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Fachübungen 1 – Elektrotechnische Systeme analysieren, Funktionen prüfen und Fehler beheben - Elektroniker

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Einleitung

Du lernst, einen elektrotechnischen Arbeitsauftrag zu verstehen, ein einfaches System in Baugruppen und Bauelemente zu zerlegen, Schaltpläne auszuwerten, Grundgrößen zu berechnen, simulierte Prüfdaten zu beurteilen und eine begründete Fehlerdiagnose zu dokumentieren. Das entspricht dem Lernfeld 1 im ersten Ausbildungsjahr des anerkannten Ausbildungsberufs Elektroniker und Elektronikerin. Der KMK-Rahmenlehrplan vom 18. Dezember 2020 sieht für dieses Lernfeld einen Zeitrichtwert von 80 Unterrichtsstunden vor. Die Verordnung für das Elektrohandwerk vom 30. März 2021 gilt seit 1. August 2021 und unterscheidet die Fachrichtungen Energie- und Gebäudetechnik sowie Automatisierungs- und Systemtechnik. Im ersten Ausbildungsjahr werden gemeinsame Grundlagen vermittelt; die fachrichtungsspezifische Differenzierung erfolgt in späteren Lernfeldern.

Alle Zahlen, Kundendaten, Aufträge, Protokolle und Fehlerbefunde dieses Kurses sind synthetisch. Wir betrachten Schaltungen in einer Simulation oder auf Papier. Keine reale Maschinen-, Anlagen- oder Gerätefreigabe wird durch die Aufgaben erteilt. Reale Elektroarbeiten, Messungen, Inbetriebnahmen, Fehlersuchen sowie gegebenenfalls Gefahrstoff-, Maschinen- oder Gesundheitsarbeiten sind ausschließlich unter verantwortlicher Anleitung qualifizierter Personen und nach den geltenden Schutz- und Betriebsregeln zulässig. Keine Arbeit an Netzspannung oder unbekannten Stromkreisen auf eigene Faust.

Lernweg: Auftrag verstehen → Sicherheit und Planung klären → System und Schaltplan analysieren → Sollwerte berechnen → simulierte Daten prüfen → Fehlerhypothese begründen → Ergebnis dokumentieren. Bearbeite die offenen Fachübungen in den drei Niveaus Leicht, Standard und Schwer und vergleiche deine Arbeitsprodukte mit den angegebenen Kriterien.

Ausbildungs- und Fachquellen: BIBB-Berufsprofil Elektroniker/in, Fachrichtung Energie- und Gebäudetechnik, Elektronikerausbildungsverordnung, BIBB-Umsetzungshilfe mit Lernfeldübersicht und KMK-Rahmenlehrplan, Seite 11. Dieser Lernkurs bildet keine amtliche Prüfungsaufgabe ab und macht keine ungesicherten Angaben zu Prüfungszeiten oder Gewichtungen.

Arbeitsauftrag analysieren und sicher planen

Vom Kundenwunsch zum prüfbaren Auftrag

Ein Arbeitsauftrag beschreibt Ausgangslage, gewünschte Funktion, Randbedingungen und Nachweis der Erfüllung. Beispiel: In einer fiktiven Unterrichtssimulation einer Leuchtanzeige ist der angezeigte Strom deutlich kleiner als erwartet. Der Kunde wünscht eine nachvollziehbare Erklärung, aber keine ungenehmigte Änderung des Systems. Aus „funktioniert schlecht“ wird die präzise Prüffrage: Stimmen die berechneten Sollwerte der modellierten Reihenschaltung mit den bereitgestellten Istwerten überein?

Die Handlungskette lautet: Auftrag erfassen, vorhandene Dokumente prüfen, Systemgrenzen festlegen, Gefährdungen bewerten, Berechnungen planen, Prüfkriterien definieren, Daten auswerten und Ergebnis berichten. Trenne Beobachtung von Vermutung: „Der Simulationsstrom beträgt 20 mA“ ist ein Befund; „R2 ist verändert“ ist zunächst eine Hypothese. Ein guter Arbeitsbericht weist beide getrennt aus.

Schritt	Leitfrage	Musterarbeitsprodukt
Informieren	Welche Funktion wurde vereinbart?	Auftragsblatt mit Sollzustand
Analysieren	Welche Teile beeinflussen die Funktion?	Blockbild und Schaltplan
Planen	Welche Daten und Regeln sind nötig?	Dokumenten- und Prüfdatenliste
Auswerten	Welche Abweichung ist rechnerisch erklärbar?	Soll-Ist-Tabelle und Hypothesen
Dokumentieren	Welche Folgerung ist belegt?	Protokoll mit begrenzter Aussage

Sicherheit, Rollen und Grenzen

Elektrische Energie kann nicht zuverlässig mit den Sinnen erkannt werden. Deshalb sind Sicherheitsorganisation, passende Qualifikation und klare Zuständigkeiten keine Formalität. Die fünf Sicherheitsregeln sind als Grundprinzip zu kennen: Freischalten, gegen Wiedereinschalten sichern, Spannungsfreiheit feststellen, erden und kurzschließen, benachbarte unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken. Ihre praktische Anwendung ist qualifiziertem Personal vorbehalten und an die Anlage und den Auftrag anzupassen. Ein digitales Multimeter ist kein Ersatz für einen geeigneten zweipoligen Spannungsprüfer beim normgerechten Feststellen der Spannungsfreiheit.

