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Fachübungen 4 – Prüfen und Instandsetzen von Steuerungs- und Regelungssystemen - Mechaniker für Reifen- und Vulkanisationstechnik

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Einleitung

Dieser aiMOOC richtet sich an Auszubildende im ersten Ausbildungsjahr des Berufs Mechaniker für Reifen- und Vulkanisationstechnik. Er erschließt das Lernfeld 4 „Prüfen und Instandsetzen von Steuerungs- und Regelungssystemen“ mit einem Zeitrichtwert von 60 Stunden. Du analysierst technische Systeme, planst Prüfabläufe, wertest synthetische Messdaten aus, führst Fachrechnungen durch, grenzt Fehler systematisch ein und dokumentierst begründete Instandsetzungsentscheidungen.

Die staatlich anerkannte Ausbildung dauert drei Jahre. Im dritten Ausbildungsjahr wird zwischen den Fachrichtungen Reifen- und Fahrwerktechnik und Vulkanisationstechnik unterschieden. Rechtsgrundlage ist die Ausbildungsordnung vom 12. Mai 2004, die am 1. August 2004 in Kraft trat. Sie sieht eine Zwischenprüfung vor dem Ende des zweiten Ausbildungsjahres und eine Gesellenprüfung in der gewählten Fachrichtung vor. Dieser Kurs verwendet keine Originalprüfungsaufgaben und nennt keine ungeprüften Prüfungszeiten oder Gewichtungen.

Sicherheitsgrenze: Alle Messwerte, Aufträge und Maschinenzustände in diesem Kurs sind synthetische Lernfälle. Der Kurs erteilt keine Maschinen-, Reparatur-, Bremsen- oder Fahrzeugfreigabe. Arbeiten an elektrischen, elektronischen, hydraulischen, pneumatischen, unter Druck stehenden, bewegten oder gesundheitsgefährdenden Systemen dürfen ausschließlich nach Herstellerangaben, Gefährdungsbeurteilung und unter qualifizierter fachlicher Anleitung erfolgen. Vor realen Arbeiten müssen gefährliche Energien abgeschaltet, gegen Wiedereinschalten gesichert und gespeicherte Energien kontrolliert abgebaut werden.

Deine Lernziele: Du kannst Steuerungen von Regelungen unterscheiden, Steuerketten und Regelkreise lesen, Sensoren und Aktoren zuordnen, einfache elektrische sowie fluidtechnische Größen berechnen, Messwerte mit Sollwerten vergleichen, Fehlerhypothesen priorisieren und ein fachlich nachvollziehbares Prüfprotokoll erstellen.

Berufsbezug, Arbeitsauftrag und sichere Planung

Einordnung in Ausbildung und Lernfeld

Das Lernfeld verbindet Theorie und Werkstattpraxis. Im Mittelpunkt steht nicht das wahllose Austauschen von Bauteilen, sondern ein vollständiger beruflicher Handlungsprozess: Auftrag klären, Informationen beschaffen, Systemgrenze festlegen, Gefährdungen beurteilen, Prüfplan erstellen, Messungen fachgerecht vorbereiten, Ergebnisse auswerten, Fehlerursache begründen und Arbeit dokumentieren. Herstellerinformationen, Schaltpläne, Funktionsdiagramme, Fehlersuchpläne und Betriebsanweisungen haben dabei Vorrang vor allgemeinen Erfahrungswerten.

Steuerungs- und Regelungssysteme begegnen Dir beispielsweise an Reifenmontiermaschinen, Hebe- und Spannvorrichtungen, Kompressoranlagen, Druckluftaufbereitung, Reifendruckkontrollsystemen, Bremsregelsystemen sowie elektronisch geregelten Fahrwerkskomponenten. Nicht jedes System darf im ersten Ausbildungsjahr praktisch geöffnet oder instand gesetzt werden. Entscheidend ist, dass Du Systemfunktionen sicher analysierst und erkennst, wann eine Aufgabe an besonders qualifiziertes Personal übergeben werden muss.

Arbeitsauftrag in sechs Handlungsschritten

Handlungsschritt	Leitfrage	Typisches Arbeitsprodukt
Informieren	Was ist beanstandet, welches System ist betroffen und welche Unterlagen gelten?	Auftragsklärung und Informationsliste
Planen	Welche sichere Prüf-Reihenfolge trennt mögliche Ursachen mit möglichst wenigen Eingriffen?	Prüfplan mit Messstellen und Sollwerten
Entscheiden	Welche Prüfmittel, Schutzmaßnahmen und Freigaben sind erforderlich?	Begründete Auswahl und Sicherheitscheck
Durchführen	Wie werden Sichtprüfung, Funktionsprüfung und Messung reproduzierbar ausgeführt?	Messprotokoll mit Einheit und Betriebszustand
Kontrollieren	Stimmen Istwerte, Berechnungen und Funktionsverhalten mit den Vorgaben überein?	Soll-Ist-Vergleich und Fehlerhypothese
Bewerten	Ist die Ursache nachgewiesen, welche Folgemaßnahmen sind zulässig und wer gibt frei?	Diagnosebericht ohne eigenmächtige Maschinenfreigabe

Gefährliche Energien beherrschen

In hydraulischen Systemen können hohe Drücke große Kräfte erzeugen. Ein kaum sichtbarer Flüssigkeitsstrahl kann die Haut durchdringen und ist ein medizinischer Notfall. In pneumatischen Systemen drohen peitschende Schläuche, unerwartete Bewegungen und Quetschstellen. Elektrische Systeme können trotz kleiner Baugröße gefährliche Ströme, Kurzschlüsse oder Lichtbögen verursachen. Gespeicherte Energie kann in Druckspeichern, Federn, angehobenen Lasten oder Kondensatoren verbleiben.

