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Praxisauftrag und Kompetenzcheck - Mechatroniker - 2. Ausbildungsjahr

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Einleitung

Dieser aiMOOC richtet sich an Auszubildende zum Mechatroniker und zur Mechatronikerin im zweiten Ausbildungsjahr. Im Mittelpunkt steht ein berufstypischer Jahresauftrag: Du analysierst, planst, realisierst, prüfst und dokumentierst eine sensorisch überwachte Sortier- und Übergabestation als mechatronisches System. Dabei verknüpfst du die Jahreskompetenzen Planen und Organisieren von Arbeitsabläufen, Realisieren mechatronischer Teilsysteme sowie Design und Erstellen mechatronischer Systeme.

Der Kurs orientiert sich am Berufsprofil und an der geltenden Ausbildungsordnung. Er ersetzt weder den betrieblichen Ausbildungsplan noch den Rahmenlehrplan deines Bundeslandes, Vorgaben der zuständigen Kammer, Gefährdungsbeurteilungen, Herstellerunterlagen oder Unterweisungen. Eine amtliche Anerkennung, Prüfungszulassung oder Befähigung zu gefährlichen Arbeiten wird nicht behauptet. Praktische Arbeiten erfolgen ausschließlich im freigegebenen Ausbildungsrahmen und unter Aufsicht einer befugten Fachkraft. Verwendet werden nur synthetische Auftrags-, Kunden- und Prüfdaten.

Medienhinweis: Berufseinblick „Was macht Dejan eigentlich als Mechatroniker?“ des offiziellen Kanals der IHK Berlin. Das Video ist als Plattformmedium eingebettet; eine offene Nachnutzungslizenz wird hier nicht behauptet.

Jahresprojekt und vollständige Handlung

Der berufstypische Auftrag

Ein fiktiver Kunde betreibt eine Montagezelle. Werkstückträger sollen nacheinander erkannt, gezählt und nach dem Merkmal „metallisch“ oder „nicht metallisch“ sortiert werden. Ein induktiver Sensor erkennt metallische Teile. Ein zweiter Sensor bestätigt die Position des Werkstückträgers. Eine speicherprogrammierbare Steuerung verarbeitet die Signale. Ein pneumatischer Zylinder schiebt erkannte Metallteile auf eine Nebenbahn. Eine Bedienanzeige zeigt Betriebszustand, Stückzahl und Störung an.

Der Auftrag ist so formuliert, dass das Arbeitsergebnis prüfbar ist:

Anforderung	Prüfkriterium
Materialfluss	Acht Werkstückträger pro Minute sind möglich; daraus ergibt sich eine maximale Taktzeit von 7,5 Sekunden je Werkstückträger.
Erkennung	Metallische und nicht metallische Prüfkörper werden in 20 aufeinanderfolgenden Testzyklen korrekt unterschieden.
Aktorik	Der Ausschieber erreicht seine Endlagen sicher; die Bewegung beginnt nur bei erfüllten Freigabebedingungen.
Information	Betriebsbereit, Automatik, Störung und Stückzahl werden nachvollziehbar angezeigt.
Qualität	Messwerte, Prüfschritte, Abweichungen und Freigabeentscheidung sind im Prüfprotokoll dokumentiert.
Datenschutz	Es werden keine echten Kunden-, Beschäftigten- oder Schülerdaten verarbeitet.

Der Auftrag ist ein Lernprojekt. Eine echte Maschine darf nicht allein nach diesem Kurs gebaut oder verändert werden. Sicherheitsfunktionen, Schutzabstände, elektrische Prüfungen und die Freigabe für den Betrieb gehören in die Verantwortung entsprechend qualifizierter Personen.

Vollständige Handlung als roter Faden

Die vollständige Handlung verbindet sechs aufeinander bezogene Phasen. Informieren bedeutet, Auftrag, Zeichnungen, Datenblätter, Gefährdungen und Schnittstellen zu verstehen. Beim Planen legst du Arbeitsschritte, Betriebsmittel, Prüfmittel, Zeiten und Verantwortlichkeiten fest. Beim Entscheiden vergleichst du Varianten und begründest die gewählte Lösung. Beim Ausführen baust, verdrahtest, verschlauchst oder simulierst du das System. Beim Kontrollieren prüfst du Sollwerte, Sicherheitsbedingungen, Funktionen und Dokumente. Beim Bewerten reflektierst du Qualität, Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit, Kommunikation und Verbesserungsmöglichkeiten.

Eine häufige Fehlvorstellung lautet: „Wenn die Anlage fährt, ist der Auftrag erledigt.“ Berufliche Handlungsfähigkeit zeigt sich jedoch erst, wenn das Ergebnis sicher, prüfbar, dokumentiert, übergabefähig und begründet ist.

Jahresstruktur und Meilensteine

Das Jahresprojekt wird in aufeinander aufbauenden Lern- und Arbeitsphasen bearbeitet. Der konkrete Kalender wird mit Betrieb und Berufsschule abgestimmt.