Trage in einen Arbeitsplan ein, welche Schritte du lediglich am Modell bearbeiten darfst und für welche realen Tätigkeiten die Elektrofachkraft Verantwortung übernimmt. Eine Softwareanzeige „0 V“ beweist in der Wirklichkeit niemals Spannungsfreiheit. Verboten sind improvisierte Live-Messungen, ungeprüfte Schutzmaßnahmen und eine Freigabe allein aufgrund einer Rechnung. Grundlage zur Vertiefung: DGUV Information 203-001 sowie DGUV-Übersicht der fünf Sicherheitsregeln.

Fachsprache, Unterlagen und Qualität

Lastenheft heißt hier: Was soll das Modell leisten? Prüfkriterium heißt: Welcher nachweisbare Wert zeigt Erfolg? Schaltplan zeigt elektrische Verknüpfungen mit Symbolen, nicht zwingend die räumliche Bauform. Datenblatt nennt unter anderem Grenzwerte, Betriebsbedingungen und Toleranzen. Prüfprotokoll enthält Datum der Simulation, Modellversion, Sollwerte, Istwerte, Abweichungen, Bewertung und offene Fragen. Technische englische Begriffe wie current, voltage, resistance, open circuit und short circuit kannst du mit Strom, Spannung, Widerstand, Unterbrechung und Kurzschluss zuordnen; die Interpretation muss zum Kontext passen.

Systeme und Schaltpläne verstehen

Systemebenen und Wirkungszusammenhänge

Unterscheide Anlage (mehrere funktional verbundene Systeme), Gerät (ein eigenständiges Funktionselement), Baugruppe (zusammenwirkende Teile) und Bauelement (beispielsweise ein Widerstand oder Schalter). Ein vollständiger Wirkungsweg kann so beschrieben werden: Energiequelle → Schaltfunktion → elektrischer Verbraucher → beobachtbare Wirkung. Eine geöffnete Verbindung unterbricht einen vorgesehenen Strompfad; eine ungewollte Verbindung kann Schutzfunktionen gefährden. Betrachte diesen Unterschied ausschließlich grafisch und simuliert.

Bild: Einfacher Stromkreis mit Batterie, Schalter und Lampe. Quelle: Wikimedia Commons, MikeRun, CC BY-SA 4.0. Der abgebildete Zustand ist ein Lernbeispiel, keine Aufforderung zum Aufbau.

Schaltzeichen und logische Funktion

Schaltzeichen stehen für elektrische Funktionen. Achte auf Knoten, Verbindungen, den Zustand eines Schalters und die Beschriftung von Widerständen. Eine durchgehende Linie bezeichnet eine im Plan vorgesehene elektrische Verbindung; Kreuzungen ohne Verbindungspunkt sind je nach Norm und Darstellung anders zu lesen als explizit verbundene Knoten. Verwende die zum Auftrag gehörende Zeichnungslegende und den jeweils gültigen Normkontext; eine frei verfügbare Symbolsammlung ist nur Anschauungsmaterial, kein Ersatz für Normen.

Bild: Symbolbibliothek. Quelle: Wikimedia Commons, FDominec und Mitwirkende, Public Domain. Die Sammlung ist international und enthält nicht zwingend die für jeden Betrieb geforderte aktuelle Symbolvariante.

Bild: Batteriesymbol und Widerstand als elementares Schaltungsbeispiel. Quelle: Wikimedia Commons, Andreas B. Mundt, CC BY-SA 3.0.

Reihenschaltung und Parallelschaltung unterscheiden

In einer Reihenschaltung fließt bei idealen stationären Gleichstromverhältnissen durch alle in Serie liegenden Elemente derselbe Strom. Die Teilspannungen addieren sich zur Gesamtspannung; Widerstände addieren sich zu R_ges = R1 + R2 + … . In einer Parallelschaltung liegt an ideal parallel verbundenen Widerständen dieselbe Spannung an und die Zweigströme addieren sich zum Gesamtstrom. Für zwei positive ohmsche Widerstände gilt 1/R_ges = 1/R1 + 1/R2.

Bild: Reihenschaltung links, Parallelschaltung rechts. Die Grafik verwendet eigene Beispielwerte (9 V und 500 Ohm), nicht die Werte unseres späteren Modellfalls. Wikimedia Commons, Xyzzy n, CC BY-SA 3.0.

Eine typische Fehlvorstellung lautet: „Bei Reihenschaltung ist die Spannung an jedem Bauteil gleich.“ Das trifft im Allgemeinen nicht zu; gleicher Strom ist das Kennzeichen der Serie, gleiche Zweigspannung das Kennzeichen der Parallelschaltung. Zeichne zur Kontrolle die einzelnen Strompfade farblich in einer Kopie des Schaltplans oder in einem Zeichenprogramm nach.

Grundgrößen berechnen und Messwerte deuten

Spannung, Strom, Widerstand und Leistung

Spannung U beschreibt die elektrische Potenzialdifferenz (Einheit Volt, V), Stromstärke I die Ladungsmenge pro Zeit (Ampere, A), Widerstand R bei ohmschem Verhalten das Verhältnis U/I (Ohm, Ω). Die elektrische Leistung P ist die pro Zeit umgesetzte Energie (Watt, W). Unter den Voraussetzungen eines ohmschen Bauelements gilt U = R · I, entsprechend I = U/R und R = U/I; die Wirkleistung bei Gleichstrom ist P = U · I. Ein Wert in Milliampere ist vor einer Rechnung in Ampere umzuwandeln: 40 mA = 0,040 A.

