Übungsaufgaben zu Leitungen und Verbindungstechnik: Anschlussleitungen, Verteilerdosen, Steckverbinder und Verbindungslisten

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Erstelle neue Übungsaufgaben zum Thema „Leitungen und
Verbindungstechnik: Anschlussleitungen, Verteilerdosen, Steckverbinder
und Verbindungslisten“.

Bauplan: Halte Dich an Aufbau, Kompetenzstufen, Operatoren,
Anforderungsbereiche, Punkte und Zeitschätzung, die im Artikel
https://oer-informatik.de/aufgaben-aufbau beschrieben sind.

Fachliche Grundlage:
- https://oer-informatik.de/leitungen-verbindungstechnik
- https://oer-informatik.de/leitungsdimensionierung
- https://oer-informatik.de/installationsschaltungen
- Stilbeispiel: https://oer-informatik.de/leitungen-verbindungstechnik-uebungsaufgaben

Die Aufgaben sollen Inhalte zu diesen Schlagwörtern abdecken:
- Leitungen
- Verbindungstechnik
- Netzanschlussleitung
- Schutzklasse II
- Aderendhülsen
- Verzinnen
- Verteilerdose
- Flachbandleitung
- Steckverbinder
- Verbindungsliste

Kompetenzstufe: Basiskompetenz (alternativ: Kernkompetenz, Profilkompetenz, Expertise)
Anzahl: 1 Aufgabe mit Teilaufgaben
Bearbeitungszeit in Minuten ca.: <5 bis 30 min>
Szenario: eines der Szenarien aus dem Bauplan

Vorgehen:
1. Lies zuerst die verlinkten Artikel. Kannst Du keine Webseiten
   abrufen, sag mir das, statt zu raten.
2. Steht bei einer Angabe noch ein Platzhalter in <…>, frag mich
   zuerst danach. Richte Punkte und Zahl der Teilaufgaben nach der
   Bearbeitungszeit (ca. 0,9 min je Punkt).
3. Gib je Aufgabe Titel mit Kompetenzstufe, Ausgangssituation und
   Teilaufgaben mit Operator und Punktzahl aus, dazu die geschätzte
   Bearbeitungszeit.
4. Gib die Beispiellösungen mit Punkteverteilung erst aus, wenn ich
   danach frage.

Geg.: Typschild mit Symbol „zwei ineinanderliegende Quadrate“, Leitung H03VVH2-F 2X0,75

Ges.: Schutzklasse, Bedeutung der Leitungsbezeichnung

Das Symbol kennzeichnet Schutzklasse II (Schutzisolierung) (1 Punkt).

Bewertung: je zwei richtig erklärte Teile 1 Punkt, höchstens 3 Punkte.

Ges.: Begründung gegen den Schutzleiteranschluss

Eine Leuchte der Schutzklasse II ist allein durch ihre doppelte bzw. verstärkte Isolierung geschützt und hat keine Schutzleiteranschlussstelle; ein Schutzleiteranschluss ist nicht vorgesehen und nicht zulässig (1 Punkt). Wird das Metallteil mit dem Schutzleiter verbunden, kann eine Fehlerspannung aus der Anlage (z. B. bei einem Fehler an einem anderen Gerät oder einem unterbrochenen Schutzleiter) über den Schutzleiter an das berührbare Metallteil gelangen; die Schutzisolierung wird damit überbrückt (1 Punkt). Richtig ist eine zweiadrige Leitung wie das Original, z. B. H03VVH2-F 2X0,75.

Ges.: Reihenfolge der Arbeitsgänge

Bewertung: je zwei richtig eingeordnete Arbeitsgänge 1 Punkt. Wichtig ist, dass zuerst freigeschaltet und zuletzt geprüft wird und dass Knickschutz und Zugentlastung vor dem Anschließen auf die Leitung kommen.

Ges.: Auswahl und Verarbeitung der Aderendhülsen

• Aderendhülsen für 0,75 mm² wählen (Farbcode des Herstellers beachten), die Länge passend zur Klemmtiefe der Schraubklemme (1 Punkt).
• Abisolierlänge gleich der Länge der Metallhülse, ohne Einzeldrähte zu beschädigen; Litze leicht verdrillen und vollständig bis zur Isolierung einführen, kein Einzeldraht darf außen vorbeigehen (1 Punkt).
• Mit der Aderendhülsenzange vollständig verpressen (Ratsche), danach Sichtkontrolle und Zugprobe (1 Punkt).

Ges.: Begründung gegen verzinnte Litzen in der Klemme, Vorgehen beim Verzinnen

Begründung (1 Punkt): Das Lot gibt unter dem dauerhaften Druck der Schraube nach (Kaltfluss). Die Klemmstelle lockert sich, der Übergangswiderstand steigt, die Verbindung erwärmt sich und kann im Extremfall einen Brand auslösen.

