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Technikwissenschaft, die sich mit der Forschung zu Geräten oder Verfahren befasst, die zumindest anteilig auf elektrischer Energie beruhen Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Elektrotechnik ist eine Ingenieurwissenschaft, die sich mit der Forschung und der Entwicklung sowie der Produktion, dem Zusammenbau und der Instandhaltung von Elektrogeräten und elektrischen Anlagen befasst, die zumindest anteilig auf elektrischer Energie beruhen. Hierzu gehören als Beispiel 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, Elektroinstallation und Energietechnik.
In unserer heutigen Zivilisation werden fast alle Abläufe und Einrichtungen elektrisch betrieben oder laufen unter wesentlicher Beteiligung elektrischer Geräte und Steuerungen. Eine der Eigenschaften von Elektrizität ist, dass Elektrizität sowohl für die Energieübertragung als auch für die Informationsübertragung und die Informationsein- und Ausgabe sehr nützlich ist, weshalb sich die Elektrotechnik zuerst in diesen beiden Bereichen bemerkenswert entwickelte. Später im 20. Jahrhundert erwies sich die Elektrizität auch für die Informationsverarbeitung und für die Informationsspeicherung als sehr nützlich. Die klassische Einteilung der Elektrotechnik war deshalb die Starkstromtechnik, die heute in der elektrischen 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. Viele Berufstätige im Bereich Elektrotechnik arbeiten und spezialisieren sich ausschließlich in einem dieser Hauptgebiete, benötigen jedoch auch viele Kenntnisse aller Hauptgebiete. Mit zunehmender Verbreitung der Anwendungen ergaben sich zahllose weitere Spezialisierungsgebiete.
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. In der theoretischen Elektrotechnik wird unterschieden zwischen Elektrostatik und Elektrodynamik, letzteres als Beispiel die Theorie der Felder und Wellen, baut auf den Maxwell-Gleichungen und der Lorentzkraft auf. Wer sein theoretisches Grundlagenwissen noch über das Elektrotechnikstudium hinaus vertiefen möchte, kann dies mit der Quantenelektrodynamik und der Elektroschwachen Wechselwirkung tun. Ein Wissen, das zurzeit in der praktischen Elektrotechnik jedoch kaum oder nur sehr selten eine Rolle spielt und eher dem Bereich der Grundlagenforschung und den Fachgebieten Theoretische Physik und Experimentalphysik zuzuordnen ist.
Die elektrische Energietechnik (früher Starkstromtechnik) befasst sich mit der Gewinnung, Übertragung und Umformung elektrischer Energie mit hoher elektrischer Leistung sowie 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.
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 Kinetische Antriebe oft mittels Leistungselektronik mit elektrischer Energie versorgt. Auch hat sich der Bereich der Lastspitzenreduzierung und Energieoptimierung im Bereich der Elektrotechnik erheblich weiterentwickelt.
Mit Hilfe der Nachrichtentechnik, auch Informations- und Kommunikationstechnik oder Telekommunikation (früher Schwachstromtechnik) genannt, werden Signale durch elektrische Leitung oder 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.
Die Elektronik befasst sich mit der Entwicklung, Fertigung und Anwendung von elektronischen Bauelementen wie zum Beispiel Spulen oder Halbleiterbauelementen wie Dioden und Transistoren. Die Anwendungen werden im Allgemeinen praktisch auf Leiterplatten mit der Leiterplattenbestückung realisiert.
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.
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 Mikroelektronik beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung integrierter Schaltkreise. In einigen Bereichen der Halbleiterindustrie und Halbleitertechnik wurde die 100-Nanometer-Grenze unterschritten, so spricht man hier bereits formal von Nanoelektronik.
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).
Gebräuchlich sind ebenfalls die Begriffe Technische Gebäudeausrüstung (TGA) oder Versorgungstechnik mit Schwerpunkt Elektrotechnik. 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, beispielsweise im Bereich der Beleuchtungs-, Klima- und Belüftungstechnik. Im Rahmen der Gebäudeautomation finden zudem verschiedene Systeme für Gebäudesicherheit Verwendung.
Elektrotechnik-Medizintechnik Studiengänge werden an immer mehr Hochschulen angeboten. Durch die innovativen technischen Entwicklungen im Bereich der Medizin, werden in Krankenhäusern oder in Medizintechnik -Firmen und -Betrieben immer mehr spezialisierte Ingenieure benötigt.
Bereiche wären beispielsweise Myoelektrik, Elektronik künstlicher Organe, Robotik-Prothesen, Bioprinter, HF-Chirurgie, Laserchirurgie, Roboterchirurgie, Röntgenapparate, Sonografie, Magnetresonanztomographie, Optische Kohärenztomografie, Nuklearmedizin, Herz-Lungen-Maschinen, Dialysegeräte, Spezielle Anforderungen der Krankenhaustechnik.
