Grundlagen Gleichstromtechnik - Festo Didactic

Grundlagen 

Gleichstromtechnik 

Arbeitsbuch 

Mit CD-ROM 

24 

U L 

P 

6 

mW 

V 

U L 

16 

12 

4 

3 

P 

8 

2 

4 

1 

0 

0 

1 

2 3 4 5 6 7 8 9 10 mA 12 

I L 

I 

+ 

R 

U R 

R 1 

U 

U 

U 1 

U 2 

I q 

I L 

P 

U P 

R 2 

R L 

Festo Didactic 

567207 DE

Bestell-Nr.: 567207 

Stand: 10/2010 

Autor: 

Christine Löffler 

Grafik: 

Thomas Ocker, Doris Schwarzenberger 

Layout: 

10/2010, Beatrice Huber 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2012 

Internet: www.festo-didactic.com 

E-Mail: did@de.festo.com 

Der Käufer erhält ein einfaches, nicht-ausschließliches, zeitlich unbeschränktes und geografisch nur auf die 

Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt. 

Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, 

des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen 

zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu 

verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei Schulen/Hochschulen und 

Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer 

und Studenten des Standortes für den Unterricht. 

Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in 

Intranet- und Internet- sowie LMS-Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer 

Vielzahl von Nutzern auch außerhalb des Standortes des Käufers ermöglichen. 

Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen, 

Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen, 

unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic GmbH & Co. KG. 

Hinweis 

Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch 

Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine 

geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem 

besseren Verständnis der Formulierungen.

Inhalt 

Bestimmungsgemäße Verwendung ___________________________________________________________ IV 

Vorwort ___________________________________________________________________________________ V 

Einleitung ________________________________________________________________________________ VII 

Arbeits- und Sicherheitshinweise ___________________________________________________________ VIII 

Trainingspaket Grundlagen Gleichstromtechnik (TP 1011) _______________________________________ IX 

Lernziele – Grundlagen Gleichstromtechnik ______________________________________________________ X 

Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben – Grundlagen Gleichstromtechnik __________________________ XI 

Gerätesatz _______________________________________________________________________________ XIII 

Zuordnung von Komponenten und Aufgaben – Grundlagen Gleichstromtechnik ______________________ XVII 

Hinweise für den Lehrer/Ausbilder ___________________________________________________________ XIX 

Struktur der Aufgaben ______________________________________________________________________ XX 

Bezeichnung der Komponenten ______________________________________________________________ XX 

Inhalte der CD-ROM _______________________________________________________________________ XXI 

Aufgaben und Lösungen 

Aufgabe 1: Analysieren elektrischer Stromkreise und feststellen von Gesetzmäßigkeiten _____________ 1 

Aufgabe 2: Analysieren von Widerständen___________________________________________________ 21 

Aufgabe 3: Bestimmen des Vorwiderstandes für eine Leuchtdiode ______________________________ 29 

Aufgabe 4: Erweitern einer Schaltung um einen elektrischen Verbraucher ________________________ 41 

Aufgabe 5: Ermitteln der elektrischen Leistung für zwei Schaltungsvarianten ______________________ 55 

Aufgabe 6: Auswählen von Messschaltungen ________________________________________________ 67 

Aufgabe 7: Entwickeln einer Schaltung für einen Spannungsteiler _______________________________ 77 

Aufgabe 8: Entwickeln von Schutzschaltungen für eine Bohrmaschine ___________________________ 91 

Aufgabe 9: Aufbauen einer Gleichspannungsquelle __________________________________________ 107 

Aufgabe 10: Auswählen eines Kondensators mit kurzer Ladezeit ________________________________ 123 

Aufgaben und Arbeitsblätter 











© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 III

Bestimmungsgemäße Verwendung 

Das Trainingspaket Grundlagen Elektrotechnik/Elektronik ist nur zu benutzen: 

• für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb 

• in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand 

Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten 

sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib 

und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen. 

Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich 

Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die 

Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die 

in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten. 

Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des 

Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes 

außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden 

vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht. 

IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Vorwort 

Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen 

Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des 

Lernsystems: 

• Technologieorientierte Trainingspakete 

• Mechatronik und Fabrikautomation 

• Prozessautomation und Regelungstechnik 

• Mobile Robotik 

• Hybride Lernfabriken 

Parallel zu den Entwicklungen im Bildungsbereich und in der beruflichen Praxis wird das Lernsystem 

Automatisierung und Technik laufend aktualisiert und erweitert. 

Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik, 

Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare 

Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik, Elektronik und elektrischen Antrieben. 

Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen 

Trainingspakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen 

und elektrischen Antrieben möglich. 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 V

Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen: 

• Hardware 

• Medien 

• Seminare 

Hardware 

Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und 

Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte 

der begleitenden Medien angepasst. 

Medien 

Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die 

praxisorientierte Teachware umfasst: 

• Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse) 

• Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen) 

• Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen) 

• Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung) 

• Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten) 

Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt: 

• Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte) 

• Simulationssoftware 

• Visualisierungssoftware 

• Software zur Messdatenerfassung 

• Projektierungs- und Konstruktionssoftware 

• Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen 

Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht 

konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet. 

Seminare 

Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und 

Weiterbildung ab. 

Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch? 

Dann senden Sie eine E-Mail an: did@de.festo.com 

Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung. 

VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Einleitung 

Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma 

Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und 

Weiterbildung. Das Trainingspaket Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik TP 1011 behandelt die 

folgenden Themen: 

• Grundlagen Gleichstromtechnik 

• Grundlagen Wechselstromtechnik 

• Grundlagen Halbleiter 

• Grundschaltungen der Elektronik 

Das Arbeitsbuch Grundlagen Gleichstromtechnik liefert die Einführung in das Thema 

Elektrotechnik/Elektronik. Im Vordergrund steht dabei die Vermittlung der elektrischen Grundgrößen. Zu 

den behandelten Größen gehören unter anderem Spannung, Strom, Widerstand und Leitwert sowie Arbeit 

und Leistung. Das Ohm‘sche Gesetz wird umfassend erläutert. Besonderer Wert wird auch auf den Einsatz 

von Messgeräten gelegt. 

Voraussetzung für den Aufbau und das Auswerten der Schaltungen ist ein Laborarbeitsplatz, ausgestattet 

mit einer abgesicherten Netzspannungsversorgung, zwei Digital-Multimetern, einem Speicher-Oszilloskop 

und Sicherheits-Laborleitungen. 

Mit dem Gerätesatz TP 1011 werden die kompletten Schaltungen der 10 Aufgabenstellungen zum Thema 

Grundlagen Gleichstromtechnik aufgebaut. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser 

Aufgaben enthalten die Lehrbücher 

• Fachkunde Elektroberufe, Bestell-Nr. 567297 und 

• Elektrotechnik, Bestell-Nr. 567298. 

Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (lineare und nichtlineare Widerstände, 

Kondensatoren, Messgeräte usw.) zur Verfügung. 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 VII

Arbeits- und Sicherheitshinweise 

Allgemein 

• Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen 

arbeiten. 

• Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle 

Hinweise zur Sicherheit! 

• Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt 

werden und sind umgehend zu beseitigen. 

Elektrik 

• Lebensgefahr bei unterbrochenem Schutzleiter! 

– Der Schutzleiter (gelb/grün) darf weder außerhalb noch innerhalb des Geräts 

unterbrochen werden. 

– Die Isolierung des Schutzleiters darf weder beschädigt noch entfernt werden. 

• In gewerblichen Einrichtungen sind die Berufsgenossenschaftlichen Vorschriften BGV A3 "Elektrische 

Anlagen und Betriebsmittel" zu beachten. 

• In Schulen und Ausbildungseinrichtungen ist das Betreiben von Netzgeräten durch geschultes Personal 

verantwortlich zu überwachen. 

• Vorsicht! 

Kondensatoren im Gerät können noch geladen sein, selbst wenn das Gerät von allen Spannungsquellen 

getrennt wurde. 

• Beim Ersetzen von Sicherungen: Verwenden Sie nur vorgeschriebene Sicherungen mit der richtigen 

Nennstromstärke. 

