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Fachübungen 1 – Elektrotechnische Systeme analysieren und Funktionen prüfen - Industrieelektriker

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Einleitung

Du beginnst mit dem Lernfeld 1 der Ausbildung zum Industrieelektriker beziehungsweise zur Industrieelektrikerin: Elektrotechnische Systeme analysieren und Funktionen prüfen. Der KMK-Rahmenlehrplan vom 23. April 2009 ordnet dem ersten Ausbildungsjahr dafür einen Zeitrichtwert von 80 Unterrichtsstunden zu. Die staatlich geregelte Ausbildung dauert zwei Jahre und umfasst die Fachrichtungen Betriebstechnik sowie Geräte und Systeme. Dieses gemeinsame Lernfeld ist für beide Fachrichtungen relevant. Ein individueller betrieblicher Ausbildungsbeginn ergibt sich aus dem jeweiligen Ausbildungsverhältnis; hier wird kein allgemeiner Startmonat behauptet.

Dein Lernziel: Du analysierst Aufträge und Systemgrenzen, liest Schaltpläne, unterscheidest Bauelemente und Baugruppen, berechnest elektrische Grundgrößen, planst virtuelle Prüfungen, interpretierst Messdatensätze und begründest Fehlerdiagnosen. Du dokumentierst nachvollziehbar, kommunizierst fachsprachlich und erkennst die Grenzen deiner Zuständigkeit. Das Material enthält drei Niveaus und einen vollständig gelösten, rein fiktiven Modellfall.

Sicherheitsgrenze: Sämtliche Berechnungen, Schaltbilder, Messreihen und Diagnosen beziehen sich auf synthetische Daten, Zeichnungen oder digitale Simulationen. Baue keine dargestellten Schaltungen eigenständig an realen Betriebsmitteln nach. Praktische Elektroarbeiten, Sicherheitsprüfungen und Freigaben sind ausschließlich unter den geltenden Qualifikations-, Beauftragungs- und Aufsichtsregeln zulässig. Ein bestandenes Quiz, dieser Kurs und eine Simulation erteilen keine Arbeitsfreigabe.

Berufsportal: Ausbildung – Industrieelektriker. Ergänzend: Ohmsches Gesetz, Elektrotechnische Grundlagen und Gleichstrom – Das Ohmsche Gesetz anwenden und Elektrotechnische Grundlagen und Gleichstrom – Knoten- und Maschenregeln anwenden.

Systeme, Aufträge und technische Unterlagen analysieren

Vom Auftrag zur Systemgrenze

Ein elektrotechnisches System erfüllt eine festgelegte Aufgabe durch das Zusammenwirken von Energieversorgung, Leitungen, Betriebsmitteln, Steuerinformationen und Lasten. Die Anlagenebene beschreibt die Gesamtheit, die Geräteebene ein funktionsfähiges Gerät, die Baugruppenebene einen funktionalen Teil und die Bauelementeebene einzelne Widerstände, Schalter oder Halbleiter. Du analysierst stets Eingang → Verarbeitung → Ausgang und benennst Schnittstellen und mögliche Fehlerfolgen.

Beispiel: In einem fiktiven Produktionsbereich soll eine 24-V-Anzeige digital geprüft werden. Die Anlage enthält den Anzeigeplatz, das Gerät eine modellierte Gleichspannungsquelle, die Baugruppe eine Lastschaltung und die Bauelemente zwei Widerstände. Eine fehlende Anzeige kann deshalb auf Versorgung, Verbindung, Schaltzustand oder Last zurückgehen. Die Beobachtung allein beweist noch kein defektes Bauteil.

Abb. 1: Grundschaltbild mit Quelle, Sicherung, Widerstand, LED sowie Strom- und Spannungsmessgerät; die LED ist kein ideal ohmscher Widerstand. Quelle: Christopher Pritchard, Wikimedia Commons, gemeinfrei.

Stromlaufbilder lesen und erstellen

Ein Stromlaufplan stellt die elektrischen Beziehungen dar und nicht die räumliche Lage am Montageort. Lies zuerst die Betriebsmittelkennzeichnungen und Symbole, verfolge dann Versorgungs- und Rückleiter sowie Verzweigungen. Ein Schalter unterbricht oder schließt einen Strompfad; ein Widerstand begrenzt im Modell den Strom. Ein Messgerät ist nicht mit einer Sicherung oder einer Last zu verwechseln.

Dokument	Wofür du es auswertest	Beispiel eines Prüfergebnisses
Arbeitsauftrag	Sollfunktion und Grenzen des Auftrags	Zwei Lastzweige sind vorgesehen
Stromlaufplan	Elektrische Verbindungen und Messpunkte	Zwei Widerstände sind parallel angeordnet
Bauteildatenblatt	Nennwert, Toleranz, Belastbarkeit, Betriebsbedingungen	Widerstandswert und Leistung sind spezifiziert
Prüfplan	Prüfgröße, Methode, Sollwert und Abweichungskriterium	Vergleich zwischen Soll- und Simulationsdaten
Prüfprotokoll	Istwert, Einheit, Bewertung und Folgemaßnahme	Abweichung wird nachvollziehbar beschrieben

Leseverfahren: Benenne zuerst die Quelle und das Bezugspotenzial; markiere anschließend die Bauelemente und Knoten; notiere deren technische Funktionen; bestimme, wo Spannungen beziehungsweise Ströme theoretisch auftreten. Verwende eine Legende und eindeutige Kennzeichnungen wie R1, R2 und S1. Bei englischen Datenblättern helfen die Begriffe voltage (Spannung), current (Strom), resistance (Widerstand) und rated power (Nennbelastbarkeit).