Größe	Formelzeichen	Einheit	Häufiger Fehler
Spannung	U	V	Einzelspannung mit Versorgungsspannung verwechseln
Stromstärke	I	A oder mA	20 mA als 20 A einsetzen
Widerstand	R	Ω oder kΩ	1 kΩ nicht in 1000 Ω umrechnen
Leistung	P	W	P mit der Energie in Wh verwechseln

Bild: Idealisierter Zusammenhang von Spannung und Strom an einem Widerstand. Wikimedia Commons, inductiveload, Public Domain.

Rechenweg mit Einheiten und Plausibilitätsprobe

Beispiel A: Im rein digitalen Modell liegen 6,0 V an einem ohmschen 300-Ω-Widerstand. Gesucht ist der Strom. Gegeben U = 6,0 V, R = 300 Ω; Ansatz I = U/R; Einsetzen 6,0 V / 300 Ω = 0,020 A; Ergebnis 20 mA. Plausibilität: Höherer Widerstand bei gleicher Spannung ergibt geringeren Strom.

Beispiel B: Eine simulierte 12,0-V-Quelle speist zwei in Serie liegende Widerstände R1 = 100 Ω und R2 = 200 Ω. Gesamtwiderstand R_ges = 300 Ω. Strom I = 12,0 V / 300 Ω = 0,040 A = 40 mA. Teilspannungen U1 = 0,040 A · 100 Ω = 4,0 V und U2 = 0,040 A · 200 Ω = 8,0 V. Kontrolle: 4,0 V + 8,0 V = 12,0 V. Leistung insgesamt P = 12,0 V · 0,040 A = 0,48 W; an R1 P1 = 0,16 W, an R2 P2 = 0,32 W. Die Summe 0,48 W ist konsistent. Diese Werte ersetzen weder Bauteilauslegung noch Sicherheitsnachweise einer realen Schaltung.

Fachvideo: „Ohmsches Gesetz und Leistungsberechnung“ von #Sogeht by Sven Stemmler (2023), auf YouTube eingebettet. Das Video ist ein ergänzendes Erklärangebot, keine frei nachnutzbare OER-Datei; Rechte verbleiben beim Anbieter.

Toleranzen, Diagramme und Datenauswertung

Reale Werte und Messungen sind mit Toleranzen und Unsicherheiten verbunden. Werden für die beiden idealen Nennwiderstände aus Beispiel B jeweils ±5 % angenommen, dann liegt die Summe zwischen 285 Ω und 315 Ω. Bei ideal exakt 12,0 V ergibt sich rechnerisch ein Strombereich von etwa 38,1 bis 42,1 mA. Dies ist eine vereinfachte Modellgrenze, keine allgemeine, normierte Abnahmevorschrift. Messgeräteunsicherheit und Temperatur werden im Modell zunächst vernachlässigt; in der Praxis sind sie gesondert zu beurteilen.

Datenpunkt	U in V	R in Ω	I in mA
Modell A	6,0	300	20
Modell B	12,0	300	40
Modell C	12,0	600	20
Modell D	9,0	300	30

Diagrammauftrag: Zeichne I in mA auf der senkrechten Achse und U in V auf der waagerechten Achse für R = 300 Ω. Die Punkte (6;20), (9;30) und (12;40) liegen bei ideal ohmschem Verhalten auf einer Geraden durch den Ursprung. Der Punkt (12;20) gehört zu einem anderen Widerstand von 600 Ω und darf nicht derselben Kennlinie zugeschlagen werden. Eine mögliche Fehlerquelle ist eine falsch beschriftete Achse oder eine unterstellte Linearität bei nichtohmschen Komponenten.

Bild: Farbkennzeichnung von Widerständen zur ergänzenden Bauteilkunde (englische Beschriftung). Wikimedia Commons, Knarfili, CC0 1.0.

Funktionen prüfen und Fehler systematisch eingrenzen

Prüffragen statt wahllosem Messen

Eine Funktionsprüfung klärt anhand definierter Kriterien, ob das System die vorgesehene Wirkung zeigt. Eine Fehleranalyse klärt, welche Abweichung mit verfügbaren Befunden vereinbar ist. Eine systematische Reihenfolge im digitalen Modell lautet: 1. Funktionsbeschreibung lesen; 2. Sollwerte rechnerisch bestimmen; 3. bereitgestellte Istwerte mit Einheiten prüfen; 4. Abweichungen quantifizieren; 5. mehrere Hypothesen bilden; 6. mit zusätzlichen simulierten Daten unterscheiden; 7. Schlussfolgerungen und Grenzen dokumentieren. In der Realität werden Art, Zulässigkeit und Reihenfolge elektrischer Prüfungen ausschließlich fachkundig anhand des konkreten Auftrags festgelegt.

Bild: Digitalmultimeter als Gerätebeispiel. Wikimedia Commons, K. Venkataramana, CC0 1.0. Die Abbildung zeigt keine Eignung für das sichere Feststellen der Spannungsfreiheit und keine Freigabe zu Messarbeiten.

Fachvideo: HomoFaciens, „Messen von Strom, Spannung und Widerstand mit Hilfe digitaler Multimeter“ (2013). Nur zur fachlichen Einordnung mit Lehrkraft; insbesondere die im Video gezeigten Handlungen nicht unbegleitet nachmachen. Einbettung ist keine Freigabe und keine OER-Umlizenzierung.

