Die Freiheit der Elektronen

1. Einleitung: Das Prinzip der Unabhängigkeit

Stell dir vor, du bist in einem großen Fußballstadion. Das Spiel ist aus, und tausende Menschen wollen gleichzeitig nach Hause. Wenn es nur einen einzigen schmalen Ausgang gäbe, würde das System sofort kollabieren. Es gäbe einen riesigen Rückstau, Frust und Stillstand. Zum Glück gibt es viele Tore nebeneinander – eine Parallelschaltung von Ausgängen.

In der Elektrotechnik ist das nicht anders. Die Parallelschaltung ist das unsichtbare Rückgrat unserer gesamten modernen Zivilisation. Ohne sie würde in deinem Haus das Licht ausgehen, nur weil in der Küche eine Birne durchbrennt. In dieser Lektion verlassen wir die einsamen Pfade und schauen uns an, warum diese Schaltungsart so genial ist, welche physikalischen Gesetze der Verzweigung dahinterstecken und warum wir in der Industrie bei Parallelschaltungen besonders auf die Stromstärken achten müssen. Wir gehen heute tief ins Detail, damit du nicht nur weißt, dass es funktioniert, sondern auch warum.

2. Historie: Tesla, Edison und der Kampf um die Verteilung

Ganz am Anfang der Elektrifizierung war man sich unsicher, wie man Häuser anschließen sollte. Hätte man auf die Reihenschaltung gesetzt, wäre die Glühbirne vermutlich ein Flop gewesen. Stell dir vor, du müsstest deinen Nachbarn anrufen, damit er sein Licht einschaltet, damit dein Fernseher funktioniert. Klingt absurd? Wäre aber bei einer Reihenschaltung die Realität.

Die Parallelschaltung war der Befreiungsschlag. Sie ermöglichte es, das Stromnetz als ein System von "Angeboten" zu bauen. Die Spannung (U) liegt an wie ein Druck in einer Wasserleitung. Wer Energie braucht, "zapft" sie einfach ab, ohne die anderen zu stören. Doch dieser Komfort brachte eine neue physikalische Herausforderung mit sich: Je mehr Wege wir dem Strom anbieten, desto mehr "Verkehr" muss die Hauptleitung bewältigen.

3. Jens’ Corner: Die Autobahn mit den vielen Spuren

Jens steht in der Werkstatt vor einem Modell einer Autobahn. „Leute,“ sagt er, „denkt bei der Parallelschaltung nicht an komplizierte Formeln, denkt an Fahrspuren.“

„Stellt euch vor, die Elektronen sind Autos. Bei einer Parallelschaltung eröffnen wir einfach eine zweite, dritte und vierte Fahrspur direkt nebeneinander.

1. Der Druck (U): Jede Spur hat das gleiche Tempolimit – sagen wir 120 km/h. Egal auf welcher Spur du fährst, der 'Druck' (die Geschwindigkeit) ist gleich. In der Elektrotechnik bedeutet das: An jedem Gerät liegen die vollen 230 V an.
2. Der Verkehr (I): Je mehr Spuren wir öffnen, desto mehr Autos (Strom) können insgesamt pro Minute fließen. Wenn auf jeder Spur 50 Autos fahren und wir haben 3 Spuren, fließen 150 Autos durch den Querschnitt der Hauptzufahrt.
3. Der Widerstand (R): Hier wird es paradox. Auch wenn jede einzelne Spur für sich eng sein mag (Widerstand), ist es für die gesamte Automasse leichter, durch vier Spuren zu kommen als durch eine einzige. Deshalb sinkt der Gesamtwiderstand des Systems, je mehr parallele Wege wir anbieten.“

Jens grinst: „Das ist wie beim Buffet: Wenn es vier Schlangen nebeneinander gibt, ist der 'Widerstand' gegen den Hunger viel schneller besiegt als bei einer einzigen Schlange!“

4. Fach-Tiefe I: Die Gesetze von Kirchhoff (Knotenpunktregel)

Um die Parallelschaltung wirklich zu beherrschen, müssen wir über Gustav Robert Kirchhoff sprechen. Er hat im 19. Jahrhundert eine Regel aufgestellt, die so logisch wie genial ist: Die Knotenpunktregel (Kirchhoff 1).