Geplante Zusammenarbeit und Qualitätskriterien

Vor der Bearbeitung klärst du fachlich die Auftragssituation, die verfügbare Dokumentation, den erwarteten Abgabetermin, die simulierte Prüfmethode und die Zuständigkeiten. Im Team übernimmt eine Person die Schaltplanprüfung, eine die unabhängige Rechnung und eine die Ergebnisdokumentation. Erst der Vergleich macht Widersprüche sichtbar. Ein Ergebnis gilt fachlich als nachvollziehbar, wenn Eingaben, Einheiten, Annahmen, Rechenweg, Soll-Ist-Vergleich und Beurteilung zusammenpassen.

Elektrische Grundgrößen, Bauelemente und Rechenwege

Größen, Einheiten und Umrechnungen

Spannung U ist die elektrische Potenzialdifferenz in Volt (V). Stromstärke I beschreibt die transportierte Ladung pro Zeit in Ampere (A). Widerstand R wird in Ohm (Ω) angegeben. Leistung P ist die Energieumsetzung pro Zeit in Watt (W). Für einen idealisierten ohmschen Widerstand bei annähernd unveränderter Temperatur gilt $U = R \cdot I$ . Daraus folgen $I = U / R$ und $R = U / I$ . Allgemein definiert der Quotient U/I einen statischen Widerstand am Arbeitspunkt; ein konstanter R-Wert ist jedoch nur für ohmsches Verhalten innerhalb der betrachteten Bedingungen anzusetzen.

Beispiel: An einem 1,2-kΩ-Widerstand liegen 12 V an. Zuerst 1,2 kΩ = 1 200 Ω; danach I = 12 V / 1 200 Ω = 0,010 A = 10 mA. Die Gegenprobe lautet U = 1 200 Ω · 0,010 A = 12 V. Typischer Fehler: 12 / 1,2 = 10 fälschlich als 10 A statt 10 mA zu notieren.

Abb. 2: Merkhilfe für U, I und R. Quelle: Wikimedia Commons, gemeinfrei; die Formel ersetzt nicht das Verständnis ihrer Gültigkeitsbedingungen.

Reihen- und Parallelschaltung

Bei einer Reihenschaltung ist der Strom in allen in Reihe verbundenen Elementen gleich; die Teilspannungen addieren sich. Für ideale Widerstände: $R_{g e s} = R_{1} + R_{2}$ . Beispiel: 400 Ω und 800 Ω ergeben 1 200 Ω; bei 12 V fließen 10 mA. Teilspannungen: U1 = 4 V und U2 = 8 V. Die Summe ist 12 V.

Abb. 3: Widerstände in Reihe. Omegatron, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

Bei einer Parallelschaltung liegt an jedem ideal verbundenen Zweig die gleiche Spannung; Teilströme addieren sich nach der Knotenregel. Für zwei Widerstände gilt $1 / R_{g e s} = 1 / R_{1} + 1 / R_{2}$ beziehungsweise $R_{g e s} = R_{1} R_{2} / (R_{1} + R_{2})$ . Beispiel: 1 200 Ω parallel zu 2 400 Ω ergeben 800 Ω. Bei 24 V fließen 20 mA und 10 mA, zusammen 30 mA. Der Gesamtwiderstand ist kleiner als jeder einzelne Zweigwiderstand.

Abb. 4: Widerstände parallel. Omegatron, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

Kennwerte und Verlustleistung beurteilen

Für einen ohmschen Zweig gelten $P = U \cdot I = I^{2} R = U^{2} / R$ . Ein 1,2-kΩ-Widerstand bei 24 V setzt rechnerisch 0,48 W um. Ein Bauteil mit 0,25 W Nennbelastbarkeit wäre dafür im Modell nicht ausreichend. Auch eine höhere Nennbelastbarkeit allein beweist noch keine Eignung, denn Temperatur, Einbau, Derating und Datenblattvorgaben spielen mit hinein. Eine Leuchtdiode besitzt eine nichtlineare Kennlinie: Ersetze sie deshalb nicht ohne Begründung durch einen festen ohmschen Widerstand.

Abb. 5: Lineare Strom-Spannungs-Kennlinie eines ohmschen Widerstands, mit Strom über Spannung; ihre Steigung ist 1/R. Chetvorno, Wikimedia Commons, CC0.

Spannung am idealen R = 1 200 Ω	Berechneter Strom	Berechnete Leistung
0 V	0 mA	0 W
6 V	5 mA	0,030 W
12 V	10 mA	0,120 W
18 V	15 mA	0,270 W
24 V	20 mA	0,480 W

Auswertung des Diagramms: Trägst du I gegen U auf, besitzt die Gerade die Steigung 1/R = 0,000833 A/V. Zeichnest du dagegen U gegen I, ist die Steigung R = 1 200 Ω. Eine Verwechslung der Achsen führt zu einem falschen Widerstandswert.

