Übungsaufgaben zu Schutzklassen und IP-Schutzarten: Symbole, Netzteile, Anschlussleitung und IP-Code

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Erstelle neue Übungsaufgaben zum Thema „Schutzklassen und IP-
Schutzarten: Symbole, Netzteile, Anschlussleitung und IP-Code“.

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/schutzklassen-schutzarten
- https://oer-informatik.de/schutz-gegen-elektrischen-schlag
- https://oer-informatik.de/geraetepruefung
- Stilbeispiel: https://oer-informatik.de/schutzklassen-schutzarten-uebungsaufgaben

Die Aufgaben sollen Inhalte zu diesen Schlagwörtern abdecken:
- Schutzklassen
- Schutzisolierung
- Schutzkleinspannung
- Netzteil
- Typschild
- Anschlussleitung
- Geräteprüfung
- IP-Code
- Schutzart
- Kabelverschraubung

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.: Heißklebepistole (Symbol zwei Quadrate, zweipoliger Stecker), Schleifbock (Metallgehäuse, Schutzkontaktstecker), Lötstation (Metallgehäuse, C14), Kopflampe am 3,7-V-Akku, Leuchtlupe am Steckernetzteil 12 V DC

Ges.: Schutzklasse und Erkennungsmerkmal je Gerät

Je richtiger Zeile 1 Punkt:

Ges.: Unterschiede der Anforderungen an Schutzklasse I und II

Je Merkmal 1 Punkt:

• Isolierung: Beim Schleifbock (Schutzklasse I) genügt eine Basisisolierung zwischen aktiven Teilen und Gehäuse. Die Heißklebepistole (Schutzklasse II) braucht eine doppelte (Basis- und zusätzliche) oder eine verstärkte Isolierung.

• Schutzleiter: Beim Schleifbock müssen alle berührbaren Metallteile mit dem Schutzleiter verbunden sein. Die Heißklebepistole hat keinen Schutzleiteranschluss, und es darf keiner angeschlossen werden.

• Anschlussleitung: Der Schleifbock braucht eine dreiadrige Leitung mit grün-gelber Ader und Schutzkontaktstecker; die PE-Ader muss bei Zug als letzte abreißen. Die Heißklebepistole hat eine zweiadrige Leitung mit Euro- oder Konturenstecker.

Ges.: Bedeutung der Symbole (1) bis (3), Schutzklasse von Netzteil und Leuchtlupe

Symbole (je 1 Punkt):

• 1. zwei Quadrate: Gerät der Schutzklasse II (doppelte oder verstärkte Isolierung),
• (2) zwei sich berührende Kreise: Sicherheitstransformator, der Ausgang ist sicher vom Netz getrennt (SELV),
• (3) Haus: nur für die Verwendung in Innenräumen.

Schutzklassen (1 Punkt): Das Netzteil ist ein Gerät der \underline{\underline{\text{Schutzklasse II}}}. Die Leuchtlupe wird mit 12 V DC aus einer sicher getrennten Quelle versorgt und ist damit ein Gerät der \underline{\underline{\text{Schutzklasse III}}}.

Ges.: Kenndaten des Netzteils

Je zwei richtige Zeilen 1 Punkt:

Ges.: Schutzwirkung der Schutzklasse III

Die Kopflampe ist ein Gerät der Schutzklasse III. Der Akku liefert nur 3,7 V und hat keine Verbindung zum Netz; mehr Spannung kann auch bei einem Isolationsfehler an keinem berührbaren Teil anliegen (1 Punkt). Bei dieser Kleinspannung bleibt der Körperstrom so klein, dass er nicht gefährlich ist (1 Punkt).

Geg.: Stabmixer der Schutzklasse II, P = 600\ \mathrm{W}, U = 230\ \mathrm{V}, Anschlussleitung defekt

Ges.: Begründung gegen eine Leitung mit Schutzkontaktstecker

Je Argument 1 Punkt, z. B.:

• Im Stabmixer gibt es keine Anschlussklemme für den Schutzleiter. Eine lose grün-gelbe Ader im Gehäuse könnte aktive Teile berühren oder die Luft- und Kriechstrecken der doppelten Isolierung überbrücken.