Zeitraum	Schwerpunkt	Verknüpfte Kompetenz	Meilenstein
Projektstart	Auftrag, Prozess, Material- und Informationsfluss sowie Gefährdungen analysieren	Planen und Organisieren von Arbeitsabläufen	Freigegebene Anforderungsliste und Projektstruktur
Aufbauphase	Sensor-, Aktor-, Mechanik- und Pneumatikfunktionen einzeln planen und erproben	Realisieren mechatronischer Teilsysteme	Geprüfte Teilsysteme mit Signalliste und Teilprotokollen
Integrationsphase	Teilsysteme mechanisch, elektrisch, pneumatisch und informationstechnisch verbinden	Design und Erstellen mechatronischer Systeme	Integrierter Aufbau oder vollständiges Simulationsmodell
Optimierungsphase	Takt, Diagnose, Energiebedarf, Bedienung und Dokumentation verbessern	Qualität, Fachrechnen, Nachhaltigkeit und Digitalisierung	Versionierter Optimierungsstand mit Vergleichsdaten
Abschlussphase	Gesamtprüfung, Fehlerfalltest, Kundenübergabe und Kompetenzcheck durchführen	Prüfen, Kommunizieren und Reflektieren	Projektportfolio, Bewertungsraster und begründete Freigabeentscheidung

Jeder Meilenstein wird erst abgeschlossen, wenn die vereinbarten Nachweise vorliegen. So entsteht nicht am Jahresende eine unprüfbare Sammlung einzelner Arbeiten, sondern eine durchgängige, versionierte Auftragsbearbeitung.

Bildnachweis: Vollautomatisches Behälterlager als Beispiel für Materialfluss und vernetzte Teilsysteme. Datei: Wikimedia Commons, Autor Thomas Philippi, Quelle TGW Mechanics GmbH, Lizenz CC BY-SA 3.0 beziehungsweise GFDL.

Auftrag analysieren, planen und organisieren

Anforderungen in prüfbare Merkmale übersetzen

Ein Kundenwunsch wie „Die Station soll schnell und zuverlässig sortieren“ ist noch nicht prüfbar. Du übersetzt ihn in messbare Merkmale: Taktzeit, Erkennungsquote, zulässige Fehlersituationen, Bedienzustände, Dokumentationsumfang und Übergabekriterien. Offene Punkte werden vor Arbeitsbeginn geklärt. Änderungen werden versioniert, damit nicht nach unterschiedlichen Planständen gearbeitet wird.

Für die Station gilt als Beispiel:

Kundenäußerung	Technische Klärung	Nachweis
Schnell sortieren	Mindestens acht Werkstückträger pro Minute	Zeitmessung über 20 Zyklen
Fehler gut erkennen	Diagnosemeldung bei fehlendem Positionssignal oder ausbleibender Endlage	Definierte Fehler werden nacheinander simuliert
Einfach bedienen	Eindeutige Zustände für Start, Stopp, Automatik und Störung	Bedienprüfung anhand einer kurzen Übergabeanweisung
Nachhaltig arbeiten	Leckagen vermeiden, Materialreste trennen, Bauteile wiederverwenden, unnötige Laufzeiten reduzieren	Ressourcenliste und Abschlusskontrolle

Fachbegriff Schnittstelle: Eine Schnittstelle ist die festgelegte Verbindung zwischen Teilsystemen. Sie kann mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder informationstechnisch sein. An jeder Schnittstelle müssen Signalart, Energieform, Anschluss, Zuständigkeit und erwartetes Verhalten beschrieben sein.

Bildnachweis: Benutzeroberfläche einer Anlagenautomation als Beispiel einer Mensch-Maschine-Schnittstelle. Datei: Wikimedia Commons, Autor BAutomation, Lizenz CC BY-SA 4.0.

Arbeitsplan, Zeit und Ressourcen

Ein Arbeitsplan bringt Reihenfolge, Abhängigkeiten und Prüfungen zusammen. Für einen Ausbildungstag mit 420 Minuten Nettoarbeitszeit kann die Planung so aussehen:

Phase	Inhalt	Zeit	Ergebnis
Auftragsklärung	Anforderungen, Schnittstellen und Sicherheitsrahmen klären	45 Minuten	Freigegebene Anforderungsliste
Planung	Ablauf, Schaltplan, Pneumatikplan, Material- und Prüfmittelliste erstellen	75 Minuten	Geprüfter Arbeitsplan
Aufbau	Mechanik, Sensorik, 24-Volt-Steuerung und Pneumatik am Lernsystem aufbauen	120 Minuten	Montage- und Verdrahtungsstand
Programmierung	Signalzuordnung, Ablauf und Diagnose umsetzen	70 Minuten	Versioniertes Steuerungsprogramm
Prüfung	Sichtprüfung, sichere Freigabe, Einzelschritt- und Automatiktest	70 Minuten	Ausgefülltes Prüfprotokoll
Übergabe	Kundengespräch, Dokumentation, Reflexion und Verbesserungsauftrag	40 Minuten	Übergabefähiges Arbeitsergebnis

Die Summe beträgt 420 Minuten. Typische Planungsfehler sind fehlende Prüfzeiten, nicht verfügbare Werkzeuge, ungeklärte Schnittstellen, parallele Arbeiten am selben Gefahrenbereich und Änderungen ohne Versionskennzeichnung. Ein guter Plan enthält deshalb auch Haltepunkte: Vor dem Einschalten wird der Aufbau kontrolliert; vor dem Automatiklauf werden Einzelbewegungen und Schutzbedingungen geprüft.

