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Steuerungs- und Informationstechnik - Chirurgiemechaniker - 1. Ausbildungsjahr - LB1-4

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Einleitung

Du lernst, wie technische Informationen in Fertigungs- und Prüfumgebungen der Chirurgiemechanik erfasst, verarbeitet und in nachvollziehbare Arbeitsergebnisse umgesetzt werden. Am Ende analysierst du einen fiktiven beruflichen Auftrag, entwirfst eine einfache Steuerungslogik, erprobst sie in einer sicheren Offline-Simulation, vergleichst Soll- und Istwerte und dokumentierst die Ergebnisse. Keine Übung erfordert den Eingriff in reale Medizinprodukte, Druckluftanlagen, Maschinen oder elektrische Betriebsmittel.

Lehrplanbezug: Der KMK-Rahmenlehrplan für Chirurgiemechaniker/-innen vom 30.03.1989 weist dem ersten Ausbildungsjahr den Bereich „Grundlagen der Steuerungs- und Informationstechnik“ mit 60 Unterrichtsstunden zu. Er umfasst Steuerung und Regelung, Steuerketten und Signalglieder, technische Pläne, kombinatorische Steuerungen, Gerätetechnik, Computer-Hard- und Software, Datenverarbeitung, einfache Programme, Simulation und technologische Folgen. Die Ausbildungsordnung von 1989 sowie die dortigen Lernziele werden hier fachlich mit heutigen Beispielen erschlossen, nicht als ungeprüft aktueller Normenstand übernommen. Prüfe die Durchführung mit dem betrieblichen Ausbildungsplan, deiner zuständigen Handwerkskammer und dem eingeführten Landeslehrplan. Der Kurs ist kein amtlicher Ausbildungs- oder Prüfungsnachweis.

Kompetenzziel: Du unterscheidest Steuerung von Regelung; beschreibst Signalgeber, Signalträger, Signalumformer, Steuer-, Stell- und Antriebsglieder; liest Logik- und Schaltpläne; wendest einfache boolesche Verknüpfungen an; beschreibst Rechner und Peripherie; entwickelst einen Algorithmus; testest systematisch und begründest sichere, datensparsame sowie ressourcenschonende Entscheidungen.

Steuerungs- und Regelvorgänge sowie Signalfluss

Steuern und Regeln unterscheiden

Eine Steuerung beeinflusst eine technische Strecke entsprechend einer Eingabe oder vorgegebenen Bedingung. Bei einer Regelung wird eine relevante Istgröße fortlaufend erfasst und mit einem Sollwert verglichen; ein Regler verändert die Stellgröße, damit die Abweichung kleiner wird. Wichtig: Ein Sensor kann auch in einer Steuerung Rückmeldungen liefern. Erst das geregelte Rückführungsprinzip macht einen geschlossenen Regelkreis aus.

Beispiel Steuerung: Eine fiktive Prüfanzeige leuchtet, wenn ein Taster gedrückt wird und eine Werkstückattrappe als vorhanden markiert ist. Es wird keine Helligkeit geregelt. Beispiel Regelung: Ein ungefährliches virtuelles Temperaturmodell verändert seine simulierte Heizleistung, sobald Soll- und Isttemperatur voneinander abweichen. Bei realen medizinischen oder thermischen Anlagen sind zusätzlich geeignete Schutzfunktionen erforderlich.

Vergleich	Steuerkette	Regelkreis
Kernidee	Eingabe löst über eine festgelegte Logik eine Wirkung aus	Sollwert und gemessener Istwert werden verglichen
Typischer Signalweg	Signalgeber → Steuerglied → Stellglied → Strecke	Sollwert → Vergleich/Regler → Stellglied → Strecke → Messung zurück
Fehlerbild	Bedingung falsch programmiert	Messabweichung oder fehlerhafte Rückführung
Lernbeispiel	Virtuelle Statusleuchte	Virtuelle Temperaturregelung

Glieder einer Steuerkette

Signalgeber liefern Befehle oder erfasste Zustände (Taster, Sensoren); Signalträger transportieren sie (Leitung, optisches Signal, Datenverbindung oder pneumatischer Druck). Das Signalglied dient der Weiterleitung oder Verarbeitung. Ein Steuerglied wertet Eingänge nach einer definierten Logik aus. Das Stellglied wirkt auf die Steuerstrecke; ein Antriebsglied erzeugt die erforderliche Bewegung. Signalverstärker passen beispielsweise einen Pegel an, Signalwandler wandeln Informationsformen um. Ein Messumformer übersetzt eine physikalische Messgröße in ein auswertbares Signal. Nicht jedes Modell benötigt jedes dieser Glieder.

Lernmodell: virtuelles Werkstück erkannt → digitaler Eingang W → UND-Verknüpfung → Ausgang L → Bildschirmleuchte. Das ist ein Informationsflussbild, kein freigegebener Stromlaufplan. In einem Instrumentenfertigungsbetrieb müssen genaue Signale und Grenzwerte aus den zum Gerät passenden Herstellerunterlagen stammen.

Beispiel für reale SPS-Hardware, nicht für eine freigegebene Maschinensteuerung im Kurs. Urheber: UlrichAAB, CC BY-SA 3.0; Quellenangabe unten.

