Schaltplan
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Ein Schaltplan (auch Schaltbild) ist in der Elektrotechnik und Elektronik die grafische Darstellung einer Schaltung. Sie berücksichtigt nicht die reale Gestalt und Anordnung der Bauteile, sondern ist eine abstrahierte Darstellung der elektrischen Funktionen und der Stromverläufe. Hierfür werden Symbole verwendet. Hinzu kommt ein Bezeichnungsystem, bei dem jedes Bauteil einer Gruppe zugeordnet wird und schließlich eine Identifikationsnummer erhält. Referenzangaben ermöglichen das schnelle Auffinden innerhalb des Plans.
Schaltpläne sollen definitionsgemäß die ausgeschaltete, energielose und leere Situation der zugehörigen Maschine oder Anlage darstellen. Wird hiervon abgewichen, dann muss dies durch einen schriftlichen Hinweis erklärt werden (z. B. „Behälter gefüllt“).
Schaltpläne gehören zu den funktionsbezogenen Dokumenten nach DIN EN 61 082. Diese Pläne entstehen zu Beginn des Entwurfes einer Anlage, eines Gerätes oder einer Baugruppe und werden später auch für Reparaturen und Wartungen benötigt.
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[Bearbeiten] Allgemeines
Elektrische Schaltpläne können individuell, firmenspezifisch oder nach Normen erstellt werden, zu denen beispielsweise folgende aktuelle Normvorgaben existieren:
- DIN EN 60617 Graphische Symbole für Schaltpläne
- DIN EN 61082 Dokumente der Elektrotechnik
- DIN EN 61355 Klassifikation und Kennzeichnung von Dokumenten für Anlagen, Systeme und Einrichtungen
Die Elemente des Stromkreises (elektrische Betriebsmittel und Leitungen) werden durch genormte Schaltzeichen, auch Symbole genannt, repräsentiert. Sie können die Gesamtheit oder Teilbereiche wie z. B. Arbeitsschaltkreise oder nur Steuerschaltkreise, die Schritte des Arbeitsablaufs, die Bauteile der Schaltung mit ihrer Kennzeichnung sowie die Leitungen und Verbindungen darstellen. Die räumliche Anordnung der Bauteile wird in der Regel nicht berücksichtigt.
In der industriellen Produktion können die Schaltpläne noch mit weiteren Dokumenten wie Bestückungsplänen, Leiterplattenlayouts, Verdrahtungsplänen, Klemmenplänen etc. ergänzt werden. Auch ein integrierter Schaltkreis kann durch einen Schaltplan beschrieben werden.
Wird ein Schaltplan als Basis für ein Leiterplattenlayout erstellt, so enthält er neben der grafischen Beschreibung oft weitere Informationen. Da die Verbindungen zwischen den verwendeten Bauteilen in der grafischen Repräsentation verhaltenslos angenommen werden, wird der Schaltplan durch ein Regelwerk ergänzt. Dieses beschreibt das gewünschte geometrische Aussehen (z. B. Breite der Leiterbahn, Abstand zu anderen Leiterbahnen) oder das geforderte elektrische Verhalten (z. B. Verzögerung, Wellenwiderstand, Übersprechgrenzen, differentielle Leitungen).
Soll der Inhalt des Schaltplanes simuliert werden, so enthält der Schaltplan Informationen darüber, welches Simulationsmodell (z. B. PSpice, VHDL, Verilog) verwendet werden soll.
Leiterplatten werden oft in verschiedenen Varianten bestückt. Welche Bauteile pro Variante zu bestücken sind, ist auch eine Information, die bereits im Schaltplan verankert wird.
[Bearbeiten] Ausführungsarten
Einige typische Ausführungsarten von Schaltplänen kommen in der Praxis besonders häufig vor:
- Der Wirkschaltplan, manchmal auch „Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung“ genannt – stellt die Schaltung so dar, dass der Wirkungszusammenhang sichtbar wird, beispielsweise durch benachbarte Positionierung der Symbole funktionell zusammengehöriger Bauteile und zusätzliche Symboldarstellung mechanischer Wirkungslinien. Alle Komponenten der Schaltung sind in etwa getreu dem realen Aufbau in den Plan eingebunden.
- Der Stromlaufplan, zur Unterscheidung manchmal auch „Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung“ – stellt die Schaltung streng nach der einzelnen Stromdurchlauffolge der Bauteile dar, der Wirkzusammenhang ergibt sich nur durch die Verfolgung der alphanumerischen Kennzeichnungen zusammengehöriger Teile eines Geräts. Die Außenleiter, Neutralleiter und Schutzleiter der Hauptzuleitungen verlaufen meist horizontal am oberen und unteren Rand über die ganze Zeichnung. Dazwischen werden die einzelnen Strompfade eingezeichnet. Der dann oft mehrere Meter lange aufgelöste Stromlaufplan kann dann auch in Sektionen mit bestimmten Baugruppen (Motorstromkreise, Steuerstromkreise, Beleuchtung usw.) aufgeteilt sein.
- Die vertikal gezeichneten Strompfade sind durchnummeriert, um so das Referenzieren zu ermöglichen. Die Vernetzungen zwischen den Baugruppen, die auf dem Plan weit auseinander liegen, werden durch Referenzen bewerkstelligt. Besonders prominente Potentiale werden mit einer Kennung versehen, um wiederholtes Umblättern und Suchen zu vermeiden. Dasselbe gilt für Baugruppen und Komponenten, die auch auf spezielle Weise gekennzeichnet werden.
- Der Übersichtsschaltplan ist eine Variante des Stromlaufplans, bei dem vor allem parallel laufende Leitungen mit der gleichen Bauteilefolge zeichnerisch zu „eindimensionalen“ Darstellung zusammengefasst werden, die Anzahl der parallel laufenden Stränge wird durch Querstriche oder Ziffern markiert. Dies ist vor allem bei Schaltungen mit zahlreichen drei- bis fünfpoligen Drehstromleitungen oder auch parallelen Datenbussen der Fall.
- Das Ersatzschaltbild ist kein realer Schaltplan, sondern es repräsentiert die in einem Bauteil auftretenden parasitären Kenngrößen in Form diskreter Bauelemente – bei einem Kondensator neben der Kapazität z. B. dessen äquivalenten Serienwiderstand (ESR) und die äquivalente Serieninduktivität (ESL).
- Eine Netzliste stellt eine weitere „verbale“ Beschreibungsform eines Schaltplanes dar. Sie wird im Bereich der digitalen und analogen Elektronikentwicklung für die Datenübergabe zwischen ECAD-Programmen aus einem Schaltplan erzeugt.