Die elektronische Gerätetechnik befasst sich mit der Entwicklung und Herstellung elektronischer Baugruppen und Geräte.[1] Sie beinhaltet damit den Entwurf und die anschließende konstruktive Gestaltung elektronischer Systeme (Verdrahtungsträger, Baugruppen, Elektrogeräte) und bedient sich dabei der Halbleitertechnik und der Rechnertechnik. Anwendungsbeispiele sind die Entwicklung von Computerhardware, Haushaltsgeräten, medizintechnischen Geräten, Informationstechnik und Unterhaltungselektronik.
Das Phänomen, dass bestimmte Fischarten (wie beispielsweise Zitterrochen oder Zitteraale) 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 etwa 550 v. Chr. wird dem Naturphilosophen Thales von Milet zugeschrieben. In trockener Umgebung kann Bernstein durch Reiben an textilem Gewebe (Baumwolle, Seide) oder Wolle elektrostatisch aufgeladen werden. Was zu jener Zeit aber noch nicht bekannt war, ist, dass durch Aufnahme von Elektronen Bernstein eine negative Ladung erhält, das Reibmaterial durch Abgabe von Elektronen dagegen eine positive Ladung. Durch die Naturalis historia von Plinius dem Älteren wurde das durch diese Experimente beobachtete Wissen bis ins Spätmittelalter überliefert.
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Eine Fortbildung zum Elektromeister findet an einer Meisterschule statt und dauert 1 Jahr Vollzeit bzw. 2 Jahre berufsbegleitend.
Eine Fortbildung zum Elektrotechniker kann an einer Technikerschule in zwei Jahren Vollzeit bzw. vier Jahren berufsbegleitend absolviert werden. Im Ausland, wie zum Beispiel in Frankreich, kann an einer Technikerschule nach der Fortbildung zum Elektrotechniker ein höherer Technikerabschluss (französisch Brevet de technicien supérieur) in zwei weiteren Jahren Vollzeit an einer Technikerschule absolviert werden.
Der Studiengang Elektrotechnik wurde weltweit erstmals im Januar 1883 an der Technischen Hochschule Darmstadt von Erasmus Kittler eingerichtet. Der Studienplan sah ein vierjähriges Studium mit Abschlussprüfung (zum Diplom-Elektrotechnikingenieur) vor.[108][109] Elektrotechnik wird mittlerweile an vielen Universitäten, Fachhochschulen und Berufsakademien als Studiengang angeboten. An Universitäten wird während des Studiums die wissenschaftliche Arbeit betont, an Fachhochschulen und Berufsakademien steht die Anwendung physikalischer Kenntnisse im Vordergrund.
Das Studienfach Elektrotechnik war im Jahre 2020 sehr beliebt, denn es lag bei der Anzahl der Studierenden auf Platz 12. Laut dem statistischem Bundesamt waren zum Wintersemester 2020/2021 an deutschen Hochschulen insgesamt 66.255 Studierende im Studienfach Elektrotechnik/Elektronik eingeschrieben. Als Vergleich mit den höchst belegten Studienfächer mit über 25.000 Studierenden: Englisch 48.766. Architektur 40.219. Bauingenieurwesen 57.611. Betriebswirtschaftslehre 243.000. Biologie 54.957. Chemie 43.826. Erziehungswissenschaft 61.853. Germanistik 69.256. Geschichte 34.523. Gesundheitsmanagement 39.823. Informatik 133.765. Internationales Management 50.959. Maschinenbau 100.256. Mathematik 58.593. Medizin 101.712. Physik 50.147. Politikwissenschaft 32.602. Psychologie 100.775. Rechtswissenschaft 119.285. Soziale Arbeit 72.597. Sozialwesen 26.258. Wirtschaftsinformatik 66.722. Wirtschaftsingenieurwesen 103.950. Wirtschaftswissenschaften 89.476.[110]
Die ersten Semester eines Elektrotechnik-Studiums sind durch die Lehrveranstaltungen Grundlagen der Elektrotechnik, Physik und Höhere Mathematik geprägt. In den Lehrveranstaltungen Grundlagen der Elektrotechnik werden die physikalischen Grundlagen der Elektrotechnik vermittelt. Diese Elektrizitätslehre umfasst die Themen:
Weitere Grundlagenfächer sind Elektrische Messtechnik, Digitaltechnik, Elektronik sowie Netzwerk- und Systemtheorie. Aufgrund der Interdisziplinarität und der engen Verflechtung mit der Informatik ist auch Programmierung Teil eines Elektrotechnik-Studiums. Belegen die Programmierung und die Informationstechnik einen großen Anteil im Stundenplan wird das Studium sehr oft Elektro- und Informationstechnik genannt.