• Schalten Sie Ihr Netzgerät niemals sofort ein, wenn es von einem kalten in einen warmen Raum 

gebracht wird. Das dabei entstehende Kondenswasser kann unter ungünstigen Umständen Ihr Gerät 

zerstören. Lassen Sie das Gerät ausgeschaltet, bis es Zimmertemperatur erreicht hat. 

• Verwenden Sie als Betriebsspannung für die Schaltungen der einzelnen Aufgaben nur Spannungen von 

maximal 60 V DC und 25 V AC. Beachten Sie zusätzlich die Angaben zur maximalen Betriebsspannung 

der eingesetzten Komponenten. 

• Stellen Sie elektrische Anschlüsse nur in spannungslosem Zustand her! 

• Bauen Sie elektrische Anschlüsse nur in spannungslosem Zustand ab! 

• Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern. 

• Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den 

Leitungen. 

• Schließen Sie das Speicher-Oszilloskop immer über einen Trenntransformator an die 

Netzspannungsversorgung an. 

VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Trainingspaket Grundlagen Gleichstromtechnik (TP 1011) 

Das Trainingspaket TP 1011 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln. Gegenstand 

dieses Teils des Trainingspaketes TP 1011 sind die Grundlagen Gleichstromtechnik. Einzelne Komponenten 

aus dem Trainingspaket TP 1011 können auch Bestandteil anderer Pakete sein. 

Wichtige Komponenten des TP 1011 

• Fester Arbeitsplatz mit Universal-Steckfeld EduTrainer ® 

• Bauteilsatz Elektrotechnik/Elektronik mit Brückensteckern und Sicherheits-Laborleitungen 

• Grundlagen-Netzteil EduTrainer ® 

• Komplette Laboreinrichtungen 

Medien 

Die Teachware zum Trainingspaket TP 1011 besteht aus Fach- und Tabellenbüchern und Arbeitsbüchern. Die 

Fachbücher vermitteln anschaulich und übersichtlich die Grundlagen zu Gleichstromtechnik. Die 

Arbeitsbücher enthalten zu jeder Aufgabe die Aufgabenblätter, die Lösungen zu jedem einzelnen 

Arbeitsblatt und eine CD-ROM. Ein Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe 

wird mit jedem Arbeitsbuch geliefert. 

Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Trainingspaket und auf der CD-ROM zur 

Verfügung gestellt. 

Medien 

Fachbücher 

Tabellenbuch 

Arbeitsbücher 

Digitale Lernprogramme 

Fachkunde Elektroberufe 

Elektrotechnik 

Elektrotechnik/Elektronik 

Grundlagen Gleichstromtechnik 

Grundlagen Wechselstromtechnik 

Grundlagen Halbleiter 

Grundschaltungen der Elektronik 

WBT Elektrik 1 – Grundlagen der Elektrotechnik 

WBT Elektrik 2 – Gleich- und Wechselstromschaltkreise 

WBT Elektronik 1 –Grundlagen der Halbleitertechnik 

WBT Elektronik 2 –Integrierte Schaltkreise 

WBT Elektrische Schutzmaßnahmen 

Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 1011 

Als Software zum Trainingspaket TP 1011 stehen die digitalen Lernprogramme Elektrik 1, Elektrik 2, 

Elektronik 1, Elektronik 2 und Elektrische Schutzmaßnahmen zur Verfügung. Diese Lernprogramme 

beschäftigen sich ausführlich mit den Grundlagen der Elektrik/Elektronik. Die Lerninhalte sind sowohl 

fachsystematisch als auch anwendungsbezogen an praxisnahen Fallbeispielen dargestellt. 

Die Medien werden in mehreren Sprachen angeboten. Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren 

Katalogen und im Internet. 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 IX

Lernziele – Grundlagen Gleichstromtechnik 

Bauteile Widerstand und Kondensator 

• Sie kennen den Zusammenhang zwischen Widerstandswert und Leitwert eines Widerstandes. 

• Sie kennen charakteristische Merkmale und wichtige Bauarten von Widerständen. 

• Sie können die IEC-Normreihen zur Kennzeichnung von Widerständen anwenden 

• Sie kennen Schaltzeichen und Funktionsweise der nichtlinearen Widerstände NTC, PTC, VDR, LDR. 

• Sie können Kennlinien von nichtlinearen Widerständen aufnehmen und interpretieren. 

• Sie können nichtlineare Widerstände abhängig von den technischen Anforderungen auswählen und 

einsetzen. 

• Sie kennen Aufbau, Einsatz und Kenngrößen eines Kondensators. 

• Sie können den Lade- und Entladevorgang eines Kondensators im Gleichstromkreis messen und 

auswerten. 

Grundschaltungen und Beispielschaltungen 

• Sie können die elektrischen Grundgrößen Spannung, Strom und Widerstand interpretieren und mit 

diesen Größen Berechnungen durchführen. 

• Sie kennen das Ohm'sche Gesetz und können den Zusammenhang messtechnisch ermitteln und 

grafisch darstellen. 

• Sie können elektrische Grundgrößen messtechnisch erfassen und bewerten. 

• Sie können geeignete Messgeräte zur Durchführung von Messungen einsetzen. 

• Sie können die elektrischen Grundgrößen Arbeit und Leistung anwenden. 

• Sie können elektrische Grundschaltungen messtechnisch untersuchen und Gesetzmäßigkeiten aus den 

ermittelten Messgrößen ableiten. 

• Sie können elektrische Grundschaltungen wie die Reihenschaltung dimensionieren und berechnen. 

• Sie können die Funktion elektrischer Schaltungen und Betriebsmittel prüfen. 

• Sie können elektrische Grundschaltungen wie die Parallelschaltung dimensionieren und berechnen. 

• Sie können gemischte Schaltungen dimensionieren und berechnen. 

• Sie können geeignete Messschaltungen zur Durchführung von Messungen einsetzen. 

• Sie kennen den Spannungsteiler als Anwendung der gemischten Schaltungen. 

• Sie können die Ausgangsspannung für einen unbelasteten und für einen belasteten Spannungsteiler 

berechnen. 

• Sie können den belasteten Spannungsteiler dimensionieren. 

Spannungsquellen 

• Sie können die Kenngrößen einer Spannungsquelle berechnen und anwenden. 

• Sie können die Arbeitskennlinie einer Spannungsquelle aufnehmen und interpretieren. 

• Sie kennen die Anwendungsfälle Leistungsanpassung und Spannungsanpassung für eine 

Spannungsquelle. 

X © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben – Grundlagen Gleichstromtechnik 

Lernziel 

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Sie können die elektrischen Grundgrößen Spannung, Strom 

