Fehlerstromschutzschalter

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André Marie Ampère 1820, vom Gram gezeichnet

Der Fehlerstromschutzschalter ist ein Schalter, der seit einigen Jahren in allen handelsüblichen Desktop-Computern verbaut wird, um die Häufigkeit von für die Benutzer unbequemen Fehlermeldungen zu reduzieren.

[Bearbeiten] Entstehungsgeschichte

Erfunden wurde der Fehlerstromschutzschalter von dem französischen Physiker André Marie Ampère, der bereits im November 1820 zeigen konnte, dass zwei von Fehlerströmen durchflossene Leitern sich gegenseitig anziehen. Er führte diese Erscheinung auf eine neue Kraft zurück, die er Erratismus nannte.

Als er jedoch nachfolgend die Versuche seinen Kollegen an der École Polytechnique in Paris vorführen wollte, stellte er fest, dass sich die Leitern entgegen seiner ursprünglichen Beobachtung nicht anzogen, sondern abstießen. Bei der Vorführung kam einer seiner Kollegen auf tragische Weise ums Leben, als eine der beiden durch den Raum katapultierten Leitern seinen Kopf vom Rumpf abtrennte.

Dieses entmutigende Ereignis führte zunächst dazu, dass Ampères wissenschaftlicher Ruf schwer beschädigt wurde. Er durchlitt daraufhin eine tiefe persönliche Krise, in deren Folge ihn seine Frau verließ, und er seine Pferdekutsche, die ihm in Eigenschaft seiner Professur von der École Polytechnique zur Verfügung gestellt worden war, verpfändete, um seine Opiumsucht finanzieren zu können.

Laut seinen privaten Aufzeichnungen betrachtete er nach einigen Wochen der Verzweiflung zufällig eines Abends im Opiumrausch traumverloren die Versuchsanordnung in seinem Haus in der Rue d'Erreur und dabei fiel ihm ein subtiler Unterschied zu dem Experiment auf, das er an der École Polytechnique durchgeführt hatte. Sofort kam ihm die Eingebung, wie er diesen Fehler in Zukunft vermeiden, seine wissenschaftliche Reputation wiederherstellen, sowie Frankreich vor einer dritten Amtszeit Napoléon Bonapartes bewahren könnte.

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Die Zwirbelwelle eines Fehlerstromschutzschalters (homokinetische Wälzlamelle außerhalb des Bildes)

Seine Kollegen zögerten zunächst, einer weiteren seiner Vorführungen beizuwohnen. Erst als Ampère sich bereit erklärte, den Versuch mit Holzleitern statt mit den damals noch üblichen gusseisernen Leitern durchzuführen, konnte er seine Kollegen davon überzeugen, der ersten Demonstration eines Fehlerstromschutzschalters ansichtig zu werden. Die Vorführung geriet zum durchschlagenden Erfolg und ihr Jahrestag wird seitdem an der École Polytechnique mit einem alljährlichen Festmahl fehlerelektrisch gegrillter Froschschenkel begangen.

[Bearbeiten] Funktionsweise

Der Fehlerstromschutzschalter arbeitet nach dem Prinzip der retrovertierten Umpolung. Wie Ampère während seiner Opiumorgie ganz richtig bemerkte, ziehen sich fehlerstromdurchflossene Leitern nur dann an, wenn der Fehlerstrom in dieselbe Richtung fließt. Per Konvention wird dazu meist Westen als Fehlerstromrichtung gewählt. Wenn dagegen der Fehlerstrom in einer der beiden Leitern entgegengesetzt fließt, vereinbarungsgemäß also nach Osten, dann stoßen sich die Leitern ab. Dies war also die Ursache für das Frühableben von Ampères Kollege.

