Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Triac Datenblatt leseschwierigkeiten


von intelligente Steckleiste (Gast)


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Servus beieinander,

zu meinem Projekt:
ich plane eine Mehrfachsteckdose mit mittels uC einzeln schaltbaren 
Dosen.
(2 Dosen sollen auch für Lampen dimmbar sein, aber das ist ein anderes 
Thema)

nun mache ich mir natürlich Gedanken über die Schaltung. Relais als 
schalter kommen wegen verschleiß eher nicht in Frage. Daher bin ich bei 
Triacs gelandet. Doch leider kenne ich mich mit diesen nicht so gut aus 
und habe keinerlei Ahnung was alles zu beachten ist.

- Als erstes kommt mir natürlich die Frage ob sie sich überhaupt als 
schlichte "Schalter" eignen?
- Dann die Frage, mit wieviel Verlustleistung zu rechnen ist? und das 
sowohl im ein- als auch im aus-zustand?
(im Aus-zustand ist natürlich viel mehr der leckstrom interessant)

Angesteuert hätte ich den Triac, einen TIC226, mittels einem Optokoppler 
MOC3042.
Aus den Datenblättern werde ich bezüglich meiner Fragen nicht schlau, 
daher wäre ich euch ausserst berbunden, wenn ihr mir erklären könntet 
welche Werte nun entscheidend sind und für was genau sie stehen.
Die prinzipielle funktionsweise eines Triac sit mir ja klar, aber die 
bezeichnungen der Werte im Datenblatt klären mich irgendwie trotzdem 
nicht auf.

Ich danke auch schonmal für eure Hilfe.

von Raimund R. (corvuscorax)


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Alles, was im Datenblatt als Kenngrößen angegeben wird, zu erklären wäre 
zu umfangreich. Welche Werte genau sind Dir denn unklar? Wir können uns 
ja dann einen nach dem anderen vornehmen.

Allgemein gibt es aber noch andere Möglichkeiten die 
Leistungsansteuerung zu machen. Zum einen gibt es da die sogenannten 
SSRs (Solid-State Relay). Ihr Vorteil liegt in der einfachen Ansteuerung 
(i.d.R. gilt es nur eine interne LED, also eigenltich auch nichts 
anderes als einen Optokoppler, zum Leuchten zu bringen). Häufig schalten 
diese Module immer nur im Nulldurchgang.
Ob allerdings das schaltende Element ein Triac ist sei dahingestellt. 
Man kann dies auch mit einem Power-MOSFET in einer Gleichrichterbrücke 
realisieren. Das wäre dann übrigens die von mir bevorzugte Variante für 
eine, mit einem µC gesteuerte, Phasenan- bzw. abschnittsteuerung. 
Natürlich ist dann auch noch die Detektion der Nulldurchgänge zur 
Synchronisation zwingend erforderlich.
Beim schlichten Betrieb als Schalter wäre das allerdings etwas overkill.

Bezüglich der Verlustleistung ist diese im 'ausgeschalteten' Zustand 
vernachlässigbar. Lediglich das Schalten unter Last mit endlicher 
Geschwindigkeit sorgt für Verluste und natürlich die '(Peak) On-State 
Voltage' (VTM), die man mit der VCEsat bei Bipolartransistoren 
vergleichen könnte. Bei gegebenem Laststrom und dem entsprechenden 
Spannungsabfall gibt's dann entsprechende Verlustleistung, die es gilt 
an einem Kühlkörper wegzubringen. Beim TIC226 sind es z.B. max. 2,1V für 
VTM. Würde jetzt kontinuierlich ein Strom mit einem Effektivwert von 8A 
fließen, so werden 16,8 Watt in Wärme umgesetzt. Das kann ein 
TO-220-Gehäuse ohne Kühlkörper nicht 'wegbringen' und würde zwangsläufig 
den Hitzetod sterben.

von Jens G. (jensig)


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wenn ich mich nicht täusche, steht sogar im Datenblatt des MOC3042 eine 
Applikation drin mit zusätzlichem Triac. Liese sich eigentlich 1:1 
übernehmen.