In den höheren Semestern des Bachelor- und Masterstudiums können Schwerpunkte gesetzt werden. In manchen Studiengängen sind Vertiefungsfächer aus einem breiten Katalog frei wählbar oder die Vertiefungsrichtung ist wählbar oder bereits festgelegt. Als Vertiefungsfächer bzw. Vertiefungsrichtung finden sich klassisch beispielsweise die Elektrische Energietechnik, Nachrichtentechnik, Elektronik, Automatisierungstechnik und Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR), Antriebstechnik. Neuartige Spezialisierungen sind beispielsweise Elektronische Systeme und Mikroelektronik, Erneuerbare Energien, Technische Gebäudeausrüstung (TGA), Medizintechnik.
Studiengänge die in einer Kombination zweier in der Praxis sehr nahestehenden Vertiefungsrichtungen spezialisieren werden ebenfalls angeboten, wie beispielsweise Energie- und Automatisierungstechnik, Energie- und Antriebstechnik, Nachrichtentechnik und Elektronische Systeme, Medizintechnik und Elektronische Systeme, Energietechnik und Erneuerbare Energien.
Da der Beruf des Elektroingenieurs sehr oft auch interdisziplinäre Kenntnisse erfordert, so müssen, je nach Hochschule, auch Pflicht- und Wahlpflichtfächer wie beispielsweise Werkstoffkunde, Betriebswirtschaftslehre, Englisch, Technische Mechanik, Technisches Zeichnen, Patentrecht, Arbeitsschutz, Arbeitsrecht, Kommunikation bestanden werden.
Der jahrzehntelang von den Hochschulen verliehene akademische Grad Diplom-Ingenieur (Dipl.-Ing. bzw. Dipl.-Ing. (FH)) wurde aufgrund des Bologna-Prozesses durch ein zweistufiges System berufsqualifizierender Studienabschlüsse (typischerweise in der Form von Bachelor und Master) größtenteils ersetzt. Der Bachelor (Bachelor of Engineering oder Bachelor of Science) ist ein erster berufsqualifizierender akademischer Grad, der je nach Prüfungsordnung des jeweiligen Fachbereichs nach einer Studienzeit von 6 bzw. 7 Semestern erworben werden kann. Dieser erste akademische Grad befähigt, den rechtlich geschützten Titel „Ingenieur“ oder „Elektroingenieur“ tragen zu dürfen.[111][112] Nach einer weiteren Studienzeit von 4 bzw. 3 Semestern kann der Master als zweiter akademischer Grad (Master of Engineering oder Master of Science) erlangt werden.
Der Doktoringenieur (Dr.-Ing.) ist der höchste akademische Grad, der im Anschluss an ein abgeschlossenes Masterstudium im Rahmen einer Assistenzpromotion oder in einer Graduate School erreicht werden kann. Die Ingenieur-Ehrendoktorwürde (Dr.-Ing. E. h.) kann von Universitäten für besondere akademische oder wissenschaftliche Verdienste an Akademiker oder Nichtakademiker verliehen werden, beispielsweise 1911 von der Technischen Universität Darmstadt an Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski.
Neben den Hochschulabschlüssen Bachelor, Master und Ph.D, sind in den USA, Kanada, Australien, Hongkong und Niederlande noch das Hochschulstudium Associate Degree mit einer Regelstudienzeit von zwei Jahren anerkannt, wie zum Beispiel im Bereich Elektrotechnik das AET oder der erworbene Titel Electrical Engineering technician (franz. Ingénieur-technicien en électrotechnique). Das Associate-Degree gilt in den gelisteten Ländern als akademischer Grad, ist aber in anderen Ländern, besonders in Europa, meistens nicht als Hochschulabschluss bzw. akademischer Grad anerkannt.
An einigen Hochschulen kann der Bachelor-Studiengang Elektro- und Informationstechnik in sieben Semestern mit anschließendem dreisemestrigem Master-Studiengang Master für Berufliche Bildung studiert werden. Mit diesem Master-Abschluss und nach weiteren 1,5 Jahren Referendariatszeit besteht die Möglichkeit, eine berufliche Tätigkeit als Gewerbelehrer (höherer Dienst) an einer Berufsschule zu finden.
Studien die Elektrotechnik mit einer oder mehreren Fachdisziplinen kombinieren gibt es. Die Studien Maschinenbau-Elektrotechnik, Mechatronik, Robotik, Versorgungstechnik und Wirtschaftsingenieurwesen-Elektrotechnik können hier als klassische Beispiele genannt werden.