Signalformen lesen und berechnen

Binär bedeutet zwei eindeutig definierte Zustände, zum Beispiel 0 = nicht erkannt und 1 = erkannt. Analog bedeutet eine innerhalb eines Bereichs kontinuierlich veränderliche Größe, beispielsweise eine Spannung. Digital bezeichnet diskrete, codierte Information; mehrere Bits können auch einen Zahlenwert repräsentieren. Ein Bit kann 0 oder 1 annehmen, ein Byte umfasst acht Bits.

Rechenbeispiel mit ausdrücklich fiktiver Sensorkennlinie: Ein Analogwert von 0 bis 10 V wird linear auf Zahlen von 0 bis 1000 abgebildet. Bei 6,4 V lautet die Rechnung 6,4 / 10 × 1000 = 640. Ohne Kenntnis der Herstellerkennlinie darfst du diese Skalierung niemals ungeprüft auf ein reales Modul übertragen. Fehler entstehen beispielsweise durch verwechselte Einheiten, falsche Zuordnung von Ein- und Ausgang oder die Annahme, der Binärwert 1 bedeute immer die gleiche Spannung.

Sensorik, Aktorik, Energie und sichere Gerätetechnik

Zustände erfassen und Signale aufbereiten

Ein Sensor nimmt einen Zustand oder eine physikalische Größe auf. Induktive Näherungssensoren können geeignete metallische Objekte kontaktlos erkennen; optische Sensoren nutzen Licht, Endschalter erfassen mechanische Positionen und Temperatursensoren Temperaturänderungen. Die zuverlässige Erkennung hängt unter anderem von Werkstoff, Position, Abstand, Oberfläche, Umgebung und Funktionsprüfung ab. Ein Sensor kann auch falsch justiert sein oder in einem konstanten Zustand festhängen. Für eine kritische Funktion genügt die bloße Anzeige „1“ nicht als Sicherheitsnachweis.

Beispiel eines induktiven Näherungssensors. Quelle: Ekbsensor, CC BY-SA 4.0. Anschluss, Messbereich und sichere Anwendung ausschließlich nach Herstellerangaben.

Fachbeispiel: Eine Attrappe aus einem geeigneten Metall wird im Simulationsmodell als erkannt geführt. Du definierst W = 1 nur unter der angenommenen korrekten Erkennungsbedingung. Bei einem Fehler „W bleibt 1, obwohl keine Attrappe vorliegt“ kann die Logik sachlich falsche Ausgaben liefern. Du protokollierst einen solchen Fehler, statt das Signal ungeprüft als Wahrheit zu behandeln.

Aktoren, pneumatische, hydraulische und elektronische Elemente

Ein Aktor oder Stellglied verändert einen Zustand: Ein Ventil lenkt den Fluidstrom, ein Motor bewegt eine Achse, eine Lampe zeigt eine Information an. In der Pneumatik ist Druckluft ein Energieträger, in der Hydraulik eine unter Druck stehende Flüssigkeit. Elektronische Steuerungen verarbeiten elektrische Signale. Die Informationskette ist von der tatsächlichen Energieübertragung zu unterscheiden.

Allgemeines pneumatisches/hydraulisches Schaltschema als Lesebeispiel. Gustrefox, CC BY-SA 3.0; keine Bau- oder Freigabezeichnung.

Vergleich: Eine virtuelle Anzeige kann ohne mechanische Gefährdung auf dem Bildschirm dargestellt werden. Eine reale Spanneinrichtung birgt zusätzliche Quetsch- und Restenergiegefahren. Elektropneumatische und hydraulische Systeme dürfen nur nach Freigabe und unter qualifizierter Aufsicht aufgebaut, betätigt oder instand gehalten werden. Ein falsch ausgelegtes Ventil, eine Druckleckage oder ein nicht gesicherter Antrieb kann Personen gefährden.

Arbeits- und Gesundheitsschutz sowie Verantwortung

DGUV Vorschrift 3, § 3 verlangt, dass elektrische Anlagen und Betriebsmittel nur von Elektrofachkräften oder unter deren Leitung und Aufsicht nach elektrotechnischen Regeln errichtet, geändert oder instand gehalten werden. Ein Schüler- oder Ausbildungsversuch besteht hier daher nur aus Papiermodell, Tabellenkalkulation oder freigegebener Offline-Simulation. Die vermeintlich niedrige elektrische Spannung eines Geräts beseitigt nicht automatisch mechanische, thermische oder andere Risiken.

Vor realer Verwendung gehören Gefährdungsbeurteilung, passende Hersteller- und Betriebsanweisungen, Schutzmaßnahmen, Unterweisung, Prüfungen und die Entscheidung befugter Fachpersonen dazu. Ein virtueller Taster, ein gewöhnliches SPS-Programm oder eine selbst konstruierte UND-Verknüpfung sind keine nachgewiesene Sicherheitssteuerung. Bei Chirurgieinstrumenten müssen Kontamination, sichere Handhabung, Qualitätsanforderungen und Rückverfolgbarkeit besonders bedacht werden. Die Medizinprodukteverordnung (EU) 2017/745 liefert rechtlichen Kontext für echte Produkte; dieses Lernmodell prüft oder zertifiziert kein Medizinprodukt.