• Würde die Ader an ein inneres Metallteil geklemmt, läge dieses auf Erdpotenzial. Dann trennt zwischen aktivem Teil und Schutzleiter nur noch die Basisisolierung; die doppelte Isolierung wäre aufgehoben.

• Das Gerät sähe nach Schutzklasse I aus, würde falsch geprüft und dokumentiert, und die Herstellerangaben gälten für das veränderte Gerät nicht mehr. Ein Gerät der Schutzklasse II wird nur mit einer gleichwertigen zweiadrigen Leitung instand gesetzt.

Ges.: Bemessungsstrom I, geeigneter Stecker

\def\arraystretch{2.3} \begin{array}{rcl|l} P & = & U \cdot I & \color{gray}{:U} \\ I & = & \dfrac{P}{U} = \dfrac{600\ \mathrm{W}}{230\ \mathrm{V}} \approx \underline{\underline{2{,}61\ \mathrm{A}}} & \end{array}

(2 Punkte)

Der Strom liegt über dem Bemessungsstrom eines Eurosteckers von 2{,}5\ \mathrm{A}. Die Ersatzleitung braucht deshalb einen \underline{\underline{\text{Konturenstecker}}} (bis 16 A, ohne Schutzkontakt), z. B. an einer Leitung H05VV-F 2 × 0,75 mm² bzw. nach Herstellerangabe (1 Punkt).

Ges.: Arbeitsgänge in sinnvoller Reihenfolge

Je zwei richtige, sinnvoll geordnete Arbeitsgänge 1 Punkt (höchstens 5 Punkte), z. B.:

1. Gerät annehmen, Fehler und Typschilddaten aufnehmen, Sichtprüfung des ganzen Geräts (weitere Schäden?).
2. Stecker ziehen bzw. gezogen lassen und gegen Wiedereinstecken sichern.
3. Gleichwertige Ersatzleitung beschaffen: zweiadrig, gleicher Typ und Querschnitt, angespritzter Konturenstecker, möglichst Original-Ersatzteil.
4. Gehäuse öffnen, Anschlüsse der alten Leitung fotografieren oder skizzieren, alte Leitung samt Knickschutz lösen.
5. Neue Leitung abmanteln, sodass der Mantel bis hinter die Zugentlastung ins Gehäuse reicht; Adern abisolieren, Aderendhülsen aufpressen.
6. Adern anklemmen, Knickschutz und Zugentlastung montieren, Adern ohne Kontakt zu Metallteilen führen, alle Isolierteile einsetzen.
7. Gehäuse schließen und alle Schrauben einsetzen.
8. Prüfung nach DIN EN 50678 (VDE 0701): Sichtprüfung, Isolationswiderstand bzw. Berührungsstrom, Funktionsprüfung.
9. Ergebnis dokumentieren (Prüfprotokoll, ggf. Prüfplakette) und Gerät an die Kundschaft zurückgeben.

Ges.: Messungen mit Grenzwerten für ein Gerät der Schutzklasse II

Je Messung mit Grenzwert 1 Punkt:

• Isolationswiderstand zwischen den kurzgeschlossenen aktiven Leitern und berührbaren leitfähigen Teilen (z. B. dem Messer und der Antriebswelle), Prüfspannung 500 V DC: mindestens 2\ \mathrm{M\Omega},

• Berührungsstrom an berührbaren leitfähigen Teilen (als Ersatz oder Ergänzung zur Isolationsmessung): höchstens 0{,}5\ \mathrm{mA},

• Funktionsprüfung nach den Messungen, dazu vorher die Sichtprüfung.

Eine Schutzleiterwiderstandsmessung entfällt, weil das Gerät keinen Schutzleiter hat.

Ges.: Bedeutung von IP44 und IP65

Je Kennziffer 1 Punkt:

• IP44 (Steckdose): erste Kennziffer 4: geschützt gegen feste Fremdkörper ab 1 mm, gefährliche Teile sind mit einem Draht nicht erreichbar; zweite Kennziffer 4: geschützt gegen Spritzwasser aus allen Richtungen.