Bei der Nutzung von der Elektrotechnik kommt es immer wieder zu Stromunfällen sowohl bei der Nutzung als auch als Arbeitsunfall. 1746 wurde der weltweit erste nicht-tödliche Arbeitsunfall dokumentiert, 1879 der weltweit erste tödliche Arbeitsunfall. Akademische Fachkräfte im Bereich der Elektrotechnik sind von Arbeitsunfällen ebenfalls betroffen, sofern diese sich auf Baustellen oder Industrieanlagen aufhalten, an Schaltvorgängen im Mittel- und Hochspannungsbereich beteiligt sind, einen Dienstwagen nutzen, oder in Laboren oder Versuchsanlagen mit praktischen Anwendungen der Niederspannung oder höheren Spannungen arbeiten. Und das trifft in der Regel bei über 95 % der Arbeitsstellen zu.
Berufe, bei der die Gefahr eines Arbeitsunfalls statistisch sehr niedrig ist: Bürokaufmann, Buchhalter, Sekretärin, Fachwirt im Marketing, Fachleute in der Softwareentwicklung, Anwälte, Ärzte, Krankenschwester, Pfleger, Lehrer, Erzieher, Sozialarbeiter, Kellner, Friseure. Hierbei ist zu beachten, dass bereits ein kleiner Schnitt durch Papier am Finger als Arbeitsunfall bewertet wird.[117] Im Gegensatz zur Elektrotechnik sind dies Berufe, in denen kein Dienstwagen gefahren wird, oder in der Nähe von gefährlichen Gerätschaften, Maschinen, Baustellen oder Industrieanlagen gearbeitet wird.
Im Jahr 2018 gab es in Deutschland 1.163 tödliche Arbeitsunfälle. Elektriker waren hierbei die dritthäufigste Berufsgruppe mit tödlichen Arbeitsunfällen und rangieren sich zwischen Kraftfahrer und Dachdecker:
Die meisten tödlichen Arbeitsunfälle ereigneten sich im Baugewerbe (31,6 %), gefolgt von der Industrie (26,6 %) und dem Handel (15,7 %). Die häufigsten Unfallursachen waren Stürze (33,9 %), Verkehrsunfälle (22,2 %) und Quetschungen/Pressungen (12,7 %). Die meisten tödlichen Arbeitsunfälle ereigneten sich bei Männern (96,3 %). In absoluten Zahlen machten Frauen nur 3,7 % aller tödlichen Arbeitsunfälle aus, dies liegt allerdings auch daran, dass deutlich weniger Frauen in diesen Berufen arbeiten.[118][119] Der Anteil von Frauen im Elektrohandwerk ist in Deutschland sehr gering und laut einer Studie des statistischen Bundesamtes lag der Anteil im Jahr 2018 bei 2,2 % und im Jahr 2022 bei 4,3 %.[120]
DGUV ist eine gesetzliche Unfallversicherungsträgerin, die für die Sicherheit und Gesundheit der Beschäftigten in Deutschland zuständig ist. 2022 hat die DGUV berichtet, dass zwischen 3.500 und 4.000 Stromunfälle laut Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse (BG ETEM) jedes Jahr gemeldet werden, bis zu zehn enden tödlich. Die beruflichen Unfälle passieren zu rund 88 Prozent im Niederspannungsbereich. „Meist ist die Ursache, dass die Beteiligten die Gefahr falsch einschätzen oder gar nicht erst erkennen“, sagt Martin Schmidt, seit 28 Jahren Aufsichtsperson bei der BG ETEM. Und dies unabhängig davon, wie viel berufliche Erfahrung sie im Umgang mit Strom haben. 48,2 % der Opfer von Stromunfällen bringen Berufserfahrung als Elektrofachkraft mit, zum teil mehr als 20 Jahre. 25,9 % der Unfälle von Elektrofachkräften geschahen, weil sie gegen die 5 Sicherheitsregeln verstoßen haben.[121]
In der 2022 erschienenen Statistik vom VDE der Stromunfälle mit Todesfolge in Deutschland kommt diese zu dem Schluss, dass Sicherheit kontinuierlich zugenommen hat, trotz steigender Anwendung in Industrie, Gewerbe und Haushalt. Die VDE unterscheidet hierbei zwischen drei Kategorien: Unfälle im Gewerbe und Industrie, Haushalt und Sonstige. Zu sehen ist ein Rückgang der Stromunfälle in den letzten 45 Jahren von etwa 256 Stromunfälle mit Todesfolge in 1970 auf 36 Stromunfälle mit Todesfolge pro Jahr 2015, dabei nennt die VDE die Stromunfälle mit Todesfolge der letzten Jahre eine Stagnation auf niedriges Niveau. In der Studie zeigt sich der Durchschnitt der letzten 5 Jahre 2011 bis 2015 mit 44,4 Stromunfällen mit Todesfolge pro Jahr in Deutschland.[122][123]
In dieser Studie nicht berücksichtigt sind nicht tödliche Stromunfälle mit leichter oder schwerer Verletzung.
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