Lernfeld 3 · Prüfung Teil 1

Elektrische Grundgrößen

Spannung, Strom, Widerstand, Leistung und Arbeit an Beispielen aus der Kältetechnik: Abtauheizung, Verdichter, Leiterwiderstand und Stromkosten.

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Darum geht es

Die Spannung U in Volt ist der Antrieb im Stromkreis, der Strom I in Ampere die bewegte Ladung je Sekunde, der Widerstand R in Ohm hemmt den Strom. Das ohmsche Gesetz verbindet die drei: Strom gleich Spannung durch Widerstand. In der Kältetechnik begegnet es einem bei jedem Heizstab, jeder Spule und jedem Fühler. Kennt man Nennleistung und Spannung einer Abtauheizung, kann man Sollstrom und Sollwiderstand ausrechnen und mit Zange oder Ohmmeter vergleichen.

Die Leistung P in Watt ist Spannung mal Strom. Bei ohmschen Verbrauchern hängt sie quadratisch von der Spannung ab: Halbe Spannung ergibt nur ein Viertel der Leistung. Die elektrische Arbeit W ist Leistung mal Zeit und wird in Kilowattstunden abgerechnet. Ein Verdichter mit 2 kW, der 16 Stunden am Tag läuft, verbraucht im Jahr über 11 000 kWh; deshalb lohnen sich saubere Verflüssiger, richtige Füllung und gute Regelung auch wirtschaftlich.

Leitungen haben selbst einen Widerstand. Er wächst mit der Länge, sinkt mit dem Querschnitt und hängt vom Werkstoff ab; Kupfer hat eine Leitfähigkeit von rund 56 m/(Ω·mm²). Im Stromkreis fließt der Strom durch Hin- und Rückleiter, also zählt die doppelte Leitungslänge. Metalle sind Kaltleiter, ihr Widerstand steigt mit der Temperatur. Darauf beruhen Platin-Messfühler wie der Pt1000. Bei Umrechnungen hilft es, alle Werte zuerst in Grundeinheiten zu bringen, etwa Milliampere in Ampere.

Das solltest du dir merken

Ohmsches Gesetz, U = R mal I, für jeden Heizstab und jede Spule nutzbar.
Leistung P = U mal I, bei Heizwiderständen auch P = U² geteilt durch R.
Halbe Spannung am Heizwiderstand ergibt ein Viertel der Leistung.
Arbeit in kWh = Leistung in kW mal Zeit in h.
Beim Leiterwiderstand Hin- und Rückleiter zählen.

Formeln

Ohmsches Gesetz: $I = \frac{U}{R}$; $U$ Spannung in V, $R$ Widerstand in Ω, $I$ Strom in A
Elektrische Leistung: $P = U \cdot I = \frac{U ^{2}}{R} = I^{2} \cdot R$; $P$ Leistung in W
Elektrische Arbeit und Kosten: $W = P \cdot t, K = W \cdot k$; $t$ Zeit in h, $W$ Arbeit in kWh, $k$ Preis in €/kWh
Leiterwiderstand: $R = \frac{l}{ϰ \cdot A}$; $l$ Leiterlänge in m (Hin und Rück), $ϰ$ Leitfähigkeit (Kupfer 56 m/(Ω·mm²)), $A$ Querschnitt in mm²

Typische Fehler in der Prüfung

Watt und Kilowattstunde verwechselt.
Beim Leiterwiderstand nur die einfache Leitungslänge eingesetzt.
Leistung bei geänderter Spannung linear statt quadratisch umgerechnet.
Milliampere ohne Umrechnung als Ampere in die Formel eingesetzt.

Tipps aus der Werkstatt

Aus Nennleistung und Spannung rechnest du Sollstrom und Sollwiderstand jeder Heizung aus und vergleichst mit Zange oder Ohmmeter. Achtung: Bei halber Spannung bringt ein Heizwiderstand nur ein Viertel der Leistung, weil P = U² / R gilt. Beim Leiterwiderstand zählen Hin- und Rückleiter.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

14 Aufgaben zu „Elektrische Grundgrößen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Mechatroniker/-in für Kältetechnik, Lernfeld 3 (Elektrische Anlagenteile in Kälte- und Klimaanlagen untersuchen und prüfen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.