und Widerstand interpretieren und mit diesen Größen 

Berechnungen durchführen 

Sie kennen das Ohm'sche Gesetz und können den 

Zusammenhang messtechnisch ermitteln und grafisch 

darstellen 

Sie können elektrische Grundgrößen messtechnisch erfassen 

und bewerten 

Sie können geeignete Messgeräte zur Durchführung von 

Messungen einsetzen 

• 

• 

• 

• 

Sie kennen den Zusammenhang zwischen Widerstandswert und 

Leitwert eines Widerstandes 

Sie kennen charakteristische Merkmale und wichtige Bauarten 

von Widerständen 

Sie können die IEC-Normreihen zur Kennzeichnung von 

Widerständen anwenden 

• 

• 

• 

Sie können die elektrischen Grundgrößen Arbeit und Leistung 

anwenden 

Sie können elektrische Grundschaltungen messtechnisch 

untersuchen und Gesetzmäßigkeiten aus den ermittelten 

Messgrößen ableiten 

Sie können elektrische Grundschaltungen wie die 

Reihenschaltung dimensionieren und berechnen 

Sie können die Funktion elektrischer Schaltungen und 

Betriebsmittel prüfen 

Sie können elektrische Grundschaltungen wie die 

Parallelschaltung dimensionieren und berechnen 

Sie können gemischte Schaltungen dimensionieren und 

berechnen 

• • • 

• • 

• 

• 

• 

• 

Sie können geeignete Messschaltungen zur Durchführung von 

Messungen einsetzen 

• 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 XI

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Lernziel 

Sie kennen den Spannungsteiler als Anwendung der 

gemischten Schaltungen 

Sie können die Ausgangsspannung für einen unbelasteten und 

für einen belasteten Spannungsteiler berechnen 

Sie können den belasteten Spannungsteiler dimensionieren 

• 

• 

• 

Sie kennen Schaltzeichen und Funktionsweise der nichtlinearen 

Widerstände NTC, PTC, VDR, LDR 

Sie können Kennlinien von nichtlinearen Widerständen 

aufnehmen und interpretieren 

Sie können nichtlineare Widerstände abhängig von den 

technischen Anforderungen auswählen und einsetzen 

• 

• 

• 

Sie können die Kenngrößen einer Spannungsquelle berechnen 

und anwenden 

Sie können die Arbeitskennlinie einer Spannungsquelle 

aufnehmen und interpretieren 

Sie kennen die Anwendungsfälle Leistungsanpassung und 

Spannungsanpassung für eine Spannungsquelle 

• 

• 

• 

Sie kennen Aufbau, Einsatz und Kenngrößen eines 

Kondensators 

Sie können den Lade- und Entladevorgang eines Kondensators 

im Gleichstromkreis messen und auswerten 

• 

• 

XII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Gerätesatz 

Das Arbeitsbuch Grundlagen Gleichstromtechnik vermittelt Kenntnisse über den Aufbau und die Funktion 

der Bauelemente Widerstand und Kondensator sowie über das Verhalten der Bauelemente in 

Grundschaltungen und einfachen Anwendungsschaltungen. 

Der Gerätesatz Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik TP 1011 enthält alle Komponenten, die für die 

Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich sind. Zum Aufbau und zur Auswertung funktionsfähiger 

Schaltungen werden zusätzlich zwei Digital-Multimeter und Sicherheits-Laborleitungen benötigt. 

Gerätesatz Grundlagen der Elektrotechnik/Elektronik, Bestell-Nr. 571780 

Komponente Bestell-Nr. Menge 

Grundlagen-Netzteil EduTrainer ® 567321 1 

Universal-Steckfeld EduTrainer ® 567322 1 

Bauteilesatz Elektrotechnik/Elektronik 567306 1 

Satz Brückenstecker, 19 mm, grau-schwarz 571809 1 

Übersicht Bauteilesatz Elektrotechnik/Elektronik, Bestell-Nr. 567306 

Komponente 

Menge 

Widerstand, 10 Ω/2 W 1 








Widerstand, 1 kΩ/2 W 3 

Widerstand, 2,2 kΩ/2 W 2 






Widerstand, 1 MΩ/2 W 1 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 XIII

Komponente 

Menge 

Potentiometer, 1 kΩ/0,5 W 1 


Widerstand, temperaturabhängig (NTC), 4,7 kΩ/0,45 W 1 

Widerstand, lichtabhängig (LDR), 100 V/0,2 W 1 

Widerstand, spannungsabhängig (VDR), 14 V/0,05 W 1 

Kondensator, 100 pF/100 V 1 

Kondensator, 10 nF/100 V 2 


Kondensator, 0,1 μF/100 V 2 




Kondensator, 10 μF/250 V, gepolt 2 



Spule, 100 mH/50 mA 1 

Diode, AA118 1 

Diode, 1N4007 6 

Z-Diode, ZPD 3,3 1 

Z-Diode, ZPD 10 1 

Diac, 33 V/1 mA 1 

NPN-Transistor, BC140, 40 V/1 A 2 

NPN-Transistor, BC547, 50 V/100 mA 1 

PNP-Transistor, BC160, 40 V/1 A 1 

P-Kanal-JFET-Transistor, 2N3820, 20 V/10 mA 1 

N-Kanal-JFET-Transistor, 2N3819, 25 V/50 mA 1 

UNIJUNCTION-Transistor, 2N2647, 35 V/50 mA 1 

P-Kanal-MOSFET-Transistor, BS250, 60 V/180 mA 1 

Thyristor, TIC 106, 400 V/5 A 1 

Triac, TIC206, 400 V/4 A 1 

Transformatorspule, N = 200 1 

Transformatorspule, N = 600 2 

Transformatoreisenkern mit Halter 1 

Leuchtmelder, 12 V/62 mA 1 

Leuchtdiode (LED), 20 mA, blau 1 

Leuchtdiode (LED), 20 mA, rot oder grün 1 

Wechsler 1 

XIV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Grafische Symbole des Gerätesatzes 

Komponente Grafisches Symbol Komponente Grafisches Symbol 

Widerstand 

Z-Diode 

Potentiometer 

Diac 

Widerstand, 

temperaturabhängig (NTC) 

NPN-Transistor 

Widerstand, lichtabhängig 

(LDR) 

PNP-Transistor 

Widerstand, 

spannungsabhängig (VDR) 

P-Kanal-JFET-Transistor 

U 

Kondensator 

N-Kanal-JFET-Transistor 

Kondensator, gepolt 

UNIJUNCTION-Transistor 

Spule 

P-Kanal-MOSFET-Transistor 

Diode 

Thyristor 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 XV

Komponente Grafisches Symbol Komponente Grafisches Symbol 

Triac 

LED blau 

Transformatorspule 

LED rot oder grün 

Leuchtmelder 

Wechsler 

XVI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Zuordnung von Komponenten und Aufgaben – Grundlagen 

Gleichstromtechnik 

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Komponente 


Widerstand, 22 Ω/2 W 1 1 


Widerstand, 100 Ω/2 W 1 1 1 1 1 1 1 

Widerstand, 220 Ω/2 W 1 1 1 1 

Widerstand, 330 Ω/2 W 1 1 1 1 1 1 

Widerstand, 470 Ω/2 W 1 1 1 1 1 


Widerstand, 1 kΩ/2 W 1 1 1 1 3 


Widerstand, 4,7 kΩ/2 W 1 1 

Widerstand, 10 kΩ/2 W 1 1 1 1 



Widerstand, 100 kΩ/2 W 1 1 

Widerstand, 1 MΩ/2 W 1 1 

Potentiometer, 1 kΩ/0,5 W 1 1 


Widerstand, temperaturabhängig (NTC), 4,7 kΩ/0,45 W 1 1 

Widerstand, lichtabhängig (LDR), 100 V/0,2 W 1 1 

Widerstand, spannungsabhängig (VDR), 14 V/0,05 W 1 1 

Kondensator, 100 pF/100 V 1 










© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 XVII

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

Komponente 

Leuchtmelder, 12 V/62 mA 1 1 

Leuchtdiode (LED), 20 mA, blau 1 

Wechsler 1 

Digital-Multimeter 2 1 1 1 1 2 2 2 2 1 

Grundlagen-Netzteil EduTrainer ® 1 1 1 1 1 1 1 1 1 

XVIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Hinweise für den Lehrer/Ausbilder 

Lernziele 

Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Analysieren und Auswerten von einfachen 

Grundschaltungen mit Widerstand und Kondensator an Gleichspannung. Die Erkenntnisse werden durch 

theoretische Fragestellungen, durch den praktischen Aufbau der Schaltungen und das Messen von 

elektrischen Größen gewonnen. Durch diese direkte Wechselwirkung von Theorie und Praxis ist ein 

schneller und nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in der Matrix dokumentiert. 

Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet. 

Richtzeit 

Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab. 

Pro Aufgabe kann angesetzt werden: ca. 1 bis 1,5 Stunden. 

Komponenten des Gerätesatzes 

Arbeitsbuch, Aufgabensammlung und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle 10 Aufgaben 

benötigen Sie nur Komponenten eines Gerätesatzes TP 1011. 

Normen 

Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet: 

EN 60617-2 bis EN 60617-8 Graphische Symbole für Schaltpläne 

EN 81346-2 

Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte; 

Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung 

DIN VDE 0100-100 

Errichten von Niederspannungsanlagen – Allgemeine Grundsätze, 

(IEC 60364-1) 

Bestimmungen, allgemeiner Merkmale, Begriffe 

DIN VDE 0100-410 Errichten von Niederspannungsanlagen – Schutzmaßnahmen – 

(IEC 60364-4-41) 

Schutz gegen elektrischen Schlag 

Kennzeichnungen im Arbeitsbuch 

Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt. 