Vorgehen (3 Punkte, je sinnvollem Gesichtspunkt 1 Punkt), z. B.:

• nur so lang abisolieren und verzinnen, wie die Litze in das Steckbrett gesteckt wird; Litze vorher leicht verdrillen,
• Lötkolbentemperatur passend zum Lot, saubere Lötspitze, Flussmittel verwenden,
• kurz erhitzen, damit die Isolierung nicht schmilzt,
• sparsam Lot zuführen: glatte, glänzende Oberfläche, Einzeldrähte noch erkennbar, keine Tropfen,
• Lot zieht unter die Isolierung; an der Übergangsstelle bricht die Litze bei Bewegung leicht, daher Zugentlastung vorsehen,
• Lötdämpfe absaugen.

Geg.: Stromlaufplan der Serienschaltung, Leitungen -W1 bis -W4 mit Aderfarben

Ges.: Beschaltung der Verbindungsklemmen

Bewertung: je richtig beschalteter Klemme 1 Punkt; die Reihenfolge der Klemmen ist beliebig. Der Neutralleiter führt nicht über den Schalter, und die grün-gelbe Ader von -W2 wird in die PE-Klemme gelegt, auch wenn der Schalter keinen Schutzleiteranschluss braucht.

Ges.: drei Argumente für die Flachbandleitung

Drei der folgenden Argumente (je 1 Punkt):

• alle acht Adern werden in einem Arbeitsgang ohne Abisolieren angeschlossen; einzelne Litzen müssten je zweimal abisoliert und gecrimpt werden,
• die Lage der Adern ist festgelegt, mit markierter Ader 1 und kodiertem Stecker sind Vertauschungen praktisch ausgeschlossen,
• flach und biegsam, passt durch das Scharnier zwischen Boden und Deckel,
• gasdichte, zuverlässige Kontakte,
• günstige Bauteile und schnelle Konfektionierung, leicht austauschbar.

Ges.: Pins und Signale der Bauteile auf -A2

Bewertung: je zwei richtige Zeilen 1 Punkt. Bei den Tastern sind die Anschlüsse 1 und 2 vertauschbar; bei den LEDs muss die Anode am Ausgang liegen, weil der Ausgang bei HIGH positiv gegenüber 0 V ist.

Ges.: wahrscheinlichste Ursache, Vorgehen

Wahrscheinlich ist -P1 verpolt eingebaut bzw. angeschlossen: Anode und Kathode sind vertauscht, die LED sperrt und bleibt dunkel (1 Punkt).

Vorgehen (1 Punkt): Mit der Verbindungsliste prüfst Du, ob an Pin 5 die Anode von -P1 liegt; z. B. misst Du bei HIGH an Q1 die Spannung zwischen Pin 5 und 0 V und kontrollierst die Einbaulage der LED (abgeflachte Seite bzw. kürzeres Bein = Kathode). Eine Unterbrechung der Ader 5 wäre ebenfalls möglich; sie zeigt sich bei einer Durchgangsprüfung der Flachbandleitung.

Ges.: Verbindungstechnik und Werkzeug je Stelle

Bewertung: je Zeile 1 Punkt (Technik und Werkzeug richtig).

Ges.: drei Anforderungen an den Kabelbaum

Drei der folgenden Anforderungen (je 1 Punkt):

• die 230-V-Netzleitung getrennt von den Sensorleitungen führen oder Abstand halten (Störungen, EMV),
• Kabelbinder nicht so fest anziehen, dass die Isolierung eingedrückt wird, Enden bündig abschneiden,
• Mindestbiegeradien einhalten, keine Führung über scharfe Kanten, ggf. Kantenschutz,
• Zugentlastung an den Enden, damit keine Kräfte auf Klemmen und Stecker wirken,
• an beweglichen Stellen eine Schlaufe vorsehen,
• Adern und Leitungen an den Enden passend zur Verbindungsliste kennzeichnen,
• bei vielen stromführenden Leitungen im Bündel die verringerte Strombelastbarkeit beachten.

Ges.: weitere Prüfeinrichtung, Fehler je Ader

Weitere Prüfeinrichtung (1 Punkt): z. B. Multimeter im Widerstandsbereich, Leitungstester mit Sender und Empfänger oder ein Prüfadapter mit Gegensteckern.

Auswertung (3 Punkte, je Fehlerart 1 Punkt):

• Ader 1 und Ader 5 haben Durchgang zum richtigen Kontakt, aber zusätzlich zueinander (A1 – A5: 0,1 Ω): Kurzschluss zwischen Ader 1 und Ader 5, z. B. durch einen abstehenden Einzeldraht.
• Ader 2: kein Durchgang A2 – B2: Unterbrechung, z. B. Kontakt nicht verpresst oder nicht eingerastet.
• Adern 3 und 4: Durchgang A3 – B4 und A4 – B3: Vertauschung der Adern 3 und 4 auf einer Seite.