Fachrechnen für Takt, Leistung und Reserve

Taktzeit: Bei acht Werkstückträgern pro Minute steht je Werkstückträger eine Zeit von 60 Sekunden geteilt durch 8 zur Verfügung. Das Ergebnis beträgt 7,5 Sekunden. Benötigt der Ausschieber 1,2 Sekunden zum Ausfahren, 0,5 Sekunden zum Halten und 1,1 Sekunden zum Einfahren, werden 2,8 Sekunden für die Aktorbewegung benötigt. Für Erkennen, Transport und Sicherheitsreserven verbleiben 4,7 Sekunden.

Leistungsbedarf der 24-Volt-Steuerung: Angenommen werden 0,25 Ampere für die Steuerung, 0,06 Ampere für Sensoren, 0,10 Ampere für das Ventil und 0,35 Ampere für die Bedienanzeige. Die Summe beträgt 0,76 Ampere. Mit 25 Prozent Planungsreserve ergibt sich 0,76 Ampere mal 1,25 gleich 0,95 Ampere. Ein Netzteil mit 24 Volt und mindestens 1,0 Ampere wäre rechnerisch ausreichend; in der Praxis müssen Einschaltströme, Leitungsschutz, Herstellerangaben und Erweiterungen berücksichtigt werden. Ein freigegebenes 24-Volt-Netzteil mit 1,5 oder 2 Ampere kann daher sinnvoll sein. Die elektrische Leistung bei 1,5 Ampere beträgt 24 Volt mal 1,5 Ampere gleich 36 Watt.

Die Rechnung ersetzt keine elektrische Auslegung durch eine qualifizierte Person. Sie zeigt, wie du Annahmen transparent machst, Einheiten prüfst und Reserven begründest.

Mechatronisches Teilsystem realisieren

Mechanik, Sensorik, Steuerung und Pneumatik verbinden

Ein mechatronisches Teilsystem erfüllt eine abgegrenzte Funktion und verbindet mehrere technische Bereiche. Beim Ausschieber gehören dazu Führung und Befestigung, Sensoren für Werkstück und Endlagen, elektrische Ein- und Ausgänge, ein Wegeventil, der Pneumatikzylinder sowie die Steuerungslogik.

Bildnachweis: Pneumatikzylinder mit magnetisch betätigten Positionssensoren für eingefahrene und ausgefahrene Endlage. Datei: Wikimedia Commons, Autor IMeowbot, Lizenz CC BY-SA 3.0.

Eine nachvollziehbare Signalliste verhindert Zuordnungsfehler:

Kennzeichen	Signal	Typ	Sichere Erwartung
B1	Werkstückträger an Prüfposition	digitaler Eingang	Ohne Signal keine Ausschiebebewegung
B2	Werkstück metallisch	digitaler Eingang	Signal wird nur im definierten Erfassungsbereich ausgewertet
B3	Zylinder eingefahren	digitaler Eingang	Grundstellung für Startfreigabe
B4	Zylinder ausgefahren	digitaler Eingang	Bestätigung der Ausschiebebewegung
Y1	Ventil Ausschieber	digitaler Ausgang	Ausgang fällt bei Stopp oder erkannter Ablaufstörung ab
H1	Betriebsanzeige	digitaler Ausgang oder HMI-Variable	Zustand eindeutig und widerspruchsfrei anzeigen

Bildnachweis: Speicherprogrammierbare Steuerung in einem Schaltschrank. Datei: Wikimedia Commons, Autor Elmschrat, Lizenz CC BY-SA 3.0 beziehungsweise GFDL.

Pneumatische Kraft vollständig erläutert

Für einen Zylinder mit 32 Millimeter Kolbendurchmesser wird zunächst die Kolbenfläche berechnet. Die Fläche eines Kreises ist Pi mal Durchmesser zum Quadrat geteilt durch vier. Daraus folgt: 3,1416 mal 32 Millimeter mal 32 Millimeter geteilt durch vier ergibt rund 804 Quadratmillimeter.

Ein Druck von 6 bar entspricht näherungsweise 0,6 Newton je Quadratmillimeter. Die theoretische Ausfahrkraft beträgt deshalb 0,6 Newton je Quadratmillimeter mal 804 Quadratmillimeter gleich rund 482 Newton. Mit einem angenommenen Wirkungsgrad von 0,85 bleiben rund 410 Newton nutzbare Kraft.