Ausnahme: Angaben und Auswertungen zu Strom sind immer rot dargestellt, Angaben und Auswertungen 

zur Spannung sind immer blau dargestellt. 

Kennzeichnungen in der Aufgabensammlung 

Zu ergänzende Texte sind durch Raster oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet. 

Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt. 

Hinweise für den Unterricht 

Hier werden zusätzliche Informationen zur didaktisch-methodischen Vorgehensweise oder zu den 

Bauelementen gegeben. Diese Hinweise sind in der Aufgabensammlung nicht enthalten. 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 XIX

Lösungen 

Die in diesem Arbeitsbuch angegebenen Lösungen sind Ergebnisse von Testmessungen. Die Resultate Ihrer 

Messungen können von diesen Daten abweichen. 

Lernfelder 

Für den Ausbildungsberuf Elektroniker/in ist das Ausbildungsthema „Grundlagen Gleichstromtechnik“ dem 

Lernfeld 1 der Berufschule zugeordnet. 

Struktur der Aufgaben 

Alle 10 Aufgaben haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in: 

• Titel 

• Lernziele 

• Problemstellung 

• Schaltung oder Lageplan 

• Arbeitsauftrag 

• Arbeitshilfen 

• Arbeitsblätter 

Das Arbeitsbuch enthält die Lösungen zu jedem Arbeitsblatt der Aufgabensammlung. 

Bezeichnung der Komponenten 

Die Bezeichnung der Komponenten in den Schaltplänen erfolgt in Anlehnung an die Norm DIN EN 81346-2. 

In Abhängigkeit der Komponente werden Buchstaben vergeben. Mehrere Komponenten innerhalb eines 

Schaltkreises werden durchnummeriert. 

Widerstände: R, R1, R2, ... 

Kondensatoren: C, C1, C2, … 

Signalgeräte: P, P1, P2, ... 

Hinweis 

Werden Widerstände und Kondensatoren als physikalische Größen interpretiert, ist der Buchstabe zur 

Bezeichnung kursiv dargestellt (Formelzeichen). Sind Ziffern zur Nummerierung erforderlich, werden 

diese als Indizes behandelt und tiefgestellt. 

XX © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Inhalte der CD-ROM 

Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-Datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM 

Ihnen ergänzende Medien zur Verfügung. 

Die CD-ROM enthält folgende Ordner: 

• Bedienungsanleitungen 

• Bilder 

• Produktinformationen 

Bedienungsanleitungen 

Bedienungsanleitungen für verschiedene Komponenten des Trainingspakets stehen zur Verfügung. Diese 

Anleitungen helfen bei Einsatz und Inbetriebnahme der Komponenten. 

Bilder 

Fotos und Grafiken von Komponenten und industriellen Anwendungen werden bereitgestellt. Hiermit 

können eigene Aufgabenstellungen illustriert werden. Auch Projektpräsentationen können durch den 

Einsatz dieser Abbildungen ergänzt werden. 

Produktinformationen 

Für ausgesuchte Komponenten erhalten Sie Produktinformationen des Herstellers. Die Darstellung und 

Beschreibung der Komponenten in dieser Form soll zeigen, wie diese Komponenten in einem industriellen 

Katalog dargestellt sind. Zusätzlich finden Sie hier ergänzende Informationen zu den Komponenten. 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 XXI

XXII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Aufgabe 1 

Analysieren elektrischer Stromkreise und feststellen von Gesetzmäßigkeiten 

Lernziele 

Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben, 

• können Sie die elektrischen Grundgrößen Spannung, Strom und Widerstand interpretieren und mit 


• kennen Sie das Ohm'sche Gesetz und können den Zusammenhang messtechnisch ermitteln und 

darstellen. 

• können Sie elektrische Größen messtechnisch erfassen und bewerten. 

• können Sie geeignete Messgeräte zur Durchführung von Messungen einsetzen. 

Problemstellung 

Sie arbeiten künftig bei der Planung und Umsetzung von Beleuchtungsanlagen mit. Sie sollen sich deshalb 

mit den Gesetzmäßigkeiten einfacher Stromkreise und der zugehörigen Messtechnik vertraut machen. 

Informationen für die Einarbeitung entnehmen Sie aus Fachbüchern, Tabellenbüchern und aus dem Internet. 

Schaltung 

Laborarbeitsplatz 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 1

Aufgabe 1: Analysieren elektrischer Stromkreise und feststellen von Gesetzmäßigkeiten 

Arbeitsaufträge 

1. Erarbeiten Sie sich die elektrotechnischen Zusammenhänge, die sich beim Betrieb einer Lampe 

ergeben. Verwenden Sie dazu die vorbereiteten Arbeitsblätter. 

2. Informieren Sie sich über digitale und analoge Multimeter und beantworten Sie die Fragen. 

3. Wählen Sie ein geeignetes Messgerät für Ihre Messungen von Strom, Spannung und Widerstand in 

Gleichstrom-Schaltungen aus. 

4. Informieren Sie sich, wie Sie beim Messen von Spannung, Strom und Widerstand vorgehen und 

beantworten Sie die Fragen. 

5. Nehmen Sie Messungen zum Ohm’schen Gesetz in einer einfachen elektrischen Schaltung vor. 

Arbeitshilfen 

• Fachbücher, Tabellenbücher 

• Datenblätter 

• WBT Elektrik 1 

• Internet 

Hinweis 

Schalten Sie die elektrische Spannungsversorgung erst ein, nachdem Sie alle Anschlüsse hergestellt und 

kontrolliert haben. Schalten Sie die Spannungsversorgung nach Abschluss der Aufgabe wieder aus, 

bevor Sie die Komponenten abbauen. 

2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207


Beschreiben der Zusammenhänge im elektrischen Stromkreis 

Erarbeiten Sie die Gesetzmäßigkeiten, die beim Betrieb einer Lampe gelten. Mit diesen Informationen 

können Sie einfache Schaltungen dimensionieren. 

Bestandteile eines Stromkreises 

– Beschreiben Sie die wesentlichen Bestandteile eines einfachen Stromkreises. 

Jeder elektrische Stromkreis besteht im Wesentlichen aus 

• Spannungsquelle 

• Verbindungsleitungen 

• Verbraucher 

In der Spannungsquelle, zum Beispiel Batterie oder Steckdose, steht elektrische Energie in Form 

getrennter Ladung zur Verfügung. 

Die Leitung dient als Transportweg für die elektrische Energie, die als elektrischer Strom zwischen 

Spannungsquelle und dem Verbraucher fließt. 

Im Verbraucher wird die durch die Spannungsquelle erzeugte Energie in eine andere Energieform 

umgewandelt, zum Beispiel in Wärme, Lichtenergie, Bewegung. 

– Vervollständigen Sie den elektrischen Stromkreis so, dass ein einfacher, geschlossener Stromkreis 

entsteht. 

– Tragen Sie die elektrischen Größen als Pfeile mit Bezeichnung in den Stromkreis ein. 

Stromkreis mit Widerstand als Verbraucher 

Stromkreis mit Lampe als Verbraucher 



Stromrichtung 

Elektrische Spannung entsteht durch Trennen von positiven und negativen Ladungen. 

• negative Ladung: Elektronenüberschuss 

• positive Ladung: Elektronenmangel 

– Beschreiben Sie, was man unter technischer Stromrichtung und was unter physikalischer Stromrichtung 

versteht. 

– Tragen Sie in den abgebildeten Schaltplan die technische und die physikalische Stromrichtung ein. 

Stromrichtung im Stromkreis 

Physikalische Stromrichtung 

Die physikalische Stromrichtung beschreibt die Stromrichtung der negativen Ladungsträger 

(Elektronen) in Metallen vom Minuspol zum Pluspol. 

Technische Stromrichtung 

Die technische Stromrichtung ist historisch bedingt und geht von einem Strom positiv angenommener 

Ladungen aus. Deshalb ist als technische Stromrichtung die Richtung vom Pluspol zum Minuspol 

vereinbart. 