Umwelt und Nachhaltigkeit: Überflüssige Testläufe, fehlerhafte Fertigungsstücke und unnötige Ausdrucke vermeiden; Druckluftleckagen melden; Energieverbrauch unter offengelegten Annahmen vergleichen; Altgeräte und Elektronik sachgerecht entsorgen. Die Sicherheitsanforderungen dürfen niemals durch Einsparungen abgeschwächt werden.

Pläne, Logik und kombinatorische Steuerungen

Schaltplan, Logikplan und Ablaufplan unterscheiden

Ein Schaltplan beschreibt mit Symbolen und Kennzeichnungen eine funktionelle oder physikalische Verbindung; ein Logikplan zeigt die Verknüpfung von Eingangszuständen; ein Programmablaufplan beschreibt eine Abfolge aus Entscheidungen und Handlungen. Beim Lesen prüfst du Zeichnungstitel, Version, Legende, Signaldefinition, Einheiten und Gültigkeit. Für echte Anlagen gelten die aktuellen fachlich einschlägigen Normen sowie die geprüften Unterlagen des Herstellers. Ältere Planzeichen aus einem Lehrplan von 1989 dürfen nicht automatisch in neue Unterlagen übernommen werden.

Lernabbildung einer UND-Logik im Kontaktplan. Mithilrkadam, CC BY-SA 4.0.

UND, ODER, NICHT und Wahrheitstabellen

Die UND-Verknüpfung liefert nur dann 1, wenn alle beteiligten Eingänge 1 sind. Die ODER-Verknüpfung liefert 1, wenn mindestens ein Eingang 1 ist. NICHT vertauscht die Zustände 0 und 1. In einer kombinatorischen Steuerung hängt die Ausgabe vom augenblicklichen Eingangsvektor ab. Ablaufsteuerungen können außerdem Zustände, Zeit oder Reihenfolgen berücksichtigen.

A	B	A UND B	A ODER B
0	0	0	0
0	1	0	1
1	0	0	1
1	1	1	1

Rechenweg: A = 1 und B = 0 ergeben bei UND 1 × 0 = 0; bei ODER lautet das Ergebnis 1. Das Ergebnis NICHT A ist 0. Prüfe bei Schaltplänen sorgfältig, ob eine Darstellung den Zustand eines Tasters, einer Kontaktstrecke oder einer logischen Variablen meint. Typische Fehler sind vertauschte Sensorzuordnungen und die unbegründete Gleichsetzung einer logischen Bedingung mit einer realen Sicherheitseinrichtung.

Testprinzip: Die virtuelle Anzeige L soll nur bei T = 1 UND W = 1 aktiv werden. Für die Kombinationen 00, 01, 10 und 11 ergibt sich erwartungsgemäß 0, 0, 0 und 1. Notiere diese Sollwerte zuerst und überprüfe sie anschließend getrennt in der Simulation.

Aktuelle Programmierstandards und Fachmedien

Die internationale IEC 61131-3:2025 beschreibt unter anderem die SPS-Sprachen Structured Text (ST), Ladder Diagram/Kontaktplan (LD) und Function Block Diagram (FBD) sowie Ablaufstrukturelemente (SFC). Die jeweils verbindliche nationale Ausgabe und Herstellerimplementierung muss für betriebliche Anwendungen gesondert geprüft werden; Normtexte werden nicht kopiert.

Deutschsprachiges Hochschulvideo der Hochschule Karlsruhe: „Digitaltechnik – so sieht eine Vorlesung aus“. Es dient der Vertiefung binärer Informationsverarbeitung, nicht als praktische Freigabeanweisung.

Computer, Informationsverarbeitung und Programme

Hardware, Software und Peripherie

Computer besitzen Hardware, zum Beispiel Prozessor, Arbeitsspeicher, Datenspeicher, Ein-/Ausgabeschnittstellen und Datenverbindungen. Das Betriebssystem unterstützt die Verwaltung von Ressourcen; Anwendungssoftware löst konkrete Aufgaben. Zur Peripherie gehören unter anderem Tastatur, Bildschirm, Drucker und externe Sensor-/Aktor-Schnittstellen. Das Grundprinzip lautet Eingabe → Verarbeitung → Ausgabe. Informationen werden nach festgelegten Regeln verarbeitet und gegebenenfalls datensparsam gespeichert.

Eine SPS verarbeitet Prozess-Eingänge anhand eines Programms und setzt Ausgänge. In vielen Steuerungssystemen werden Eingangszustände eingelesen, Programmlogik bearbeitet und Ausgangszustände aktualisiert. Wie das zeitlich und technisch geschieht, hängt von Gerät, Hersteller und Konfiguration ab. Eine allgemeine SPS ist nicht automatisch eine Sicherheits-SPS.

Beispiel einer grafischen SPS-Simulationsumgebung. Urheber: VirPLC, CC BY-SA 4.0.

Algorithmen formulieren und simulieren

Ein Algorithmus ist eine verständliche, eindeutig ausführbare Folge von Arbeitsschritten. Als Werkzeuge dienen umgangssprachliche Ablaufbeschreibungen, Struktogramme, Programmablaufpläne oder eine einfache Programmiersprache. Das Kursmodell bleibt absichtlich auf elementare binäre Eingaben und eine Bildschirm-Ausgabe beschränkt.

