Sicherheitsregeln im Elektronik-Unterricht: 10 Regeln, Checkliste

Für Sicherheitsregeln im Elektronik-Unterricht brauchst du zuerst ein realistisches Bild: Arduino-, ESP32- und Raspberry-Pi-Pico-Projekte, die mit 5 V oder 3,3 V über den USB-Anschluss eines Computers versorgt werden, sind in der Regel risikoarm, denn diese Spannungen treiben durch trockene Haut keinen spürbaren Strom. Die eigentlichen Risiken liegen woanders: Kabel und Bauteile, die bei einem Kurzschluss heiß werden, Lithium-Akkus (18650, LiPo), die heiße Spitze und der Rauch beim Löten, wegspringende Beinchen und Kleinteile sowie die Netzspannung (230 V). Der Kern dieses Artikels passt in einen Satz: In Schülerprojekten gibt es keine Netzspannung; alle anderen Risiken beherrschst du mit wenigen klaren Regeln, einer Checkliste und Gewohnheiten, die in jeder Stunde wiederholt werden. Unten findest du eine Liste mit 10 Regeln für den Aushang im Klassenraum und eine Checkliste für die Lehrkraft vor und nach der Stunde.

Beim Einrichten eines Schullabors haben wir der Sicherheit einen kurzen Abschnitt gewidmet: Der Artikel Arduino-Labor in der Schule behandelt die 5-V-Grenze, die Lagerung von Akkus und einen Aushang mit 8 Regeln für die Tür. Dieser Artikel setzt dort an und nimmt jedes Risiko einzeln auseinander: wie es entsteht und woran man es zuerst erkennt, wie du jede Regel begründest, Regeln für Lithium-Akkus und den Lötplatz, die Reihenfolge beim Anschließen einer externen Versorgung für Motoren, die Netzspannungsgrenze, Checklisten vor und nach der Stunde und was bei einem Zwischenfall zu tun ist. Das Aufräumen am Stundenende in einer großen Klasse steht im Artikel Arduino-Unterricht in großen Klassen; hier wiederholen wir es nicht.

Das eigentliche Risiko ist nicht die Spannung: Wärme, Energie und Eile

Schülerinnen, Schüler und Eltern fragen oft: "Kann man da einen Schlag bekommen?" Bei 5 V lautet die Antwort nein, aber harmlos ist eine Schaltung deshalb nicht. Schaden entsteht meist durch Wärme, und die Wärme hängt vom Strom ab, nicht von der Spannung. Verbindet ein Jumperkabel 5V direkt mit GND, ist der Widerstand im Weg nahezu null und die Quelle liefert so viel Strom, wie sie kann. Der USB-Anschluss des Computers und die rückstellende 500-mA-Sicherung auf dem Arduino Uno begrenzen diesen Strom, deshalb endet ein Kurzschluss an USB meist damit, dass der Port abschaltet. Macht man denselben Fehler mit einer 18650-Zelle, sieht es anders aus: Lithiumzellen liefern in einen Kurzschluss Dutzende Ampere, ein dünnes Kabel wird in Sekunden heiß und die Isolierung schmilzt. Im Unterricht wächst das Risiko also mit der Größe der Stromquelle: USB, dann AA-Batteriehalter, dann Labornetzteil, dann Lithium-Akku und zuletzt das Stromnetz. Richte die Strenge deiner Regeln nach dieser Reihenfolge aus.

10 Sicherheitsregeln für den Aushang im Klassenraum

Regeln sollten kurz, als Anweisung formuliert und mit dem Auge überprüfbar sein: "Sei vorsichtig" ist keine Regel, "Zieh vor dem Umstecken das USB-Kabel ab" schon. Drucke die 10 Regeln unten in großer Schrift auf ein A3-Blatt und hänge sie neben das Lehrerpult. Lies die Regeln in der ersten Stunde der Reihe nach vor, begründe jede mit dem einen Satz aus der nächsten Tabelle und lass die Schülerinnen und Schüler je eine Regel in eigenen Worten erklären. Der Laboraushang drehte sich um Kisten und Tische; diese Liste dreht sich um die Entscheidungen direkt an der Schaltung. Du kannst beide nebeneinander aufhängen.