An jedem Punkt, an dem sich Leitungen verzweigen (einem Knoten), gilt: Die Summe der hinfließenden Ströme ist gleich der Summe der wegfließenden Ströme. Das bedeutet für uns: Iₜₒₜ = I₁ + I₂ + I₃... Wenn aus deiner Hauptleitung 10 Ampere kommen und sich der Weg in zwei Maschinen aufteilt, dann müssen diese 10 Ampere irgendwo hin. Wenn Maschine A 4 Ampere zieht, muss Maschine B zwangsläufig 6 Ampere ziehen. Strom geht nicht verloren – er teilt sich nur auf. Als EuP hilft dir dieses Wissen bei der Fehlersuche: Wenn am Ende weniger Strom ankommt, als oben reingeflossen ist, hast du irgendwo einen "Leckstrom" (z.B. einen Isolationsfehler gegen Erde).

5. Fach-Tiefe II: Der Profi-Hack – Der elektrische Leitwert (G)

Warum ist die Formel für den Gesamtwiderstand (1/Rₜₒₜ = 1/R₁ + 1/R₂...) so kompliziert? Weil wir in Widerständen denken. Profis nutzen stattdessen den Leitwert (G).

• Definition: Der Leitwert ist der Kehrwert des Widerstands: G = 1 / R. Die Einheit ist Siemens (S).
• Die Logik: Während der Widerstand sagt, wie sehr ein Bauteil den Strom bremst, sagt der Leitwert, wie gut es den Strom leitet.
• In der Parallelschaltung: Hier addieren sich die Leitwerte einfach! Gₜₒₜ = G₁ + G₂ + G₃... Das ist viel intuitiver: Je mehr Wege ich habe, desto besser wird die gesamte Leitfähigkeit der Schaltung. Am Ende rechnest du einfach Rₜₒₜ = 1 / Gₜₒₜ und hast dein Ergebnis.

6. Jens’ Corner: Der Leitwert – Wie „willig“ ist dein Kabel?

Jens merkt, dass bei der Formel 1/Rₜₒₜ = 1/R₁ + 1/R₂ einige Teilnehmer die Stirn runzeln. Er stellt sich vor die Werkstatttür und breitet die Arme aus.

„Leute, wir denken immer in Widerstand (R). Das ist so, als würden wir ständig nur darüber reden, wie schmal eine Tür ist und wie sehr sie uns beim Durchgehen behindert. Das ist negativ gedacht. Profis drehen das Bild um und nutzen den Leitwert (G).“

Das Bild der Türbreite:„Stellt euch vor, ein Widerstand ist eine schmale Tür. Sie leistet Widerstand, wenn eine Menschenmenge (der Strom) durch will.

• Der Widerstand (R) sagt dir: ‚Die Tür ist nur 80 cm schmal, das bremst!‘

• Der Leitwert (G) sagt dir stattdessen: ‚Diese Tür hat eine Durchlassfähigkeit (Leitwert) von 1.‘

Jetzt kommt die Parallelschaltung: Wir bauen eine zweite, identische Tür direkt daneben. Wenn wir in Widerstand rechnen, wird es kompliziert: Die Behinderung halbiert sich irgendwie... 1/R + 1/R... da raucht der Kopf.

Wenn wir aber im Leitwert denken, wird es kinderleicht: Eine Tür hat die Leitfähigkeit 1. Zwei Türen nebeneinander haben die Leitfähigkeit 1 + 1 = 2. Drei Türen haben 1 + 1 + 1 = 3.