Pseudocode:

K = virtuelle Abdeckung geschlossen
W = Werkstückattrappe erkannt
T = virtueller Prüftaster
Z = virtuelle Zusatzbedingung
wenn K UND W UND T UND Z:
    L = 1
sonst:
    L = 0
zeige L nur auf dem Bildschirm

Achte auf sprechende Variablennamen, die Definition von 0 und 1, die Version des Programms und nachvollziehbare Testfälle. Syntaxfehler betreffen eine ungültige Schreibweise, Logikfehler eine falsche Entscheidung, Zuordnungsfehler vertauschte Ein-/Ausgänge und Messfehler fehlerhafte physikalische Werte. In der Simulation kannst du gezielt eine Variable verändern und beobachten, ob der Ausgang plausibel reagiert.

Vertiefungsvideo auf Deutsch von Christian Stöcker: „SPS-Programmierung #11: SPS mit Sensoren und Aktoren verbinden“. Reale Anschlussarbeiten aus Fachvideos dürfen von Auszubildenden nicht unbeaufsichtigt übernommen werden.

Datensparsam und nachhaltig digital arbeiten

Für Prüfberichte sind Versionsstand, Geräte- und Prüfmittelkennung, fiktive Eingaben, Soll- und Istwerte, festgestellte Abweichungen und begründete Änderungen nützlich. In diesem Kurs verwendest du nur erfundene Daten. Die DSGVO, insbesondere Art. 5, fordert unter anderem Zweckbindung und Datenminimierung bei personenbezogenen Daten. Kundendaten, Patientendaten, vertrauliche Betriebsanleitungen sowie personenbezogene Auszubildenden- und Prüfungsunterlagen dürfen nicht in öffentliche MOOC-Seiten oder fremde Apps geladen werden.

Neue Technik kann Reproduzierbarkeit und Fehlersuche verbessern, aber auch zusätzliche Energie benötigen, Beschäftigte belasten und Datenschutzfragen erzeugen. Beurteile deshalb Nutzen, Ressourcenaufwand, notwendige Qualifizierung und IT-Sicherheit. Ein Dokumentationssystem ist nur so zuverlässig wie seine Datenqualität, Zugriffsrechte und Änderungskontrolle.

Praxisfall: Virtuelle Prüffreigabe für eine chirurgiemechanische Werkstückattrappe

Auftrag, Anforderungen und Grenzen

Fiktive Ausgangslage: In einer Ausbildungswerkstatt soll die Bereitschaft einer Werkstückattrappe zur Sicht- und Maßprüfung ausschließlich virtuell angezeigt werden. Die Software zeigt die Kontrollleuchte L genau dann als aktiv an, wenn K = virtuelle Abdeckung geschlossen, W = Attrappe erkannt, T = Prüftaster gedrückt und Z = zusätzliche Prozessbedingung erfüllt ist. Alle vier Werte sind nur 0 oder 1. Das Projekt bewegt keine realen Teile und betreibt keine Maschine.

Prüfbare Anforderung: L soll nur dann 1 werden, wenn K = W = T = Z = 1. In den übrigen Kombinationen muss L = 0 gelten. Dokumentiere die Zuordnung jeder Variablen, den Arbeitsplan, die Logik, die Simulation, alle Testfälle und Fehlerreaktionen. Eine Statusleuchte oder ein logisches „Freigabe“-Signal ersetzt keine sicherheitsgerichtete Verriegelung, Risikobeurteilung oder Maschinenfreigabe.

Arbeitsplan und Lösungsweg

Schritt	Geplante Handlung	Prüffähiges Ergebnis
Analyse	Anforderungen und erlaubte fiktive Signale erfassen	Vier Binäreingänge, ein virtueller Ausgang
Entwurf	Steuerkette und Logikplan zeichnen	K, W, T, Z → UND → L
Rechnen	Boolesche Formel und Wahrheitstabelle entwickeln	L = K · W · T · Z
Umsetzung	Ablauf in freigegebener Offline-Software modellieren	Kommentierte Datei „Lernmodell V1“
Prüfung	Alle Eingangskombinationen testen	Soll-/Ist-Prüfprotokoll
Störung	Mindestens einen Signalfehler simulieren	Fehlerbeschreibung mit Retest
Auswertung	Sicherheits-, Energie- und Datenschutzgrenzen diskutieren	Begründetes fachliches Urteil
Dokumentation	Ergebnisse nach dem Raster abgeben	Vollständiges, überprüfbares Portfolio

Rechnung: Vier binäre Eingänge ergeben 2 × 2 × 2 × 2 = 16 Eingangskombinationen. Für K = W = T = Z = 1 ist L = 1 · 1 · 1 · 1 = 1. Für K = 1, W = 1, T = 0 und Z = 1 gilt L = 1 · 1 · 0 · 1 = 0. Nur eine von 16 Kombinationen ergibt ein positives Ergebnis, die anderen 15 ergeben 0.