Geg.: P = 48\ \mathrm{W}, U = 24\ \mathrm{V}, I_\mathrm{N,K1} = 4\ \mathrm{A}, I_\mathrm{N,K4} = 2\ \mathrm{A}, Belastbarkeit bei 60 °C: k = 0{,}7

Ges.: Pumpenstrom I, zulässiger Kontaktstrom I_\mathrm{zul} für K1 und K4

Pumpenstrom aus der Leistung (Grundform nach I umstellen, 1 Punkt):

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} P & = & U \cdot I & \color{gray}{:U} \\ I & = & \dfrac{P}{U} = \dfrac{48\ \mathrm{W}}{24\ \mathrm{V}} = \underline{\underline{2{,}00\ \mathrm{A}}} & \end{array}

(1 Punkt)

Zulässiger Strom je Kontakt bei 60 °C:

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} I_\mathrm{zul} & = & k \cdot I_\mathrm{N} & \\ I_\mathrm{zul,K1} & = & 0{,}7 \cdot 4\ \mathrm{A} = \underline{\underline{2{,}80\ \mathrm{A}}} & \\ I_\mathrm{zul,K4} & = & 0{,}7 \cdot 2\ \mathrm{A} = \underline{\underline{1{,}40\ \mathrm{A}}} & \end{array}

(je Typ 1 Punkt)

Ges.: Auswahl und Begründung

Gewählt wird K1 (1 Punkt): fünf Kontakte, bei 60 °C 2{,}80\ \mathrm{A} \ge 2{,}00\ \mathrm{A}, IP67 gegen Kühlschmierstoff, kodiert und mit Crimpanschluss.

Ausschlussgründe (je Typ 1 Punkt):

• K2: Schutzart IP20 bietet keinen Schutz gegen Flüssigkeit; außerdem sind bei 60 °C nur 0{,}7\ \mathrm{A} je Kontakt zulässig.
• K3: nur vier Kontakte, gebraucht werden fünf.
• K4: bei 60 °C nur 1{,}40\ \mathrm{A} je Kontakt zulässig, das ist weniger als der Pumpenstrom von 2{,}00\ \mathrm{A}.

Geg.: Gerätestecker R-GS-05-C-G, Bestellschlüssel der Serie R

Ges.: Bestellnummer des Gegenstücks, Begründung der Oberfläche

Das Gegenstück auf der Leitungsseite ist eine Kabeldose mit Buchsenkontakten, fünfpolig, mit Crimpanschluss: R-KD-05-C-G (2 Punkte: Bauform und Polzahl 1 Punkt, Anschluss und Oberfläche 1 Punkt).

Begründung (1 Punkt): Stecker und Buchse sollen dieselbe Kontaktoberfläche haben. Treffen Gold und Zinn aufeinander, korrodiert die Kontaktstelle (Kontaktkorrosion zwischen unterschiedlichen Metallen), und der Übergangswiderstand steigt. Gold eignet sich zudem für häufiges Stecken bei der Wartung.

Ges.: Suchprozess und Bauteildaten

Checkliste (3 Punkte, je sinnvollem Schritt 1 Punkt):

• Stecker identifizieren: Aufdruck oder Herstellerzeichen ablesen, Polzahl, Kodierung, Gewinde bzw. Verriegelung und Durchmesser bzw. Rastermaß messen, Fotos anfertigen.
• In der Datenbank des Herstellers bzw. bei Distributoren mit dem Parameterfilter (Bauform, Polzahl, Kodierung, Schutzart) nach der Serie suchen und im Datenblatt den Abschnitt zum Gegenstück mit den Bestellnummern für Gehäuse, Kontakte und Zubehör auswerten.
• Kenngrößen des Gegenstücks mit den Anforderungen vergleichen (Strom bei Einsatztemperatur, Spannung, Schutzart, Leiterquerschnitt) und bei Distributoren Verfügbarkeit und Preis prüfen.

Bauteildaten (1 Punkt): Datenblatt mit Pinbelegung und Maßzeichnung, Verarbeitungshinweise (Abisolierlänge, Crimpwerkzeug), für das Leiterplatten-CAD Schaltzeichen, Footprint und 3D-Modell aus einer Bauteilbibliothek oder vom Hersteller.

Ges.: Werkzeug und Zubehör, Begründung

• Crimpkontakte (Buchsenkontakte) der Serie R für 0,5 mm², passend zur Kabeldose (1 Punkt).
• Crimpzange bzw. Gesenk, das der Hersteller für genau diese Kontakte angibt, dazu Abisolierzange und ggf. Ausziehwerkzeug, um falsch eingesetzte Kontakte wieder zu lösen (1 Punkt).
• Begründung (1 Punkt): Die Aderendhülsenzange presst eine runde Hülse trapez- oder vierkantförmig; die Kontakte des Steckverbinders brauchen ein anderes Crimpprofil (z. B. für Leiter- und Isolationscrimp). Mit dem falschen Werkzeug entsteht keine gasdichte, zugfeste Verbindung, und der Kontakt passt eventuell nicht mehr in das Gehäuse.

Ges.: Verbindungsliste für -W5

Bewertung: je richtiger Zeile 1 Punkt. Die Aderfarben sind frei wählbar, wenn jede Farbe nur einmal vorkommt; sinnvoll ist Blau für einen 0-V-Leiter. Achte darauf, dass die Pins am Modul nicht in derselben Reihenfolge belegt sind wie die Klemmleiste: -X5:2 gehört zu -X6:3 und -X5:3 zu -X6:2.