Abb. 6: Erläuterung der Widerstandsfarbringe. Knarfili, Wikimedia Commons, CC0. Der Farbcode ersetzt keine Datenblattprüfung.

Fachvideo zur Vertiefung: Ohmsches Gesetz mit Rechnung, Easy E-Tech (2021); beachte die Einheiten beim Umstellen.

Fachvideo zu Leistung und Widerstand: #Sogeht by Sven Stemmler (2023); kontrolliere anschließend selbst U, I, R und P.

Sicherheitsorientiert prüfen und Messdaten bewerten

Gefahren erkennen und Arbeitsgrenzen beachten

Elektrischer Strom kann gefährliche Körperdurchströmung, Verbrennungen, Lichtbogenereignisse oder Brände auslösen. Die fünf Sicherheitsregeln lauten: (1) freischalten, (2) gegen Wiedereinschalten sichern, (3) Spannungsfreiheit feststellen, (4) erden und kurzschließen, (5) benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken. Ihre konkrete Anwendung richtet sich nach der Anlage und der verantwortlichen Elektrofachkraft. Besonders das Feststellen der Spannungsfreiheit verlangt dafür geeignete Geräte und qualifizierte beziehungsweise entsprechend unterwiesene Personen nach den geltenden Vorgaben.

Achtung: Eine übliche Spannungsmessung mit einem Multimeter ist kein Ersatz für die norm- und situationsgerechte Feststellung der Spannungsfreiheit. Auch eine 24-V-Quelle kann bei hoher möglicher Stromabgabe Kurzschluss- und Erwärmungsgefahren verursachen. Deshalb werden die folgenden Schritte ausschließlich auf Papier oder in einer Simulation durchgeführt. Reale Betriebsmittel bleiben ausgenommen.

Messverfahren im Stromlaufbild begründen

Ein Voltmeter wird zum Ermitteln der Spannung parallel zu dem betrachteten Bauteil angeordnet; ein Amperemeter zur Ermittlung des Zweigstroms im jeweiligen Strompfad in Reihe. Diese Beschreibung gilt für das Schaltungsschema, nicht als Aufforderung zum Anschließen realer Messgeräte. Ein Amperemeter besitzt idealisiert einen sehr kleinen Innenwiderstand; ein falscher Parallelanschluss kann in der Realität gefährlich werden. Widerstandsmessungen an unter Spannung stehenden Schaltungen sind unzulässig; die Festlegung und Durchführung realer Prüfverfahren liegt bei qualifizierten Personen.

Abb. 7: Digitalmultimeter bei der Widerstandsmessung; Gerätedarstellung, keine Handlungsfreigabe. Michael Häckel, Wikimedia Commons, gemeinfrei.

Abb. 8: Fotobeispiel zur Spannungsanzeige eines Multimeters. Dennis G German, Wikimedia Commons, CC0. Die abgebildete Situation ist keine Arbeitsanweisung.

Virtueller Prüfplan:

Ausgangsfrage, Schaltbild, Quelle, Bauteilwerte und Messgröße aus dem Arbeitsauftrag übernehmen.
Erwartete Werte mit Einheiten und Toleranzen aus verifizierten Annahmen berechnen.
In der Simulation Messpunkte und die Zuordnung von Spannungs- beziehungsweise Strommessung prüfen.
Datensatz protokollieren, Soll-Ist-Abweichung berechnen und mindestens eine alternative Erklärung prüfen.
Befund, Grenzen der Simulation und offene Fragen dokumentieren; keine reale Inbetriebnahme oder Freigabe ableiten.

Datenqualität und typische Diagnosefehler

Ein Messwert ist nur zusammen mit Messstelle, Bezugspunkt, Einheit, Betriebszustand und Messbedingungen sinnvoll. Unterscheide Soll (aus Anforderungen), berechnet (aus Modell), simuliert (aus digitalem Modell) und real gemessen (durch Berechtigte). Eine Simulation kann interne Idealisierungen enthalten. Du darfst Grenzwerte oder Messunsicherheiten nicht ausdenken; falls Herstellerangaben fehlen, kennzeichne die Bewertung als nur qualitativ.

Fehler	Warum er problematisch ist	Fachliche Gegenprüfung
Quellspannung statt Bauteilspannung verwendet	Ein Spannungsabfall an einem weiteren Element bleibt verborgen	Messpunkte im Plan markieren
mA mit A verwechselt	Faktor 1 000 verändert das Ergebnis	Einheiten vor der Rechnung umwandeln
Reihen- und Parallelzweig vertauscht	Falsche Strom- oder Spannungsverteilung	Knoten und Strompfade nachzeichnen
Abweichung sofort als Bauteildefekt gedeutet	Messanordnung oder Parametrierung können Ursache sein	Unabhängige Hypothese prüfen
Rechenwert als Sicherheitsnachweis bezeichnet	Sicherheit verlangt geregelte reale Prüfverfahren	Befund auf virtuelle Modellfunktion begrenzen

Fachvideo zur Parallelschaltung: #Sogeht by Sven Stemmler (2021). Zeichne danach den Knoten und begründe die Stromsumme.