Ein sicherer Prüfauftrag beginnt deshalb mit dem betrieblich festgelegten Freigabeverfahren. Dazu gehören je nach System: abschalten, gegen Wiedereinschalten sichern, Druck kontrolliert abbauen, Lasten mechanisch abstützen, Spannungsfreiheit oder sicheren Kleinspannungszustand nach Vorgabe prüfen, Arbeitsbereich kennzeichnen und persönliche Schutzausrüstung verwenden. Leckagen werden niemals mit der Hand gesucht. Unter Druck stehende Verschraubungen werden nicht gelöst.

Typische Fehler: unklarer Auftrag, fehlende Systemgrenze, Messung ohne definierten Betriebszustand, ungeprüftes Messgerät, Tausch auf Verdacht, übersehene Restenergie und eine Dokumentation ohne Einheit oder Sollwert.

Steuerkette, Regelkreis und EVA-Prinzip

Steuerung und Regelung unterscheiden

Eine Steuerung beeinflusst einen Prozess nach einer vorgegebenen Logik. Die Ausgangsgröße wirkt nicht fortlaufend auf die Verarbeitung zurück. Beispiel: Ein freigegebener Taster schaltet über eine Logik ein Magnetventil; der Zylinder fährt für die vorgesehene Funktion aus. Ob die gewünschte Endlage tatsächlich erreicht wurde, muss eine reine Steuerung nicht automatisch berücksichtigen.

Eine Regelung besitzt eine Rückführung. Ein Sensor erfasst die Regelgröße als Istwert. Der Regler vergleicht Istwert und Sollwert, bildet die Regelabweichung und verändert über Stellglied und Strecke die Regelgröße. Eine Störung wird dadurch erkannt und innerhalb der Systemgrenzen ausgeregelt. Ein ABS erfasst beispielsweise Raddrehzahlen und moduliert den Bremsdruck, um ein Blockieren zu verhindern und die Lenkbarkeit zu erhalten. Reale Arbeiten am Bremssystem bleiben qualifiziertem Fachpersonal vorbehalten.

Merkmal	Steuerung	Regelung
Informationsfluss	Offene Wirkungskette	Geschlossener Kreis mit Rückführung
Rückmeldung der Ausgangsgröße	Nicht zwingend	Erforderlich
Reaktion auf Störungen	Nur wenn die Logik oder Bedienung sie berücksichtigt	Soll-Ist-Vergleich löst eine Korrektur aus
Beispiel im Lernkontext	Zeitgesteuertes Schalten eines Ventils	Druckregelung mit Drucksensor und Regler
Zentrale Darstellung	Steuerkette	Regelkreis

Größen im Regelkreis

Die Führungsgröße gibt das Ziel vor. Der Sollwert ist ihr aktueller Wert. Die Regelgröße ist die zu beeinflussende physikalische Größe, etwa Druck oder Drehzahl. Der Istwert wird gemessen. Der Regler verarbeitet die Abweichung. Das Stellglied setzt das Reglerausgangssignal in eine Wirkung um, beispielsweise durch ein Ventil oder einen Elektromotor. Die Regelstrecke ist der Teil des Systems, in dem die gewünschte Wirkung entsteht. Eine Störgröße verändert das Ergebnis von außen.

Die Regelabweichung wird vereinfacht mit e = w − x berechnet. Dabei ist w der Sollwert und x der Istwert. Bei einem synthetischen Sollwert von 2,50 bar und einem Istwert von 2,30 bar gilt:

e = 2,50 bar − 2,30 bar = 0,20 bar

Die relative Abweichung bezogen auf den Sollwert beträgt:

0,20 bar ÷ 2,50 bar × 100 % = 8 %

Das Vorzeichen muss immer zur verwendeten Definition passen. In manchen Unterlagen wird die Differenz andersherum gebildet. Deshalb ist die verwendete Konvention im Prüfprotokoll anzugeben.

EVA-Prinzip und Funktionskette

Das EVA-Prinzip gliedert ein technisches System in Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe. Die Eingabe kann ein Taster, ein Sensor oder ein digitaler Diagnosewert sein. Die Verarbeitung erfolgt durch eine elektrische Schaltung, eine pneumatische Logik oder ein Steuergerät. Die Ausgabe ist eine Anzeige, ein Ventilsignal, eine Motorbewegung oder eine andere Wirkung.

EVA-Stufe	Beispiel an einer synthetischen Spannvorrichtung	Prüffrage
Eingabe	Zweihandfreigabe und Druckschalter	Liegen beide Freigabesignale plausibel an?
Verarbeitung	UND-Verknüpfung in einer Sicherheitslogik	Wird nur bei zwei gültigen Signalen geschaltet?
Ausgabe	Magnetventil steuert den Spannzylinder	Erhält das Ventil das Ausgangssignal und reagiert es?

Signalfluss, Energiefluss und Stofffluss dürfen nicht verwechselt werden. Ein Sensorsignal transportiert Information. Die elektrische Versorgung oder Druckluft liefert Energie. Die Druckluft selbst bildet zugleich einen Stoffstrom. Eine gute Systemanalyse zeichnet diese Flüsse getrennt ein.

Typische Fehler: jede Automatik als Regelung bezeichnen, Sensor und Stellglied vertauschen, Sollwert mit Istwert verwechseln, den Betriebszustand nicht angeben und eine Abweichung ohne Vorzeichen, Einheit oder Bezugswert bewerten.

Sensoren, Aktoren und logische Verknüpfungen

Sensoren als Informationsquellen

Ein Sensor wandelt eine physikalische Größe in ein auswertbares Signal um. Im beruflichen Umfeld sind unter anderem Drehzahl-, Druck-, Temperatur-, Weg- und Näherungssensoren relevant. Ein induktiver Näherungssensor erkennt metallische Objekte berührungslos. Ein Hall-Sensor nutzt ein magnetfeldabhängiges elektrisches Signal. Ein Drucksensor kann einen Messbereich als analoge Spannung ausgeben. Ein direkter Reifendrucksensor misst typischerweise Druck und Temperatur am Rad und überträgt Daten an das Fahrzeug.