Benötigt der Ausschieber einschließlich Reibung 250 Newton und wird ein Planungsfaktor von 1,4 angesetzt, ergibt sich ein erforderlicher Wert von 350 Newton. Die überschlägig berechneten 410 Newton reichen dafür aus. Trotzdem müssen reale Lastfälle, Kolbenstangenfläche beim Einfahren, zulässige Seitenkräfte, Geschwindigkeit, Dämpfung, Schlauchquerschnitte, Druckschwankungen und Herstellerdaten geprüft werden.

Typische Fehler sind die Verwechslung von bar und Pascal, die Verwendung des Außendurchmessers statt des Kolbendurchmessers, das Ignorieren der Kolbenstangenfläche beim Rückhub und eine Auslegung ohne Reserve.

Medienhinweis: „Grundlagen der Pneumatik“ von Landefeld Druckluft und Hydraulik. Das Video wurde über die offizielle Schulungsseite des Herausgebers geprüft. Es ist als Plattformmedium eingebettet; eine offene Nachnutzungslizenz wird nicht behauptet.

Sicher aufbauen oder gefahrlos simulieren

Am realen Lernsystem gelten die betriebliche Gefährdungsbeurteilung, die Betriebsanweisung, aktuelle Herstellerangaben und die Unterweisung. Netzspannungsarbeiten, Eingriffe in Schutzeinrichtungen und Arbeiten unter Spannung sind kein Bestandteil dieses Projekts. Elektrische Aufbauten werden auf einem freigegebenen 24-Volt-Lernsystem durchgeführt. Druckluft wird erst nach Kontrolle und mit begrenztem, freigegebenem Druck zugeschaltet. Bewegungsbereiche werden freigehalten. Gespeicherte pneumatische Energie wird vor Umbauten sicher abgebaut.

Die fünf Sicherheitsregeln für elektrische Anlagen sind in ihrer betrieblich zutreffenden Form zu beachten: freischalten, gegen Wiedereinschalten sichern, Spannungsfreiheit feststellen, erden und kurzschließen, benachbarte unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken. Welche Regeln im konkreten Niederspannungs-Lernaufbau anzuwenden sind, entscheidet die verantwortliche Fachkraft. Das Feststellen der Spannungsfreiheit ist eine Fachhandlung mit geeignetem Prüfmittel und vorgeschriebenem Verfahren.

Sichere Praxisalternative: Wenn kein freigegebenes Lernsystem verfügbar ist, wird der gesamte Auftrag als Simulation bearbeitet. Sensoren werden als virtuelle Eingänge, Ventil und Zylinder als virtuelle Ausgänge dargestellt. Der Ablauf wird mit Zustandsdiagramm, Signaltabelle, simulierten Störungen, Zeitmessung und digitalem Prüfprotokoll nachgewiesen. Eine zweite sichere Alternative ist ein handbetätigtes Modell ohne Druckluft und ohne Netzspannung, bei dem Bewegungen mit geringer Energie und ungefährlichen Werkstücken dargestellt werden.

System integrieren, prüfen und Fehler analysieren

Schnittstellenprüfung vor dem Automatiklauf

Die Inbetriebnahme erfolgt stufenweise. Zuerst werden Planstand, mechanische Befestigung, Leitungsführung, Kennzeichnung und sichtbare Schäden kontrolliert. Danach folgen die fachlich vorgeschriebenen elektrischen und pneumatischen Prüfungen durch befugte Personen. Anschließend werden Eingänge einzeln beobachtet, Ausgänge im sicheren Rahmen einzeln geprüft und erst danach Teilabläufe sowie der Automatikbetrieb getestet.

Bildnachweis: Digitalmultimeter als Beispiel eines elektrischen Messmittels. Datei: Wikimedia Commons, Autor Harke, Lizenz CC BY-SA 3.0 beziehungsweise frühere kompatible CC-BY-SA-Fassungen und GFDL.

Ein Messgerät darf nur von entsprechend unterwiesenen oder qualifizierten Personen, in geeigneter Messkategorie und nach Herstellerangaben eingesetzt werden. Falsche Buchsenwahl, falscher Messbereich, beschädigte Messleitungen und ungeeignete Messverfahren können schwere Unfälle verursachen. Im Simulationsauftrag werden elektrische Messwerte deshalb als vorgegebene sichere Datensätze ausgewertet.

Systematische Fehleranalyse

Fehlersuche beginnt mit einer klaren Fehlerbeschreibung: Was sollte geschehen, was geschieht tatsächlich, seit wann tritt die Abweichung auf und unter welchen Bedingungen? Danach wird die Wirkungskette vom Auftrag bis zum Aktor untersucht. Eine sinnvolle Reihenfolge lautet: Energieversorgung, Freigabebedingungen, Eingangssignale, Programmlogik, Ausgangssignal, Ventil beziehungsweise Antrieb, Mechanik und Rückmeldung.

Beispiel: Der Zylinder fährt trotz erkanntem Metallteil nicht aus.