Beruflicher Modellfall: virtuelle Anzeigeeinheit systematisch untersuchen

Auftrag, Modell und Anforderungen

Synthetischer Ausbildungsauftrag: Ein fiktives Unternehmen nutzt eine digitale Prüfsimulation für die Funktion einer 24-V-Gleichstrom-Anzeigeeinheit. S1 liegt gedanklich vor zwei parallelen ohmschen Zweigen; R1 = 1 200 Ω und R2 = 2 400 Ω. Quelle und Leiter werden zunächst idealisiert, S1 ist geschlossen. Die Sollfunktion lautet: Beide Zweige erhalten 24 V; rechnerische Ströme und Leistung sind zu bestimmen und mit einem anonymen Simulationsprotokoll zu vergleichen. Die Aufgabe ist keine Anleitung zum Aufbau, zur Maschinenfreigabe oder zum Prüfen einer echten Anlage.

Musterarbeitsprodukt A – textliches Stromlaufbild: Ideale Quelle (+24 V) → geschlossener S1 → Knoten K1. Von K1 führen zwei parallele Strompfade über R1 und R2 zum gemeinsamen Rückleiter 0 V. Simuliertes Voltmeter V1 liegt über R1, V2 über R2; modellierte Stromsensoren I1 und I2 erfassen je einen Zweig. Diese textliche Skizze ist durch einen eigenen digitalen Stromlaufplan mit Legende zu ersetzen.

Vollständige Sollrechnung

Schritt 1: Parallel gilt U1 = U2 = 24 V. Schritt 2: I1 = 24 V / 1 200 Ω = 0,020 A = 20 mA; I2 = 24 V / 2 400 Ω = 0,010 A = 10 mA. Schritt 3: Iges = I1 + I2 = 30 mA. Schritt 4: Rges = (1 200 Ω · 2 400 Ω) / (1 200 Ω + 2 400 Ω) = 800 Ω; Gegenprobe 24 V / 800 Ω = 30 mA. Schritt 5: P1 = 24 V · 0,020 A = 0,48 W; P2 = 24 V · 0,010 A = 0,24 W; Pges = 0,72 W. Auch die Quellleistung im idealen Modell ist 24 V · 0,030 A = 0,72 W. Das ist ein rechnerischer Energiebilanzcheck, keine elektrische Sicherheitsbewertung.

Größe	Sollwert	Synthetische Simulation B	Einordnung
U1	24 V	24 V	gleich
U2	24 V	24 V	gleich
I1	20 mA	12 mA	um 8 mA geringer
I2	10 mA	10 mA	gleich
Iges	30 mA	22 mA	um 8 mA geringer
R1 als U1/I1	1 200 Ω	2 000 Ω	abweichender wirksamer Widerstand
P1 als U1·I1	0,48 W	0,288 W	veränderter Modellzustand

Diagnose, Gegenprüfung und Ergebnis

Musterarbeitsprodukt B – Prüfprotokoll: Dokumentations-ID SIM-LF1-01; Datenart: fiktive Simulation; Modell: ideale 24-V-Quelle, zwei Parallelzweige; Soll: Iges 30 mA; Ist: Iges 22 mA; Abweichung: –8 mA beziehungsweise –26,7 % bezogen auf den Sollstrom. Der erste Zweig zeigt –40 % relativ zum erwarteten Zweigstrom. Sein rechnerisch wirksamer Widerstand ist R1,eff = 24 V / 0,012 A = 2 000 Ω. Zweig 2 entspricht dem Soll.

Hypothese 1: In Simulation B ist versehentlich R1 = 2 000 Ω statt 1 200 Ω parametriert. Hypothese 2: Ein zusätzliches ideales Serienwiderstandsmodell von 800 Ω wurde nur in Zweig 1 eingefügt. Gegenprüfung: Kontrolliere digital die Parameterliste, die Topologie und die ausgewiesenen Spannungspunkte. Wenn R1 in der Simulation wieder mit 1 200 Ω und ohne Serienzusatz modelliert wird, erhältst du wieder I1 = 20 mA und Iges = 30 mA. Die vorliegenden Zahlen alleine unterscheiden Hypothese 1 und Hypothese 2 nicht sicher.

Fachliches Ergebnis: Die simulierte Abweichung ist auf Zweig 1 eingrenzbar, nicht eindeutig auf ein reales defektes Bauteil. Die berechnete Funktion des idealen Sollmodells ist konsistent. Freigabestatus: keine reale Prüfung, keine Maschinen- oder Anlagenfreigabe. Offener Punkt: reale Prüfbedingungen und der tatsächliche Sicherheitszustand wurden nicht erhoben.