von T. H. (pumpkin) Benutzerseite


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von intelligente Steckerleiste (Gast)


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> Alles, was im Datenblatt als Kenngrößen angegeben wird, zu erklären wäre
> zu umfangreich. Welche Werte genau sind Dir denn unklar? Wir können uns
> ja dann einen nach dem anderen vornehmen.
Ich glaube mir wäre schon recht viel geholfen, wenn ich die ganzen 
Indixe  kennen würde. (DRM bei Repetitive peak off-state current, GTM 
bei Peak gate trigger current, TM bei Peak on-state voltage, und TRM bei 
Critical rise of commutation voltage)
Und bei den Diagrammen: was ist Gate Forward Voltage? ist das gate nicht 
uninteressant? oder ist das dann die Zündspannung am gate?


Solid State Relais klingt interessant, aber die Triacmetode gefällt mir 
gerade besser, weils nich teurer is und diskret aufgebaut den selben 
nutzen... (ich will ja was lernen und vielleicht bleibts so noch 
modifizierbar für evtl. später mal umrüsten auf 
phasenabschnittsdimmung...)


Jep, die genau diese analogie zu VCEsat (VTM) habe ich gesucht gehabt, 
ursprünglich. mit 1,6V bzw. max. 2,1V kann ich was anfangen.
Zwar rechne ich im worst case mit nicht mehr als 4A aber schadet ja 
nicht.
Ich danke für die Hilfe!


Ja richtig im Datenblatt vom MOC3042 steht ne schöne Schaltung drin, nur 
erklärt mir die keine Verlustleistungen, Spannungsabfälle etc.
Trotzdem Danke für den Hinweis.


Und wenn  mir noch jemand die Indexe erklären will...
Ich Danke euch!!

PS: Danke für die Links, da hab ich wieder ein paar 
Gute-Nacht-Lektüren...

von Raimund R. (corvuscorax)


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intelligente Steckerleiste schrieb:
>> Alles, was im Datenblatt als Kenngrößen angegeben wird, zu erklären wäre
>> zu umfangreich. Welche Werte genau sind Dir denn unklar? Wir können uns
>> ja dann einen nach dem anderen vornehmen.
> Ich glaube mir wäre schon recht viel geholfen, wenn ich die ganzen
> Indixe  kennen würde. (DRM bei Repetitive peak off-state current, GTM
> bei Peak gate trigger current, TM bei Peak on-state voltage, und TRM bei
> Critical rise of commutation voltage)
> Und bei den Diagrammen: was ist Gate Forward Voltage? ist das gate nicht
> uninteressant? oder ist das dann die Zündspannung am gate?

Da jedes Baby einen Namen braucht, hat man eben mehr oder weniger 
sinnvolle Indizes vergeben. Wenn Du aber mal in den Datenblättern 
nachschaust, wirst Du feststellen, daß alle auch mit einem kurzen Satz 
beschrieben sind. Ein gutes Zeichen dafür, daß jeder Hersteller hier 
ggf. seine eigenen Abkürzungen benutzt. Bei vielen wird es zwar 
identisch sein, aber genormt nach DIN oder ISO so-und-so sind die 
Bezeichnungen aber (noch) nicht.
Wichtig ist also nur, welche technischen Daten die Werte um- bzw. 
beschreiben. Dabei sind die angegebenen 'Test Conditions' u.U. zu 
beachten. Häufig präzisieren diverse Diagramme diese Angaben bei 
unterschiedlichen Bedingungen (z.B. den Verlauf über die Temperatur, 
usw.).

Da Du ja angegeben hattest, daß Dir die Funktion eines Triacs bekannt 
ist, ging ich nicht auf die Beschreibung des Parameters selbst ein - 
oder ist es (auch) das, was Du erklärt haben möchtest?

> Solid State Relais klingt interessant, aber die Triacmetode gefällt mir
> gerade besser, weils nich teurer is und diskret aufgebaut den selben
> nutzen... (ich will ja was lernen und vielleicht bleibts so noch
> modifizierbar für evtl. später mal umrüsten auf
> phasenabschnittsdimmung...)