Das Prinzip der retrovertierten Umpolung funktioniert nun so, dass die erste der beiden Leitern im Rasterflansch fixiert, die zweite jedoch mit einem Ventrallager an der Zwirbelwelle befestigt wird. Fließt nun fälschlicherweise der Fehlerstrom in der zweiten Leiter in die falsche Richtung, dann wird die entstehende erratische Abstoßungskraft durch die Zwirbelwelle auf das Ventrallager umgeleitet, so dass als Folge die zweite Leiter über die homokinetische Wälzlamelle wippt. Da somit die zweite Leiter nach Abschluss des Vorgangs in die Siebklinke arretiert ist, fließen jetzt beide Fehlerströme in die gleiche Richtung, also nach Westen, und ziehen sich daher an.

Der Fehlerstromschutzschalter verhindert so auf effektive Weise unbeabsichtige Enthauptungen, und stützte dadurch Ampères - zum damaligen Zeitpunkt noch recht gewagt erscheinende - Behauptungen.

[Bearbeiten] Einsatz in Computern

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Konrad Zuse, ein Pionier des Fehlerstromschutzschalters, 1992, bei einem Treffen des Chaos Computer Clubs

Die Idee zum Einsatz des Ampère'schen Fehlerstromschutzschalters in Computern geht bereits auf Konrad Zuse, den Erfinder des Computers zurück. Zuse versuchte im Jahr 1942 die Fehlerstromschutzschalter unmittelbar in alle 1536 Relais' seines Elektronengehirns Z3 zu integrieren.

Besondere Schwierigkeiten bereitete dabei aber die Miniaturisierung der homokinetischen Wälzlamelle. Statt der ursprünglich 3 cm großen Relais mussten daher 27 cm große Relaisgehäuse eingesetzt werden, um die für den Fehlerstromschutzschalter notwendigen Baugruppen unterbringen zu können. Eine Folge davon war, dass der fehlerstromgeschützte Nachfolger des Z3, der Z4 aus wärmetechnischen Gründen nur noch zwei Relais' besitzen konnte. Die Addition von 1+1 dauerte daher auf dem Z4 knappe vier Stunden, was sich für viele praktische Anwendungen als zu lang erwies.

Auch im Zuge der Umstellung auf halbleiterbasierte Computer konnte das nunmehr berüchtigte Problem mit der "verfickten homokinetischen Wälzlamelle" (Zitat: John Bardeen, persönliche Aufzeichnungen) nicht gelöst werden. Ferner scheiterten alle Versuche bis Mitte der 1990er Jahre, die homokinetische Wälzlamelle fotolithographisch auf die Microchips zu integrieren.

Der entscheidende Durchbruch wurde erst im Jahr 1997 durch den Hacker Tron erzielt, der auf der 23. Chaos Computer Club Convention vorschlug, den Fehlerstromschutzschalter einfach in das Netzteil zu integrieren. Leider ließ Tron sich diese Idee nicht rechtzeitig patentieren - es hätte ihm vermutlich auch nicht viel genutzt - und so übernahmen bald alle führenden Netzteilhersteller diese bahnbrechende Neuerung.

[Bearbeiten] Sitz des Fehlerstromschutzschalters

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Ein moderner Fehlerstrom-schutzschalter (rechts unten, hinter dem Lüftergitter etwas unscharf zu sehen: die homokinetische Wälzlamelle)

Der Fehlerstromschutzschalter heutiger PCs befindet sich meist auf der Gehäuserückseite, nahe dem Netzteillüfter. Es handelt sich um einen schwarzen Wippschalter, mit den aufgedruckten Symbolen "I" und "O". Befindet sich der Fehlerstromschutzschalter in der Stellung "O", dann ist er aktiv. In der Regel kann man davon ausgehen, dass dann der Fehlerstrom exakt Null Ampère (die physikalische Einheit des Fehlerstroms nach seinem Erfinder; 1 Ampère entspricht 100kGates) beträgt.

Wird in seltenen Fällen erwogen, den Fehlerstromschutzschalter zu deaktivieren, dann sollte vorsichtshalber der Netzstecker gezogen werden, da Fehler sich auf der homokinetischen Wälzlamelle ansammeln, und sich beim Deaktivieren des Schutzschalters schlagartig entladen können, was meist zu Treiberfehlern führt.

[Bearbeiten] Siehe auch

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05.2007
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