Bewertungsraster und Musterabgabe

Kriterium	Volle Punktzahl	Woran du die Qualität erkennst
Systemanalyse und Stromlaufbild	20	Quelle, Knoten, S1, Zweige, Messpunkte, eindeutige Legende
Grundgrößen und vollständige Rechnungen	25	20 mA, 10 mA, 30 mA, 800 Ω, 0,48 W, 0,24 W, 0,72 W, Einheiten und Gegenproben
Logischer virtueller Prüfplan	20	Sollwerte, Messstellen, Dokumentationsfolge und alternative Ursachen
Befund und Fehlerdiagnose	15	2 000 Ω, –8 mA, Hypothesen ohne vorschnelle Festlegung
Technische Dokumentation	10	Quellen der Daten, Schaltbild, Protokoll, Schlussfolgerung und offene Fragen
Arbeitssicherheit und Grenzen	10	Keine reale Arbeitsfreigabe, qualifizierte Aufsicht, keine Fehlinterpretation der Sicherheitsregeln
Gesamt	100	Musterfall fachlich bewertet; keine Befähigungs- oder Freigabebescheinigung

Musterabgabe: Ein einseitiger digitaler Stromlaufplan, eine Berechnungstabelle, ein Soll-Ist-Datensatz, zwei überprüfbare Diagnosehypothesen, ein kurzes Prüfprotokoll und die ausdrückliche Aussage „Simulation erfolgreich analysiert – keine reale Freigabe“. In diesem Musterfall sind 100 Punkte nur bei korrekten und begründeten Arbeitsergebnissen möglich; für Teilergebnisse gelten nachvollziehbare Teilpunkte.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Fachwissen

1. Welche Beschreibung grenzt die Baugruppenebene passend ab? (Ein funktionaler Teil eines Geräts aus zusammenwirkenden Bauelementen) (!Das gesamte Werk mit allen Fertigungslinien) (!Nur ein einzelnes Kupferatom) (!Ausschließlich die räumliche Lage eines Schaltschrankes)

Rückmeldung: Eine Baugruppe bildet eine Teilfunktion; die Anlage ist übergeordnet und das einzelne Bauelement untergeordnet.

2. Wie groß ist der Strom durch einen idealen Widerstand von 1200 Ohm bei 12 Volt? (10 mA) (!10 A) (!100 mA) (!0,1 mA)

Rückmeldung: Teile 12 V durch 1 200 Ω und rechne 0,010 A in 10 mA um.

3. Welche Eigenschaft besitzt eine ideale Reihenschaltung zweier Widerstände? (Durch beide fließt derselbe Strom) (!An beiden liegt immer dieselbe Spannung) (!Ihr Gesamtwiderstand ist kleiner als jeder Einzelwiderstand) (!Ihre Teilströme addieren sich zu zwei unterschiedlichen Gesamtströmen)

Rückmeldung: Bei nur einem Strompfad ist der Strom gleich; Spannungen teilen sich nach den Widerständen auf.

4. Wie groß ist der Gesamtwiderstand von 1200 Ohm und 2400 Ohm parallel? (800 Ohm) (!3600 Ohm) (!1800 Ohm) (!1200 Ohm)

Rückmeldung: Der Parallelersatz ist 1 200 mal 2 400 geteilt durch 3 600 Ohm und somit kleiner als 1 200 Ohm.

5. Welche Aussage über die ideale Parallelschaltung stimmt? (An beiden Zweigen liegt dieselbe Spannung) (!Durch beide Zweige muss derselbe Strom fließen) (!Alle Widerstände addieren sich direkt) (!Die Gesamtstromstärke ist stets null)

Rückmeldung: Gemeinsame Knoten bedeuten gleiche Zweigspannung; die Ströme hängen von den Zweigwiderständen ab.

6. Welche rechnerische Verlustleistung ergibt sich bei 24 Volt und 20 Milliampere? (0,48 W) (!480 W) (!0,048 W) (!48 W)

Rückmeldung: 20 mA entsprechen 0,020 A; 24 V mal 0,020 A ergeben 0,48 W.

7. Welche Messgeräteanordnung ist im theoretischen Stromlaufbild richtig? (Voltmeter parallel zur Last und Amperemeter in Reihe zum Zweig) (!Beide Messgeräte ausschließlich parallel zur Quelle) (!Amperemeter parallel zur Last und Voltmeter in Reihe) (!Beide Messgeräte ausschließlich in Reihe zur Last)

Rückmeldung: Spannung wird zwischen zwei Punkten, Strom im betrachteten Zweig erfasst; dies ist keine Anleitung zum realen Anschließen.

8. Welche erste Folgerung ist bei 24 Volt und 12 Milliampere über einem modellierten Widerstand begründet? (Der Quotient aus Spannung und Strom beträgt 2000 Ohm) (!Der Widerstand ist nachweislich real beschädigt) (!Der Strom beträgt sicher 12 Ampere) (!Die gesamte Anlage darf wieder eingeschaltet werden)

Rückmeldung: R = 24 V geteilt durch 0,012 A = 2 000 Ω; die Ursache der Abweichung bleibt separat zu prüfen.

9. Was gilt für die Feststellung der Spannungsfreiheit an einer realen Anlage? (Sie erfordert dafür berechtigte Personen und geeignete Spannungsprüfverfahren) (!Ein bestandenes Onlinequiz reicht als Befähigung) (!Ein beliebiger einpoliger Schraubendreher ist immer ausreichend) (!Eine vorherige Softwareberechnung ersetzt die Sicherheitsprüfung)

Rückmeldung: Reale Sicherheitsarbeiten unterliegen Qualifikation, Beauftragung und spezifischen Prüfanforderungen.