Die technische Stromrichtung wurde aus praktischen Gründen beibehalten. Deshalb wird die 

Stromrichtung innerhalb einer Schaltung auch heute noch von Plus nach Minus definiert. 



Elektrische Grundgrößen 

– Vervollständigen Sie die Tabelle zu den elektrischen Grundgrößen. Tragen Sie eine kurze Beschreibung, 

das Formelzeichen und die physikalische Einheit ein. 

Elektrische Größe Beschreibung Formelzeichen 

Maßeinheit 

Elektrischer Strom 

Der elektrische Strom ist ein Maß für die im Stromkreis in eine Richtung 

bewegte Anzahl freier elektrischer Ladungsträger. 

I 

Ampere [A] 

Elektrische Spannung 

Die elektrische Spannung gibt den Unterschied der Ladung zwischen zwei 

Polen an. Spannungsquellen besitzen immer zwei Pole mit 

unterschiedlichen Spannungen. 

U 

Volt [V] 

Elektrischer 

Widerstand 

Der elektrische Widerstand ist ein Maß für die Eigenschaft von 

Materialien, den Stromfluss in einem Stromkreis zu behindern. 

R 

Ohm [Ω] 


Ohm‘sches Gesetz 

– Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand. Er ist im Ohm‘schen 

Gesetz formuliert. 

Information 

Das Ohm‘sche Gesetz gilt nur für Ohm‘sche Widerstände. Ohm‘sche Widerstände sind lineare 

Widerstände. 

Wird in einem einfachen Stromkreis mit einem konstanten Widerstand die angelegte Spannung 

erhöht, so erhöht sich auch der in der Schaltung fließende Strom. Die Stromstärke I ist proportional 

zur angelegten Spannung U, d.h. 

• Wächst die Spannung U, steigt auch die Stromstärke I an. 

• Sinkt die Spannung U, fällt auch die Stromstärke I ab. 

U 

= R⋅ 

I 

bzw. Formel aufgelöst nach I oder R: 

I = U 

R 

R = U 

I 



– Beschreiben Sie, was einen Ohm‘schen Widerstand kennzeichnet. 

Der Ohm‘sche Widerstand ist ein spezieller elektrischer Widerstand, dessen Widerstandswert 

unabhängig von Spannung, Stromstärke und Frequenz ist. 

– Berechnen Sie den Widerstandswert der Lampe, wenn bei einer angelegten Spannung von 12 V ein 

Strom von 0,062 A fließt. 

Information 

Glühlampen verhalten sich nach dem Einschaltvorgang wie Ohm‘sche Widerstände. 

Gegeben 

Spannung 

Stromstärke 

U = 12 V 

I = 62 mA 

Gesucht 

Widerstand R in Ω 

Rechnung 

U 12 V 12 V 

R = = = = 193, 

5 Ω 

I 62 mA 0, 

062 A 



Beschreiben von Merkmalen und Symbolen von Messgeräten 

Sie werden verschiedene Messungen in elektrischen Schaltungen vornehmen. Dazu müssen Sie geeignete 

Messgeräte benutzen. 

Für die Messung von Gleichspannung und Gleichstrom in elektrischen Schaltungen kommen in der Regel 

zwei Arten von Messgeräten zum Einsatz: 

• Analog-Multimeter 

• Digital-Multimeter 

Digital-Multimeter 

Auszug aus den technischen Daten 

Anzeige 

LCD 3 3/4 Stellen (3999 Count) und 

analoges Balkendiagramm mit 41 Segmenten 

Gleichspannung 

Messbereich: 400 mV; 4 V; 40 V; 400 V; 1000 V 

Auflösung: 100 µV 

Genauigkeit: ± (0,7 % der Anzeige + 1 Digit) 

Eingangswiderstand: 10 MΩ 

Wechselspannung (45 Hz – 500 Hz) 



Genauigkeit: ± (1,5 % der Anzeige + 4 Digits) 

Für 4 V Bereich: ± (2,0 % der Anzeige + 4 Digits) 


Gleichstrom 

Messbereich: 400 µA; 4 mA; 40 mA; 300 mA; 10 A 

Auflösung: 0,1 µA 


Wechselstrom (45 Hz – 500 Hz) 



Genauigkeit: ± (1,5 % der Anzeige + 4 Digits). 

Für 10 A Bereich: ± (2,5 % der Anzeige + 4 Digits) 

Beispiel eines Digital-Multimeters 

– Beschreiben Sie, was die Angabe 3 3/4 Stellen bedeutet. 

Die Anzeige des Messinstrumentes ist 4-stellig. 

An den letzten 3 Stellen können die Ziffern 0 bis 9 erscheinen. An der höchstwertigen Dezimalstelle 

können nur die Ziffern 0 bis 3 angezeigt werden. 

Beispiel: 

Im 400 V Bereich ist die größtmögliche Anzeige 399,9 V bei einer Auflösung von 0,1 V. 



Analog-Multimeter 


Messbereich Spannungsmessung: 

0,1 V; 0,3 V; 1 V; 3 V; 10 V; 30 V; 100 V; 300 V 1000 V 

=/~ 


Messbereich Strommessung: 

1 µA; 3 µA; 10 µA; 30 µA; 100 µA; 300 µA; 1 mA; 

3 mA; 10 mA; 30 mA, 100 mA; 1 A; 3 A; 10 A 

=/~ 

Genauigkeit: 

1,5 =; 2,5 ~ 

Beispiel eines Analog-Multimeters 

– Beschreiben Sie die Bedeutung der aufgedruckten Symbole. 

Symbol 

Beschreibung 

Drehspulmesswerk mit Gleichrichter 

Gebrauchslage horizontal 

nur Wechselstrom 

nur Gleichstrom 

Handbuch beachten 

Gefährliche elektrische Spannung 

CAT II 1000 V 

CAT III 600 V 

Sicherheitskennzeichnung nach EN 61010-1 bzw. IEC 61010-1: 

kennzeichnet die Überspannungskategorie und die zulässige Prüfspannung 



Auswählen eines Messgerätes 

Sie sollen Messungen in Gleichstrom-Schaltungen vornehmen. Zur Verfügung stehen Digital- und Analog- 

Multimeter. Für Ihre Entscheidung, welches Messgerät Sie einsetzen werden, sollte die Messgenauigkeit 

ausschlaggebend sein. 

Die Genauigkeit eines Multimeters gibt den maximalen Messfehler an, der unter bestimmten äußeren 

Bedingungen auftreten kann. 

Messfehler bei Digital-Multimeter 

Bei digitalen Multimetern wird die Genauigkeit in Prozent in Bezug auf den aktuellen Messwert angegeben. 

Zusätzlich muss bei digitalen Multimetern ein konstanter Fehler, der sich aus der Umwandlung von Analog 

auf Digital ergibt, hinzugefügt werden. Dieser Wert betrifft die niederwertigste Ziffer. 

Bei einer Messung mit dem Digital-Multimeter wird nebenstehender Wert angezeigt. 

Messwert des Digital-Multimeters 

– Geben Sie den gemessenen Wert an. 

Der abgelesene Messwert beträgt 23,58 V. 

– Ermitteln Sie den absoluten Messfehler für den dargestellten Messwert. 

Die Genauigkeit für den eingestellten Messbereich beträgt: 

± (0,7 % der Anzeige + 1 Digit) 

07 , 

± ( ⋅ 23 , 58 V + 1 ⋅ 0 , 01 V ) = ± 0 , 175 V 

100 

Der wahre Wert liegt also zwischen 23,405 V (23,58 V - 0,175 V) und 23,755 V (23,58 V + 0,175 V). 

– Ermitteln Sie den relativen Messfehler. 

0, 

175 V 

⋅ 100 = 0 , 74 % 

23, 

58 V 



Messfehler bei Analog-Multimeter 

Bei analogen Multimetern sind die Genauigkeiten immer auf den Messbereichsendwert bezogen. 

Die Multimeter werden in Genauigkeitsklassen eingeteilt. Das bedeutet, unabhängig vom abgelesenen 

Messwert muss immer der gleiche Fehler hinzugefügt werden. Deshalb verringert sich der prozentuale 

Fehler, je näher der Messwert dem Messbereichsende kommt. Bei analogen Multimetern sollte deshalb 

immer im oberen Drittel der Skala gemessen werden. 