Soll-Ist-Vergleich und Fehlerhypothesen

Prüfkriterium im Modell	Soll bei 12 V und 300 Ω	Synthetischer Istwert	Erste Deutung
Stromstärke	40 mA	20 mA	Strom deutlich zu niedrig
Spannungsabfall R1	4,0 V	2,0 V	Widerstand R1 bei gleichem Strom plausibel
Spannungsabfall R2	8,0 V	10,0 V	Der zweite Teil nimmt mehr Spannung auf
Summe der Teilspannungen	12,0 V	12,0 V	Serienmodell ist intern konsistent

Alle Werte sind vorgegebene Simulationsdaten. Unter den Modellannahmen „Quelle ideal 12,0 V, R1 unverändert 100 Ω, keine weiteren relevanten Widerstände“ ergibt sich R_ges = 12,0 V / 0,020 A = 600 Ω; daraus R2 = 600 Ω − 100 Ω = 500 Ω. Prüfe die Hypothese über U2 = 0,020 A · 500 Ω = 10,0 V. Die Daten passen somit zu einem erhöhten Ersatzwiderstand im R2-Zweig. Wichtig: Außerhalb dieser idealen Annahmen wären beispielsweise zusätzliche Übergangswiderstände, Versorgungseinflüsse oder Messfehler als Alternativen zu betrachten. Ein Tabellenvergleich beweist allein noch keinen konkreten physischen Defekt.

Typische Diagnosefehler sind die Verwechslung von Soll- und Istwert, das Rechnen ohne Einheiten, eine unzulässige Netzspannungsmessung, eine vorschnelle Einzelursache ohne Gegenprüfung und das Verschweigen von Unsicherheit. Ein Prüfbericht trennt Befund, Rechnung, Hypothese, Interpretation und Empfehlung.

Fehlerklassen und fachgerechte Dokumentation

Eine Unterbrechung ist ein nicht vorhandener vorgesehener Leitungsweg; in einer idealen Serienschaltung fällt der Strom dadurch auf null. Ein Kurzschluss bildet einen unbeabsichtigten niederohmigen Pfad und kann hohe gefährliche Ströme auslösen; er ist niemals als Versuch herzustellen. Ein Widerstandsanstieg kann den Strom bei gleichbleibender Quellspannung vermindern. Eine Fehlbeschriftung kann eine scheinbare Abweichung erzeugen, obwohl das Modell korrekt ist. Dokumentiere Datum, Modell und Annahmen, verwendete Formeln, rechnerische Sollwerte, simulierte Istwerte, schlüssige und verworfene Hypothesen sowie den Status „keine reale Freigabe“.

Berufstypischer Modellfall und Bewertung

Auftrag: Leuchtanzeige im simulierten Prüfstand

Fiktiver Kundenauftrag: In einer digitalen Prüfumgebung soll eine Leuchtanzeige mit einer 12,0-V-Gleichspannungsquelle und einem vereinfachten ohmschen Zweig analysiert werden. Der Zweig wird als R1 = 100 Ω und R2 = 200 Ω in Serie modelliert. Die Leuchte selbst wird nicht als reales Bauelement betrieben; die Darstellung dient dem elektrischen Grundmodell. Angezeigt werden synthetisch I = 20 mA, U1 = 2,0 V und U2 = 10,0 V. Bestimme den Sollzustand, beurteile die Abweichung und formuliere eine begrenzte Diagnose. Die Quelle bleibt ausschließlich virtuell.

Musterarbeitsprodukt – Auftragsklärung: Frage: Warum weicht die Stromanzeige vom Nennmodell ab? Systemgrenze: ideale 12-V-Quelle, zwei Serienwiderstände, stationärer Gleichstrom; keine echte Anlage und keine reale Messung. Erfolgskriterium: überprüfbarer Soll-Ist-Vergleich mit begründeter Hypothese und Dokumentation.

Musterarbeitsprodukt – Plan: Unterlagen: vereinfachter Schaltplan, Nennwerte, Toleranzannahme, Simulationsprotokoll. Prüfreihenfolge: zunächst unabhängig rechnen, dann Daten vergleichen, anschließend Modellhypothesen rechnerisch testen und schließlich offene Annahmen benennen. Sicherheitsentscheidung: ausschließlich Datenanalyse und Bildschirm-Simulation, keine Freigabe zu elektrischem Handeln.

Musterarbeitsprodukt – Sollrechnung: R_ges = 100 Ω + 200 Ω = 300 Ω; I_soll = 12,0 V / 300 Ω = 40 mA; U1_soll = 4,0 V; U2_soll = 8,0 V; P_ges_soll = 0,48 W. Prüfsumme: 4,0 V + 8,0 V = 12,0 V. Mit der nur beispielhaft angenommenen ±5-%-Widerstandstoleranz liegt I_soll näherungsweise zwischen 38,1 mA und 42,1 mA.

Musterarbeitsprodukt – Diagnose: I_ist = 20 mA liegt klar außerhalb des vereinfachten Toleranzbereichs. R_ges,ist = 12,0 V / 0,020 A = 600 Ω; R2,ersatz = 600 Ω − 100 Ω = 500 Ω. Gegenprüfung: U1 = 0,020 A · 100 Ω = 2,0 V; U2 = 0,020 A · 500 Ω = 10,0 V; beide stimmen mit dem synthetischen Datensatz überein. Die modellkonforme Diagnose ist ein auf 500 Ω erhöhter Ersatzwiderstand des R2-Zweigs unter den expliziten Annahmen. Die Leistung ist P_ist = 12,0 V · 0,020 A = 0,24 W. Eine reale Ursache ist damit noch nicht nachgewiesen.