Um es (später) umrüsten zu können, solltest Du genau überlegen wo Du die 
(dann) universelle 'Schnittstelle' vorsiehst, um es später einfach 
'pimpen' zu können. :)

Was ich noch loswerden wollte:
Viele Ansteuerschaltungen pulsen (mit mehreren Kilohertz) die Gates der 
Triacs zum Zünden anstatt nur eine simple Gleichspannung anzulegen. Das 
ist energetisch günstiger. Die Hai-Tech-Steuerungen :) überwachen sogar, 
ob der Triac/Thyristor gezündet hat und stellen dann auch sofort die 
Gatesteuerung ein. Er bleibt ja dann leitend bis der Haltestrom 
unterschritten wird.
Apropos Haltestrom - dies ist genau der Grund, warum ich gern 
Power-MOSFETs in einer Gleichrichterbrücke einsetze. Hier hat man die 
volle Kontrolle, auch wenn die Last sehr klein ist (wie z.B. bei 
Glimmlampen) und möglicherweise nicht einmal der Haltestrom erreicht 
wird.

von intelligente Steckleiste (Gast)


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>>> Alles, was im Datenblatt als Kenngrößen angegeben wird, zu erklären wäre
>>> zu umfangreich. Welche Werte genau sind Dir denn unklar? Wir können uns
>>> ja dann einen nach dem anderen vornehmen.
>> Ich glaube mir wäre schon recht viel geholfen, wenn ich die ganzen
>> Indixe  kennen würde. (DRM bei Repetitive peak off-state current, GTM
>> bei Peak gate trigger current, TM bei Peak on-state voltage, und TRM bei
>> Critical rise of commutation voltage)
>> Und bei den Diagrammen: was ist Gate Forward Voltage? ist das gate nicht
>> uninteressant? oder ist das dann die Zündspannung am gate?
>
> Da jedes Baby einen Namen braucht, hat man eben mehr oder weniger
> sinnvolle Indizes vergeben. Wenn Du aber mal in den Datenblättern
> nachschaust, wirst Du feststellen, daß alle auch mit einem kurzen Satz
> beschrieben sind. Ein gutes Zeichen dafür, daß jeder Hersteller hier
> ggf. seine eigenen Abkürzungen benutzt. Bei vielen wird es zwar
> identisch sein, aber genormt nach DIN oder ISO so-und-so sind die
> Bezeichnungen aber (noch) nicht.
> Wichtig ist also nur, welche technischen Daten die Werte um- bzw.
> beschreiben. Dabei sind die angegebenen 'Test Conditions' u.U. zu
> beachten. Häufig präzisieren diverse Diagramme diese Angaben bei
> unterschiedlichen Bedingungen (z.B. den Verlauf über die Temperatur,
> usw.).
>
> Da Du ja angegeben hattest, daß Dir die Funktion eines Triacs bekannt
> ist, ging ich nicht auf die Beschreibung des Parameters selbst ein -
> oder ist es (auch) das, was Du erklärt haben möchtest?

Oh ich glaube hier ist mir die Beschreibung des Parameters nicht genug, 
um herauszufinden was er mir angibt und was der Index zu bedeuten hat. 
Mein Verständnis beschränkt sich eher auf "Wikipedia-wissen", nicht 
gerade tiefgreifend.
Und Google will mir auch nicht die richtigen antworten geben.
Ich wäre hier also doch noch sehr sehr dankbar um die grobe 
Beschreibung, oder evtl. Vergleiche mit Bipolar-transitoren etc. 
dankbar.
Denn z.B. Latching current will mir einfach nicht verraten was es 
bedeutet.