10. Welche Aussage charakterisiert eine ohmsche Kennlinie bei konstantem Widerstand? (Strom ist proportional zur Spannung und die Stromkurve verläuft durch den Ursprung) (!Jede Leuchtdiode besitzt stets eine lineare Kennlinie) (!Die Spannung ist unabhängig vom Strom) (!Der Widerstand muss bei jeder Spannungsänderung wachsen)

Rückmeldung: Die Proportionalität gilt für das ohmsche Modell; reale Bauteile können temperaturabhängig oder nichtlinear sein.

Memory: Fachbegriffe zuordnen

Ordne jedem Begriff genau die passende Erklärung zu.

Potenzialdifferenz	Physikalischer Hintergrund einer elektrischen Spannung
Zweigstrom	Stromstärke in genau einem parallelen Strompfad
Ersatzwiderstand	Zusammenfassender Widerstand eines Netzwerks
Stromlaufplan	Grafische Darstellung elektrischer Verbindungen
Nennbelastbarkeit	Im Datenblatt spezifizierte zulässige Leistungsbeanspruchung unter Bedingungen
Sollwert	Aus Anforderungen abgeleiteter erwarteter Wert
Gegenprobe	Unabhängige rechnerische Kontrolle eines Ergebnisses

Drag-and-drop: Befunde zuordnen

Ziehe die passenden textlichen Bezeichnungen zu den Beschreibungen.

Passender Begriff	Beschreibung
Reihenzweig	Strom durchläuft die betrachteten Elemente nacheinander
Parallelknoten	Strom teilt sich auf mehrere Zweige auf
Widerstandskennlinie	Grafischer Verlauf der Stromstärke über der Spannung
Messpunktbezug	Legt fest zwischen welchen Punkten eine Spannung bewertet wird
Abweichungsanalyse	Vergleicht Sollwerte mit protokollierten Istwerten

Kreuzworträtsel

Spannung	Welche elektrische Größe besitzt die Einheit Volt?
Strom	Welche elektrische Größe wird in Ampere angegeben?
Widerstand	Welche Größe bezeichnet das Verhältnis von Spannung und Strom?
Leistung	Welche Größe wird in Watt gemessen?
Schalter	Welches Bauelement öffnet oder schließt einen Strompfad?
Messpunkt	Wie heißt eine eindeutig gekennzeichnete Stelle zur Erfassung eines Prüfwertes?

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Passende Lernübungen zum Themenfeld können über diese Suche geöffnet werden; die Treffer sind externe Angebote und keine automatisch als geprüft behaupteten Einzelübungen.

Separater Lückentext

Eine elektrische Potenzialdifferenz wird als

bezeichnet.

Die Einheit der Stromstärke heißt

.

Ein elektrischer Widerstand wird in der Einheit

angegeben.

Bei einer Reihenschaltung ist der Strom in jedem Bauelement

.

In parallel verbundenen Zweigen liegt dieselbe

an.

Der Strom durch einen idealen ohmschen Widerstand folgt dem

.

Die elektrische Leistung berechnest du aus Spannung mal

.

Ein Messgerät für Spannung wird im Schaltbild

angeordnet.

Eine berechnete Größe vergleichst du im Protokoll mit dem

.

Bei unklaren Daten formulierst du zunächst eine überprüfbare

.

Eine digitale Prüfung ersetzt niemals eine reale

.

Offene Aufgaben

Bearbeite alle Aufgaben anhand virtueller Modelle, synthetischer Daten, Zeichnungen oder Recherche. Für jede Abgabe gilt: Rechenweg, Einheit, Annahmen, fachliche Begründung und gegebenenfalls Quellen angeben.

Leicht

Stromlaufplan: Markiere in Abb. 1 gedanklich Quelle, Schutzbauteil, Last und Messgeräte. Erstelle ein eigenes beschriftetes digitales Schaltbild als Musterprodukt.
Elektrische Spannung: Gestalte eine Übersichtskarte zu U, I, R und P mit Einheiten und je einem fachlich richtigen Beispielsatz.
Ohmsches Gesetz: Berechne den Strom für 6 V an 300 Ω sowie für 12 V an 600 Ω; lege eine Tabelle mit Gegenprobe an.
Arbeitssicherheit: Produziere eine kurze textliche Sicherheitsinformation zu den fünf Sicherheitsregeln und zu den Grenzen der eigenen Ausbildungsbefugnisse.

Standard

Reihenschaltung: Entwerfe ein virtuelles 12-V-Reihenmodell mit 400 Ω und 800 Ω; dokumentiere Gesamtstrom und beide Teilspannungen.
Parallelschaltung: Zeichne und berechne zwei virtuelle Zweige von 1,2 kΩ und 2,4 kΩ an 24 V; erstelle ein tabellarisches Ergebnisprotokoll.
Strom-Spannungs-Kennlinie: Leite aus der fünfzeiligen Wertetabelle des Kapitels ein I-über-U-Diagramm ab und erläutere den Anstieg.
Technische Dokumentation: Entwirf für den Modellfall einen digitalen Prüfplan mit drei Prüfgrößen, Sollwert, Modellmessstelle und Dokumentationsspalte.