Musterarbeitsprodukt – Ergebnisprotokoll:

Feld	Fachlich nachvollziehbarer Eintrag
Objekt	Simulationsmodell einer Anzeige, keine reale Anlage
Auftrag	Serienzweig analysieren und Abweichung erklären
Soll	I = 40 mA, U1 = 4,0 V, U2 = 8,0 V
Ist	I = 20 mA, U1 = 2,0 V, U2 = 10,0 V
Abweichung	Strom −20 mA, relativ −50 % zum Nennwert
Ursache im idealisierten Modell	R2-Ersatzwert 500 Ω statt 200 Ω
Einschränkung	Annahmen zu Quelle, R1, Leitungen und Simulation; keine Ursachenbestätigung am Gerät
Entscheidung	Modellhypothese plausibel, keine elektrische Betriebs- oder Maschinenfreigabe

Bewertungsraster für Modellfall und Fachübungen

Jeder der fünf Bereiche wird mit 0, 2 oder 4 Punkten beurteilt. 4 Punkte: vollständig, fachlich richtig und mit Beleg; 2 Punkte: teilweise richtig oder unvollständig begründet; 0 Punkte: fehlt oder ist fachlich unbrauchbar. Maximal sind 20 Punkte möglich.

Kriterium	4 Punkte – vollständig	2 Punkte – teilweise	0 Punkte – fehlt
Auftragsanalyse	Ziel, Systemgrenze, Annahmen, Prüffrage präzise	Ziel vorhanden, Einschränkungen fehlen	Keine brauchbare Auftragsklärung
Fachrechnen	300 Ω, 40 mA, 4/8 V und 0,48 W mit Einheiten und Prüfsumme	Rechenweg teils richtig	Grundrechnung falsch oder nicht vorhanden
Daten und Diagnose	600 Ω gesamt, R2-Ersatz 500 Ω, plausibler Gegencheck, Alternativen	Ergebnis ohne nachvollziehbaren Check	Behauptung ohne Rechnungsbeleg
Sicherheit und Grenzen	rein virtuell, Zuständigkeit, keine Freigabe klar	Sicherheit pauschal erwähnt	Unzulässige reale Arbeit empfohlen
Dokumentation und Transfer	übersichtliche Soll-Ist-Tabelle, Schlussfolgerung, offene Punkte	Tabelle oder Schluss unvollständig	Kein verwertbarer Lernnachweis

Orientierung für Rückmeldung: 18–20 Punkte: sicherer Modelltransfer; 14–17 Punkte: weitgehend selbstständig; 10–13 Punkte: wichtige Nacharbeit; weniger als 10 Punkte: Grundlagen gezielt wiederholen. Diese Stufen sind didaktische Kurskriterien, keine amtliche Prüfungsbewertung.

Transfer in andere Systeme

Eine Gebäudesteuerung und eine Automatisierungsanlage unterscheiden sich in ihrer Anwendung, teilen aber die Grundlogik von Auftrag, Signalweg, Sollfunktion und dokumentierter Diagnose. Übertrage die Methode auf ein simuliertes Taster-Licht-Modell oder eine virtuelle Sensoranzeige und benenne, wo das lineare Ohm-Modell nicht ausreicht (beispielsweise bei einer Diode, einem Motor oder veränderlichen elektronischen Lasten). Der sichere Umgang mit Geräten ist eine zusätzliche Fachkompetenz und wird nicht durch virtuelle Übungen ersetzt.

Interaktive Aufgaben

Multiple-Choice-Quiz

Welche Aussage ist eine Beobachtung und noch keine Fehlerhypothese? (Der simulierte Strom beträgt 20 mA) (!Der zweite Widerstand ist definitiv defekt) (!Die Leitung ist sicher beschädigt) (!Das Multimeter wurde falsch angeschlossen)

Rückmeldung: Ein protokollierter Wert ist ein Befund; eine Ursache braucht zusätzliche Annahmen und Gegenprüfungen.

Welchen Gesamtwiderstand haben 100 Ω und 200 Ω in Reihe? (300 Ω) (!100 Ω) (!150 Ω) (!20000 Ω)

Rückmeldung: In einer Reihenschaltung addieren sich die ohmschen Einzelwiderstände direkt.

Welcher Strom ergibt sich bei 12 V und 300 Ω im idealen Gleichstrommodell? (40 mA) (!4 mA) (!250 mA) (!3600 mA)

Rückmeldung: I gleich U geteilt durch R ergibt 0,040 A; multipliziert mit 1000 sind das 40 mA.

Welche Aussage über zwei ideale Widerstände in Reihe ist richtig? (Durch beide fließt derselbe Strom) (!An beiden liegt immer dieselbe Spannung) (!Der Gesamtwiderstand ist kleiner als der kleinste Einzelwiderstand) (!Jeder Widerstand erhält den doppelten Strom)

Rückmeldung: In einer Serie gibt es nur einen Stromweg; die Spannungsabfälle können verschieden sein.

Welche Gesamtleistung ergibt 12 V mal 0,040 A? (0,48 W) (!48 W) (!0,048 W) (!300 W)

Rückmeldung: Die Gleichstromleistung P ist U mal I; die Stromstärke muss in Ampere eingesetzt werden.

Welcher Wert ist bei 20 mA und 2 V Spannungsabfall über R1 rechnerisch plausibel? (100 Ω) (!10 Ω) (!500 Ω) (!1000 Ω)

Rückmeldung: R1 ist U1 geteilt durch I, also 2 V geteilt durch 0,020 A gleich 100 Ω.