• IP65 (Wandleuchte): erste Kennziffer 6: staubdicht und gegen Berühren mit einem Draht geschützt; zweite Kennziffer 5: geschützt gegen Strahlwasser aus einer Düse aus allen Richtungen.

Geg.: Gewächshaus mit Tauchpumpe 230 V im Regenwasserbehälter, Steuerkasten an der Wand, Ventile und Sensoren 24 V DC, wöchentliches Abspritzen mit dem Gartenschlauch; Gehäuse IP65

Ges.: Bedeutung von IP65, fehlender Schutz

Erste Kennziffer 6: staubdicht, gefährliche Teile mit einem Draht nicht erreichbar (1 Punkt). Zweite Kennziffer 5: geschützt gegen Strahlwasser aus allen Richtungen, also auch gegen das Abspritzen mit dem Gartenschlauch (1 Punkt).

Nicht geschützt ist das Gehäuse gegen starkes Strahlwasser (Kennziffer 6), Untertauchen (7, 8) und Hochdruck- oder Dampfstrahlreinigung (9) (1 Punkt).

Ges.: Mindestschutzart je Betriebsmittel mit Begründung

Je Zeile 1 Punkt; andere Werte sind richtig, wenn sie nicht darunter liegen und begründet sind:

Geg.: Leitungen mit 9 mm, 7 mm und 6 × 5 mm Außendurchmesser; vier Öffnungen M20 unten

Ges.: Gehäusekomponenten mit Begründung

Je Komponente mit Begründung 1 Punkt:

• Kabelverschraubungen M20 mit mindestens IP65, deren Klemmbereich zum Leitungsdurchmesser passt (eine für 9 mm, eine für 7 mm). Nur bei passendem Klemmbereich dichtet der Dichteinsatz rund um die Leitung ab.

• Kabelverschraubung M20 mit Mehrfach-Dichteinsatz (sechs Bohrungen für je 5 mm) für die Sensor- und Ventilleitungen. Sechs Leitungen in einer normalen Verschraubung würden nicht dichten.

• Blindstopfen für die nicht benötigte vierte Öffnung, sonst ist das Gehäuse an dieser Stelle offen.

• Druckausgleichselement mit Membran gegen Kondenswasser bei den großen Temperaturwechseln im Gewächshaus; alternativ: unbeschädigte Deckeldichtung, Deckel gleichmäßig verschraubt, Einführungen nur von unten mit Abtropfschlaufe.

Geg.: Bodenfeuchtesensoren und Magnetventile an 24 V, Spartransformator 230 V / 24 V

Ges.: Beurteilung des Spartransformators, geeignete Versorgung

Die Sensoren sind für Schutzklasse III gebaut: Sie haben keinen Schutzleiter, und ihr Schutz beruht darauf, dass auch im Fehlerfall nur Schutzkleinspannung aus einer sicher vom Netz getrennten Quelle anliegen kann (1 Punkt).

Beim Spartransformator sind Ein- und Ausgang über eine gemeinsame Wicklung leitend verbunden. Bei einem Fehler, z. B. einer Unterbrechung der Wicklung, kann die Netzspannung auf die Sensorleitungen gelangen, die im feuchten Erdreich liegen (1 Punkt). Der Spartransformator ist deshalb \underline{\underline{\text{nicht zulässig}}} (1 Punkt).

Vorschlag (1 Punkt), z. B.: Hutschienennetzteil 24 V DC mit sicherer Trennung und SELV- bzw. PELV-Ausgang im Steuerkasten oder ein Sicherheitstransformator nach DIN EN 61558-2-6.

Ges.: Beurteilung der Abzweigdose IP44

IP44 heißt geschützt gegen Fremdkörper ab 1 mm und gegen Spritzwasser (1 Punkt). Am Behälterrand wird aber mit dem Schlauch abgespritzt (Strahlwasser), und läuft der Behälter bei Starkregen über, kann die Dose kurz unter Wasser geraten (1 Punkt). Die Dose ist deshalb \underline{\underline{\text{nicht geeignet}}}; nötig ist mindestens IP55, besser IP65 oder – wenn Überflutung möglich ist – eine Verbindung mit IP67/IP68, z. B. eine vergossene Verbindungsmuffe (1 Punkt).