Schwer

Fehlerdiagnose: Vergleiche die Daten von Simulation B mit den Sollwerten und entwickle zwei unterschiedliche, digital überprüfbare Fehlerhypothesen.
Elektrische Leistung: Prüfe rechnerisch für den Sollfall die Eignung von Widerständen mit 0,25 W und 1 W Nennbelastbarkeit und benenne offene reale Auslegungsfragen.
Qualitätssicherung: Entwickle ein digitales Bewertungsraster für eine Teamabgabe mit fachlichem Rechnen, Dokumentation, Fehlertoleranz und Sicherheitsgrenzen.
Berufliche Handlungskompetenz: Erstelle ein kurzes Audio- oder Video-Storyboard für ein fiktives Fachgespräch, in dem du Befund, alternative Ursache und fehlende reale Freigabe erklärst.

Musterlösungen und fachliche Kriterien zu den zwölf offenen Aufgaben

Leicht 1: Musterprodukt ist ein klar beschriftetes Schaltbild; die Quelle speist einen Strompfad, ein Messgerät ist mit A und das andere mit V bezeichnet. Kriterien: elektrische Funktion, nicht räumliche Lage; eindeutige Legende. Leicht 2: U/V, I/A, R/Ω, P/W und zutreffende Bedeutung jeder Größe. Leicht 3: Beide Rechnungen ergeben I = 0,020 A = 20 mA; die Gegenproben ergeben wieder 6 V beziehungsweise 12 V. Leicht 4: Alle fünf Regeln in korrekter Folge, Aufsicht beziehungsweise Qualifikation und der Hinweis auf fehlende reale Arbeitsfreigabe.

Standard 1: Rges = 1 200 Ω, I = 10 mA, U1 = 4 V, U2 = 8 V; Kontrollsumme 12 V. Standard 2: Rges = 800 Ω, I1 = 20 mA, I2 = 10 mA, Iges = 30 mA, eindeutige Knotenzeichnung. Standard 3: Punkte (0 V, 0 mA), (6 V, 5 mA), (12 V, 10 mA), (18 V, 15 mA), (24 V, 20 mA); gerade Kennlinie mit Steigung 0,833 mA/V, die dem Kehrwert von 1 200 Ω entspricht. Standard 4: Muster-Spalten: Prüfgröße, Soll, Simulationspunkt, Ist, Abweichung, Beurteilung; dokumentierte Größen U1 = 24 V, I1 = 20 mA, Iges = 30 mA.

Schwer 1: Modellbefund R1,eff = 2 000 Ω bei 24 V und 12 mA; sowohl veränderte R1-Parametrierung als auch zusätzlicher Serienwiderstand sind plausible Erklärungen; prüfe die digitale Netzliste. Schwer 2: Für R1 beträgt P = 0,48 W; 0,25 W reicht rechnerisch nicht, 1 W überschreitet die Modelllast nicht; Temperatur, Kühlung, Betriebsbedingungen und Datenblatt bleiben offen. Schwer 3: Beispielraster: Rechenrichtigkeit 30 %, Planlesbarkeit 20 %, Hypothesenqualität 20 %, Dokumentation 15 %, Sicherheitsbewusstsein 15 %; für jede Kategorie messbare Kriterien formulieren. Schwer 4: Musterstoryboard: Auftrag → Soll 30 mA → Ist 22 mA → Eingrenzung auf Zweig 1 → zwei Hypothesen → digitale Gegenprüfung → ausdrücklich keine reale Freigabe. Kriterien: korrekte Fachsprache, sachliche Unsicherheit und realistische Zuständigkeiten.

Lernkontrolle

Systemanalyse: Erkläre, wie eine Störung auf Geräte-, Baugruppen- und Bauelementeebene unterschiedlich beschrieben wird; nenne je ein Beispiel aus dem Modellfall. Erwartung: Hierarchie, Systemgrenze und mögliche Wirkungsbeziehungen stimmen.
Kirchhoffsche Regeln: Begründe für R1 = 1 200 Ω und R2 = 2 400 Ω an 24 V die Ströme und prüfe die Knotenregel. Erwartung: 20 mA + 10 mA = 30 mA, richtige Einheiten.
Fehlersuche: Ein virtueller Stromwert sinkt, obwohl die Quellspannung konstant angezeigt wird. Warum ist ein Bauteildefekt noch nicht bewiesen? Erwartung: Messstelle, Zweigspannung, Netzliste und mindestens zwei Hypothesen.
Elektrische Leistung: Welche Konsequenz hätte das Einsetzen eines nur mit 0,25 W spezifizierten Widerstands in das 0,48-W-Sollmodell? Erwartung: rechnerische Überlastung, keine reale Auslegung ohne Datenblatt.
Messverfahren: Begründe die Position von Strom- und Spannungsmessgerät im theoretischen Schaltbild und erkläre, warum dieser Kurs keine reale Messhandlung erlaubt. Erwartung: parallel beziehungsweise in Reihe, qualifizierte Zuständigkeit.
Datenauswertung: Berechne die prozentuale Abweichung zwischen 30 mA Soll und 22 mA Simulation. Erwartung: (22 – 30) / 30 = –26,7 % mit Bezugswert.
Berufliche Kommunikation: Schreibe eine fiktive Übergabenotiz mit Befund, Datenherkunft, Unsicherheit und offenem Prüfschritt. Erwartung: sachlich, prüfbar, keinerlei Freigabeaussage.