Sensorart	Messgröße oder Ereignis	Mögliches Signal	Typischer Prüfgedanke
Induktiver Näherungssensor	Metallisches Ziel vorhanden	Digitales Schaltsignal	Versorgung, Schaltabstand, LED und Ausgang prüfen
Drucksensor	Pneumatischer oder hydraulischer Druck	Analoge Spannung oder digitaler Wert	Kennlinie und Messbereich beachten
Raddrehzahlsensor	Drehbewegung des Rades	Impuls- oder Digitalsignal	Plausibilität der Raddrehzahlen vergleichen
Temperaturfühler	Temperatur	Widerstand oder Spannung	Messwert zum definierten Temperaturzustand prüfen
Endlagensensor	Erreichte Position	Digitales Schaltsignal	Mechanische Ausrichtung und Signalwechsel prüfen

Aktoren und Stellglieder

Ein Aktor setzt ein Signal in eine physikalische Wirkung um. Beispiele sind Elektromotor, Magnetventil, Relais, Heizelement oder Signalleuchte. Im Regelkreis übernimmt ein Aktor häufig die Rolle des Stellglieds. Vor einem Austausch ist zu klären, ob Versorgung, Ansteuerung, Mechanik und angeschlossene Last in Ordnung sind. Ein intaktes Ventil kann funktionslos erscheinen, wenn kein Druck anliegt; ein korrekt angesteuerter Motor kann blockieren, wenn die Mechanik klemmt.

Eine 24-V-Magnetspule mit einem synthetischen Widerstand von 40 Ω würde nach dem Ohmschen Gesetz einen Strom von

I = U ÷ R = 24 V ÷ 40 Ω = 0,60 A

aufnehmen. Die elektrische Leistung beträgt

P = U × I = 24 V × 0,60 A = 14,4 W

Diese Rechnung ist ein Plausibilitätswert für einen freigegebenen Kleinspannungs-Trainingsaufbau. Reale Sollwerte müssen aus Herstellerunterlagen stammen.

Logische Verknüpfungen

Eine UND-Verknüpfung liefert nur dann ein Ausgangssignal, wenn alle erforderlichen Eingänge aktiv sind. Eine ODER-Verknüpfung liefert ein Ausgangssignal, wenn mindestens ein Eingang aktiv ist. Eine NICHT-Verknüpfung kehrt einen logischen Zustand um. In Sicherheitsfunktionen reicht eine einfache Wahrheitstabelle allein nicht für die Freigabe einer realen Maschine; Aufbau, Diagnose, Sicherheitskategorie und Herstelleranforderungen müssen zusätzlich berücksichtigt werden.

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

Beispiel: Eine synthetische Reifenmontiermaschine darf den Spannzylinder nur ansteuern, wenn Schutzhaube geschlossen UND Bedienfreigabe aktiv ist. Liegt am Steuergerät nur eines der beiden Signale an, ist ein fehlendes Ausgangssignal zunächst logisch richtig und kein Beweis für ein defektes Steuergerät.

Typische Fehler: Sensorart nur nach Gehäuseform bestimmen, Messbereich übersehen, Signal gegen die falsche Bezugsspannung messen, Aktor ohne Lastprüfung beurteilen, Sicherheitslogik durch Überbrücken „testen“ und einen plausiblen Ersatzwert mit einem echten Messwert verwechseln.

Pneumatische, hydraulische und elektrische Grundsysteme

Pneumatik und Hydraulik lesen

In der Pneumatik ist verdichtete Luft der Energieträger. Sie ermöglicht schnelle Bewegungen, ist aber kompressibel. In der Hydraulik überträgt eine Flüssigkeit Energie. Sie ist deutlich weniger kompressibel und ermöglicht hohe Kräfte. Schaltzeichen zeigen Funktionen, nicht die räumliche Bauform. Ein Wegeventil gibt Strömungswege frei oder sperrt sie. Druckventile beeinflussen den Druck. Stromventile beeinflussen den Volumenstrom und damit häufig die Geschwindigkeit.

Druck, Fläche und Kraft berechnen

Für eine idealisierte Kolbenfläche gilt:

F = p × A

Dabei muss der Druck in Pascal und die Fläche in Quadratmetern eingesetzt werden. Ein bar entspricht 100 000 Pa. Für einen Kolben mit Durchmesser d gilt:

A = π × d² ÷ 4

Beispiel mit synthetischen Daten: Ein Pneumatikzylinder hat einen Kolbendurchmesser von 50 mm und wird mit 5,8 bar beaufschlagt.

d = 50 mm = 0,050 m

A = π × 0,050² m² ÷ 4 ≈ 0,001963 m²

p = 5,8 bar = 580 000 Pa

F ideal = 580 000 Pa × 0,001963 m² ≈ 1 139 N

Werden für Reibung und Verluste pauschal 15 % in diesem Lernfall angesetzt, ergibt sich:

F nutzbar = 1 139 N × 0,85 ≈ 968 N

Der pauschale Verlustwert ist keine allgemeine Herstellerangabe, sondern gehört nur zu diesem synthetischen Lernfall.

Größe	Häufige Einheit	Umrechnung oder Hinweis
Druck	bar	1 bar = 100 000 Pa
Länge	mm	Vor Flächenrechnung in m umrechnen
Fläche	m²	Bei Kreisfläche Durchmesser quadrieren
Kraft	N	Ergebnis aus Druck mal Fläche
Elektrische Spannung	V	Messbezug und Betriebszustand angeben
Widerstand	Ω	Nur nach sicherer Freigabe und Herstellervorgabe messen

Lineare Sensorkennlinie auswerten

Ein synthetischer Drucksensor bildet 0 bis 10 bar linear auf 0,5 bis 4,5 V ab. Der nutzbare Spannungshub beträgt 4,0 V. Für einen Messwert U gilt:

p = (U − 0,5 V) ÷ 4,0 V × 10 bar

Bei U = 2,9 V ergibt sich:

p = (2,9 V − 0,5 V) ÷ 4,0 V × 10 bar = 6,0 bar

Sensorspannung	Berechneter Druck	Aussage im synthetischen Lernfall
0,5 V	0 bar	Unterer Messbereich
1,7 V	3 bar	Plausibler Teillastwert
2,9 V	6 bar	Vorgesehener Arbeitsdruck
4,5 V	10 bar	Oberer Messbereich

Ein Messwert unter 0,5 V oder über 4,5 V kann auf Leitungsfehler, Versorgungsausfall, Kurzschluss oder einen defekten Sensor hindeuten. Er beweist die Ursache aber nicht allein. Versorgung, Massebezug, Signalleitung und Vergleichsmessung müssen nach Prüfplan getrennt beurteilt werden.