Prüfschritt	Beobachtung	Schlussfolgerung
Werkstücksignal B1	aktiv	Werkstück steht an der Prüfposition
Metallsignal B2	aktiv	Sortierbedingung ist erfüllt
Grundstellung B3	nicht aktiv	Startfreigabe fehlt
Sichtkontrolle	Sensor B3 ist verschoben	Mechanische Ursache wahrscheinlich
Korrektur und Wiederholprüfung	B3 aktiv, Ablauf funktioniert	Fehler behoben; Sensorbefestigung und Prüfplan verbessern

Das bloße Tauschen von Bauteilen ohne Diagnose ist unwirtschaftlich und kann neue Fehler erzeugen. Jede Änderung wird dokumentiert. Nach der Fehlerbehebung wird nicht nur der betroffene Einzelschritt, sondern auch der Gesamtzyklus erneut geprüft.

Prüfplan und prüfbares Arbeitsergebnis

Ein vollständiger Prüfplan enthält Prüfvoraussetzung, Prüfschritt, Sollwert, Istwert, Prüfmittel, Ergebnis, Name beziehungsweise Rolle der prüfenden Person und Datum. Für das Lernprojekt werden keine personenbezogenen Klarnamen benötigt; Rollenkennungen reichen aus.

Nr.	Prüfung	Soll	Beispiel-Ist	Bewertung
1	Dokumentenstand	Schaltplan, Signalliste und Programm tragen dieselbe Version	Version 1.3	erfüllt
2	Grundstellung	B3 ist aktiv, B4 ist inaktiv, Y1 ist inaktiv	entsprechend Soll	erfüllt
3	Metallerkennung	10 von 10 Metallteilen werden erkannt	10 von 10	erfüllt
4	Nichtmetallerkennung	10 von 10 Nichtmetallteilen werden nicht ausgeschoben	10 von 10	erfüllt
5	Takt	Zykluszeit höchstens 7,5 Sekunden	6,9 Sekunden	erfüllt
6	Fehlerreaktion	Fehlende Endlage führt zur Diagnose und verhindert den Folgeschritt	Diagnose nach 2,0 Sekunden	erfüllt
7	Wiederanlauf	Nach Störungsquittierung kein unerwarteter Start	Start erst nach neuer Freigabe	erfüllt

Das prüfbare Arbeitsergebnis besteht aus funktionsfähigem oder vollständig simuliertem System, freigegebenem Arbeitsplan, Signalliste, Programmversion, Prüfprotokoll, Abweichungsliste, Übergabeinformation und Reflexion.

Qualität, Kundenkommunikation, Nachhaltigkeit und Reflexion

Qualität planen statt nur nachträglich kontrollieren

Qualität entsteht bereits bei der Auftragsklärung. Eindeutige Anforderungen, geeignete Bauteile, beherrschte Prozesse, Zwischenprüfungen und nachvollziehbare Dokumentation senken die Fehlerwahrscheinlichkeit. Ein Prüfprotokoll ist kein Selbstzweck: Es zeigt, welche Aussage durch welches Verfahren abgesichert wurde.

Für den Kompetenzcheck wird das Projekt mit 100 Punkten bewertet:

Bereich	Punkte	Beobachtbare Kriterien
Sicherheit und Gefährdungsbewusstsein	20	Arbeitsgrenzen eingehalten, Freigaben beachtet, sichere Alternative genutzt, keine Schutzfunktion umgangen
Auftragsanalyse und Planung	15	Anforderungen prüfbar, Arbeitsfolge realistisch, Ressourcen und Schnittstellen vollständig
Realisierung des Teilsystems	20	Aufbau beziehungsweise Simulation nachvollziehbar, Signale korrekt zugeordnet, Änderungen versioniert
Prüfung und Fehleranalyse	20	Prüfplan vollständig, Mess- und Beobachtungsdaten plausibel, Fehler systematisch eingegrenzt
Dokumentation	15	Schaltunterlagen, Signalliste, Arbeitsplan, Prüfprotokoll und Abweichungen konsistent
Kommunikation und Reflexion	10	Übergabe verständlich, Kundenanforderungen aufgegriffen, Verbesserungen fachlich begründet

Eine mögliche Kompetenzstufung lautet: 90 bis 100 Punkte zeigen eine sehr sichere und selbstständige Bearbeitung; 75 bis 89 Punkte zeigen eine fachgerechte Bearbeitung mit kleinen Verbesserungsmöglichkeiten; 60 bis 74 Punkte zeigen ein grundsätzlich brauchbares Ergebnis mit erkennbaren Lücken; unter 60 Punkten müssen wesentliche Teile gezielt überarbeitet und erneut nachgewiesen werden. Sicherheitsverstöße können unabhängig von der Punktzahl zum Abbruch des Praxisanteils führen.