Lernnachweis

Wissen: Du kennst die Unterscheidung von Anlagen-, Geräte-, Baugruppen- und Bauelementeebene, die Bedeutung von U, I, R und P, Reihen- und Parallelschaltungen, Schaltzeichen, Grundsätze der Arbeitssicherheit und Grenzen von Modellen.

Fertigkeiten: Du entnimmst Sollwerte aus technischen Unterlagen, dokumentierst eine Schaltung, rechnest mit korrekten Einheiten, führst Gegenproben aus, wertest ausschließlich virtuelle Daten aus und entwickelst begründete Diagnosehypothesen.

Produkte: Digitaler Stromlaufplan mit Legende, Berechnungsblatt mit Sollwerten, Kennliniendiagramm, virtuelle Prüftabelle, fiktives Prüfprotokoll, eine kurze Ergebnispräsentation und ein Reflexionssatz zur fehlenden realen Arbeitsfreigabe.

Transfer und Selbstbewertung: Wende das Verfahren auf einen veränderten virtuellen Datensatz an, z. B. 18 V mit R1 = 900 Ω und R2 = 1 800 Ω. Musterergebnis: I1 = 20 mA, I2 = 10 mA, Iges = 30 mA, Rges = 600 Ω, Pges = 0,54 W. Überprüfe die Angabe unabhängig und begründe, welche Aufgaben eine qualifizierte Fachkraft übernehmen muss. Verwende das Bewertungsraster des Modellfalls zur nachvollziehbaren Selbsteinschätzung.

OER und Wikipedia

Berufs- und Lehrplanquellen:

KMK, Rahmenlehrplan Industrieelektriker/Industrieelektrikerin, Beschluss vom 23.04.2009, insbesondere Lernfeld 1.
BIBB: Industrieelektriker, Fachrichtung Betriebstechnik.
BIBB: Industrieelektriker, Fachrichtung Geräte und Systeme.
Ausbildungsordnung IndElekAusbV vom 28.05.2009, einschließlich Regelungen zu Ausbildungsdauer, Fachrichtungen und Prüfungen. Rechtliche Angaben beziehen sich auf den am 27.10.2026 recherchierten Normtext; individuelle Ausbildungs- und Prüfungstermine werden hier nicht behauptet.
DGUV: Arbeiten an elektrischen Anlagen und Geräten – fünf Sicherheitsregeln.
Wikipedia: Ohmsches Gesetz, mit Hinweis auf die Grenzen des konstanten Widerstands.
PhET: Ohmsches Gesetz – digitale Simulation und PhET: Stromkreise schalten, Gleichstrom. Vor der Wiederverwendung jeweils die aktuellen Lizenzbedingungen der Simulation beachten.

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Medienverzeichnis und Rechte

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Eingebundene Mediendatei	Nachweis	Urheberangabe	Lizenz laut Dateiseite
File:SimpleCircuit.SVG	Commons-Dateiseite	Christopher Pritchard	Gemeinfrei
File:Ohm's law triangle.svg	Commons-Dateiseite	Wikimedia-Commons-Beitragende, ursprüngliche Dateihistorie	Gemeinfrei
File:Resistors in series.svg	Commons-Dateiseite	Omegatron	CC BY-SA 3.0
File:Resistors in parallel.svg	Commons-Dateiseite	Omegatron	CC BY-SA 3.0
File:Ohmic resistance.svg	Commons-Dateiseite	Chetvorno	CC0 1.0
File:Resistor Color Code.svg	Commons-Dateiseite	Knarfili	CC0 1.0
File:Digitalmultimeter.jpg	Commons-Dateiseite	Michael Häckel	Gemeinfrei
File:9VBatteryWithMeter.jpg	Commons-Dateiseite	Dennis G German	CC0 1.0

Videonachweise: Easy E-Tech: Ohmsches Gesetz – Erklärung mit Rechnung, 2021; #Sogeht by Sven Stemmler: Ohmsches Gesetz und Leistungsberechnung, 2023; #Sogeht by Sven Stemmler: Parallelschaltung von Widerständen, 2021. Die URLs und Themen wurden anhand auffindbarer Videoeinträge geprüft; keine freie Lizenz zur Bearbeitung oder Weiterverbreitung der Videos nachgewiesen. Sie werden lediglich über YouTube eingebettet. Beim Laden können personenbezogene Nutzungsdaten an YouTube übertragen werden. Dieser Kurs kopiert weder Videodateien noch geschützte Transkripte.

Eigene Bestandteile: Der hier neu entworfene Modellfall, die synthetischen Tabellen, die Prüfaufgaben, Rechenwege und Erwartungshorizonte dürfen mit Quellenangabe im Sinne freier Lernmaterialien weiterentwickelt werden. Fremdmedien behalten ihre jeweiligen eigenen Rechte. Alle Modellwerte sind ausdrücklich erfunden und dienen ausschließlich dem Unterricht.