Sicherheits- und Umweltregeln

Vor Arbeiten an Pneumatik oder Hydraulik wird das System nach betrieblichem Verfahren drucklos gemacht und gegen erneuten Druckaufbau gesichert. Angehobene oder federbelastete Teile werden zusätzlich mechanisch abgestützt. Schlauchleitungen werden auf Alterung, Scheuerstellen, Blasen, Knicke und undichte Anschlüsse kontrolliert, ohne eine Leckage mit der Hand zu suchen. Austretende Flüssigkeit kann heiß sein oder unter hohem Druck stehen.

Hydrauliköle und andere Betriebsstoffe werden getrennt, gekennzeichnet und in geeigneten Behältern gesammelt. Unterschiedliche Abfallarten werden nicht unkontrolliert vermischt. Bindemittel, verschmutzte Tücher und ausgetauschte Bauteile werden nach betrieblichem Entsorgungskonzept behandelt.

Typische Fehler: bar ohne Umrechnung direkt mit Quadratmetern multiplizieren, Millimeter nicht in Meter umrechnen, Durchmesser statt Fläche verwenden, Druck mit Volumenstrom verwechseln, Messwerte ohne Kennlinie deuten und gespeicherte Druckenergie unterschätzen.

Systematische Fehlersuche, Instandsetzung und Modellfall

Diagnose als hypothesengeleiteter Prozess

Eine gute Fehlersuche beginnt mit einer eindeutigen Beanstandung. Danach wird die Funktion in Teilfunktionen zerlegt. Sichtprüfung und einfache Plausibilitätskontrollen stehen vor aufwendigen Eingriffen. Jede Messung soll eine konkrete Hypothese bestätigen oder widerlegen. Die Reihenfolge folgt möglichst dem Signal-, Energie- oder Stofffluss.

Prüfschritt	Beispielhafte Frage	Entscheidung
Beanstandung reproduzieren	Tritt der Fehler unter klar definierten Bedingungen auf?	Fehlerbild präzisieren
Unterlagen prüfen	Welche Sollwerte, Schaltzustände und Sicherheitsbedingungen gelten?	Prüfgrenzen festlegen
Sicht- und Zustandsprüfung	Sind Stecker, Schläuche, Leitungen, Filter und Mechanik auffällig?	Offensichtliche Ursache beheben oder weiterprüfen
Versorgung prüfen	Liegen elektrische Spannung, Druck und Freigaben an?	Versorgungsfehler von Funktionsfehler trennen
Eingaben prüfen	Ändern Sensoren und Schalter ihr Signal plausibel?	Eingangspfad beurteilen
Verarbeitung und Ausgabe prüfen	Erzeugt die Logik das erwartete Ausgangssignal?	Steuerteil oder fehlende Freigabe unterscheiden
Aktor und Mechanik prüfen	Reagiert der Aktor, und ist die Bewegung mechanisch möglich?	Ursache nachweisen
Ergebnis dokumentieren	Sind Messstelle, Zustand, Einheit, Sollwert und Schlussfolgerung nachvollziehbar?	Übergabe an Freigabeberechtigte

Berufstypischer Modellfall: Pneumatische Abdrückvorrichtung

Auftrag: An einer ausschließlich für Unterrichtszwecke simulierten Reifenmontiermaschine bewegt sich die pneumatische Abdrückvorrichtung trotz Betätigung nicht. Du sollst anhand eines 24-V-Kleinspannungs-Trainingsboards und eines drucklosen beziehungsweise kontrolliert beaufschlagten Pneumatikmodells einen Prüfplan erstellen, Messwerte auswerten und die wahrscheinlichste Ursache begründen. Die praktische Durchführung ist nur unter qualifizierter Anleitung zulässig. Der Lernfall ersetzt keine reale Maschinenprüfung.

Funktionsbeschreibung: Ein Taster liefert die Bedienanforderung. Ein Schutzhaubenschalter liefert die Sicherheitsfreigabe. Beide Signale werden UND-verknüpft. Das Ausgangssignal steuert eine Magnetspule am 5/2-Wegeventil. Der Drucksensor überwacht den Versorgungsdruck. Der Zylinder bewegt die Abdrückschaufel.

Synthetische Sollwerte:

Prüfgröße	Sollwert oder Sollbereich	Bedingung
Versorgungsspannung	24,0 V ± 1,0 V	Trainingsboard eingeschaltet
Drucksensor	0,5 bis 4,5 V für 0 bis 10 bar	Lineare Kennlinie
Arbeitsdruck	5,7 bis 6,3 bar	Modell kontrolliert beaufschlagt
Eingang Taster	24 V bei Betätigung	Schutzmaßnahmen erfüllt
Eingang Schutzhaube	24 V bei geschlossener Haube	Mechanik in sicherer Stellung
Ausgang Magnetventil	24 V bei zwei gültigen Eingängen	UND-Bedingung erfüllt
Spulenwiderstand	36 bis 44 Ω	Spannungsfrei und nach Vorgabe getrennt
Spulenstrom	0,55 bis 0,65 A	Funktionstest am Trainingsboard
Erforderliche nutzbare Zylinderkraft	mindestens 900 N	Nur rechnerische Lernfallgrenze