1. Beim Einstecken, Abziehen oder Umstecken eines Kabels ist das USB-Kabel des Boards abgezogen.
2. Verfolge vor dem Einschalten die Leitungen 5V, 3V3 und GND mit dem Finger; deine Partnerin oder dein Partner prüft ebenfalls.
3. Schließe jede LED mit einem Widerstand an; betreibe nie einen Motor, eine Relaisspule oder einen Lautsprecher direkt an einem Arduino-Pin.
4. Wird etwas heiß, riecht, zischt oder raucht, zieh das USB-Kabel, tritt zurück und heb die Hand.
5. Batterien, Netzteile und Labornetzteile nur mit Erlaubnis der Lehrkraft; trag nie eine nackte Lithiumzelle mit dir.
6. Schließe nichts, was an der Steckdose hängt, an deine Schaltung an: In diesem Raum gibt es keine 230 V.
7. Der Lötkolben wird nur am Lötplatz, mit Schutzbrille und im Beisein der Lehrkraft benutzt; ist er nicht in deiner Hand, liegt er in der Ablage.
8. Trag beim Abknipsen von Beinchen eine Schutzbrille, halt das abgeknipste Ende fest und wirf es in den Müll.
9. Richte nie einen Laser oder eine helle LED auf die Augen anderer; kein Essen und Trinken an den Tischen.
10. Behalte kein defektes, heißes oder aufgeblähtes Teil und versuch nicht, es zu reparieren; gib es der Lehrkraft.

Die Begründung jeder Regel in einem Satz

Eine Regel ohne Begründung ist beim ersten langweiligen Moment vergessen. Die Sätze in der Tabelle sind für 10- bis 15-Jährige geschrieben; mit älteren Lernenden kannst du auch über die Zahlen dahinter sprechen. Die kurzen Vorführungen in der dritten Spalte machst du selbst, die Klasse schaut zu; keine davon birgt einen echten Kurzschluss oder eine echte Verbrennungsgefahr.

Regeln für Lithium-Akkus: 18650, LiPo und TP4056

Lithium-Akkus speichern mehr Energie als alles andere im Raum. Eine 18650-Zelle hat voll geladen 4,2 V, nominal 3,6–3,7 V und meist 2000–3500 mAh; LiPo-Akkus nutzen dieselbe Chemie in einer weichen Folie und sind deshalb empfindlicher gegen Quetschen und Durchstechen. Das Problem ist nicht die Kapazität, sondern wie schnell diese Energie frei werden kann: Kurzschluss, Überladung, Tiefentladung oder mechanische Beschädigung können in der Zelle eine sich selbst verstärkende Erwärmung auslösen. Deshalb kommen Lithium-Akkus in den ersten Stunden gar nicht auf die Tische; wenn es einen echten Bedarf gibt, etwa ein akkubetriebenes ESP32-Projekt, gibt die Lehrkraft sie aus und zählt sie am Ende wieder ein. Den Anschluss des TP4056-Moduls und seine Version mit Schutzschaltung haben wir im Artikel TP4056-Lademodul erklärt, die Möglichkeiten der Akkuversorgung im Artikel Arduino mit Batterie betreiben.