K	W	T	Z	Soll L	Bedeutung
0	0	0	0	0	Grundzustand
0	1	1	1	0	Abdeckung fehlt
1	0	1	1	0	Attrappe fehlt
1	1	0	1	0	Taster nicht gedrückt
1	1	1	0	0	Zusatzbedingung fehlt
1	1	1	1	1	Alle Bedingungen erfüllt
0	1	0	1	0	Zwei Bedingungen fehlen
1	0	0	0	0	Drei Bedingungen fehlen

Die acht aufgeführten Kombinationen sind Beispiele. Für den vollständigen Nachweis erzeugst du die gesamte Folge von 0000 bis 1111, trägst die tatsächlich beobachteten Istwerte ein und vergleichst jede Zeile mit den Sollwerten. Eine fehlerfreie Simulation hätte 16 Übereinstimmungen und 0 Abweichungen; diese Aussage ist ein Muster-Sollbefund, kein behauptetes Messergebnis.

Berufstypische Zusatzrechnung und Nachhaltigkeit

Für eine nur rechnerisch angenommene 24-V-Statusanzeige mit P = 0,48 W gilt P = U · I. Umgestellt ergibt sich I = P / U = 0,48 W / 24 V = 0,020 A = 20 mA. Das ist keine Angabe für ein tatsächlich vorliegendes Gerät und keine Anschlusserlaubnis. Herstellerdaten und zulässige Ausgangsbelastbarkeit wären bei realer Auslegung zwingend zu prüfen.

Wenn eine solche reale Anzeige hypothetisch an 200 Tagen jeweils 15 Minuten aktiv wäre, dann ergäbe sich 200 × 0,25 h = 50 h und E = P × t = 0,48 W × 50 h = 24 Wh = 0,024 kWh. Steuergerät-, Netzteil- und Standby-Verbräuche sind nicht enthalten. Eine Bildschirm-LED in der Lernsimulation hat hingegen keinen realen 24-V-Verbrauch. Für die Umweltbewertung musst du diese Grenze offenlegen.

Fehleranalyse, Prüfergebnis und Bewertungsraster

Fall A – Sensorausfall: W bleibt fälschlich 1, obwohl keine Attrappe vorhanden ist. Eine formal korrekte UND-Verknüpfung kann dadurch ein fachlich falsches Signal erzeugen. Fall B – Neustart: T bleibt beim virtuellen Systemstart 1; ohne zusätzliche fachgerechte Maßnahmen kann bei sonst erfüllten Bedingungen sofort L = 1 erscheinen. Fall C – Verwechslung: Im Programmentwurf wurde statt W versehentlich Z verwendet. In allen Fällen benötigst du eine reproduzierbare Fehlerbeschreibung und einen erneuten Test nach der Korrektur. Für echte Sicherheitsfunktionen gelten zusätzliche Anforderungen, die allein mit diesem Schulmodell weder geplant noch nachgewiesen werden.

Muster-Protokollkopf: Prüfobjekt „Virtuelle Attrappe A“, Modellversion V1, vier Eingaben K/W/T/Z, Ausgang L, Formel K · W · T · Z, Sollwerte gemäß Wahrheitstabelle, Testdatum der eigenen Durchführung, fiktive Prüferkennung, Istwerte aus der Simulation, Abweichung, Korrektur und Retest. Prüfbares Arbeitsergebnis sind ein Schalt-/Logikdiagramm, kommentierter Algorithmus und ein gefülltes 16-Zeilen-Protokoll; ein einzelnes Leuchtsignal genügt nicht.

Bewertungsbereich	Punkte	Erwarteter Nachweis
Auftrag verstehen und Signale eindeutig definieren	15	Anforderungen und Grenzen
Arbeitsplanung und fachgerechter Logikplan	15	Vollständige, lesbare Reihenfolge
Formel und umsetzbarer Offline-Algorithmus	20	Korrekte UND-Bedingung mit Kommentaren
Prüfmatrix und systematische Fehlerdiagnose	20	16 Soll-/Ist-Vergleiche und dokumentierter Retest
Sicherheit, Datenschutz, Ressourcenbewusstsein	15	Begründete und realistische Maßnahmen
Dokumentation und Reflexion	15	Versionsangabe, Rechenweg und Verbesserungsvorschläge
Gesamt	100	90–100 sehr gut; 75–89 gut; 60–74 zufriedenstellend; 45–59 ausreichend; sonst Überarbeitung

Rückmeldung: Das Raster belohnt nicht nur das richtige Ausgangsbit, sondern begründete Entscheidungen, Abweichungsdiagnose und eine reproduzierbare Prüfung. Vermerke ausdrücklich, wenn der Test noch nicht ausgeführt wurde. Berufliche Übertragung erfordert bei echten chirurgischen Instrumenten zusätzlich Herstellerinformationen, qualifizierte Prüfmittel, produktspezifische Qualitätssicherung, Dokumentations- und Freigabeverfahren.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Fachwissen

Was ist ein kennzeichnendes Merkmal einer technischen Regelung? (Ein Soll-Ist-Vergleich mit Rückführung beeinflusst die Stellgröße) (!Bei einer Regelung gibt es grundsätzlich keine Messung) (!Eine Regelung verwendet niemals Sensoren) (!Eine Regelung arbeitet immer nur mit mechanischen Relais)

