Hier wird aus einer Messreihe ein Befund. Nimm dir deinen Stromlaufplan aus Lernangebot 5 dazu.

Schritt 3 von 4. Du rechnest aus, was sein müsste, wertest aus, was gemessen wurde, und findest den Unterschied.

Danach: Rechenwege und Lösungen

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Die Summe der Teilspannungen in einer Masche ist gleich der Quellenspannung. Wer weiß, wo sie abfallen, weiß, wo der Fehler sitzt.

Am Ende hast du: Befund S 2 mit Rechnung, Messreihe und Abhilfe

Erst du, dann die anderen

Bevor du die Messreihe ansiehst: Wo würdest du den Fehler bei S 2 vermuten, und wie würdest du es prüfen?

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • An den Scheinwerfern selbst. Vielleicht sind es andere oder alte Leuchtmittel. Das prüft man mit einem Blick und einem Tausch. Aber alle vier sind laut Verbraucherliste gleich.
  • In der Plusleitung. Eine lange, dünne Leitung hat Widerstand. Das kann man ausrechnen und messen.
  • Am Rückweg über die Masse. Der Rückweg wird oft vergessen. Korrosion an einer Masseverbindung erzeugt einen Widerstand, den man nicht sieht.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.

Die Messreihe S 2

Messreihe zu Störzettel S 2 als Schema: Batterie 24 V, Plusleitung zu den parallel geschalteten Arbeitsscheinwerfern E3 und E4, Rückleitung über die Masseverbindung W12 und den Rahmen. Vier Spannungsmesser mit Werten: an der Batterie 24,0 V, über der Plusleitung 0,53 V, an den Scheinwerfern 20,5 V, über der Masseverbindung 2,99 V. Zangenstrommesser an der Plusleitung: 5,0 A. Eigene Darstellung für den Unterricht.Messreihe S 2Arbeitsscheinwerfer hinten, beide ein, Motor aus+GPlusleitung6 m, 1,0 mm²-E3-E4-W12MasseverbindungV24,0 VV0,53 VV20,5 VV2,99 VZange 5,0 A
Messreihe zu S 2: Batterie 24,0 V, über der Plusleitung 0,53 V, an den Arbeitsscheinwerfern 20,5 V, über der Masseverbindung -W12 2,99 V, Strom in der Plusleitung 5,0 A. Unterrichtswerte, eigene Darstellung für den Unterricht.
Gegebene Werte: Messreihe und Leitung · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte: Messreihe und Leitung

Batterie Plus gegen Masse
24,0 V
an -E3, Plus gegen Masseanschluss der Leuchte
20,5 V
über der Plusleitung, Anfang gegen Ende
0,53 V
über der Masseverbindung -W12
2,99 V
Strom in der Plusleitung, Zangenstrommesser
5,0 A
Plusleitung
6 m, Kupfer, 1,0 mm², spezifischer Widerstand von Kupfer 0,0178 Ω · mm²m
Scheinwerfer -E3, -E4
je 70 W bei 24 V

Aufgenommen von einem Kollegen der Werkstatt, Motor aus, beide Scheinwerfer ein. Unterrichtswerte.

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Befund S 2 mit Rechnung, Messreihe und Abhilfe

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • dem Sollwert: was an -E3 und -E4 anliegen müsste
  • dem berechneten Widerstand der Plusleitung
  • der ausgewerteten Messreihe mit Maschenregel
  • dem Ort des Spannungsfalls mit Begründung
  • der Leistung der Scheinwerfer im Fehlerzustand
  • der Abhilfe mit Begründung und der erwarteten Spannung danach

Zur Dokumentation

Jeder Befund stützt sich auf Messwerte und Rechnung. Jede Vereinfachung ist genannt. Der Befund ist so geschrieben, dass eine andere Elektrofachkraft ihn ohne Rückfrage nachvollziehen kann.

Abgenommen wird er im Kreuzreview durch ein anderes Team, danach von der Projektleitung abgezeichnet. Zu Meilenstein M2 präsentiert ihr ihn dem Auftraggeber.