Welche Größe bleibt bei zwei ideal parallel verbundenen Widerständen gleich? (Die Spannung über beiden Zweigen) (!Der Strom durch jeden Zweig) (!Der Widerstand beider Bauteile) (!Die Verlustleistung beider Bauteile)

Rückmeldung: Parallelzweige liegen an denselben zwei Knoten, deshalb ist ihre Potenzialdifferenz gleich.

Was bedeutet eine Stromanzeige von 20 mA statt 40 mA für den Modellfall? (Es gibt eine erhebliche Abweichung vom berechneten Sollwert) (!Die Anlage darf sofort wieder eingeschaltet werden) (!Der Widerstand R1 muss zwangsläufig unterbrochen sein) (!Alle simulierten Spannungswerte sind automatisch falsch)

Rückmeldung: Ein Soll-Ist-Unterschied ist zunächst zu begründen; er allein erlaubt keine reale Freigabe oder eindeutige physische Ursache.

Welche Aussage zur Sicherheitsbewertung trifft zu? (Eine Simulation ersetzt keine fachkundige Prüfung realer Anlagen) (!Eine Anzeige von null Volt in einer App beweist reale Spannungsfreiheit) (!Ein gewöhnliches Multimeter ersetzt immer den zweipoligen Spannungsprüfer) (!Eine richtige Rechnung berechtigt Auszubildende zu Arbeiten unter Spannung)

Rückmeldung: Schutzmaßnahmen und reale Freigaben liegen bei qualifiziertem Personal und geeigneten Verfahren.

Welcher Schlusssatz passt zum simulierten Widerstandsfehler? (Unter den Modellannahmen entspricht der R2-Zweig einem Ersatzwiderstand von 500 Ω) (!Der reale Widerstand wurde nachweislich zerstört) (!Die Stromversorgung ist unabhängig von allen Annahmen defekt) (!Die Simulation bestätigt eine bestandene Sicherheitsprüfung)

Rückmeldung: Eine gute Diagnose beschreibt die passende Modellhypothese und benennt ihre Grenzen ausdrücklich.

Memory: Fachbegriffe und Bedeutung

Stromstärke	Elektrische Ladungsmenge je Zeit
Spannung	Potenzialdifferenz zwischen zwei Punkten
Widerstand	Verhältnis der Spannung zur Stromstärke bei ohmschem Verhalten
Reihenschaltung	Verbindung mit einem gemeinsamen Stromweg
Prüfkriterium	Maßstab für einen begründeten Soll-Ist-Vergleich
Fehlerhypothese	Noch zu überprüfende Vermutung über eine Ursache

Drag and Drop: Arbeitsschritt zu Fachprodukt

Ordne den Arbeitsschritt dem passenden Arbeitsergebnis zu.	Ergebnis
Auftrag analysieren	Präzise Beschreibung von Ziel und Systemgrenze
Schaltplan auswerten	Dokumentierter Strompfad mit Bauteilfunktion
Sollwerte berechnen	Nachvollziehbare Größen mit Formel und Einheit
Istwerte beurteilen	Tabelle mit Abweichung und Plausibilitätsprüfung
Ergebnisse dokumentieren	Begründetes Protokoll mit offenen Fragen

Kreuzworträtsel: Elektrotechnik

Spannung	Welche elektrische Größe wird in Volt angegeben?
Stromstärke	Welche Größe beschreibt Ladung je Zeit?
Widerstand	Welche ohmsche Größe wird in Ohm angegeben?
Schaltplan	Welche Zeichnung stellt die funktionale Verbindung der Bauelemente dar?
Diagnose	Wie heißt die begründete Eingrenzung einer Fehlerursache?
Leistung	Welche Größe wird in Watt angegeben?

LearningApps: passende interaktive Übungen suchen

Die verlinkte Seite ist die thematische Suche von LearningApps, keine als geprüft ausgegebene einzelne Übung. Vergleiche Angebote auf fachliche Richtigkeit, Datenschutz und Eignung für deine Lerngruppe.

Lückentext: Methoden und Zusammenhänge

Ein schriftlich formulierter Kundenwunsch wird als

analysiert.

Die Zeichnung einer elektrischen Funktionsverbindung heißt

.

Die elektrische Stromstärke hat die Einheit

.

Bei idealen ohmschen Komponenten verbindet das Ohmsche Gesetz Spannung, Strom und

.

In einer Reihenschaltung ist die

überall gleich.

Im Normalmodell ist die Summe aus 100 und 200 Ohm gleich

Ohm.

Bei zwölf Volt und dreihundert Ohm fließen rechnerisch

Milliampere.

Ein Vergleich berechneter und vorgegebener Werte heißt

.

Eine vermutete, noch nicht nachgewiesene Ursache ist eine

.

Eine virtuelle Prüfauswertung ist keine reale

.

Offene Aufgaben

Jede Aufgabe führt zu einem eigenständigen Musterarbeitsprodukt. Nutze Text, Tabelle, Zeichnung oder eine Bildschirmaufnahme einer legalen Offline-Simulation; verwende nur fiktive Daten. Die Hinweise dienen als transparente Lösungskriterien.