>> Solid State Relais klingt interessant, aber die Triacmetode gefällt mir
>> gerade besser, weils nich teurer is und diskret aufgebaut den selben
>> nutzen... (ich will ja was lernen und vielleicht bleibts so noch
>> modifizierbar für evtl. später mal umrüsten auf
>> phasenabschnittsdimmung...)
>
> Um es (später) umrüsten zu können, solltest Du genau überlegen wo Du die
> (dann) universelle 'Schnittstelle' vorsiehst, um es später einfach
> 'pimpen' zu können. :)

Hier hätte ich ganz simpel den Optokoppler gegen einen ohne 
Nullpunktserkennung ausgetauscht und käme so recht einfach mit einem 
kleinen Software-upgrade zu meinem pimp

> Was ich noch loswerden wollte:
> ...
> Apropos Haltestrom - dies ist genau der Grund, warum ich gern
> Power-MOSFETs in einer Gleichrichterbrücke einsetze. Hier hat man die
> volle Kontrolle, auch wenn die Last sehr klein ist (wie z.B. bei
> Glimmlampen) und möglicherweise nicht einmal der Haltestrom erreicht
> wird.

Hmm du machst mich auf diese Methode heiß! ich hab mal durchgerechnet 
und bin darauf gekommen, dass bei entsprechender Auswahl an 
Gleichrichter und FET abenfalls ein recht geringer Spannungsabfall 
(Verlustleistung) erreicht werden können. Ich möchte mir nämlich 
keineswegs Gedanken über eine ineffiziente Steckerleiste gedenken machen 
müssen. D.h. 1% Verlust von 220V sind das äußerste meiner Gefühle und 
das lässt sich mit dieser Methode ja durchaus erreichen.
Lediglich der Preis ist geringfügig bis deutlich höher.
Darf ich bei der Gelegenheit mal fragen welche Bauelemente du hier so 
einsetzt/empfehlen kannst?

von Raimund R. (corvuscorax)


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Oje-oje. Als hätt' ischs net geahnt.

Aber gut, dann lass uns mal beginnen:

- Repetitive state-off current, ist der Strom, der im ausgeschalteten 
Zustand des Triacs max. fließen würde. Im Datenblatt (kurz DB) zum 
TIC226 von Power Innovations ist er z.B. mit ±2mA bei 110°C 
Gehäusetemperatur, 0A Gatestrom und der nominellen Betriebsspannung, 
z.B. beim M-Typ mit 600V, angegeben.

- Peak gate trigger current, ist der Strom, der ins Gate hinein- oder 
herausfließen kann (also das was die Gate-Treiberschaltung aufzubringen 
in der Lage sein sollte). Dieser Wert ist stark vom Quadranten abhängig 
in dem der Triac betrieben wird, d.h. wie gerade die Polung der Spannung 
über dem Triac ist und ob die Gate-Spannung gegenüber A1 (aka MT1) pos. 
oder neg. ist.

- Peak on-state voltage (VTM), ist die Spannung, die bei gegebenen Strom 
über den Triac abfällt, wenn er durchgesteuert ist. Im Prinzip 
vergleichbar mit Vcesat bei Bipolar-Transitoren (hatte ich zwar schon in 
einem vorherigen Post erwähnt, aber der Vollständigkeit halber hier 
nochmal).


Oooops, wir haben ja schon 17:00 Uhr. Sorry, da ich leider einen Termin 
wahrzunehmen habe, würde ich die Beantwortung der restlichen Punkte auf 
Morgen verschieben - ich das ist okay?!

Also, tschau mit au.

von Natürlich (Gast)


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Sorry, aber ist das nicht wie mit Kanonen auf Spatzen schießen?

>ich plane eine Mehrfachsteckdose mit mittels uC einzeln schaltbaren
>Dosen.

Triacs sind doch für sowas gemacht.

>- Als erstes kommt mir natürlich die Frage ob sie sich überhaupt als
>schlichte "Schalter" eignen?

Ja. Warum sollten sie denn nicht?

- Dann die Frage, mit wieviel Verlustleistung zu rechnen ist? und das
sowohl im ein- als auch im aus-zustand?

Natürlich ist das Datenblatt zu beachten was die Maximalleistung angeht. 
Aber die Verlustleistung (=Wärmeentwicklung) ist im Normalfall minimal. 
Ich schalte bei mir im Garten vier 500Watt Baustrahler; die Triacs 
werden dabei noch nicht mal handwarm. Da erhöhten Schaltungsaufwand zu 
treiben nur "weil man es kann" ist Unsinnig.

von Raimund R. (corvuscorax)


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So, bin wieder online.
Ein paar Antworten stehen ja noch aus.