Beispiel für eine Genauigkeitsklasse 

Genauigkeitsklasse 2,5 bedeutet, der Fehler beträgt in einem Messbereich ± 2,5 %, bezogen auf den 

Messbereichsendwert. 

Ist der Messbereichsendwert zum Beispiel 70, beträgt der maximale Fehler ±2,5 % von 70, das sind: ±3,571. 

Bei einer Messung mit dem Analog-Multimeter wird nebenstehender Wert angezeigt. Als Messbereich sind 

30 V eingestellt. 

Messwert des Analog-Multimeters 


Der abgelesene Messwert beträgt 23,5 V. 

– Ermitteln Sie den absoluten Messfehler. 

Die Genauigkeitsklasse des eingesetzten Analog-Multimeters für diesen Messbereich beträgt 1,5. 

15 , 

± ( ⋅ 30 V ) = ± 0 , 45 V 

100 

Der wahre Wert liegt also zwischen 23,05 V (23,5 V - 0,45 V) und 23,95 V (23,5 V + 0,45 V). 




0, 

45 V 

⋅ 100 = 1 , 91 % 

23, 

5 V 

Auswahl eines Messgerätes 

– Wählen Sie nun ein Messgerät für Messungen im Gleichstromkreis aus und begründen Sie die Wahl. 

Für die Messungen im Gleichstromkreis wird das Digital-Multimeter eingesetzt. 

Die Vorteile eines Digital-Multimeters sind: 

• höhere Genauigkeit und Auflösung 

• Ablesefehler unwahrscheinlich 

• robuster 

Messen von Stromstärke, Spannung und Widerstand 

Der Einsatz eines Messinstrumentes führt immer zu einer Veränderung von Messwerten in einer 

bestehenden Schaltung. Es ist deshalb wichtig, die möglichen Einflüsse zu kennen und abschätzen zu 

können. 

Strommessung 

• Bei der Strommessung schließen Sie das Messgerät immer in Reihe zum Verbraucher an. 

Der Verbraucherstrom fließt vollständig durch das Messgerät. 

• Der Innenwiderstand des Messgerätes sollte möglichst niederohmig sein, um die zu messende 

Schaltung möglichst wenig zu beeinflussen. 

A 

U 

P 

Strommessung 



– Beschreiben Sie, wie sich der Innenwiderstand des Messgerätes auf den Messvorgang auswirkt. 

Jedes Strommessgerät (Amperemeter) besitzt einen Innenwiderstand. Dieser zusätzliche Widerstand 

verringert den Stromfluss. Um den Messfehler möglichst klein zu halten, darf ein Strommessgerät nur 

einen sehr kleinen Innenwiderstand aufweisen. 

Spannungsmessung 

• Bei der Spannungsmessung schließen Sie das Messgerät immer parallel zum Verbraucher an. 

Der Spannungsabfall über dem Verbraucher entspricht dem Spannungsabfall über dem Messgerät. 

• Der Innenwiderstand des Messgerätes sollte möglichst hochohmig sein, um die zu messende Schaltung 

möglichst wenig zu beeinflussen. 

U V P 



Jedes Spannungsmessgerät (Voltmeter) besitzt einen Innenwiderstand. Um das Messergebnis 

möglichst wenig zu verfälschen, darf durch das Messgerät nur ein sehr kleiner Strom fließen. Das 

bedeutet: der Innenwiderstand des Voltmeters muss möglichst groß sein. 



Widerstandsmessung 

Der Widerstand eines Verbrauchers im Gleichstromkreis kann entweder direkt oder indirekt gemessen 

werden. 

Indirekte Messung 

• Bei der indirekten Messung messen Sie den Strom durch den Verbraucher und den Spannungsabfall 

über dem Verbraucher. 

• Beide Messungen können Sie entweder nacheinander oder gleichzeitig durchführen. 

• Anschließend berechnen Sie den Widerstand nach dem Ohm‘schen Gesetz. 

Indirekte Widerstandsmessung 

Direkte Messung 

• Trennen Sie den Verbraucher vom restlichen Stromkreis. 

• Der Verbraucher darf während der Messung nicht an eine Spannungsquelle angeschlossen sein. 

• Stellen Sie am Messgerät die Betriebsart und den Messbereich ein. 

• Schließen Sie den Verbraucher an das Messgerät an und lesen Sie den Widerstandswert ab. 

Ω 

P 

Direkte Widerstandsmessung 



– Begründen Sie, weshalb der Verbraucher bei der direkten Widerstandsmessung an keine 

Spannungsquelle angeschlossen sein darf. 

Bei der direkten Widerstandsmessung darf der Verbraucher an keiner Spannungsquelle 

angeschlossen sein, weil das Messgerät den Widerstandswert über eine intern vorgegebene 

Spannung oder einen intern vorgegebenen Strom ermittelt. 

Vorgehensweise beim Messen im elektrischen Stromkreis 

• Schalten Sie die Versorgungsspannung des Stromkreises ab. 

• Stellen Sie die gewünschte Betriebsart wie Strom- oder Spannungsmessung am Multimeter ein. 

• Kontrollieren Sie bei Zeigerinstrumenten den Nullpunkt und gleichen Sie ihn, falls erforderlich, ab. 

• Wählen Sie den größten Messbereich, damit der Ausschlag des Zeigers beim analogen Messgerät nicht 

über die Skala hinausgeht. 

• Schließen Sie beim Messen von Gleichspannung und Gleichstrom das Messgerät richtig gepolt an. 

• Schalten Sie die Spannungsversorgung des Stromkreises ein. 

• Beobachten Sie den Zeigerausschlag bzw. die Anzeige und schalten Sie schrittweise in einen kleineren 

Messbereich um. 

• Lesen Sie die Anzeige bei größtmöglichem Zeigerausschlag (kleinstmöglichem Messbereich) ab. 

• Schauen Sie bei Zeigerinstrumenten stets senkrecht auf die Anzeige, um Ablesefehler zu vermeiden. 



Messungen zum Ohm‘schen Gesetz 

Beweisen Sie die Zusammenhänge des Ohm‘schen Gesetzes durch geeignete Laborversuche. Dazu nehmen 

Sie die Kennlinien I = f(U) bei konstantem Widerstand und I = f(R) bei konstanter Spannung auf. 

U-I-Kennlinie eines Ohm‘schen Widerstandes 

– Wählen Sie einen Widerstand R = 330 Ω aus. 

– Überprüfen Sie den ausgewählten Widerstand R mit einer direkten Widerstandsmessung im 

spannungsfreien Zustand. 

– Bauen Sie die Schaltung mit dem Widerstand R auf. 

Messschaltung mit R = 330 Ω 

Kennzeichnung Benennung Werte 

R Widerstand 330 Ω/2 W 

– Digital-Multimeter – 

– Grundlagen-Netzteil EduTrainer ® – 

Geräteliste 

– Verändern Sie die Spannung von U = 0 V bis U = 10 V in 2 V-Schritten und messen Sie jeweils die 

Stromstärke I. 

Tragen Sie die Messergebnisse in das Messprotokoll ein. 



Spannung U (V) 

Strom I (mA) 

0 0 

2 5,9 

4 11,65 

6 17,6 

8 23,45 

10 29,33 

Messprotokoll: I= f(U), R = 330 Ω 

– Stellen Sie die Messergebnisse grafisch dar. Übertragen Sie dazu die Werte aus dem Messprotokoll in 

das Diagramm. 

U-I-Kennlinie, R = 330 Ω 

– Beschreiben Sie die Abhängigkeit des Stromes I von der Spannung U bei konstantem Widerstand R. 

Die U-I-Kennlinie bildet eine Gerade. Das bedeutet: 

Wenn die Spannung erhöht wird, so erhöht sich die Stromstärke in gleichem Maße. Der Strom verhält 

sich proportional zur Spannung. 

I ~U 



R-I-Kennlinie eines Ohm‘schen Widerstandes 

Nehmen Sie nun die Kennlinie I = f(R) bei konstanter Spannung auf. 