Leicht

Schaltplan lesen: Markiere in einer digitalen Kopie die Quelle, den Schalter, den Verbraucher und den Strompfad der Commons-Grafik. Produkt: beschriftete Skizze. Lösungskriterium: vier Komponenten/Funktionen richtig zugeordnet; geöffneter Schalter bedeutet unterbrochener vorgesehener Stromweg.
Elektrische Größen ordnen: Erstelle eine Tabelle für U, I, R und P mit Bezeichnung, Einheit und Formelzusammenhang. Produkt: Lernkarte. Lösungskriterium: V, A, Ω, W sowie U = R · I und P = U · I richtig erläutert.
Ohmsches Gesetz anwenden: Berechne den Strom bei 6 V und 300 Ω einschließlich Einheitenumrechnung. Produkt: Rechenblatt. Musterergebnis: 0,020 A = 20 mA mit gegeben/gesucht/Formel/Einsetzen/Ergebnis.
Arbeitssicherheit reflektieren: Formuliere für eine fiktive Auszubildende drei Grenzen zwischen digitaler Übung und realer Elektroarbeit. Produkt: Sicherheitsnotiz. Lösungskriterium: keine eigenständige Live-Arbeit, kein Ersatz für qualifizierte Prüfung, keine reale Anlagenfreigabe.

Standard

Reihenschaltung berechnen: Ermittle für 12 V, 100 Ω und 200 Ω die Größen R_ges, I, U1, U2 und P. Produkt: ausgefüllte Rechentabelle. Musterergebnis: 300 Ω, 40 mA, 4 V, 8 V, 0,48 W und Prüfsumme 12 V.
Parallelschaltung vergleichen: Stelle für zwei Widerstände von je 200 Ω an 10 V den Ersatzwiderstand und Gesamtstrom dem Serienfall gegenüber. Produkt: Vergleichsgrafik. Musterlösung: Serie 400 Ω und 25 mA, parallel 100 Ω und 100 mA; gleiche Zweigspannung nur parallel.
Messdaten auswerten: Vergleiche den Sollstrom 40 mA mit synthetischen 39 mA, 41 mA und 20 mA unter einer beispielhaften Bandbreite 38,1–42,1 mA. Produkt: Ampeltabelle mit Begründung. Musterlösung: die ersten beiden Werte innerhalb der angenommenen Modellgrenze, 20 mA außerhalb.
Prüfplanung entwickeln: Entwerfe für eine rein virtuelle Leuchtanzeige eine Reihenfolge aus Informationsbeschaffung, Sollrechnung, Datenvergleich und Dokumentation. Produkt: Ablaufdiagramm. Lösungskriterium: Entscheidungsknoten bei auffälligen Daten, Verantwortungsgrenze und alternative Hypothese enthalten.

Schwer

Fehlerdiagnose begründen: Leite im Modellfall aus 12 V, 20 mA und R1 = 100 Ω den Ersatzwert des R2-Zweigs ab und prüfe U2. Produkt: Diagnoseblatt. Musterergebnis: 600 Ω gesamt, 500 Ω im R2-Zweig und 10 V an R2; reale Einzelursache nicht behaupten.
Messtoleranz modellieren: Berechne den Strombereich der Seriennennwerte bei jeweils ±5 % Widerstandstoleranz und ideal 12 V. Produkt: Rechenweg mit Intervall. Musterergebnis: 285–315 Ω und rund 38,1–42,1 mA; Einschränkung durch idealisierte Quelle ausdrücklich nennen.
Fehlersuchstrategie entwerfen: Erstelle einen Entscheidungsbaum für einen fiktiven Datensatz mit vermindertem Strom; unterscheide Widerstandserhöhung, abweichende Quelle und fehlerhafte Datenerfassung. Produkt: digitales Flussdiagramm. Lösungskriterium: mindestens drei Hypothesen, je ein unterscheidendes Simulationsdatum, keine reale unautorisierte Messanweisung.
Technische Dokumentation und Kundenkommunikation: Verfasse eine einseitige verständliche virtuelle Serviceauswertung zum Modellfall einschließlich Tabelle, Berechnungen, Unsicherheit und Empfehlung an die Elektrofachkraft. Produkt: Servicebericht. Lösungskriterium: 40/20 mA, R2-Ersatz 500 Ω, Quellenangabe des Modells, sachliche Sprache und keine Freigabe.

Lernkontrolle

Auftragsanalyse: Woran erkennst du, dass „Stromanzeige zu niedrig“ noch keine ausreichend formulierte Prüffrage ist? Erwartung: Sollwert, Istwert, Systemgrenze und Prüfkriterium benennen.
Fachrechnen: Ein virtueller 9-V-Kreis enthält einen ohmschen 450-Ω-Widerstand; berechne I und P. Musterlösung: I = 9/450 A = 20 mA; P = 9 V · 0,020 A = 0,18 W.
Elektrische Schaltung: Erkläre, warum zwei Widerstände von 100 Ω und 200 Ω bei einer 12-V-Serie nicht beide 6 V erhalten. Musterlösung: derselbe Strom 40 mA, daher proportional zum Widerstand 4 V und 8 V.
Diagnose: Beurteile die simulierten Angaben 12 V, I = 20 mA, U1 = 2 V, U2 = 10 V bei R1 = 100 Ω. Musterlösung: 600 Ω Ersatzgesamtwiderstand, 500 Ω R2-Zweig, Daten intern konsistent, reale Ursache offen.
Prüfprotokoll: Nenne fünf zwingende Informationen für eine nachvollziehbare virtuelle Fehlerauswertung. Erwartung: Auftrag, Modellannahmen, Sollwerte, Istwerte, Schlussfolgerung samt Grenzen; Einheiten und Datum ergänzen.
Arbeitsschutz: Begründe, warum eine App mit der Anzeige „0 V“ keine reale Spannungsfreiheit nachweist. Erwartung: Softwarewert ohne geprüfte reale Messtechnik und qualifizierten Arbeitsprozess ist kein sicherheitstechnischer Nachweis.
Transfer: Warum darfst du die einfache Widerstandsformel nicht unbesehen auf einen Motor oder eine Diode übertragen? Erwartung: Betriebszustand, Nichtlinearität, dynamische und weitere physikalische Zusammenhänge erfordern andere Modelle und Herstellerdaten.