Der Leitwert gibt also an, wie ‚willig‘ eure Schaltung ist, den Strom fließen zu lassen. Je höher der Leitwert (G in Siemens), desto breiter ist eure ‚elektrische Tür‘. In der Parallelschaltung addiert ihr also einfach nur, wie viel Platz ihr den Elektronen insgesamt anbietet: G₁ + G₂ + G₃... Zack, fertig ist das Gesamtergebnis!“

Jens zwinkert: „Und wenn ihr am Ende doch wissen wollt, wie hoch der Gesamtwiderstand (Rₜₒₜ) in Ohm (Ω) ist, dann macht ihr einfach die Rolle rückwärts: 1 geteilt durch eure ‚Gesamt-Türbreite‘ (1 / Gₜₒₜ). So rechnen Profis, ohne sich an den Brüchen die Finger zu brechen!“

7. Die Schattenseite: Brandgefahr durch Stromaddition

Die Parallelschaltung ist die häufigste Brandursache in deutschen Haushalten und Betrieben. Warum? Wegen der Stromaddition.

Stell dir eine klassische 3-fach-Steckdose vor. Sie ist oft für eine maximale Last von 3.500 Watt bzw. 16 Ampere ausgelegt.

1. Du steckst einen Wasserkocher ein (I₁ = 10 A). Alles okay.
2. Du steckst parallel eine Kaffeemaschine ein (I₂ = 6 A). Wir sind bei 16 A – Grenze erreicht.
3. Jetzt kommt jemand und steckt noch einen Heizlüfter ein (I₃ = 8 A).

In der Parallelschaltung interessiert es den Wasserkocher nicht, was der Heizlüfter macht – beide bekommen ihre 230 V. Aber die Zuleitung der Steckerleiste muss jetzt den Gesamtstrom tragen: Iₜₒₜ = 10 A + 6 A + 8 A = 24 A! Das Kabel wird zur Glühwendel. Da Sicherungsautomaten (LS-Schalter) oft eine gewisse Trägheit haben, fließt dieser zu hohe Strom vielleicht minutenlang, bevor es "Klack" macht. In dieser Zeit schmilzt die Isolierung.

Merke: Parallelschaltung bedeutet Komfort für die Geräte, aber Stress für die Zuleitung!

8. Fehlersuche für die EuP: Wie misst man richtig?

In einer Parallelschaltung ist die Fehlersuche tückisch. Wenn eine Sicherung fliegt, weißt du nur, dass der Gesamtstrom zu hoch war. Aber welcher Zweig ist schuld?

• Spannungsmessung: Da U überall gleich ist, hilft dir eine Spannungsmessung oft nicht weiter. Du wirst an jedem Zweig 230 V messen (solange die Sicherung drin ist) oder 0 V (wenn sie raus ist).
• Strommessung: Hier schlägt die Stunde der Stromzange. Mit ihr kannst du jeden einzelnen Draht umfassen und messen, wie viel Strom I₁, I₂ etc. gerade fließt.
• Widerstandsmessung: Achtung! Wenn du den Gesamtwiderstand messen willst, musst du die Anlage spannungsfrei schalten. Bedenke: Der gemessene Wert wird immer kleiner sein als der kleinste Einzelwiderstand. Wenn du also 10 Ohm misst, weißt du, dass irgendwo ein noch kleinerer Widerstand (oder ein Defekt) lauern muss.

9. Zusammenfassung für die Praxis

Die Parallelschaltung ist das Herz der Elektroinstallation. Sie garantiert:

1. Gleiche Spannung (U) für alle Teilnehmer.
2. Unabhängigkeit der Geräte.
3. Dass der Gesamtwiderstand sinkt, je mehr Verbraucher dazukommen.

Als EuP bist du der Wächter über den Gesamtstrom Iₜₒₜ. Deine Aufgabe ist es sicherzustellen, dass die Summe der Teilströme niemals die Belastbarkeit der Leitungen überschreitet.