• Aufgeblähte Akkus nie benutzen: Ein LiPo mit aufgeblähter Folie oder eine 18650, die gequetscht, eingedrückt oder an der Hülle eingerissen ist, wird sofort aussortiert. Nicht anstechen, nicht biegen, nicht flachdrücken; in einen nicht brennbaren Behälter legen (zum Beispiel eine Metalldose mit Sand), fern von Brennbarem aufbewahren und an einer Batteriesammelstelle abgeben.
• Laden unter Aufsicht: Mit dem TP4056 wird nur am Lehrerpult geladen, auf einer nicht brennbaren Unterlage und solange jemand im Raum ist. Leert sich der Raum, wird das Ladekabel gezogen; kein Akku bleibt über Nacht oder übers Wochenende am Ladegerät.
• Das richtige Modul: Verwende das TP4056-Modul mit Schutzschaltung und Ausgangsklemmen (OUT+ und OUT−); die Version mit nur B+ und B− schützt weder vor Tiefentladung noch vor einem Kurzschluss am Ausgang. Das Modul lädt meist mit 1 A, was für einen kleinen LiPo zu viel sein kann; prüfe den Ladestrom auf dem Etikett des Akkus.
• Polung und Kurzschluss: Prüfe + und −, bevor die Zelle in den Halter kommt; eine verpolte Zelle erhitzt das Modul sofort. Trag eine nackte Zelle nie in der Hosentasche, in der Tasche oder in einer Kiste mit Metallteilen; klebe offene Pole ab.
• Lagerung: Lithium-Akkus, die länger nicht gebraucht werden, lagern etwa halb geladen (rund 3,7–3,8 V pro Zelle), kühl und trocken, in einer geschlossenen, nicht brennbaren Box und so, dass sich die Pole nicht berühren.
• Temperatur: Akkus nicht auf der sonnigen Fensterbank, auf der Heizung oder im heißen Auto liegen lassen; unter 0 °C nicht laden.
• Knopfzellen: Knopfzellen wie die CR2032 speichern wenig Energie; ihr Hauptrisiko ist, dass kleine Kinder sie verschlucken. Bewahre sie gezählt und in der Verpackung auf und sag der Klasse, dass sie nicht mit nach Hause gehen.

Regeln für den Lötplatz

Steckbrettprojekte im ersten Halbjahr brauchen keine Lötarbeiten; gelötet wird meist erst bei Modulen mit unverlöteten Stiftleisten, dauerhaften Schaltungen und in der AG. Für bleifreies Lot wird die Lötspitze typischerweise auf 330–370 °C eingestellt, und sie bleibt nach dem Ausschalten noch mehrere Minuten heiß. Der sichtbare Rauch beim Löten stammt größtenteils vom Flussmittel im Lötdraht; er kann Augen und Atemwege reizen, daher ist Lüftung immer nötig. Verwende in der Schule bleifreies Lot: So entfällt der Kontakt mit Blei. Die Hände werden trotzdem gewaschen, weil Flussmittelreste an den Fingern bleiben. Die Technik Schritt für Schritt findest du im Artikel Löten lernen; hier geht es nur um die Regeln am Lötplatz.

• Ort: Der Lötplatz steht nahe am Fenster oder an einer Lötrauchabsaugung, abseits der Laufwege und auf einer nicht brennbaren Unterlage. Das Kabel des Lötkolbens hängt nicht über die Tischkante.
• Personenzahl: Pro Lötplatz lötet eine Person, eine zweite schaut zu. Die Lehrkraft steht so, dass sie alle Plätze gleichzeitig sieht; für das erste Jahr reichen zwei Lötplätze.
• Ablage: Ist der Kolben nicht in der Hand, liegt er in der Ablage; er wird nie auf den Tisch gelegt oder am Kabel gezogen. Einen fallenden Lötkolben fängt man nicht auf, man lässt ihn fallen.
• Brille und Kleidung: Lot und abgeknipste Beinchen können spritzen oder wegfliegen; Schutzbrille auf, lange Haare zusammenbinden, weite Ärmel hochkrempeln.
• Dämpfe: Das Gesicht bleibt aus der Rauchfahne; ohne Absaugung oder offenes Fenster wird nicht gelötet.
• Bauteil halten: Das Bauteil wird mit einer dritten Hand, einem kleinen Schraubstock oder Klebeband gehalten, nie mit den Fingern; eine frische Lötstelle wird einige Sekunden nicht berührt.
• Abschluss: Am Stundenende wird der Kolben ausgeschaltet, ausgesteckt und bleibt in der Ablage, bis er kalt ist; danach werden die Hände gewaschen.