Erhobene Messdaten:

Messstelle	Istwert	Erste Bewertung
Versorgungsspannung	24,2 V	Im Sollbereich
Drucksensor	2,9 V	Entspricht rechnerisch 6,0 bar
Tastereingang bei Betätigung	24,1 V	Eingang plausibel
Schutzhaubeneingang geschlossen	24,0 V	Freigabe plausibel
Ausgang zur Magnetspule	24,1 V	Verarbeitung und Ausgang plausibel
Spulenwiderstand	Größer als Messbereich	Elektrische Unterbrechung wahrscheinlich

Auswertung: Die Versorgung ist vorhanden. Aus 2,9 V Sensorausgang werden mit der Kennlinie 6,0 bar berechnet; damit liegt auch die Druckversorgung im synthetischen Sollbereich. Beide Eingänge sind aktiv, und der Ausgang liefert 24,1 V. Der Fehler liegt daher mit hoher Wahrscheinlichkeit hinter dem Ausgang. Der unendlich hohe beziehungsweise außerhalb des Messbereichs liegende Spulenwiderstand weist auf eine unterbrochene Magnetspule oder unterbrochene Anschlussstelle hin. Vor jeder Bauteilentscheidung müssen Steckverbindung und Leitung getrennt geprüft werden.

Simulierte Instandsetzung: Nach Freigabe durch die Ausbilderin oder den Ausbilder wird im Modell eine fehlerhafte Magnetspule durch ein freigegebenes Trainingsbauteil ersetzt. Der gemessene Widerstand beträgt nun 40 Ω. Daraus folgt:

I = 24 V ÷ 40 Ω = 0,60 A

Der Wert liegt im synthetischen Sollbereich von 0,55 bis 0,65 A. Bei 5,8 bar und 50 mm Kolbendurchmesser beträgt die idealisierte Kraft etwa 1 139 N. Nach dem für diesen Lernfall vorgegebenen Verlust von 15 % bleiben etwa 968 N. Damit wird die rechnerische Lernfallgrenze von 900 N überschritten.

Nachvollziehbares Ergebnis: Die Fehlerhypothese „Unterbrechung im Spulenpfad“ wird durch Soll-Ist-Vergleich und Kontrollmessung gestützt. Das Modell zeigt nach dem Bauteiltausch die vorgesehene Bewegung. Dokumentiert wird ausschließlich die erfolgreiche Lernfallprüfung. Eine reale Maschinenfreigabe darf daraus nicht abgeleitet werden.

Musterarbeitsprodukt: Diagnosebericht

Feld	Musterinhalt
Beanstandung	Abdrückzylinder bewegt sich bei gültiger Bedienanforderung nicht
Sicherheitsstatus	Trainingsaufbau freigegeben, Druckaufbau beaufsichtigt, elektrische Widerstandsmessung spannungsfrei
Unterlagen	Synthetischer Funktionsplan, Sollwerttabelle und Sensorkennlinie
Prüf-Reihenfolge	Versorgung, Druck, Eingänge, Ausgang, Leitung, Spule, rechnerische Kraft
Kernergebnisse	24,2 V Versorgung, 6,0 bar berechnet, Eingänge und Ausgang plausibel, Spule zunächst unterbrochen
Ursache	Elektrische Unterbrechung im Spulenpfad, im Modell auf Spule eingegrenzt
Kontrollwert	40 Ω und rechnerisch 0,60 A nach simuliertem Austausch
Schlussfolgerung	Lernfallfunktion nachgewiesen; keine Freigabe einer realen Maschine

Fachliches Bewertungsraster zum Modellfall

Kriterium	Punkte	Volle Leistung
Auftragsanalyse und Systemgrenze	10	Beanstandung, Funktion und Grenzen eindeutig beschrieben
Sicherheitsplanung	15	Gefahren, Freigaben, Druckabbau und sichere Messbedingungen korrekt berücksichtigt
Prüfplan	15	Logische Reihenfolge entlang von Versorgung, Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe
Messwertdokumentation	15	Messstelle, Zustand, Einheit, Sollwert und Istwert vollständig
Fachrechnen	15	Sensorkennlinie, Strom und Zylinderkraft nachvollziehbar und einheitengerecht
Fehlerdiagnose	15	Ursache aus Messdaten begründet, Alternativen werden getrennt geprüft
Instandsetzungs- und Kontrollentscheidung	10	Nur freigegebene Modellmaßnahme, Kontrollmessung und Grenzen benannt
Fachsprache und Übergabe	5	Präziser Bericht ohne unzulässige Maschinenfreigabe
Gesamt	100	Ab 80 Punkten fachlich sicher, 60 bis 79 Punkte überwiegend sicher, unter 60 Punkten gezielte Überarbeitung

Typische Fehler: Diagnosecode oder Einzelmesswert mit der Ursache gleichsetzen, Messgerät falsch anschließen, Messung unter nicht definiertem Zustand, Leitung und Bauteil nicht trennen, nach Bauteiltausch keine Kontrollmessung durchführen und aus einem Trainingsfall eine reale Freigabe ableiten.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welches Merkmal kennzeichnet eine technische Regelung? (Die Ausgangsgröße wird erfasst und zurückgeführt) (!Der Ablauf besitzt grundsätzlich keinen Sensor) (!Das Stellglied arbeitet immer ohne Energie) (!Die Ausgangsgröße bleibt für das System unbekannt)

Rückmeldung: Eine Regelung vergleicht den zurückgeführten Istwert mit dem Sollwert und reagiert auf Abweichungen.

Welche Komponente erfasst im Regelkreis den Istwert? (Der Sensor) (!Das Stellglied) (!Die Energiequelle) (!Das Gehäuse)

Rückmeldung: Der Sensor wandelt die physikalische Regelgröße in ein auswertbares Signal um.