– Bauen Sie die Schaltung auf. 

Messschaltung mit unterschiedlichen Widerständen 







R Widerstand 1 kΩ/2 W 



Geräteliste 

– Legen Sie an die Schaltung eine konstante Spannung von U = 10 V an. 

– Schalten Sie 6 bis 8 verschiedene Widerstände zwischen 100 Ω und 1 kΩ in den Stromkreis und 

messen Sie jeweils die Stromstärke I. 


– Tragen Sie die verwendeten Widerstände in die Geräteliste ein. 



Widerstand R (Ω) 

Strom I (mA) 

100 97,3 

220 45,0 

330 30,2 

470 21,1 

680 14,5 

1000 9,9 

Messprotokoll: I = f(R), U = 10 V 


das Diagramm. 

R-I-Kennlinie, U = 10 V 



– Beschreiben Sie die Abhängigkeit der Stromstärke I vom Widerstand R bei konstanter Spannung U. 

Bei steigendem Widerstand wird der Strom kleiner. Der Strom verhält sich umgekehrt proportional 

zum Widerstand. 

1 

I~ R 




Inhalt 

Aufgaben und Arbeitsblätter 











© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 I

II © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207

Aufgabe 1 

Analysieren elektrischer Stromkreise und feststellen von Gesetzmäßigkeiten 

Lernziele 

Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben, 

• können Sie die elektrischen Grundgrößen Spannung, Strom und Widerstand interpretieren und mit 


• kennen Sie das Ohm'sche Gesetz und können den Zusammenhang messtechnisch ermitteln und 

darstellen. 

• können Sie elektrische Größen messtechnisch erfassen und bewerten. 

• können Sie geeignete Messgeräte zur Durchführung von Messungen einsetzen. 

Problemstellung 

Sie arbeiten künftig bei der Planung und Umsetzung von Beleuchtungsanlagen mit. Sie sollen sich deshalb 

mit den Gesetzmäßigkeiten einfacher Stromkreise und der zugehörigen Messtechnik vertraut machen. 

Informationen für die Einarbeitung entnehmen Sie aus Fachbüchern, Tabellenbüchern und aus dem Internet. 

Schaltung 

Laborarbeitsplatz 



Arbeitsaufträge 

1. Erarbeiten Sie sich die elektrotechnischen Zusammenhänge, die sich beim Betrieb einer Lampe 

ergeben. Verwenden Sie dazu die vorbereiteten Arbeitsblätter. 

2. Informieren Sie sich über digitale und analoge Multimeter und beantworten Sie die Fragen. 

3. Wählen Sie ein geeignetes Messgerät für Ihre Messungen von Strom, Spannung und Widerstand in 

Gleichstrom-Schaltungen aus. 

4. Informieren Sie sich, wie Sie beim Messen von Spannung, Strom und Widerstand vorgehen und 

beantworten Sie die Fragen. 

5. Nehmen Sie Messungen zum Ohm’schen Gesetz in einer einfachen elektrischen Schaltung vor. 

Arbeitshilfen 

• Fachbücher, Tabellenbücher 

• Datenblätter 

• WBT Elektrik 1 

• Internet 

Hinweis 

Schalten Sie die elektrische Spannungsversorgung erst ein, nachdem Sie alle Anschlüsse hergestellt und 

kontrolliert haben. Schalten Sie die Spannungsversorgung nach Abschluss der Aufgabe wieder aus, 

bevor Sie die Komponenten abbauen. 

2 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207


Beschreiben der Zusammenhänge im elektrischen Stromkreis 

Erarbeiten Sie die Gesetzmäßigkeiten, die beim Betrieb einer Lampe gelten. Mit diesen Informationen 

können Sie einfache Schaltungen dimensionieren. 

Bestandteile eines Stromkreises 

– Beschreiben Sie die wesentlichen Bestandteile eines einfachen Stromkreises. 

– Vervollständigen Sie den elektrischen Stromkreis so, dass ein einfacher, geschlossener Stromkreis 

entsteht. 

– Tragen Sie die elektrischen Größen als Pfeile mit Bezeichnung in den Stromkreis ein. 

+ + 

Stromkreis mit Widerstand als Verbraucher 

Stromkreis mit Lampe als Verbraucher 

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567207 Name: __________________________________ Datum: ____________ 3


Stromrichtung 

Elektrische Spannung entsteht durch Trennen von positiven und negativen Ladungen. 

• negative Ladung: Elektronenüberschuss 

• positive Ladung: Elektronenmangel 

– Beschreiben Sie, was man unter technischer Stromrichtung und was unter physikalischer Stromrichtung 

versteht. 

– Tragen Sie in den abgebildeten Schaltplan die technische und die physikalische Stromrichtung ein. 

+ P 

Stromrichtung im Stromkreis 




– Vervollständigen Sie die Tabelle zu den elektrischen Grundgrößen. Tragen Sie eine kurze Beschreibung, 

das Formelzeichen und die physikalische Einheit ein. 

Elektrische Größe Beschreibung Formelzeichen 

Maßeinheit 

Elektrischer Strom 

Elektrische Spannung 

Elektrischer 

Widerstand 


Ohm‘sches Gesetz 

– Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand. Er ist im Ohm‘schen 

Gesetz formuliert. 

Information 

Das Ohm‘sche Gesetz gilt nur für Ohm‘sche Widerstände. Ohm‘sche Widerstände sind lineare 

Widerstände. 



– Beschreiben Sie, was einen Ohm‘schen Widerstand kennzeichnet. 

– Berechnen Sie den Widerstandswert der Lampe, wenn bei einer angelegten Spannung von 12 V ein 

Strom von 0,062 A fließt. 

Information 

Glühlampen verhalten sich nach dem Einschaltvorgang wie Ohm‘sche Widerstände. 

Gegeben 

Spannung 

Stromstärke 

U = 12 V 

I = 62 mA 

Gesucht 

Widerstand R in Ω 

Rechnung 



Beschreiben von Merkmalen und Symbolen von Messgeräten 

Sie werden verschiedene Messungen in elektrischen Schaltungen vornehmen. Dazu müssen Sie geeignete 

Messgeräte benutzen. 

Für die Messung von Gleichspannung und Gleichstrom in elektrischen Schaltungen kommen in der Regel 

zwei Arten von Messgeräten zum Einsatz: 

• Analog-Multimeter 

• Digital-Multimeter 

Digital-Multimeter 


Anzeige 

LCD 3 3/4 Stellen (3999 Count) und 

analoges Balkendiagramm mit 41 Segmenten 

Gleichspannung 





Wechselspannung (45 Hz – 500 Hz) 



Genauigkeit: ± (1,5 % der Anzeige + 4 Digits) 

Für 4 V Bereich: ± (2,0 % der Anzeige + 4 Digits) 


Gleichstrom 




Wechselstrom (45 Hz – 500 Hz) 



Genauigkeit: ± (1,5 % der Anzeige + 4 Digits). 

Für 10 A Bereich: ± (2,5 % der Anzeige + 4 Digits) 

Beispiel eines Digital-Multimeters 

– Beschreiben Sie, was die Angabe 3 3/4 Stellen bedeutet. 



Analog-Multimeter 


Messbereich Spannungsmessung: 

0,1 V; 0,3 V; 1 V; 3 V; 10 V; 30 V; 100 V; 300 V 1000 V 

=/~ 


Messbereich Strommessung: 

1 µA; 3 µA; 10 µA; 30 µA; 100 µA; 300 µA; 1 mA; 

3 mA; 10 mA; 30 mA, 100 mA; 1 A; 3 A; 10 A 

=/~ 

Genauigkeit: 

1,5 =; 2,5 ~ 

Beispiel eines Analog-Multimeters 

– Beschreiben Sie die Bedeutung der aufgedruckten Symbole. 

Symbol 

Beschreibung 

CAT II 1000 V 

CAT III 600 V 



Auswählen eines Messgerätes 

Sie sollen Messungen in Gleichstrom-Schaltungen vornehmen. Zur Verfügung stehen Digital- und Analog- 

Multimeter. Für Ihre Entscheidung, welches Messgerät Sie einsetzen werden, sollte die Messgenauigkeit 

ausschlaggebend sein. 