Motoren und externe Versorgung: kein Motor am Pin

Laut Datenblatt des Mikrocontrollers auf dem Arduino Uno verträgt ein Pin höchstens 40 mA; im Dauerbetrieb solltest du unter 20 mA bleiben, und auch der Gesamtstrom des Boards ist begrenzt. Das reicht für eine LED und ist viel zu wenig für einen Motor: Ein kleiner Gleichstrommotor zieht im Lauf einige hundert Milliampere und unter Last mehr, und seine Spule erzeugt beim Anlaufen und Stoppen eine Gegenspannung. Ein Motor direkt am Pin kann den Pin dauerhaft beschädigen, das Board neu starten lassen oder den USB-Port abschalten. Richtig ist: Der Pin gibt nur den Befehl, den Strom tragen ein Treiber (Transistor, MOSFET, L298N, L9110S, ULN2003) und eine eigene Stromversorgung. Die Pins von ESP32 und Raspberry Pi Pico arbeiten mit 3,3 V, und auch diese Boards treiben Motoren nicht direkt.

1. Beginne stromlos: USB abgezogen, Batteriehalter ausgeschaltet oder leer.
2. Wähle die Versorgung passend zur Last: 5–6 V für einen SG90, 6–9 V für einen TT-Motor mit L298N. Bei einem einstellbaren Labornetzteil zuerst die Spannung einstellen, mit einer niedrigen Strombegrenzung beginnen (zum Beispiel 0,5 A) und sie bei Bedarf schrittweise erhöhen.
3. Führe das Plus der Motorversorgung nur zum Treiber und zum Motor, nie an den 5V-Pin des Arduino.
4. Verbinde das GND der Versorgung mit dem GND des Arduino: Ohne gemeinsames GND kann der Treiber das Signal des Arduino nicht richtig lesen.
5. Vergleiche die Verdrahtung mit dem Schaltplan; die Polung (rot +, schwarz −) prüft auch dein Partner oder deine Partnerin.
6. Versorge zuerst den Arduino über USB und lade den Code hoch, dann schalte die Motorversorgung ein. Ausschalten in umgekehrter Reihenfolge: erst die Motorversorgung, dann USB.
7. Halte in den ersten 30 Sekunden den Handrücken in die Nähe von Treiber und Motor, ohne sie zu berühren; spürst du Wärme, trenne den Strom und prüfe die Verdrahtung erneut.

Wie man einen Treiber auswählt, erklären die Artikel Gleichstrommotor mit L298N steuern und MOSFET am Arduino. Wie lange ein Batteriehalter einen Motor antreibt, kannst du mit dem Artikel was bedeutet mAh ausrechnen. Ein Labornetzteil ist im ersten Jahr nicht zwingend; ein Halter mit 4 × AA-Alkalibatterien reicht für kleine Motoren und Servos und liefert in einen Kurzschluss weniger Strom als eine Lithiumzelle. Wenn du ein einstellbares Netzteil anschaffst, erkläre die Strombegrenzung am ersten Tag: Eine richtig eingestellte Strombegrenzung stoppt einen Kurzschluss, bevor es verbrannt riecht.

Netzspannung: Warum 230-V-Projekte nicht in den Unterricht gehören

In Deutschland, Österreich, der Schweiz und dem größten Teil Europas liefert die Steckdose 230 V Wechselspannung. Diese Spannung kann einen gefährlichen Strom durch den Körper treiben, und ein Verdrahtungsfehler kann einen Brand auslösen. In Hobbyprojekten berührt man das Netz meist auf zwei Wegen: über Relaismodule und über kleine AC-DC-Wandlermodule, die aus Netzspannung 5 V machen. Bei günstigen Relaismodulen besteht die Netzseite aus offenen Schraubklemmen und blanken Lötstellen unter der Platine; an einem vollen Steckbretttisch berührt ein Finger oder ein Jumperkabel sie leicht. Wie ein Relaismodul funktioniert und warum seine Netzseite besondere Vorsicht verlangt, steht im Artikel was ist ein Relaismodul. AC-DC-Wandler wie der HLK-PM01 gehören in dieselbe Gruppe: Sie haben auf einem Schülerarbeitsplatz nichts zu suchen.

Auch in BlueGrays gibt es fortgeschrittene Projekte, die eine 220V-Glühbirne per Taster oder Fernbedienung schalten. Im Unterricht baust du sie mit demselben Code, aber mit Kleinspannung: Das Relais schaltet eine LED mit Widerstand oder eine kleine Lampe bzw. einen Lüfter an einer eigenen 5–12-V-Versorgung. Die Klasse lernt das Klicken des Relais, wie seine Kontakte öffnen und schließen, und die Logik des Codes genauso; den Teil mit Netzspannung erklärst nur du, an einem geschlossenen, fertigen Gerät. Will jemand zu Hause ein Projekt am Stromnetz bauen, lautet deine Antwort "nur unter Aufsicht einer Elektrofachkraft", nicht "probieren wir es einmal in der Stunde".