Was ist bei einem Sollwert von 2,50 bar und einem Istwert von 2,30 bar die Regelabweichung nach e gleich w minus x? (0,20 bar) (!0,08 bar) (!2,40 bar) (!4,80 bar)

Rückmeldung: Die Differenz wird mit der festgelegten Vorzeichenkonvention aus Sollwert minus Istwert gebildet.

Welche Aussage beschreibt das EVA-Prinzip richtig? (Eingaben werden verarbeitet und führen zu Ausgaben) (!Energie wird immer in Wärme und Abfall getrennt) (!Ein Aktor wird ohne Signal zu einem Sensor) (!Jede Eingabe erzeugt unabhängig von der Logik eine Ausgabe)

Rückmeldung: EVA hilft, den Informationsfluss von Sensor oder Taster über die Verarbeitung bis zum Aktor zu gliedern.

Wann liefert eine UND-Verknüpfung ein aktives Ausgangssignal? (Wenn alle erforderlichen Eingänge aktiv sind) (!Wenn kein Eingang aktiv ist) (!Wenn genau ein beliebiger Eingang aktiv ist) (!Wenn der Ausgang von der Versorgung getrennt ist)

Rückmeldung: Bei der UND-Logik müssen alle festgelegten Freigabebedingungen gleichzeitig erfüllt sein.

Welche Kraft ergibt sich idealisiert ungefähr bei 5,8 bar und einer Kolbenfläche von 0,001963 Quadratmetern? (1139 N) (!114 N) (!580 N) (!11390 N)

Rückmeldung: Nach der Umrechnung von 5,8 bar in 580000 Pa gilt Kraft gleich Druck mal Fläche.

Welche Maßnahme hat vor dem Lösen einer pneumatischen Verbindung Vorrang? (Das System nach Verfahren drucklos machen und sichern) (!Die Leckstelle mit der Hand ertasten) (!Den Druck für eine bessere Sicht erhöhen) (!Die Schutzvorrichtung überbrücken)

Rückmeldung: Gespeicherte Druckenergie muss kontrolliert abgebaut und ein erneuter Druckaufbau verhindert werden.

Was zeigt eine Sensorspannung von 2,9 V bei der Lernkennlinie 0,5 bis 4,5 V für 0 bis 10 bar? (6,0 bar) (!2,9 bar) (!4,5 bar) (!10,0 bar)

Rückmeldung: Vom Messwert werden 0,5 V abgezogen; der verbleibende Anteil am 4-V-Spannungshub wird auf 10 bar skaliert.

Warum wird bei der Fehlersuche zuerst die Versorgung geprüft? (Weil fehlende Energie viele nachfolgende Funktionen gleichzeitig verhindert) (!Weil danach keine weiteren Messungen zulässig sind) (!Weil jeder Versorgungsfehler das Steuergerät zerstört) (!Weil Sensoren grundsätzlich ohne Versorgung arbeiten)

Rückmeldung: Eine fehlende elektrische, pneumatische oder hydraulische Versorgung kann mehrere scheinbare Bauteilfehler verursachen.

Welche Dokumentation ist fachlich am aussagekräftigsten? (Messstelle Betriebszustand Sollwert Istwert Einheit und Schlussfolgerung) (!Nur der Satz Bauteil defekt) (!Nur ein Foto ohne Beschriftung) (!Nur die Bezeichnung des Messgeräts)

Rückmeldung: Erst der vollständige Kontext macht eine Messung reproduzierbar und die Diagnose nachvollziehbar.

Memory

Steuerkette	Offener Wirkungsablauf ohne notwendige Rückführung der Ausgangsgröße
Regelkreis	Geschlossener Wirkungsablauf mit Soll-Ist-Vergleich
Sensor	Wandelt eine physikalische Größe in ein Signal um
Aktor	Wandelt ein Steuersignal in eine physikalische Wirkung um
Störgröße	Beeinflusst die Regelgröße von außen
Stellglied	Setzt die Reglerentscheidung an der Strecke um

Drag-and-drop

Ordne den Fachbegriff der passenden Aussage zu.	Aussage
Sollwert	Vorgegebener Zielwert
Istwert	Gemessener aktueller Wert
Regelabweichung	Differenz zwischen Zielwert und Messwert
UND-Verknüpfung	Ausgang nur bei allen gültigen Eingängen
Prüfplan	Begründete Reihenfolge von Kontrollen und Messungen

Prüfe nach der Zuordnung, ob Du jeden Begriff an einem Beispiel aus dem Modellfall erklären kannst.

Kreuzworträtsel

Regelkreis	Wie heißt ein geschlossener Wirkungsablauf mit Rückführung?
Sensor	Welches Bauteil erfasst eine physikalische Größe?
Aktor	Welches Bauteil erzeugt aus einem Signal eine Wirkung?
Sollwert	Wie heißt der vorgegebene Zielwert?
Stellglied	Welches Element beeinflusst die Regelstrecke?
Fehlersuche	Wie heißt das systematische Eingrenzen einer Ursache?

LearningApps

Lückentext

Eine technische

besitzt nicht zwingend eine Rückführung der Ausgangsgröße. Bei einer Regelung erfasst ein

den Istwert. Der Regler vergleicht den Istwert mit dem

. Aus der Differenz entsteht die

. Ein

wirkt auf die Regelstrecke ein. Das EVA-Prinzip ordnet Signale in Eingabe,

und Ausgabe. In pneumatischen Systemen muss gespeicherter

vor Arbeiten kontrolliert abgebaut werden. Eine Messung ist nur mit angegebenem Betriebszustand und passender

nachvollziehbar. Die Fehlersuche folgt einem begründeten

. Eine abschließende Kontrollmessung bestätigt den Erfolg der

im freigegebenen Lernmodell.