Was beschreibt ein Sensor innerhalb einer Steuerkette am besten? (Er erfasst einen Zustand oder eine physikalische Größe und liefert ein Signal) (!Er erzeugt grundsätzlich die mechanische Antriebsleistung) (!Er beweist automatisch die Sicherheit eines Medizinprodukts) (!Er übernimmt sämtliche Entscheidungen über die Herstellung)

Welches Beispiel beschreibt ein analoges Signal? (Eine stufenlos variierende Spannung in einem definierten Messbereich) (!Ein binärer Eingang mit genau zwei Zuständen) (!Der Zustand einer als aus markierten Anzeige) (!Ein logischer Eingang der nur Null oder Eins annimmt)

Wann liefert eine UND-Verknüpfung mit zwei Eingängen den Wert Eins? (Wenn beide Eingänge Eins sind) (!Wenn nur einer von beiden Eins ist) (!Wenn mindestens ein Eingang Null ist) (!Wenn beide Eingänge unterschiedlich sind)

Welche Eingangslage aktiviert die virtuelle Prüfanzeige L? (Alle vier Variablen K W T Z stehen auf Eins) (!Nur K und W stehen auf Eins) (!Nur T und Z stehen auf Eins) (!Eine beliebige der vier Variablen steht auf Eins)

Wofür steht das Grundprinzip einer SPS? (Eingänge werden durch ein Programm verarbeitet und Ausgänge entsprechend gesetzt) (!Alle Funktionen müssen dauerhaft fest verdrahtet sein) (!Eine SPS ersetzt automatisch den Nachweis der Funktionalen Sicherheit) (!Bei einer SPS ist Software grundsätzlich überflüssig)

Wie sind elektrotechnische Arbeiten nach DGUV Vorschrift 3 auszuführen? (Durch Elektrofachkräfte oder unter deren Leitung und Aufsicht) (!Grundsätzlich unbeaufsichtigt durch alle Auszubildenden) (!Ohne Unterweisung sobald ein Symbolplan vorhanden ist) (!Mit einer Computersimulation als einzigem Sicherheitsnachweis)

Was gehört in ein nachvollziehbares Prüfprotokoll? (Definierte Eingangszustände Sollwerte beobachtete Istwerte und Version) (!Nur die unbelegte Notiz das Gerät sei in Ordnung) (!Ein einzelner Test ohne Zustandsangaben) (!Sämtliche personenbezogenen Ausbildungsdaten)

Welche Daten dürfen in der öffentlichen Lernsimulation verwendet werden? (Fiktive Werkstückkennungen und erfundene unpersönliche Messwerte) (!Reale Patientennamen aus einer Klinik) (!Geheime Zeichnungen eines Auftraggebers) (!Persönliche Prüfungsdaten anderer Auszubildender)

Wie viele Kombinationen besitzen vier voneinander unabhängige binäre Eingänge? (Sechzehn) (!Vier) (!Acht) (!Zweiunddreißig)

Memory

Finde zu jedem Fachbegriff die passende und eindeutig unterschiedliche Erklärung.

Signalgeber	Erfasst oder setzt eine Eingabe für eine Steuerung
Stellglied	Beeinflusst die technische Strecke entsprechend einem Ausgangssignal
Sollwert	Vorgegebener Zielwert eines Regelvorgangs
Peripherie	Geräte zur Ein- oder Ausgabe am Computer
Wahrheitstabelle	Zuordnung zwischen Eingangskombination und erwarteter Ausgabe
Signalwandler	Überführt Information in eine andere geeignete Signalform

Drag and Drop

Ordne jeder Tätigkeit die fachlich passende Beschreibung zu.

Finde die passenden Begriffe	Funktionsbeschreibung
Signalaufnahme	Sensorzustand als Eingangswert verfügbar machen
Logikentwurf	Eingangsbedingungen miteinander verknüpfen
Simulation	Ablauf ohne reale gefährliche Bewegungen erproben
Soll-Ist-Abgleich	Beobachtetes Resultat mit der Erwartung vergleichen
Fehlerprotokoll	Abweichung Ursache Änderung und Retest dokumentieren

Kreuzworträtsel

Trage sechs einzelne Fachwörter ein.

Sensor	Welches Bauteil erfasst eine physikalische Größe?
Aktor	Welches Element erzeugt aus einem Signal eine Wirkung?
Relais	Welches elektromechanische Schaltelement besitzt Spule und Kontakte?
Logik	Wie heißt die regelgeleitete Verknüpfung binärer Aussagen?
Ventil	Welches Bauteil beeinflusst den Durchfluss in einer Fluidanlage?
Software	Wie heißt die Gesamtheit von Programmen und ihren Vorgaben?

LearningApps

Ergänzende Suchansicht zu passenden Übungen; einzelne fremde Angebote werden hier nicht als redaktionell geprüft oder datenschutzrechtlich freigegeben behauptet.

Lückentext

Ein System ohne fortlaufenden Soll-Ist-Vergleich heißt im Grundmodell

.

Ein rückgekoppelter Soll-Ist-Vergleich ist kennzeichnend für eine

.

Das Bauteil zur Aufnahme eines Zustands heißt

.

Ein Ausgangselement mit physikalischer Wirkung ist ein

.

Die Verknüpfung mit dem Ergebnis Eins nur bei zwei Eins-Eingängen heißt

.