Checkliste für die Lehrkraft: vor und nach der Stunde

Kopiere die beiden Listen unten, drucke sie aus und bewahre sie in einem Ordner am Lehrerpult auf. Die Liste vor der Stunde dauert etwa 5 Minuten, die Liste danach 3–4 Minuten. In einer großen Klasse kannst du Zählen und Aufräumen an Schülerrollen abgeben, aber die Punkte zu Stromversorgung, Akkus, Lötkolben und Wärme hakst du selbst ab. Kannst du einen Punkt nicht abhaken, verschiebe diesen Teil der Stunde: Funktioniert die Absaugung nicht, ist das Verschieben des Lötens auf die nächste Stunde keine Planänderung, sondern die Regel in Aktion.

• Vor der Stunde: Regelaushang, Erste-Hilfe-Kasten, Feuerlöscher und die Telefonnummer der zuständigen Person sind sichtbar.
• Vor der Stunde: Die heutige Stromquelle steht fest: nur USB, Batteriehalter oder Labornetzteil? Werden Batterien gebraucht, sind sie gezählt und in ihrer Box.
• Vor der Stunde: Die Akkubox ist geschlossen und verschlossen; kein Akku wurde am Ladegerät vergessen.
• Vor der Stunde: Keine Getränke auf den Tischen; Steckdosenleisten ausgeschaltet, Kabel nicht in den Laufwegen.
• Vor der Stunde: Schutzbrillen gezählt und auf den Tischen; wird ein Laser benutzt, hängt das Ziel an der Wand.
• Vor der Stunde: Wird gelötet, läuft die Absaugung oder das Fenster ist offen; Ablagen, Reinigungsschwämme und bleifreies Lot liegen bereit.
• Vor der Stunde: Werden Motoren oder externe Versorgung benutzt, liegen Batteriehalter oder Netzteil am Lehrerpult und die Strombegrenzung ist eingestellt.
• Vor der Stunde: Du hast den Schaltplan des heutigen Projekts und die typischen Stolperstellen einmal durchgesehen; die rot beschriftete Defekt-Kiste ist leer und an ihrem Platz.

• Nach der Stunde: Alle USB-Kabel abgezogen; Batteriehalter ausgeschaltet und Batterien entnommen.
• Nach der Stunde: Der Lötkolben ist aus, ausgesteckt und liegt bis zum Abkühlen in der Ablage; niemand nimmt ihn.
• Nach der Stunde: Lithium-Akkus gezählt und zurück in der verschlossenen Box; fehlt etwas, wird gesucht, bevor die Klasse geht.
• Nach der Stunde: Heiße, aufgeblähte oder defekte Teile liegen in der Defekt-Kiste und stehen im Vorfallbuch.
• Nach der Stunde: Tische und Boden sind frei von abgeknipsten Beinchen und Kleinteilen.
• Nach der Stunde: Steckdosenleisten ausgeschaltet; Absaugung aus oder Fenster geschlossen.
• Nach der Stunde: Gab es einen Vorfall, wurde er nach dem Verfahren deiner Schule gemeldet und notiert.

Wenn etwas passiert: heißes Bauteil, Rauch, Verbrennung

Die meisten Vorfälle im Fachraum sind klein: Ein Spannungsregler wird heiß, eine LED geht kaputt, jemand berührt die Lötspitze. Damit ein kleiner Vorfall klein bleibt, muss jede und jeder denselben ersten Schritt auswendig kennen: Strom trennen, zurücktreten, Lehrkraft rufen. Medizinische Versorgung ist nicht Thema dieses Artikels; bei Verbrennungen und Verletzungen gelten der Erste-Hilfe-Plan deiner Schule und die benannten Ersthelfer. Lege eine Kopie dieses Plans in den Checklisten-Ordner. Die Tabelle unten trennt nur, wer was tut; sie ersetzt keine Erste-Hilfe-Schritte.

