Ihr Elektriker in Wien!
MENÜ
Ihr Elektriker in Wien!
Ihr Elektriker in Wien!
MENÜ
Direkt zum Seiteninhalt

ELEKTROTECHNIK



Elektrotechnik  ist diejenige Ingenieurwissenschaft, die sich mit der Forschung und der  Entwicklung sowie der Produktionstechnik von Elektrogeräten befasst,  die zumindest anteilig auf elektrischer Energie beruhen. Hierzu gehören  der Bereich der Wandler, die elektrischen Maschinen und Bauelemente  sowie Schaltungen für die Steuer-, Mess-, Regelungs-, Nachrichten-,  Geräte- und Rechnertechnik bis hin zur technischen Informatik.


Aufgabengebiete


Die  klassische Einteilung der Elektrotechnik war die Starkstromtechnik, die  heute in der Energietechnik und der Antriebstechnik ihren Niederschlag  findet, und die Schwachstromtechnik, die sich zur Nachrichtentechnik  formierte. Als weitere Gebiete kamen die elektrische Messtechnik und die  Automatisierungstechnik sowie die Elektronik hinzu. Die Grenzen  zwischen den einzelnen Bereichen sind dabei vielfach fließend. Mit  zunehmender Verbreitung der Anwendungen ergaben sich zahllose weitere  Spezialisierungsgebiete. In unserer heutigen Zivilisation werden fast  alle Abläufe und Einrichtungen elektrisch betrieben oder laufen unter  wesentlicher Beteiligung elektrischer Geräte und Steuerungen.


Energietechnik


Die  elektrische Energietechnik (früher Starkstromtechnik) befasst sich mit  der Gewinnung, Übertragung und Umformung elektrischer Energie und auch  der Hochspannungstechnik. Elektrische Energie wird in den meisten Fällen  durch Wandlung aus mechanisch-rotatorischer Energie mittels Generatoren  gewonnen. Zur klassischen Starkstromtechnik gehören außerdem der  Bereich der Verbraucher elektrischer Energie sowie die Antriebstechnik.  Zu dem Bereich der Übertragung elektrischer Energie im Bereich der  Niederspannung zählt auch der Themenbereich der Elektroinstallationen,  wie sie unter anderem vielfältig im Haushalt zu finden sind.


elektrischer-Energie

Übertragungsleitung


Antriebstechnik


Die  Antriebstechnik, früher ebenfalls als „Starkstromtechnik“ betrachtet,  setzt elektrische Energie mittels elektrischer Maschinen in mechanische  Energie um. Klassische elektrische Maschinen sind Synchron-, Asynchron-  und Gleichstrommaschinen, wobei vor allem im Bereich der Kleinantriebe  viele weitere Typen bestehen. Aktueller ist die Entwicklung der  Linearmotoren, die elektrische Energie ohne den „Umweg“ über die  Rotation direkt in mechanisch-lineare Bewegung umsetzen. Die  Antriebstechnik spielt eine große Rolle in der Automatisierungstechnik,  da hier oft eine Vielzahl von Bewegungen mit elektrischen Antrieben zu  realisieren sind. Für die Antriebstechnik wiederum spielt Elektronik  eine große Rolle, zum einen für die Steuerung und Regelung der Antriebe,  zum anderen werden Antriebe oft mittels Leistungselektronik mit  elektrischer Energie versorgt. Auch hat sich der Bereich der  Lastspitzenreduzierung und Energieoptimierung im Bereich der  Elektrotechnik erheblich weiterentwickelt.


Nachrichtentechnik


Mit  Hilfe der Nachrichtentechnik, auch Informations- und  Kommunikationstechnik (früher Schwachstromtechnik) genannt, werden  Signale mit elektromagnetischen Wellen als Informationsträger von einer  Informationsquelle (dem Sender) zu einem oder mehreren Empfängern (der  Informationssenke) übertragen. Dabei kommt es darauf an, die  Informationen so verlustarm zu übertragen, dass sie beim Empfänger  erkannt werden können (siehe auch Hochfrequenztechnik, Amateurfunk).  Wichtiger Aspekt der Nachrichtentechnik ist die Signalverarbeitung, zum  Beispiel mittels Filterung, Kodierung oder Dekodierung.