Eine programmierbare Steuerung wird abgekürzt

genannt.

Die Zuordnung von Eingangskombinationen und Ausgaben enthält eine

.

Abweichungen und Prüfergebnisse werden im

festgehalten.

Offene Aufgaben

Nutze nur fiktive Angaben, Papiermodelle und freigegebene Offline-Simulationen. Gib bei eigenen Grafiken und Medien Quellen, Veränderungen und Rechte an. Realanlagen dürfen nur im Rahmen betrieblicher Befugnisse und unter der nötigen Aufsicht bearbeitet werden.

Leicht

Signalweg zeichnen: Zeichne die Steuerkette einer rein virtuellen Prüflampe und beschrifte alle Glieder.
Sensorsteckbriefe: Beschreibe induktive, optische, mechanische und thermische Erfassung mit je einer Grenze.
Steuerung oder Regelung: Ordne drei Beispiele zu und begründe deine Entscheidung anhand eines Soll-Ist-Vergleichs.
Datenprüfung: Erstelle fünf Regeln, wie du ein öffentliches Lernprotokoll ohne Personen- oder Betriebsdaten gestaltest.

Standard

Logik ermitteln: Entwickle eine dreistellige Wahrheitstabelle mit UND und ODER und prüfe alle acht Eingangszustände.
Algorithmus: Zeichne einen Ablaufplan für eine virtuelle Signalanzeige mit mindestens einer Entscheidungsstelle.
Technikvergleich: Vergleiche elektrische, pneumatische und hydraulische Signal- und Energiepfade sowie deren Gefährdungen.
Erklärprojekt: Gestalte eine eigene kommentierte Grafik oder ein kurzes Erklärvideo über Sensoren, Aktoren und Signalfluss.

Schwer

Virtuelle Prüfstation: Programmiere die vierfache UND-Funktion des Praxisfalls in einer Offline-Umgebung und prüfe alle 16 Zustände.
Störungssuche: Simuliere einen klemmenden Sensorzustand und einen vertauschten Eingang; protokolliere Ursachen und Retests.
Sicherheitsanalyse: Begründe, weshalb die Lernsimulation keine reale Sicherheitsschaltung ist, und formuliere fünf Rückfragen an eine befugte Fachkraft.
Ressourcenbilanz: Prüfe die Berechnung des Beispiel-Energiebedarfs, ergänze nicht erfasste Verbraucher und entwickle Verbesserungen.

Lernkontrolle

Anforderungsanalyse: Formuliere aus einem fiktiven Werkstattauftrag vier Eingangssignale und sechs überprüfbare Anforderungen.
Systemanalyse: Vergleiche einen technischen Regelkreis mit einer Steuerkette und kennzeichne die Rolle der Rückführung.
Signalweg: Beschreibe vom physischen Sensorzustand bis zur digitalen Variablen mögliche Umwandlungen und Fehlerquellen.
Abnahmetest: Erstelle für vier Eingänge alle 16 Zustände und begründe, wie ein unerkannter Logikfehler sichtbar werden kann.
Fehleranalyse: Untersuche ein dauerhaft gesetztes Sensorsignal, plane eine nachvollziehbare Diagnose und formuliere einen Retest.
Berufliche Verantwortung: Entscheide begründet, welche Schritte du gefahrlos simulieren kannst und welche bei echten Anlagen nur qualifizierte Fachkräfte ausführen dürfen; berücksichtige Daten- und Umweltschutz.

Lernhilfe zur Selbstkontrolle: Zu einer überzeugenden Lösung gehören nicht nur Fachwörter, sondern eine begründete Zeichnung, Beispielrechnung, Testmatrix oder Fehlerursachenanalyse. Vergleiche deine Lösungswege anschließend mit der Lehrkraft oder Ausbildungsbetreuung, ohne vertrauliche Unterlagen zu veröffentlichen.

Lernnachweis

Verbindliches Lernergebnis: Ein nachprüfbares Portfolio zum virtuellen Prüfplatz enthält (1) Anforderungs- und Sicherheitsabgrenzung, (2) Arbeitsplan, (3) Signalliste, (4) Steuerketten- und Logikplan, (5) kommentierte Algorithmusdatei bzw. Programmablaufdarstellung, (6) Wahrheitstabelle mit 16 Eingangskombinationen, (7) eigene Soll-/Ist-Testwerte, (8) dokumentierte Störung mit Retest, (9) Rechnung zum hypothetischen Strom- und Energiebedarf, (10) Reflexion über Datenschutz, Nachhaltigkeit und beruflichen Transfer.

Nachweisbare Kompetenzen: Du kannst grundlegende Bauelemente und Signale erklären; Steuerung und Regelung unterscheiden; technische Unterlagen auswerten; selbstständig ein Modell planen; ein Programm mit fiktiven Daten ausführen; Ergebnisse kritisch prüfen und begründet beurteilen. Bewertet wird nach dem 100-Punkte-Raster im Praxisfall. Behaupte keine tatsächlich durchgeführten Messungen, die du nur berechnet hast. Der Lernnachweis ersetzt weder betriebliches Berichtsheft noch amtliche Prüfung oder Freigabe einer Anlage.