- Critical rate of rise of off-state voltage, gibt die maximale 
Geschwindigkeit an, mit der die Spannung am Triac (also über A1 & A2, 
aka MT1 & MT2) im nichtleitenden Zustand, sich ändern darf, ohne das der 
Triac sich selbst triggert und damit leitend werden würde. Dies ist 
interessant für z.B. Spikes auf der Netzzuleitung, die dann ggf. durch 
LC-Tiefpässe und Snubber gefiltert werden sollten, um ein zuverlässiges 
Arbeiten zu gewährleisten.

- Critical rise of cummutating voltage, ist die max. 
Spannungsgeschwindigkeitsänderung die den Triac noch nicht zündet, wenn 
induktive Lasten geschaltet werden, weil der Strom und die Spannung 
nicht in Phase sind und beim Stromnulldurchgang noch eine Spannung 
vorhanden ist. Sollte diese Spannung dann über A1 & A2 (aka MT1 & MT2) 
zu schnell ansteigen, kann es dazu führen, das der Triac sich selbst 
wieder in den leitenden Zustand versetzt.

- Latching current, ist der Strom, der fließen muß (d.h. durch A1-A2 
bzw. MT1-MT2), damit der Triac leitend bleibt, wenn der Gatestrom 
weggenommen, d.h. auf Null reduziert wurde.

Ich denke jetzt haben wirs's aber, oder fehlt noch was?

Um nochmal auf das von "Natürlich" gesagte einzugehen, kann ich nur 
folgendes sagen:
Es ist schon richtig, daß Triacs einen guten 'Schalter' für 
netzspannungsführende Geräte sind, aber sie haben ihre speziellen Vor- 
und Nachteile. Die Vorteile sind offensichtlich ihre simple Beschaltung 
und die gute Potentialtrennung mit Optokopplern zur Steuerschaltung. 
Bezüglich der dv/dt-Parameter ist häufig eine gute Entstörung der 
Netzwechselspannung nötig und mit kleinen Lasten (also z.B. alles was im 
einstelligen bzw. unteren zweistelligen Watt- bzw. Voltamperebereich 
liegt, taugen sie überhaupt nicht.

Wer nur rein ohmsche Lasten im Hundertwattbereich damit schalten will, 
wird tatsächlich kaum etwas kostengünstigeres im Solid-State-Bereich 
finden. Kostengünstigere Relais mit ihren beweglichen Teilen zählen hier 
ja nicht dazu.

Mit der Power-MOSFET-in-der-Gleichrichterbrücke-Methode kann ich immer 
und unter (fast) allen Umständen dann schalten, wann ich es für richtig 
halte oder die Aufgabe es erfordert. In Verbindung mit einem µC ist es 
eine reine Softwaregeschichte eine Impulspaketsteuerung, Phasenan- oder 
abschnittsdimmung, etc., etc, p.p. zu machen. Die 
Nulldurchgangsdetektierung zur Netzsynchronisierung ist auch relativ 
einfach hinzubekommen.
Die (Wärme-)Verluste bei dieser Art der Ansteuerung halten sich 
ebenfalls in Grenzen. Zum einen sind immer 2 Dioden vom 
Brückengleichrichter leitend und verursachen so mind. 1,4V oder mehr 
(u.a. stromabhängig, d.h. Datenblatt zum Gleichrichter konsultieren) an 
Spannungsabfall. Hinzu kommt dann noch der Abfall über den leitenden 
MOSFET, was sich bei geschickter Auswahl und max. angepeiltem Strom auch 
bei vielleicht 1...2V einpendelt. Die benötigten Hochvolt-MOSFETs haben 
ja leider selten einen Rdson im unteren, d.h. ein- bis max. 
zweistelligen, Milliohm-Bereich. Im Endeffekt halten sich also die 
Verluste bei beiden Methoden mehr oder weniger die Waage.

von intelligente Steckerleiste (Gast)


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Danke Danke! vorallem an  Raimund Rabe ein dickes Danke!!!
jetz kann ich endlich auch mit Triacs umgehen. Naja , zumindes verstehe 
ich jetzt was im Datenblatt Sache ist. Ich Danke dir vielmals!