Hochfrequenztechnik

Integrierter Schaltkreis


Elektronik


Die Elektronik befasst sich mit der Entwicklung, Fertigung und  Anwendung von elektronischen Bauelementen wie zum Beispiel Spulen oder  Halbleiterbauelementen wie Dioden und Transistoren. Die Mikroelektronik  beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung integrierter  Schaltkreise. Die Entwicklung der Leistungshalbleiter  (Leistungselektronik) spielt in der Antriebstechnik eine immer größer  werdende Rolle, da Frequenzumrichter die elektrische Energie wesentlich  flexibler bereitstellen können, als es beispielsweise mit  Transformatoren möglich ist.


Die Digitaltechnik  lässt sich insoweit der Elektronik zuordnen, als die klassische  Logikschaltung aus Transistoren aufgebaut ist. Andererseits ist die  Digitaltechnik auch Grundlage vieler Steuerungen und damit für die  Automatisierungstechnik bedeutsam. Die Theorie ließe sich auch der  theoretischen Elektrotechnik zuordnen.


Mikroelektronik

Elektronische Schaltung


Automatisierungstechnik


In  der Automatisierungstechnik werden mittels Methoden der Mess-,  Steuerungs- und Regelungstechnik (zusammenfassend MSR-Technik genannt)  einzelne Arbeitsschritte eines Prozesses automatisiert bzw. überwacht.  Heute wird üblicherweise die MSR-Technik durch Digitaltechnik gestützt.  Eines der Kerngebiete der Automatisierungstechnik ist die  Regelungstechnik. Regelungen sind in vielen technischen Systemen  enthalten. Beispiele sind die Regelung von Industrierobotern,  Autopiloten in Flugzeugen und Schiffen, Drehzahlregelungen in Motoren,  die Stabilitätskontrolle (ESP) in Automobilen, die Lageregelung von  Raketen und die Prozessregelungen für Chemieanlagen. Einfache Beispiele  des Alltags sind die Temperaturregelungen zusammen mit Steuerungen in  vielen Konsumgütern wie Bügeleisen, Kühlschränken, Waschmaschinen und  Kaffeeautomaten (siehe auch Sensortechnik).


Elektronische Gerätetechnik


Die  elektronische Gerätetechnik befasst sich mit der Entwicklung und  Herstellung elektronischer Baugruppen und Geräte. Sie beinhaltet damit  den Entwurf und die anschließende konstruktive Gestaltung elektronischer  Systeme (Verdrahtungsträger, Baugruppen, Geräte).


Gebäudetechnik


In  Gebäuden sorgen Elektroinstallationen sowohl für die leitungsgebundene  Verteilung elektrischer Energie als auch für die Nutzungsmöglichkeit von  Kommunikationsmitteln (Klingeln, Sprechanlagen, Telefone,  Fernsehgeräte, Satellitenempfangsanlagen und Netzwerkkomponenten). Neben  der leitungsgebundenen Informationsverteilung kommt verstärkt  Funkübertragung (DECT, WLAN) zum Einsatz. Die Gebäudeautomation nutzt  Komponenten der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik in Gebäuden, um  den Einsatz elektrischer und thermischer Energie zu optimieren. Im  Rahmen der Gebäudeautomation finden zudem verschiedenste Systeme für  Gebäudesicherheit Verwendung.


Theoretische Elektrotechnik


Die  Basis der Theorie und Bindeglied zur Physik der Elektrotechnik sind die  Erkenntnisse aus der Elektrizitätslehre. Die Theorie der Schaltungen  befasst sich mit den Methoden der Analyse von Schaltungen aus passiven  Bauelementen. Die theoretische Elektrotechnik, die Theorie der Felder  und Wellen, baut auf den Maxwell-Gleichungen auf.