OER und Wikipedia

Primärquellen und aktuelle fachliche Grundlagen (geprüft Oktober 2026):

BIBB-Berufsprofil Chirurgiemechaniker/-in – Ausbildung im Handwerk, 42 Monate, Berufsbild und Verweis auf die Rechtsgrundlage.
KMK-Rahmenlehrplan Chirurgiemechaniker/-in, 30.03.1989 – Lernbereich 4 im ersten Ausbildungsjahr mit 60 Unterrichtsstunden. Historische Zuordnung; mit aktuellem Landeslehrplan abgleichen.
Chirurgiemechaniker-Ausbildungsverordnung und Ausbildungsrahmenplan – Bezug zu Arbeitssicherheit, Lesen technischer Unterlagen, Prüfen und Planen.
DGUV Vorschrift 3 – elektrische Anlagen und Betriebsmittel, Aufsicht und Qualifikation.
IEC 61131-3:2025 – offizieller Normennachweis zu Programmiersprachen; keine Wiedergabe geschützter Normtexte.
DSGVO – insbesondere Art. 5 zu Zweckbindung und Datenminimierung.
Verordnung (EU) 2017/745 – rechtlicher Kontext bei realen Medizinprodukten, keine Konformitätsbewertung im Modell.
Wikipedia: Steuerungstechnik und Wikipedia: SPS – deutschsprachige Ergänzungen, stets mit Primärquellen abgleichen.

Nachgewiesene Bildrechte: Die folgenden fünf Wikimedia-Commons-Dateiseiten wurden auf Dateiname, Urheberschaft und Creative-Commons-Lizenz überprüft. Die Urhebernennung und Lizenzverlinkung bleiben auch bei Bearbeitung erforderlich.

Eingebundene Datei	Verifizierte Commons-Quelle	Urheber	Lizenz
File:Simatic S7-1200.JPG	Datei	UlrichAAB	CC BY-SA 3.0
File:Inductive proximity sensor.jpg	Datei	Ekbsensor	CC BY-SA 4.0
File:Neumat134.jpg	Datei	Gustrefox	CC BY-SA 3.0
File:Ladder Logic AND gate PLC.jpg	Datei	Mithilrkadam	CC BY-SA 4.0
File:Ladder VirPLC.jpg	Datei	VirPLC	CC BY-SA 4.0

Deutschsprachige Videoquellen und Rechte: Beide externen Videoquellen wurden anhand der Video-/Herausgebernachweise identifiziert. Die Videoinhalte sind nicht als OER oder frei nachnutzbar gekennzeichnet; genutzt wird allein die Plattform-Einbettung. Keine Dateien kopieren oder erneut hochladen.

Einbettungsadresse	Originalvideo	Urheber	Rechtehinweis
https://www.youtube.com/watch?v=Z8KqCYw1QxU	Digitaltechnik – so sieht eine Vorlesung aus	Hochschule Karlsruhe, Fakultät Elektro- und Informationstechnik	YouTube-Plattformeinbettung; keine offene Lizenz nachgewiesen
https://www.youtube.com/watch?v=LJUcyWCAH_Y	SPS-Programmierung #11: SPS mit Sensoren und Aktoren verbinden	Christian Stöcker	YouTube-Plattformeinbettung; keine offene Lizenz nachgewiesen

Medieneinschränkung: Die ausgewählten Abbildungen erklären allgemeine Sachverhalte und sind keine aktuellen Hersteller- oder Sicherheitsfreigaben. Die deutschsprachigen Videos illustrieren Fachprinzipien; ihre praktischen Demonstrationen dürfen nicht ohne Befugnis übertragen werden. Die LernApps-Suche ist eine externe Ergänzung, keine einzeln überprüfte Lernaktivität.

Deutschsprachige Wikipedia-Ergänzung:

Verknüpfte Lernbereiche

Steuerungs- und Informationstechnik

Verknüpfungen in der Ausbildung: Fertigungs- und Prüftechnik (Prüfmittel und Toleranzen), Werkstofftechnik (metallische Werkstückerkennung), Maschinen- und Gerätetechnik (Funktionsglieder und Antriebe), Elektrotechnik (elektrische Größen und Schutz), Technische Kommunikation (Pläne und Dokumentation), Qualitätsmanagement sowie berufliche Praxisaufträge.

Lokale Geltung: Dieser Kurs liefert eine redaktionelle Lernbündelung. Für den zeitlichen Ausbildungsablauf und praktische Befugnisse gelten der konkrete betriebliche Ausbildungsplan, die zuständige Handwerkskammer, der eingeführte Landeslehrplan, aktuelle Herstellerdokumentation, Normen, Rechtsvorschriften und Gefährdungsbeurteilungen.

aiMOOC-Projekte

Projekt Virtuelle Prüfstation: Gestalte in einer Offline-Simulationsumgebung eine eigene Modellvariante, definiere die Eingänge, teste jede Kombination und veröffentliche nur fiktive Daten sowie selbst erstellte, lizenzkonforme Grafiken.

Projekt Technik erklären: Erstelle mit einer Lerngruppe eine OER-Grafik zu den Unterschieden zwischen Steuerung und Regelung, ergänzt um Quellen, Urheberangaben und die Grenzen sicherheitsbezogener Anwendungen.