Für das Vorfallbuch reicht eine Seite mit fünf Spalten: Datum, Tisch- oder Kistennummer, was passiert ist, die verwendete Stromquelle und die getroffene Maßnahme. Am Ende eines Halbjahres zeigt dir das Buch, welche Regel öfter erklärt werden muss: Drei gleichartige Vorfälle bedeuten, dass sich die Regel oder der Ablauf der Stunde ändern sollte. Sprich über Vorfälle, ohne jemandem die Schuld zu geben, mit der Frage "Was ist in der Schaltung passiert?". Dieses Gespräch ist auch Teil der Fehlersuche und folgt derselben Logik wie die Reihenfolge im Artikel Arduino-Projekt funktioniert nicht: zuerst Versorgung, dann Verbindungen, dann Bauteile.

Sichere Werte in der App: Werkzeuge und Fehlerbehebung

Ein Teil der Sicherheit ist die Wahl des richtigen Werts, und ihn im Unterricht vorzurechnen ist der einfachste Weg, eine Regel zu begründen. Wähle im Werkzeug LED-Vorwiderstand in BlueGrays 5 V als Versorgung, Rot als Farbe und 15 mA als Strom: Das Werkzeug berechnet 210 Ω und schlägt 220 Ω vor, den nächsthöheren Normwert. Mit dem Werkzeug Ohmsches Gesetz zeigst du dieselbe Idee umgekehrt: 5 V an 220 Ω ergeben etwa 23 mA, 5 V an einem Jumperkabel mit 0,1 Ω dagegen rechnerisch 50 A. In der Praxis begrenzt die USB-Sicherung diesen Strom, ein Lithium-Akku hat aber keine solche Sicherung. Beide Werkzeuge sind kostenlos. Das Werkzeug Akkulaufzeit ist Premium; mit einem kostenlosen Konto öffnet es sich als Beispielrechnung und zeigt mit Vorlagen wie 18650, LiPo und 9 V, wie lange ein Akku eine Last versorgen kann. Diese Rechnung bringt der Klasse bei, an "den passenden Akku für die Last" zu denken statt an "einen größeren Akku".

Auch die Projektseite hat Abschnitte, die bei der Sicherheit helfen. Die Liste Benötigte Bauteile zeigt, welche Teile in welcher Anzahl gebraucht werden, der Schaltplan zeigt, wohin jedes Kabel geht; den Schaltplan zu vergrößern und neben die aufgebaute Schaltung zu legen, ist genau die Kontrolle aus Regel 2. Im geführten Modus Lass es uns zusammen bauen kommt der Aufbauschritt mit dem Tipp "Beim Verkabeln das USB-Kabel des Boards abziehen". Der Abschnitt Wenn du nicht weiterkommst im Tab Code verstehen listet typische Probleme des Projekts als Symptom und Lösung auf und ist bei kostenlosen Projekten für alle offen. Der Abschnitt Fehlerbehebung bietet in mehr als 170 Projekten Prüfschritte für den Fall, dass das Projekt nicht funktioniert, und wird mit Premium freigeschaltet. Wird ein Bauteil heiß, trenne zuerst den Strom und schau erst danach in diese Abschnitte. Deine erste Sicherheitsstunde kannst du mit dem kostenlosen Projekt LED Blinken halten: eine LED, ein Widerstand und fast alle 10 Regeln. Die vollständige Liste der kostenlosen und der Premium-Bereiche steht im Artikel was BlueGrays Premium freischaltet.

Sicherheitsregeln sind kein Blatt, das man einmal aufhängt und vergisst, sondern eine Routine für die ersten und letzten fünf Minuten jeder Stunde. Bring in der ersten Woche die 10 Regeln, die Regeljagd und die Checkliste mit; Motoren, Akkus und den Lötkolben legst du erst auf die Tische, wenn diese Routine sitzt. Wenn du beim Vorbereiten das nächste Projekt in BlueGrays öffnest und dir Schaltplan und Stolperstellen vorab ansiehst, weißt du auch, welche Regel du an diesem Tag betonen solltest.