichen

Ein Argument aus einer Leserzuschrift in einer Modellbahn-Zeitschrift hat mir zu denken gegeben: »Die abstrakte Ästhetik der Schaltpläne erschließt sich mir nicht.« Ein sehr wichtiges Argument, finde ich, denn Modellbauer arbeiten mit handfesten, sichtbaren Objekten. Die Symbolsprache der Elektrotechnik ist für viele nicht leicht zu verstehen. Deshalb habe ich bei Illustrationen zur Modellbau-Elektronik versucht, weitestgehend gegenständlich zu zeichnen: Eine Lampe sieht aus wie eine Lampe und eine Spule wie eine Spule. Das verursachte zwar mehr Aufwand beim Zeichnen, doch ich hoffe, damit der besseren Verständlichkeit zu dienen.

Allerdings hat die realistische Darstellung Grenzen. Eine einfache Schaltung in dieser Darstellung ist zwar noch recht übersichtlich, doch wenn sie komplexer wird, verliert man dabei leicht den Überblick. Schematisiert ist bei komplexen Schaltungen einfach übersichtlicher. Sie finden in diesem Heft darum für einfache Schaltungsaufbauten realitätsnahe Zeichnungen, sobald es jedoch komplexer wird, müssen zwangsläufig die Symbole, genannt Schaltzeichen, herhalten.

Die Schaltzeichen sind weitgehend international einheitlich, einige regionale Abweichungen gibt es aber leider doch. So können Ihnen zum Beispiel in fremdsprachigen Schaltplänen Widerstände nicht durch als Quader, sondern als Zickzacklinie begegnen. Die nachstehende Übersicht enthält solche Symbol-Varianten in blau.

Einige wichtige Grundregeln sollten Sie beim Lesen und erst recht beim Zeichnen solcher Schaltpläne unbedingt beachten:

Durchgehende Linien sind elektrisch leitende Verbindungen. Sollen mechanische Verbindungen dargestellt werden, bedient man sich dazu einer dünnen Doppellinie wie im Schalter-Symbol rechts, wenn die verbundenen Symbole dicht beieinander stehen; bei weiter entfernten einer gestrichelten oder punktierten Linie.
Kreuzen sich zwei Linien (Leiter), so ist das keine elektrische Verbindung. Die beiden Linien haben nichts mit einander zu tun! Elektrische Verbindungen bestehen nur, wenn die beiden kreuzenden (oder aufeinander stoßenden) Linien durch einen dicken Punkt als elektrisch verbunden gekennzeichnet sind. (In der Informatik ist es auch üblich, an nicht verbundenen Kreuzungspunkten eine kleine Schleife einzubauen wie in amerikanischen Schaltplänen, um noch deutlicher zu machen, dass hier keine Verbindung besteht.)
Alle Verbindungslinien (Leiter) laufen grundsätzlich waagerecht oder senkrecht. Schräge Linien sind auf Ausnahmefälle begrenzt.
Schaltpläne werden grundsätzlich wie Text von links nach rechts gelesen, d.h. die Funktionsabläufe gehen auch in diese Richtung, also links Eingang, rechts Ausgang einer Schaltung. Aus ökonomischen Gründen (Platzausnutzung auf dem Bogen) wird dieses Prinzip allerdings häufig durchbrochen und z.B. die Stromversorgung dort eingezeichnet, wo gerade noch Platz ist – wenn überhaupt.
Die Bauteile eines Schaltplanes werden mit ihren Kennbuchstaben bezeichnet und gattungsweise durchnummeriert (Reihenfolge von links nach rechts und von oben nach unten); das hilft enorm bei der Beschreibung einer Schaltung und ist unumgänglich, wenn (z.B. aus Platzgründen) die Werte oder Typenbezeichnungen der Bauteile nicht direkt in der Zeichnung angegeben werden.
Bei der Angabe von Werten in Schaltplänen bedient man sich der auch bei den Aufdrucken der Bauteile üblichen Methode, das Präfix der Einheit an Stelle des Kommas einzusetzen, also z.B. 4k7 für 4,7 kΩ oder 2n2 für 2,2 nF. Die Einheiten Ω und F werden fast immer weggelassen, denn sie ergeben sich aus dem zugehörigen Bauteil.

Gemeinsamer Bezugspunkt: »Masse«

Die beiden Bezugspotentiale Plus und Minus bilden in der Regel die obere und untere Begrenzung eines Schaltplanes, das ist einfach und übersichtlich, man weiß immer, wo es lang geht. Sie werden in vielen Schaltplänen derartige durchgehende Linien als oberen und unteren Rand finden. Um in komplexen Schaltungen ein wenig mehr Übersicht zu schaffen, wird häufig das Masse-Symbol als Kennzeichnung der Verbindung zum negativen Potential verwendet. Wenn Sie also einem dicken Querstrich am unteren Ende einer senkrechten Leitung begegnen, ist damit immer eine direkte Verbindung zum negativen Pol der Versorgungsspannung gemeint.

Häufig wird dieser Bezug an den Anschlüssen der Versorgungsspannung zusätzlich vermittelt, indem unter dem Plus-Anschluss ein Minus-Anschluss mit Masse-Symbol steht.

Masse muss nicht immer Minus sein! In speziellen Fällen, zum Beispiel bei symmetrischer Spannungsversorgung, gibt es drei Pole: +, 0 und -. Gegenüber dem Pluspol ist Masse (0) dann negativ, gegenüber dem Minuspol aber positiv, siehe hierzu auch Beitrag im Registertab »Potential, Spannung, Stromfluss«.