Offene Aufgaben

Leicht

Steuerung oder Regelung erkennen: Ordne acht vorgegebene Alltags- und Werkstattbeispiele begründet als Steuerung, Regelung oder reine Überwachung ein; nutze ausschließlich Beschreibungen und Bilder.
EVA-Funktionskette erstellen: Zeichne für eine synthetische pneumatische Spannvorrichtung Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe und kennzeichne Signal- sowie Energiefluss.
Sicherheitscheck Drucksystem: Erstelle aus den Kursquellen eine Checkliste mit mindestens acht Punkten für einen unter Anleitung vorbereiteten drucklosen Trainingsaufbau.
Messwerttabelle auswerten: Berechne für fünf synthetische Sensorwerte zwischen 0,5 und 4,5 V den zugehörigen Druck von 0 bis 10 bar.

Standard

Sensorvergleich durchführen: Vergleiche induktiven Sensor, Drucksensor und Raddrehzahlsensor nach Messgröße, Signalart, Einbauhinweis und sinnvoller Plausibilitätsprüfung.
Logische Verknüpfung entwickeln: Entwirf eine Wahrheitstabelle für eine Freigabe aus Schutzhaube UND Bedienanforderung und erkläre, warum Überbrückungen unzulässig sind.
Pneumatikkraft berechnen: Berechne die idealisierte und um 12 Prozent verringerte Kraft für drei vorgegebene Drücke und Kolbendurchmesser; dokumentiere alle Einheiten.
Fehlerhypothesen priorisieren: Ordne zu einer synthetischen Störung mindestens fünf mögliche Ursachen nach Prüfbarkeit und begründe eine sichere Prüf-Reihenfolge.

Schwer

Diagnoseplan entwerfen: Entwickle für einen simulierten Ausfall eines Magnetventils einen vollständigen Prüfplan mit Sicherheitsstatus, Sollwerten, Messstellen, Entscheidungskriterien und Übergabegrenze.
Sensorkennlinie auswerten: Erstelle aus einem synthetischen Datensatz ein Diagramm, bestimme Steigung und Offset und markiere drei unplausible Messwerte mit Begründung.
Modellfall übertragen: Übertrage das Vorgehen des Abdrückvorrichtungs-Falls auf ein rein virtuelles ABS-Funktionsmodell und trenne Sensor-, Verarbeitungs-, Aktor- und Hydraulikfehler.
Fachgespräch Steuerungs- und Regelungssysteme: Produziere ein fünfminütiges Fachgespräch mit Diagnosebericht, Rechenweg, Sicherheitsgrenzen und begründeter Entscheidung; verwende keine realen Kundendaten.

Aufgabe	Musterarbeitsprodukt und Lösungskriterien
Leicht 1	Tabelle mit acht Fällen; volle Leistung bei korrektem Rückführungskriterium und nachvollziehbarer Begründung
Leicht 2	Blockbild mit drei EVA-Stufen sowie getrennten Pfeilen für Signal und Energie
Leicht 3	Checkliste mit Freigabe, Sicherung gegen Wiedereinschalten, Druckabbau, Abstützung, Prüfmittelkontrolle, Arbeitsbereich, Schutzausrüstung und Dokumentation
Leicht 4	Rechentabelle mit p gleich U minus 0,5 geteilt durch 4,0 mal 10 bar sowie Einheiten und Plausibilitätskontrolle
Standard 1	Vergleichsmatrix mit mindestens vier fachlich richtigen Kriterien je Sensor
Standard 2	Wahrheitstabelle mit aktivem Ausgang ausschließlich bei Eingangskombination eins und eins
Standard 3	Vollständige Umrechnung von Millimeter in Meter und bar in Pascal sowie nachvollziehbare Verlustrechnung
Standard 4	Priorisierte Hypothesenliste; zuerst sichere, nicht invasive und ursachentrennende Prüfungen
Schwer 1	Prüfplan im Handlungskreislauf mit eindeutigen Abbruch- und Übergabekriterien
Schwer 2	Diagramm mit beschrifteten Achsen, Einheit, linearer Sollgerade und begründeter Kennzeichnung unplausibler Punkte
Schwer 3	Funktionskette mit Raddrehzahlsensor, Steuergerät, hydraulischer Einheit und Radverhalten; keine Reparatur- oder Fahrfreigabe
Schwer 4	Strukturierte Präsentation mit Auftrag, Sicherheit, Befund, Rechenweg, Ursache, Kontrolle und klarer Kompetenzgrenze

Lernkontrolle

Lernkontrolle Steuerung und Regelung: Ein Kompressor schaltet zeitabhängig ein, ohne den Druck zu messen; erkläre, weshalb dies eine Steuerung und keine Druckregelung ist, und beschreibe die nötige Ergänzung für einen Regelkreis.
Lernkontrolle Signalfluss: In einem synthetischen System sind beide Eingänge gültig, der Ausgang bleibt jedoch null; entwickle drei Hypothesen und ordne sie nach sicherer Prüfbarkeit.
Lernkontrolle Kennlinie: Ein 0,5-bis-4,5-V-Drucksensor liefert 4,7 V; erkläre, warum der Wert unplausibel ist und welche Prüfungen Versorgung, Masse, Signalleitung und Sensor trennen.
Lernkontrolle Fachrechnen: Berechne die idealisierte Kraft eines Zylinders mit 40 mm Durchmesser bei 6 bar und bewerte, weshalb das Ergebnis ohne Reibungs- und Herstellerdaten keine Freigabe erlaubt.
Lernkontrolle Diagnoseentscheidung: Bewerte den Schluss „Ausgangsspannung vorhanden, also ist das Ventil sicher defekt“ und formuliere einen fachlich besseren nächsten Prüfschritt.
Lernkontrolle Transfer ABS: Übertrage Sollwert, Istwert, Sensor, Regler, Stellglied, Strecke und Störgröße auf ein vereinfachtes ABS-Funktionsmodell, ohne eine reale Bremsenarbeit zu beschreiben.