Leider hat mich deine Idee mit dem FET wieder etwas von meinem Ziel 
entfernt, denn das klingt mir fast noch schöner/pimpbarer als die 
Triac-Schaltung.
Lediglich bin ich jetzt auf eine Schaltung im Forum gestoßen, bei der 2 
FETs die in Reihe geschaltet werden, wobei die beiden Sourcen und die 
beiden Gates zusammengeschaltet werden. Siehe link.
Beitrag "Re: Dimmer mit FET realisieren"

Was ist nun besser? die Gleichrichter-Methode oder die mit 2 FETs?
mir persönlich taugt ja schon die mit den FETs besser, da ich hier 
(glaube ich) weniger Verluste habe.
Was meint ihr?

von Raimund R. (corvuscorax)


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Aaaaalso 'intelligente Steckerleiste', ich habe über's Wochenende 
nochmal meine alten Unterlagen ausgebuddelt und nachgesehen. Ich hatte 
damals doch tatsächlich BU508 (also die üblichen 
Zeilentrafo-Schalttransistoren) genommen und nicht einen MOSFET als 
Schaltelement in der Diodenbrücke. War damals wohl zumindest günstiger 
als die ersten Hochvolt-MOSFETs. :-)
Allerdings konnte ich keine Notiz mehr finden, warum ich nicht die 
Antiserienschaltung von MOSFTEs gewählt hatte. Meine Vermutung ist, daß 
es unter dem Gesichtspunkt der Erhältlichkeit und auch des Preises 
geschah - dies hat sich ja mittlerweile mindestens egalisiert bzw. zu 
Gunsten der MOSFETs entwickelt. Aber das sind ja genau die Punkte die 
sich jeder Entwickler beim Design stellen muß: Availability (of 
components), (low) sales price, reliability, size, (power) economy, ... 
(die Auflistungsreihenfolge spiegelt übrigens nicht die Wertigkeit 
wieder)

Mein Credo ist eigentlich zu sagen, daß es kein 'besser' gibt, sondern 
nur ein 'gut' bis 'sehr gut' für den angestrebten Anwendungsfall. Die 
eierlegende Wollmilchsau, die unter allen Umständes alles besser kann, 
existiert meines Erachtens nicht. Es gibt keinen Vorteil, den man nicht 
irgendwo anders mit einem Nachteil erkaufen müßte. Darum gilt es 
abzuwägen, was man eigentlich erreichen will und welchen Aufwand man 
treiben möchte/darf.

von oszi40 (Gast)


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Was ich noch nicht so genau gelesen habe: welche Last soll den hier 
überhaupt geschaltet werden ? Ein paar Elkos als Verbraucher könnten 
duchaus mit ihrem Einschaltstrom manchen Halbleiter schnell zum Raucher 
machen...

von Ronny H. (ronson)


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Um nochmal auf das Datenblatt zurückzukommen. Wieviel Watt müssen die 
330 und 360 Ohm denn Vertragen?
in der annahme das beide etwa gleich sind fallen über jeden ca. +-110V 
ab. Bei 220 V/690 Ohm ca 0.3 Ampere macht das ca 110V * 0.3A ca 40Watt 
(tolle Handwärmer wären das!?) Oder was sehe ich da falsch?

von Ronny H. (ronson)


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Ich weis zwar nicht genau wieviel Ohm nen triac im durchgeschaltetten 
Zustand hat aber meine Annahme mit 40Watt ist daneben. Aus den einfachen 
Grunde heraus das sich der Gesamtstrom bezogen auf den Spannungsabfall 
der parallelen Triacs hauptsächlich auf den Zweiten Triac verteilt.
In der neuen Annahme das es blos 10 Ohm(wahrscheinlich viel weniger) 
sind und ein 1000Watt Verbraucher drannhängt ist die Leistung über den 
MOC Strang dennoch blos 2 Watt, verteilt auf 2 Widerstände und den MOC! 
Der 1000Watt Halogenstab kommt dabei zwar blos auf 690Watt aber is schon 
recht so,

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