Geschichte, Entwicklungen und Personen der Elektrotechnik

Siehe auch: Geschichte der Ingenieurwissenschaften


Altertum


Das  Phänomen, dass bestimmte Fischarten (z. B. Zitterrochen oder Zitteraal)  elektrische Spannungen erzeugen können (mit Hilfe des Elektroplax), war  im alten Ägypten um 2750 v. Chr. bekannt.


Die  meteorologische Erscheinung der Gewitterblitze begleitet die Menschheit  schon immer. Die Deutung, dass die Trennung elektrischer Ladungen  innerhalb der Atmosphäre in Gewittern dieses Phänomen verursacht,  erfolgte jedoch erst in der Neuzeit. Elektrostatische Phänomene waren  allerdings schon im Altertum bekannt. Die erste Kenntnis über den Effekt  der Reibungselektrizität wird dem Naturphilosophen Thales von Milet  zugeschrieben. In trockener Umgebung kann Bernstein durch Reiben an  textilem Gewebe (Baumwolle, Seide) oder Wolle elektrostatisch aufgeladen  werden. Durch Aufnahme von Elektronen erhält Bernstein eine negative  Ladung, das Reibmaterial durch Abgabe von Elektronen dagegen eine  positive Ladung. Durch die Werke von Plinius dem Älteren wurde dieses  Wissen bis ins Spätmittelalter überliefert. 17. und 18. Jahrhundert



Luigi Galvani


Der englische Naturforscher William Gilbert  unterschied im zweiten Kapitel des zweiten Buchs seines im Jahr 1600  erschienenen Werks Über den Magneten[1] zwischen Magnetismus und  Reibungselektrizität („Differentia inter magnerica & electrica“).  Gilbert verwendete somit als Erster den Begriff Elektrizität, den er aus  dem altgriechischen Wort für Bernstein (ἤλεκτρον; transkribiert:  ḗlektron; übersetzt: Hellgold) abgeleitet hatte.

Im  Jahre 1663 erfand Otto von Guericke die erste Elektrisiermaschine, eine  Schwefelkugel mit einer Drehachse, die Elektrizität durch von Hand  bewirkte Reibung erzeugte.




Alessandro Volta


Um  die Mitte des 18. Jahrhunderts wurde von Ewald Georg von Kleist und  Pieter van Musschenbroek die Leidener Flasche erfunden, die älteste  Bauform eines Kondensators. 1752 erfand Benjamin Franklin den  Blitzableiter und veröffentlichte 1751 bis 1753 die Resultate seiner  Experiments and Observations on Electricity. 1792 unternahm Luigi  Galvani sein legendäres Froschschenkel-Experiment, in dem eine  elektrochemische Galvanische Zelle als Spannungsquelle diente. 19. Jahrhundert



André-Marie Ampère


Von  den Experimenten Galvanis angeregt, baute Alessandro Volta um 1800 die  so genannte Voltasche Säule, die erste funktionierende Batterie, mit der  zum ersten Mal eine kontinuierliche Spannungsquelle für die  elektrotechnische Forschung zur Verfügung stand. 1820 machte Hans  Christian Ørsted Versuche zur Ablenkung einer Magnetnadel durch  elektrischen Strom. André-Marie Ampère führte diese Experimente weiter  und wies 1820 nach, dass zwei stromdurchflossene Leiter eine Kraft  aufeinander ausüben. Ampère erklärte den Begriff der elektrischen  Spannung und des elektrischen Stromes und legte die Stromrichtung fest.  Der Physiker Georg Simon Ohm konnte 1826 nachweisen, dass in einem  stromdurchflossenen metallischen Leiter die sich einstellende  elektrische Stromstärke I dem Quotienten aus angelegter elektrischer  Spannung U und dem jeweiligen elektrischen Widerstand R entspricht. Zu  Ehren Ohms wird dieser physikalische Zusammenhang als ohmsches Gesetz  bezeichnet.