Die Genauigkeit eines Multimeters gibt den maximalen Messfehler an, der unter bestimmten äußeren 

Bedingungen auftreten kann. 

Messfehler bei Digital-Multimeter 

Bei digitalen Multimetern wird die Genauigkeit in Prozent in Bezug auf den aktuellen Messwert angegeben. 

Zusätzlich muss bei digitalen Multimetern ein konstanter Fehler, der sich aus der Umwandlung von Analog 

auf Digital ergibt, hinzugefügt werden. Dieser Wert betrifft die niederwertigste Ziffer. 

Bei einer Messung mit dem Digital-Multimeter wird nebenstehender Wert angezeigt. 

Messwert des Digital-Multimeters 


– Ermitteln Sie den absoluten Messfehler für den dargestellten Messwert. 

Die Genauigkeit für den eingestellten Messbereich beträgt: 

± (0,7 % der Anzeige + 1 Digit) 




Messfehler bei Analog-Multimeter 

Bei analogen Multimetern sind die Genauigkeiten immer auf den Messbereichsendwert bezogen. 

Die Multimeter werden in Genauigkeitsklassen eingeteilt. Das bedeutet, unabhängig vom abgelesenen 

Messwert muss immer der gleiche Fehler hinzugefügt werden. Deshalb verringert sich der prozentuale 

Fehler, je näher der Messwert dem Messbereichsende kommt. Bei analogen Multimetern sollte deshalb 

immer im oberen Drittel der Skala gemessen werden. 

Beispiel für eine Genauigkeitsklasse 

Genauigkeitsklasse 2,5 bedeutet, der Fehler beträgt in einem Messbereich ± 2,5 %, bezogen auf den 

Messbereichsendwert. 

Ist der Messbereichsendwert zum Beispiel 70, beträgt der maximale Fehler ±2,5 % von 70, das sind: ±3,571. 

Bei einer Messung mit dem Analog-Multimeter wird nebenstehender Wert angezeigt. Als Messbereich sind 

30 V eingestellt. 

Messwert des Analog-Multimeters 


– Ermitteln Sie den absoluten Messfehler. 

Die Genauigkeitsklasse des eingesetzten Analog-Multimeters für diesen Messbereich beträgt 1,5. 




Auswahl eines Messgerätes 

– Wählen Sie nun ein Messgerät für Messungen im Gleichstromkreis aus und begründen Sie die Wahl. 

Messen von Stromstärke, Spannung und Widerstand 

Der Einsatz eines Messinstrumentes führt immer zu einer Veränderung von Messwerten in einer 

bestehenden Schaltung. Es ist deshalb wichtig, die möglichen Einflüsse zu kennen und abschätzen zu 

können. 

Strommessung 

• Bei der Strommessung schließen Sie das Messgerät immer in Reihe zum Verbraucher an. 

Der Verbraucherstrom fließt vollständig durch das Messgerät. 

• Der Innenwiderstand des Messgerätes sollte möglichst niederohmig sein, um die zu messende 

Schaltung möglichst wenig zu beeinflussen. 

A 

U 

P 

Strommessung 





• Bei der Spannungsmessung schließen Sie das Messgerät immer parallel zum Verbraucher an. 

Der Spannungsabfall über dem Verbraucher entspricht dem Spannungsabfall über dem Messgerät. 

• Der Innenwiderstand des Messgerätes sollte möglichst hochohmig sein, um die zu messende Schaltung 

möglichst wenig zu beeinflussen. 

U V P 





Widerstandsmessung 

Der Widerstand eines Verbrauchers im Gleichstromkreis kann entweder direkt oder indirekt gemessen 

werden. 

Indirekte Messung 

• Bei der indirekten Messung messen Sie den Strom durch den Verbraucher und den Spannungsabfall 

über dem Verbraucher. 

• Beide Messungen können Sie entweder nacheinander oder gleichzeitig durchführen. 

• Anschließend berechnen Sie den Widerstand nach dem Ohm‘schen Gesetz. 

Indirekte Widerstandsmessung 

Direkte Messung 

• Trennen Sie den Verbraucher vom restlichen Stromkreis. 

• Der Verbraucher darf während der Messung nicht an eine Spannungsquelle angeschlossen sein. 

• Stellen Sie am Messgerät die Betriebsart und den Messbereich ein. 

• Schließen Sie den Verbraucher an das Messgerät an und lesen Sie den Widerstandswert ab. 

Ω 

P 

Direkte Widerstandsmessung 



– Begründen Sie, weshalb der Verbraucher bei der direkten Widerstandsmessung an keine 

Spannungsquelle angeschlossen sein darf. 

Vorgehensweise beim Messen im elektrischen Stromkreis 

• Schalten Sie die Versorgungsspannung des Stromkreises ab. 

• Stellen Sie die gewünschte Betriebsart wie Strom- oder Spannungsmessung am Multimeter ein. 

• Kontrollieren Sie bei Zeigerinstrumenten den Nullpunkt und gleichen Sie ihn, falls erforderlich, ab. 

• Wählen Sie den größten Messbereich, damit der Ausschlag des Zeigers beim analogen Messgerät nicht 

über die Skala hinausgeht. 

• Schließen Sie beim Messen von Gleichspannung und Gleichstrom das Messgerät richtig gepolt an. 

• Schalten Sie die Spannungsversorgung des Stromkreises ein. 

• Beobachten Sie den Zeigerausschlag bzw. die Anzeige und schalten Sie schrittweise in einen kleineren 

Messbereich um. 

• Lesen Sie die Anzeige bei größtmöglichem Zeigerausschlag (kleinstmöglichem Messbereich) ab. 

• Schauen Sie bei Zeigerinstrumenten stets senkrecht auf die Anzeige, um Ablesefehler zu vermeiden. 



Messungen zum Ohm‘schen Gesetz 

Beweisen Sie die Zusammenhänge des Ohm‘schen Gesetzes durch geeignete Laborversuche. Dazu nehmen 

Sie die Kennlinien I = f(U) bei konstantem Widerstand und I = f(R) bei konstanter Spannung auf. 

U-I-Kennlinie eines Ohm‘schen Widerstandes 

– Wählen Sie einen Widerstand R = 330 Ω aus. 

– Überprüfen Sie den ausgewählten Widerstand R mit einer direkten Widerstandsmessung im 

spannungsfreien Zustand. 

– Bauen Sie die Schaltung mit dem Widerstand R auf. 

Messschaltung mit R = 330 Ω 





Geräteliste 

– Verändern Sie die Spannung von U = 0 V bis U = 10 V in 2 V-Schritten und messen Sie jeweils die 

Stromstärke I. 




Spannung U (V) 

Strom I (mA) 

0 

2 

4 

6 

8 

10 

Messprotokoll: I= f(U), R = 330 Ω 


das Diagramm. 

I 

Strom 

40 

mA 

20 

10 

0 

0 

1 2 3 4 5 6 7 8 V 10 

Spannung U 

U-I-Kennlinie, R = 330 Ω 

– Beschreiben Sie die Abhängigkeit des Stromes I von der Spannung U bei konstantem Widerstand R. 



R-I-Kennlinie eines Ohm‘schen Widerstandes 

Nehmen Sie nun die Kennlinie I = f(R) bei konstanter Spannung auf. 

– Bauen Sie die Schaltung auf. 

Messschaltung mit unterschiedlichen Widerständen 




Geräteliste 

– Legen Sie an die Schaltung eine konstante Spannung von U = 10 V an. 

– Schalten Sie 6 bis 8 verschiedene Widerstände zwischen 100 Ω und 1 kΩ in den Stromkreis und 

messen Sie jeweils die Stromstärke I. 


– Tragen Sie die verwendeten Widerstände in die Geräteliste ein. 



Widerstand R (Ω) 

Strom I (mA) 

Messprotokoll: I = f(R), U = 10 V 


das Diagramm. 

R-I-Kennlinie, U = 10 V 



– Beschreiben Sie die Abhängigkeit der Stromstärke I vom Widerstand R bei konstanter Spannung U.

Grundlagen Gleichstromtechnik - Festo Didactic

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