Kundengespräch und digitale Dokumentation

Bei der Übergabe beschreibst du den vereinbarten Nutzen, die umgesetzte Funktion, die Prüfergebnisse, verbleibende Grenzen und notwendige Betriebsbedingungen. Du vermeidest ungesicherte Aussagen wie „Das kann nie ausfallen“. Stattdessen sagst du beispielsweise: „Die definierten 20 Testzyklen wurden ohne Fehlsortierung durchgeführt; für den betrieblichen Einsatz sind die Freigabe durch die verantwortliche Fachkraft und die Prüfungen nach betrieblichem Verfahren erforderlich.“

Digitale Dokumentation benötigt Dateinamen, Versionsstand, Änderungsgrund, Zugriffsrechte und Sicherung. Personenbezogene Daten werden minimiert. Für den Lernauftrag genügen Rollen wie „Prüfung A“ oder „Freigabe Ausbilder“. Screenshots dürfen keine echten Kundennamen, Seriennummern mit Rückschluss auf vertrauliche Anlagen, Zugangsdaten oder interne Netzadressen zeigen.

Nachhaltigkeit und Verbesserung

Nachhaltigkeit umfasst mehr als Materialeinsparung. Druckluftleckagen erhöhen den Energieverbrauch. Unnötige Zylinderbewegungen und dauerhafte Beleuchtung erhöhen ebenfalls den Bedarf. Wiederverwendbare Lernbauteile werden so montiert, dass sie beschädigungsarm demontiert werden können. Kabel- und Schlauchreste werden vermieden oder sortiert. Fehlerhafte Komponenten werden erst nach Diagnose ersetzt. Softwareänderungen können eine Funktion verbessern, dürfen aber nicht unkontrolliert Sicherheitsrisiken erzeugen.

Zur Reflexion vergleichst du Soll und Ist: War die Taktzeit realistisch? Welche Fehler wurden durch Zwischenprüfungen verhindert? Welche Schnittstelle verursachte den größten Aufwand? Welche Änderung verbessert Qualität oder Ressourcenverbrauch, ohne die Sicherheit zu verschlechtern? Die Reflexion endet mit einem konkreten Verbesserungsauftrag, beispielsweise „Sensorhalter gegen Verdrehen sichern und die Sichtprüfung in den Arbeitsplan aufnehmen“.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Fachwissen prüfen

Welche Angabe macht den Kundenwunsch nach einer schnellen Station prüfbar? (Mindestens acht Werkstückträger pro Minute) (!Die Station soll möglichst modern wirken) (!Die Station soll irgendwann schneller werden) (!Die Bedienung soll allgemein gut sein)

Welche Phase der vollständigen Handlung enthält den begründeten Variantenvergleich? (Entscheiden) (!Ausführen) (!Kontrollieren) (!Bewerten)

Welche maximale Taktzeit ergibt sich bei acht Werkstückträgern pro Minute? (7,5 Sekunden) (!4,8 Sekunden) (!8,0 Sekunden) (!12,5 Sekunden)

Welche Größe wird für die überschlägige Ausfahrkraft eines Pneumatikzylinders benötigt? (Kolbenfläche und wirksamer Druck) (!Nur die Schlauchfarbe) (!Nur die Kolbenstangenlänge) (!Nur die Ventilbezeichnung)

Welches Signal bestätigt im Praxisfall die eingefahrene Grundstellung des Zylinders? (B3) (!B2) (!Y1) (!H1)

Was ist vor einem Automatiklauf fachlich sinnvoll? (Eingänge und Ausgänge stufenweise prüfen) (!Alle Fehler gleichzeitig auslösen) (!Schutzbedingungen vorübergehend überbrücken) (!Ohne Plan direkt die Zykluszeit messen)

Welche Beobachtung grenzt den Fehler bei ausbleibender Zylinderbewegung zuerst sinnvoll ein? (Ob die Startfreigaben und Eingangssignale anliegen) (!Ob das Gehäuse eine andere Farbe erhalten soll) (!Ob bereits ein Ersatzteil bestellt wurde) (!Ob die Dokumentation gelöscht werden kann)

Welche Aussage beschreibt eine gute digitale Dokumentation? (Änderungen sind versioniert und begründet) (!Alle Personen erhalten uneingeschränkten Zugriff) (!Alte Planstände werden ohne Kennzeichnung überschrieben) (!Zugangsdaten stehen im Prüfprotokoll)

Welche Maßnahme unterstützt nachhaltigen Pneumatikbetrieb? (Leckagen erkennen und beseitigen) (!Druck dauerhaft höher als erforderlich einstellen) (!Zylinder ohne Prozessnutzen bewegen lassen) (!Bauteile ohne Diagnose austauschen)

Was gehört zu einer fachgerechten Übergabe? (Prüfergebnisse und verbleibende Grenzen benennen) (!Eine absolute Ausfallfreiheit versprechen) (!Nicht bestandene Prüfungen verschweigen) (!Nur die Stückzahl nennen)