Werner von Siemens


Zu  den Wegbereitern der „Starkstromtechnik“ gehörte Werner Siemens (ab  1888 von Siemens), der 1866 mittels des dynamoelektrischen Prinzips den  ersten elektrischen Generator entwickelte. Elektrische Energie war damit  erstmals in nennenswert nutzbarer Menge verfügbar. 1879 prägte Siemens  das Wort Elektrotechnik, als er Heinrich von Stephan die Gründung eines  Elektrotechnischen Vereins vorschlug. Als dessen erster Präsident setzte  er sich für die Errichtung von Lehrstühlen der Elektrotechnik an  technischen Hochschulen in ganz Deutschland ein.




Nikola Tesla


1879 erfand Thomas Alva Edison die Kohlefadenglühlampe und brachte  damit das elektrische Licht zu den Menschen. In der Folge hielt  Elektrizität Einzug in immer größere Bereiche des Lebens. Zur gleichen  Zeit wirkten Nikola Tesla und Michail von Dolivo-Dobrowolsky, die  Pioniere des Wechselstroms waren und durch ihre bahnbrechenden  Erfindungen die Grundlagen der heutigen Energieversorgungssysteme  schufen.


Erasmus Kittler begründete 1883 an der  TH Darmstadt (heute TU Darmstadt) den weltweit ersten Studiengang für  Elektrotechnik. Der Studiengang dauerte vier Jahre und schloss mit einer  Prüfung zum Elektrotechnikingenieur ab. 1885 und 1886 folgten das  University College London (GB) und die University of Missouri (USA), die  weitere eigenständige Lehrstühle für Elektrotechnik einrichteten. Die  so ausgebildeten Ingenieure waren erforderlich, um eine großflächige  Elektrifizierung zu ermöglichen.




Heinrich Hertz


Heinrich  Hertz gelang am 13. November 1886 der experimentelle Nachweis der  Maxwell-Gleichungen.[3] Die Berliner Akademie der Wissenschaften  unterrichtete er am 13. Dezember 1888 in seinem Forschungsbericht „Über  Strahlen elektrischer Kraft“ über die elektromagnetischen Wellen. Durch  den Nachweis der Existenz elektromagnetischer Wellen wurde er zum  Begründer der drahtlosen Informationsübertragung und damit auch der  elektrischen Nachrichtentechnik. Im Jahr 1896 führte Alexander Popow  eine drahtlose Signalübertragung über eine Entfernung von 250 m durch.  Das Verdienst der ersten praktischen Nutzung der Funken-Telegrafie steht  Guglielmo Marconi zu. Nachdem er im Juni 1896 seinen Funken-Telegrafen  in Großbritannien zum Patent angemeldet hatte, übertrug Marconi im Mai  1897 ein Morsezeichen über eine Distanz von 5,3 Kilometer.[4] 1897  entwickelte Ferdinand Braun die erste Kathodenstrahlröhre. Verbesserte  Varianten kamen zunächst in Oszilloskopen und Jahrzehnte später als  Bildröhren in Fernsehgeräten und Computermonitoren zum Einsatz.
20. Jahrhundert




Alexander Popow


John  Ambrose Fleming erfand 1905 die erste Radioröhre, die Diode. 1906  entwickelten Robert von Lieben und Lee De Forest unabhängig voneinander  die Verstärkerröhre, Triode genannt, die der Funktechnik einen  wesentlichen Impuls gab.


John Logie Baird baute  1926 mit einfachsten Mitteln den ersten mechanischen Fernseher auf  Grundlage der Nipkow-Scheibe. 1928 folgte der erste Farb-Fernseher. Im  selben Jahr gelang ihm die erste transatlantische Fernsehübertragung von  London nach New York. Bereits 1931 war seine Erfindung jedoch veraltet,  Manfred von Ardenne führte damals die Kathodenstrahlröhre und damit das  elektronische Fernsehen ein.