Vereinfachung in diesem Lernangebot: Der Widerstand einer Glühlampe hängt davon ab, wie heiß der Glühfaden ist. Hier rechnest du so, als wäre er fest und gleich dem Wert bei 24 V (8,23 Ω je Scheinwerfer). Das ist eine Näherung. Wie die Lampe sich wirklich verhält, siehst du in Teil 4.

Aufgabe 6.1

Berechne den Sollzustand:

  • Berechne Strom und Spannung an -E3 und -E4, wenn Leitung und Masseverbindung keinen Widerstand hätten.
  • Berechne die Leistung je Scheinwerfer in diesem Fall.
  • Vergleiche den Sollwert der Spannung mit dem gemessenen Wert an -E3.

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 6.2

Berechne den Widerstand der Plusleitung:

  • Suche im Tabellenbuch die Formel für den Leitungswiderstand.
  • Berechne den Widerstand der Plusleitung.
  • Entscheide, welche Leitungslänge du einsetzt, und begründe deine Wahl mit dem Stromweg im Schlepper.
  • Berechne den Spannungsfall auf der Plusleitung bei 5,0 A und vergleiche mit der Messung.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Leitungswiderstand · spezifischer Widerstand · Leitfähigkeit

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 6.3

Die Maschenregel: In einem geschlossenen Stromkreis ist die Summe der Teilspannungen an den Verbrauchern und Leitungen gleich der Spannung der Quelle.

Gemessene Werte gehen selten auf das Hundertstel genau auf. Jedes Messgerät hat eine Messabweichung, beim Multimeter der Werkstatt ±(0,5 % vom Messwert + 2 Digit), und abgelesene Werte sind gerundet. Eine Messreihe ist stimmig, wenn der Unterschied kleiner ist als diese Abweichung.

Werte die Messreihe aus:

  • Prüfe mit der Maschenregel, ob die Messreihe stimmig ist.
  • Bestimme, an welcher Stelle der größte Spannungsfall auftritt.
  • Berechne aus Messwerten den Widerstand der Masseverbindung -W12.
  • Vergleiche den Widerstand von -W12 mit dem Widerstand der ganzen Plusleitung.
  • Beurteile, ob der Unterschied zwischen der Summe der Teilspannungen und der Batteriespannung mit der Messabweichung des Multimeters erklärt werden kann.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Maschenregel · Kirchhoffsche Regeln · Spannungsfall

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 6.4

Berechne, wie viel Leistung den Scheinwerfern fehlt:

  • Berechne den Gesamtwiderstand des Strompfads mit Plusleitung und -W12.
  • Berechne Strom und Spannung an den Scheinwerfern und vergleiche mit der Messung.
  • Berechne die Leistung je Scheinwerfer und gib an, wie viel Prozent der Bemessungsleistung das sind.
  • Nenne, weshalb der gemessene Strom etwas größer sein kann als der berechnete.

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 6.5

Schreibe den Befund S 2 und schlage eine Abhilfe vor:

  • Nenne die Ursache mit den Messwerten, die sie belegen.
  • Vergleiche zwei Abhilfen: die Masseverbindung erneuern oder die Plusleitung auf 2,5 mm² verstärken.
  • Berechne für die Abhilfe deiner Wahl die Spannung an den Scheinwerfern danach, mit einer neuen Masseverbindung von 0,02 Ω oder einer Plusleitung 2,5 mm².
  • Formuliere den Befund so, dass die Werkstattleitung ihn ohne Rückfrage versteht.

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Die Lage ändert sich

Die Werkstattleitung überlegt, statt der Halogenscheinwerfer LED-Arbeitsscheinwerfer mit je 25 W einzubauen, und fragt: „Dann ist das Problem mit der Masse doch weg, oder?“

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Berechne mit derselben Vereinfachung (fester Widerstand bei 24 V) den Spannungsfall über -W12 mit den LED-Scheinwerfern.
  • Prüfe, ob die LED-Scheinwerfer das Problem lösen oder nur verdecken.
  • Formuliere deine Antwort an die Werkstattleitung.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.