Memory

Anforderung	In messbares Prüfkriterium übersetzter Kundenbedarf
Schnittstelle	Festgelegte Verbindung zwischen zwei Teilsystemen
Signalliste	Zuordnung von Sensoren und Aktoren zu Ein- und Ausgängen
Taktzeit	Verfügbare Zeit für einen vollständigen Bearbeitungszyklus
Prüfprotokoll	Dokumentation von Sollwert, Istwert und Bewertung
Fehlerkette	Systematische Untersuchung vom Signal bis zur Wirkung

Drag-and-drop

Ordne die Handlung der passenden Phase zu.	Phase
Anforderungen und Unterlagen auswerten	Informieren
Arbeitsschritte und Prüfmittel festlegen	Planen
Technische Variante begründet auswählen	Entscheiden
Teilsystem aufbauen oder simulieren	Ausführen
Sollwerte mit Prüfergebnissen vergleichen	Kontrollieren

Kreuzworträtsel

Arbeitsplan	Welches Dokument ordnet Arbeitsschritte, Zeiten und Prüfungen?
Schnittstelle	Wie heißt die festgelegte Verbindung zwischen Teilsystemen?
Sensorik	Welcher Bereich erfasst physikalische Zustände und wandelt sie in Signale um?
Prüfprotokoll	Welches Dokument hält Sollwerte, Istwerte und Bewertungen fest?
Freischalten	Wie heißt die erste der fünf elektrischen Sicherheitsregeln?
Fehleranalyse	Wie heißt das systematische Eingrenzen einer Abweichung?

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Anforderungsliste: Formuliere für die fiktive Sortierstation vier messbare Anforderungen zu Takt, Erkennung, Bedienung und Dokumentation. Rückmeldungskriterium: Jede Anforderung enthält einen überprüfbaren Sollwert oder eindeutigen Zustand.
Signalliste: Erstelle aus den Signalen B1 bis B4, Y1 und H1 eine kompakte Signalliste mit Funktion und erwartetem sicheren Zustand. Rückmeldungskriterium: Eingang, Ausgang und Bedeutung sind widerspruchsfrei.
Taktzeitberechnung: Berechne die maximale Taktzeit für sechs, acht und zehn Werkstückträger pro Minute und vergleiche die Ergebnisse. Rückmeldungskriterium: Rechenweg, Einheit und Interpretation sind vollständig.
Sicherheitsgrenze: Markiere in einer Skizze des Lernsystems Energiequellen, Bewegungsbereich und Arbeitsgrenze. Rückmeldungskriterium: Die Skizze zeigt eine sichere Trennung von Bedien-, Arbeits- und Gefahrenbereich.

Standard

Arbeitsplan Sortierstation: Erstelle einen Arbeitsplan mit mindestens acht fachlichen Schritten, Zeitansätzen, Ressourcen und zwei verbindlichen Prüfpunkten. Rückmeldungskriterium: Abhängigkeiten und Freigaben sind erkennbar.
Pneumatikauslegung: Prüfe mit vollständigem Rechenweg, ob ein Zylinder mit 25 Millimeter Durchmesser bei 5 bar und einem Wirkungsgrad von 0,8 eine erforderliche Kraft von 180 Newton erreicht. Rückmeldungskriterium: Fläche, theoretische Kraft, Nutzkraft und begründetes Urteil sind angegeben.
Fehlerdiagnose Sensor: Entwickle einen Diagnoseplan für den Fehler „Metallteil erkannt, Zylinder bleibt eingefahren“. Rückmeldungskriterium: Die Prüfung folgt der Wirkungskette von Freigabe und Sensorik bis Ventil, Pneumatik und Mechanik.
Kundenübergabe: Verfasse eine kurze Übergabeinformation mit Funktion, Prüfergebnis, Bedienhinweisen und Grenzen. Rückmeldungskriterium: Keine ungesicherte Garantie und keine vertraulichen Daten werden verwendet.

Schwer

Jahresprojekt Mechatronik: Plane die vollständige Handlung für eine Sortier- oder Übergabestation und erstelle Anforderungsliste, Schnittstellenbeschreibung, Arbeitsplan, Prüfplan und Bewertungsraster. Rückmeldungskriterium: Alle Dokumente beziehen sich auf denselben Versionsstand.
Ablaufsteuerung: Entwirf einen zustandsbasierten Ablauf mit Grundstellung, Erkennen, Ausschieben, Rückfahren, Zählen und Störung. Rückmeldungskriterium: Jeder Übergang besitzt eine fachlich begründete Bedingung und eine sichere Fehlerreaktion.
Qualitätsnachweis: Entwickle eine Testserie mit mindestens 20 Zyklen, definierten Fehlerfällen und Abnahmekriterien. Rückmeldungskriterium: Aus den Ergebnissen lässt sich eine nachvollziehbare Freigabe- oder Sperrentscheidung ableiten.
Optimierung und Nachhaltigkeit: Vergleiche zwei technische Varianten hinsichtlich Sicherheit, Takt, Energie, Material, Wartung und Kosten und begründe eine Entscheidung. Rückmeldungskriterium: Zielkonflikte und Grenzen werden ausdrücklich benannt.