Lernnachweis

Portfolio aus mindestens fünf Teilen: (1) Auftragsklärung mit Sicherheitsabgrenzung; (2) kommentierter Schaltplan und Komponentenübersicht; (3) nachvollziehbare Grundrechnungen samt Einheiten und Plausibilitätsprüfung; (4) Soll-Ist-Tabelle und mindestens zwei begründete Fehlerhypothesen; (5) Modellfallprotokoll mit Diagnose, Alternativerklärung und Grenzen. Zur Vertiefung (6) ein eigenes Kennliniendiagramm und (7) ein Reflexionstext über sicheren Transfer.

Selbsteinschätzung: Ich kann die Fachbegriffe fachsprachlich erklären; ich kann R, U, I und P im idealen Gleichstrommodell berechnen; ich kann einen übersichtlichen Schaltplan lesen; ich unterscheide Befund und Ursache; ich dokumentiere transparent; ich respektiere den Unterschied zwischen Simulation und qualifizierter realer Prüfung. Verwende das Bewertungsraster mit 0, 2 und 4 Punkten je Kriterium, danach Partnerfeedback und Rückmeldung einer Lehrkraft. Eine digitale Simulation ersetzt keine erforderlichen realen Ausbildungs- oder Sicherheitsnachweise.

OER und Wikipedia

Geprüfte grundlegende Fach- und Rechtsquellen:

KMK: Rahmenlehrplan Elektroniker/in, Lernfeld 1 auf Seite 11 – amtlicher Ausbildungsbezug.
BIBB: Berufesuche Elektroniker/in – Berufsprofil, Fachrichtungen, Rechtsgrundlagen.
Elektronikerausbildungsverordnung – amtlicher Verordnungstext; Rechtsstand bei realen Entscheidungen erneut prüfen.
DGUV: Arbeiten an elektrischen Anlagen – Sicherheitsinformation, keine Anleitung für eigenständige Arbeit.
Wikipedia: Ohmsches Gesetz – frei zugänglicher Hintergrund mit angegebenen Seitenlizenzen.
Wikipedia: Reihenschaltung – Begriffe und Berechnungen.

Quellen und Rechte der eingebundenen Wikimedia-Commons-Bilder (die Originaldateien bleiben bei ihren jeweiligen Lizenzen; bei Bearbeitungen sind die Lizenzbedingungen einzuhalten):

Bilddatei	Geprüfte Dateiseite	Urheber	Lizenz / Rechtebeleg
File:Simple-electric-circuit.svg	Wikimedia Commons	MikeRun	CC BY-SA 4.0
File:Electrical symbols library.svg	Wikimedia Commons	FDominec et al.	Public Domain laut Dateiseite
File:Basic electric circuit.svg	Wikimedia Commons	Andreas B. Mundt	CC BY-SA 3.0
File:Series and parallel circuits.svg	Wikimedia Commons	Xyzzy n	CC BY-SA 3.0
File:Ohm's Law with Voltage source.svg	Wikimedia Commons	inductiveload	Public Domain laut Dateiseite
File:Resistor Color Code.svg	Wikimedia Commons	Knarfili	CC0 1.0
File:Digital Multimeter (To measure Voltage, Current and Resistance).jpg	Wikimedia Commons	K. Venkataramana	CC0 1.0

Videos – nur im offiziellen YouTube-Player eingebettet, keine OER-Lizenz behauptet:

Video	Quelle	Kanal/Urheber	Nutzungs- und Lizenzhinweis
https://www.youtube.com/watch?v=SaSzHCkID-U	Ohmsches Gesetz und Leistungsberechnung	#Sogeht by Sven Stemmler	Einbettung über YouTube; Urheberrechte beim Kanal, keine offene Nachnutzungslizenz nachgewiesen
https://www.youtube.com/watch?v=rTas2ePnObo	Messen von Strom, Spannung und Widerstand	HomoFaciens	Einbettung über YouTube; Urheberrechte beim Kanal, keine offene Nachnutzungslizenz nachgewiesen

Die Medien vermitteln Grundlagen und Beispiele, nicht die Befugnis zu praktischen Elektroarbeiten. Externe Links und eingebettete Inhalte unterliegen den Rechten ihrer jeweiligen Anbieter. Es wurden keine Sofatutor-Inhalte verwendet.

Verknüpfte Lernbereiche

Berufsportal: Ausbildung – Elektroniker

Berufliche Anschlussfähigkeit: In Energie- und Gebäudetechnik helfen diese Grundlagen beim Verständnis von Beleuchtung und Gebäudesystemen; in Automatisierungs- und Systemtechnik beim Verständnis von Sensorik und Steuerungen. Die Ziele von Lernfeld 1 gelten fachrichtungsübergreifend. Die internen Links dienen als Themennavigation und sind keine Behauptung, dass jeder verlinkte Kurs bereits separat veröffentlicht ist.