Modellbahn-Elektrotechnik
Seriell (in Reihe) oder parallel?
Sie haben sicher schon gehört, dass sich mehrere Verbraucher mit geringerer Nennspannung zusammenschalten lassen, um so den Wert der Versorgungsspannung auszutricksen. Die Frage ist nur, wie zusammenschalten?
Es gibt zwei Möglichkeiten, Verbraucher in einem Stromkreis zu betreiben: Die nahe liegende ist das Parallelschalten, das heißt, beide sind so miteinander gekoppelt, dass ihre Anschlüsse jeweils direkt mit der Versorgungsspannung verbunden sind. Der Strom teilt sich auf und fließt durch beide Verbraucher … und beide brennen durch, sobald die Nennspannung überschritten wird. Ein Messgerät an den Anschlüssen einer der beiden Lampen zeigt deutlich, dass sich die Spannung nicht aufteilt; Sie liegt in voller Höhe an den Anschlüssen jeder Lampe. Was sich jedoch aufteilt, ist der Stromfluss durch beide Verbraucher.
Aber es gibt noch eine weitere Form, zwei oder mehrere Verbraucher zu kombinieren: die Reihenschaltung. Dabei führt der Stromweg von der Spannungsquelle erst in den einen Anschluss des ersten Verbrauchers, durch diesen hindurch, dann von dessen Ausgangsanschluss zum Eingang des nächsten Verbrauchers und durch diesen hindurch zur Spannungssenke.
Messen wir hier die Spannung zwischen den Anschlüssen einer Lampe, stellen wir fest, dass sie sich halbiert hat. Jede der beiden (identischen) Lampen erhält 50% der Gesamt-Versorgungsspannung, im Beispiel je 10 V. Da die Nennspannung der Lampen 12 V beträgt, sind die Lampen ungefährdet, doch sie leuchten nicht ganz so hell. Der Stromfluss dagegen ist hier einheitlich.
Bei der Reihenschaltung werden die Verbraucher nacheinander vom Strom durchflossen, weshalb diese Schaltungsform auch als hintereinander geschaltet bezeichnet wird. Weitere Synonyme dafür sind serielle Schaltung oder Serienschaltung, was jedoch irritieren kann, weil es auch im Hausinstallationsbereich eine so genannte Serienschaltung gibt. Diese ist aber das genaue Gegenteil, denn die Lampen einer so angeschlossenen Deckenleuchte sind parallel geschaltet. Die Bezeichnung rührt aus uralten Zeiten, als Lichtschalter noch Drehschalter waren und die beiden Kreise des Lüsters durch serielles Weiterdrehen des Schalters angesteuert wurden.
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Widerstand und Verbraucher in Reihenschaltung
Jeder Verbraucher besitzt seinen inneren Widerstand, daneben gibt es noch den Widerstand als Bauteil, mit dem der Stromfluss durch den Verbraucher beeinflusst wird.
Werden ein Widerstand und ein Verbraucher hintereinander in den Stromfluss geschaltet, kann der Stromfluss nur so hoch sein, wie nach dem Ohmschen Gesetz der Gesamtwiderstand aus der Addition von innerem Verbraucherwiderstand und vorgeschaltetem Widerstand möglich.
Der Widerstand ist es auch, der bei der Reihenschaltung dafür sorgt, dass sich die Spannung „bedarfsgerecht“ aufteilt, eine der grundlegenden Regeln der Elektrizitätslehre:
Bei Reihenschaltung verteilt sich die Gesamtspannung im Verhältnis der Widerstände auf die einzelnen Verbraucher.
Diese Spannungsteiler-Regel begegnet uns in der Elektrik und noch mehr in der Elektronik immer wieder, deshalb ist sie einer der elementaren Merksätze dieser Technik.
Batterien und Kondensatoren parallel oder seriell geschaltet
Die gängigsten Batterien haben Nennspannungen von 1,5 V und 9 V, doch auch Zwischenwerte oder höhere Spannungen können erzielt werden. In Reihe geschaltete Batterien addieren ihre Spannungen.
Ein Gerät mit einem Spannungsbedarf von 5 V wird meist mit vier in Reihe geschalteten Batterien zu 1,5 V betrieben. In ladefrischem Zustand liefern diese Batterien in Reihe 4 × 1,6 V = 6,4 V, die ggf. im Gerät auf die benötigten 5 V herunter geregelt werden. Unterschreitet die Gesamtladung allerdings die erforderlichen 5 V, wird es eng. Entweder arbeitet das Gerät dann mit geringerer Leistung oder – wenn sehr spannungssensibel – unterhalb eines bestimmten Grenzwertes überhaupt nicht mehr.
Einige elektronische Schaltungen zum Beispiel benötigen ein Minimum an 4,5 V. Vier mit jeweils 1,1 V noch durchaus ordentlich geladene Batterien können diesen Bedarf schon nicht mehr erfüllen. Für dieses Gerät sind sie nicht mehr zu gebrauchen, obwohl mit 73 % der Nennspannung durchaus noch passabel.
Parallel geschaltet dagegen, addieren sich die von den einzelnen Batterien zur Verfügung gestellten Stromstärken, das heißt, die Batterien stellen ihre Spannung länger zur Verfügung.