Lernkontrolle

Auftragsanalyse: Übertrage einen ungenauen Kundenwunsch in fünf prüfbare technische Anforderungen und begründe, warum jede Anforderung abnahmefähig ist.
Arbeitsorganisation: Prüfe einen vorgegebenen Arbeitsplan auf fehlende Ressourcen, unklare Zuständigkeiten, ungeplante Prüfungen und Sicherheitslücken und verbessere ihn.
Fachrechnen Mechatronik: Berechne für einen gewählten Zylinder die überschlägige Kraft und für die 24-Volt-Steuerung Stromreserve und Leistung; führe Einheiten und Annahmen mit.
Systemintegration: Erkläre anhand einer Wirkungskette, wie Werkstück, Sensor, Steuerung, Ventil, Zylinder und Rückmeldung zusammenwirken.
Fehleranalyse: Werte einen Datensatz mit Ein- und Ausgangssignalen aus, lokalisiere die wahrscheinlichste Störung und plane eine sichere Bestätigungsprüfung.
Qualitätssicherung: Entwickle aus drei Kundenanforderungen passende Prüfverfahren, Sollwerte und Entscheidungsregeln.
Transferaufgabe: Übertrage das Vorgehen auf eine andere berufstypische Anlage, etwa eine Füllstation oder eine Zugangsklappe, und benenne unveränderte sowie neue Schnittstellen.

Lernnachweis

Als Lernnachweis reichst du ein zusammenhängendes Projektportfolio ein. Es enthält die freigegebene Anforderungsliste, einen Arbeitsplan, eine Material- und Prüfmittelliste, eine Schnittstellen- und Signalliste, einen Ablaufentwurf, die überschlägigen Berechnungen, einen sicheren realen oder simulierten Aufbau, ein Prüfprotokoll mit mindestens 20 Zyklen, eine dokumentierte Fehleranalyse, eine Übergabeinformation und eine fachliche Reflexion.

Wesentliche Kompetenzen sind nachgewiesen, wenn du den Auftrag aus Kunden- und Prozesssicht erfassen, eine realistische Arbeitsfolge planen, mechatronische Teilsysteme verbinden, Gefährdungen und Arbeitsgrenzen beachten, Mess- und Beobachtungsdaten auswerten, Fehler systematisch eingrenzen, Qualität begründet beurteilen und das Ergebnis adressatengerecht übergeben kannst.

Der Lernnachweis darf ausschließlich synthetische oder freigegebene Daten enthalten. Fotos und Screenshots werden auf vertrauliche Informationen, Gesichter, Kennzeichen, Zugangsdaten, Seriennummern und interne Netzangaben geprüft.

OER und Wikipedia

Verlässliche Fach- und Rechtsquellen

Normen sind urheberrechtlich geschützte Regelwerke. Dieser Kurs paraphrasiert nur allgemeine Sicherheitsgedanken und ersetzt keinen Zugriff auf die im Betrieb gültige Ausgabe. Vor einer realen Durchführung sind der aktuelle Normenstand, Änderungsblätter, Herstellerangaben und betriebliche Vorgaben durch die verantwortliche Fachkraft zu prüfen.

Mediennachweise

Medium	Quelle	Urheber	Lizenz oder Nutzungshinweis
File:BMA Automation Allen Bradley PLC 3.JPG	Commons-Dateiseite	Elmschrat	CC BY-SA 3.0 oder GFDL
File:Cylinders with Hall sensors.png	Commons-Dateiseite	IMeowbot	CC BY-SA 3.0
File:HMI-GUI.jpg	Commons-Dateiseite	BAutomation	CC BY-SA 4.0
File:Miniload ASRS.jpg	Commons-Dateiseite	Thomas Philippi	CC BY-SA 3.0 oder GFDL
File:Multimeter Gossen Metra Hit.jpg	Commons-Dateiseite	Harke	CC BY-SA 3.0 und weitere auf der Dateiseite ausgewiesene freie Lizenzen
https://www.youtube.com/watch?v=ljtxboIMhic	IHK Berlin auf YouTube	IHK Berlin	Einbettung über YouTube; keine offene Lizenz behauptet
https://www.youtube.com/watch?v=rZYiAN5y08o	Landefeld auf YouTube	Landefeld Druckluft und Hydraulik	Einbettung über YouTube; keine offene Lizenz behauptet

Verknüpfte Lernbereiche

Praxisauftrag Mechatronik

Der Kurs verbindet die Lernbereiche Auftragsanalyse, technische Kommunikation, Mechanik, Elektrotechnik, Steuerungs- und Regelungstechnik, Pneumatik, Informatik, Fachrechnen, Qualitätsmanagement, Arbeits- und Gesundheitsschutz, Umweltschutz, Datenschutz sowie wirtschaftliches Handeln. Als weiterführende Projekte eignen sich eine Füllstandsstation, eine Ampelsteuerung am Lernmodell, eine pneumatische Übergabeeinheit oder ein digitaler Zwilling einer Montagezelle.