Konrad Zuse


1941  stellte Konrad Zuse den weltweit ersten funktionsfähigen Computer, den  Z3, fertig. Im Jahr 1946 folgt der ENIAC (Electronic Numerical  Integrator and Computer) von John Presper Eckert und John Mauchly. Die  erste Phase des Computerzeitalters begann. Die so zur Verfügung stehende  Rechenleistung ermöglichte es den Ingenieuren und der Gesellschaft,  völlig neue Technologien zu entwickeln und Leistungen zu vollbringen.  Ein frühes Beispiel ist die Mondlandung im Rahmen des Apollo-Programms der NASA.



Nachbau des ersten Transistors von 1947


Die Erfindung des Bipolartransistors 1947 in den Bell Laboratories  (USA) durch William B. Shockley, John Bardeen und Walter Brattain und  der gesamten Halbleitertechnologie erschloss der Elektrotechnik sehr  weite Anwendungsgebiete, da nun viele Geräte sehr kompakt gebaut werden  konnten. Ein weiterer wesentlicher Schritt in diese Richtung war die  Entwicklung der Mikrointegration: Der 1958 von Jack Kilby erfundene  integrierte Schaltkreis (IC) machte die heutigen Prozessorchips und  damit die Entwicklung moderner Computer überhaupt erst möglich. Für den  Feldeffekttransistor, der aber erst nach 1960 gefertigt werden konnte,  hatte Julius E. Lilienfeld bereits 1928 ein Patent erhalten.


1958  erfanden und bauten George Devol und Joseph Engelberger in den USA den  weltweit ersten Industrieroboter. Ein solcher Roboter wurde 1960 bei  General Motors erstmals in der industriellen Produktion eingesetzt.  Industrieroboter sind heute in verschiedensten Industrien, wie z. B. der  Automobilindustrie, ein wichtiger Baustein der Automatisierungstechnik.


Gerhard  Sessler und James E. West erfanden 1962 das Elektretmikrofon, das  damals bis heute am häufigsten produzierte Mikrofon weltweit. Es ist z.  B. Bestandteil von Handys und Kassettenrekordern.



Honda P2


Im Jahr 1968 erfand Marcian Edward Hoff,  bekannt als Ted Hoff, bei der Firma Intel den Mikroprozessor und läutete  damit die Ära des Personal Computers (PC) ein. Zugrunde lag Hoffs  Erfindung ein Auftrag einer japanischen Firma für einen Desktop-Rechner,  den er möglichst preisgünstig realisieren wollte. Die erste  Realisierung eines Mikroprozessors war 1969 der Intel 4004, ein 4 Bit  Prozessor. Aber erst der Intel 8080, ein 8-Bit-Prozessor aus dem Jahr  1973, ermöglichte den Bau des ersten PCs, des Altair 8800.


Die  Firma Philips erfand 1978 die Compact Disc (CD) zur Speicherung  digitaler Informationen. 1982 resultierte dann aus einer Kooperation  zwischen Philips und Sony die Audio-CD. 1985 folgte die CD-ROM.


Im  Jahr 1996 präsentierte die Firma Honda den weltweit ersten  funktionsfähigen humanoiden Roboter, den P2. Einen ersten prototypischen  humanoiden Roboter, der aber noch nicht voll funktionsfähig war,  entwickelte bereits 1976 die japanische Waseda-Universität. Aus dem P2  resultierte der zurzeit aktuelle Android, Hondas etwa 1,20 m großer  Asimo. Neben vielen elektronischen und elektrotechnischen Komponenten  bestehen humanoide Roboter auch wesentlich aus mechanischen Komponenten,  deren Zusammenspiel man als Mechatronik bezeichnet.


Der Inhalt wurde von der

Zurück zum Seiteninhalt