Lernkontrolle	Erwartungshorizont
Steuerung und Regelung	Rückführung als entscheidendes Merkmal; Drucksensor, Sollwertvergleich und Stellglied ergänzen
Signalfluss	Versorgung, Logikverarbeitung, Ausgangsstufe oder Leitungsweg als getrennte Hypothesen mit sicherer Reihenfolge
Kennlinie	Wert außerhalb des definierten Messbereichs; systematische Trennung der elektrischen Pfade
Fachrechnen	Rund 754 N ideal; Umrechnung, Kreisfläche und Grenzen der Modellrechnung korrekt
Diagnoseentscheidung	Leitung, Steckverbindung, Spulenwiderstand und mechanische Funktion getrennt prüfen
Transfer ABS	Raddrehzahl als Messgröße, elektronischer Vergleich, hydraulische Druckmodulation und Rad-Schlupf-Verhalten korrekt zugeordnet

Lernnachweis

Ein vollständiger Lernnachweis kombiniert Fachwissen, planvolles Handeln, sichere Entscheidungen und nachvollziehbare Produkte.

Nachweisbereich	Geeigneter Beleg	Qualitätskriterium
Fachwissen	Begriffskarte zu Steuerkette, Regelkreis, Sensor, Aktor und Störgröße	Fachbegriffe korrekt und an Berufsbeispielen erklärt
Systemanalyse	EVA-Blockbild mit Signal-, Energie- und Stofffluss	Systemgrenze und Pfeilrichtungen eindeutig
Fachrechnen	Rechenblatt zu Kennlinie, Strom, Leistung und Zylinderkraft	Formeln, Umrechnungen, Einheiten und Plausibilität vollständig
Diagnosekompetenz	Prüfplan und Messprotokoll zum Modellfall	Jede Messung trennt mindestens eine Hypothese
Sicherheitskompetenz	Gefährdungs- und Freigabecheck	Restenergien, Kompetenzgrenzen und qualifizierte Anleitung berücksichtigt
Dokumentation	Diagnosebericht und fünfminütiges Fachgespräch	Befund, Ursache, Kontrolle und Übergabe klar unterschieden
Transfer	Analyse eines weiteren virtuellen Fahrzeug- oder Werkstattsystems	Methode wird begründet auf einen neuen Fall übertragen

Für ein Portfolio eignen sich das ausgefüllte Bewertungsraster, die Sensorkennlinie, ein kommentierter Funktionsplan, der Diagnosebericht und eine kurze Reflexion: Welche Hypothese war zuerst plausibel, welche Messung hat sie bestätigt oder widerlegt, und welche Sicherheitsgrenze durfte nicht überschritten werden?

OER und Wikipedia

Amtliche und fachliche Grundlagen:

KMK-Rahmenlehrplan für Mechaniker für Reifen- und Vulkanisationstechnik – Lernfeld 4, erstes Ausbildungsjahr, 60 Stunden
BIBB-Berufsprofil – Ausbildungsdauer, Fachrichtungen und Rechtsgrundlage
Ausbildungsordnung – geltende Struktur von Ausbildung und Prüfungen
DGUV-Praxishilfen Hydraulik und Pneumatik – Gefährdungen und sichere Gestaltung
BGHM: Arbeiten an hydraulischen Anlagen – Restdruck, Schlauchleitungen und Instandhaltung
Bosch: Antiblockiersystem – Sensoren, Steuergerät und hydraulische Einheit
Festo Lernmedien Pneumatik – Grundlagen, Schaltpläne und Fehlersuche
Induktive Sensoren bei ifm – Funktionsprinzip und Anwendung
Altöl beim Umweltbundesamt – getrennte Sammlung und ordnungsgemäße Verwertung

Verwendete Bilder und Rechte:

Mediendatei	Nachweis	Urheberin oder Urheber	Lizenz
File:Feedback Loop.svg	Wikimedia Commons	Inductiveload	Public Domain
File:Example controlled motor positioning with gear and axle.svg	Wikimedia Commons	Duftmaske02	CC BY-SA 4.0
File:Budowa czujnika indukcyjnego (ubt).svg	Wikimedia Commons	tsca	CC BY 2.5 PL
File:ABS-Sensor.jpg	Wikimedia Commons	NSX-Racer	CC BY-SA 2.5
File:DTPMS direct Tire-pressure monitoring system sensors.jpg	Wikimedia Commons	Sinafe	CC BY-SA 4.0
File:Actuator (general) (DIN 2429).svg	Wikimedia Commons	Chem Sim 2001	Public Domain
File:Pneumatica.svg	Wikimedia Commons	Traxtorm	CC BY-SA 2.5
File:Hydraulic circuit directional control.svg	Wikimedia Commons	Duk und P neves	CC BY-SA 3.0
File:Electronic-hydraulic analogy.svg	Wikimedia Commons	Daniele Pugliesi	CC BY-SA 3.0

Eingebettete Fachvideos:

Video	Kanal und Zweck	Rechtehinweis
Steuerung vs. Regelung	Studytiger – Physik und E-Technik; begriffliche Unterscheidung	Einbettung über den YouTube-Player; Rechte verbleiben beim veröffentlichten Kanal
Steuerung und Regelung, kleine Einführung	Stephan Mueller; berufsschulbezogene Einführung	Einbettung über den YouTube-Player; Rechte verbleiben beim veröffentlichten Kanal
Pneumatics Basics	Hegamurl; Schaltungsdarstellung mit FluidSIM	Einbettung über den YouTube-Player; Rechte verbleiben beim veröffentlichten Kanal

Die Medien wurden über ihre jeweiligen Quellseiten ausgewählt. Externe Inhalte können sich ändern; für Unterricht und Veröffentlichung sind Abrufbarkeit, Einbettungsfreigabe und Lizenzhinweise erneut zu prüfen.

Verknüpfte Lernbereiche

Steuerungs- und Regelungstechnik

Berufsportal: Ausbildung – Mechaniker für Reifen- und Vulkanisationstechnik

Passende vorhandene MOOCwiki-Kurse:

Fachübergreifende Verbindungen: Mathematik unterstützt Einheiten, Prozentrechnung, lineare Kennlinien und Kreisflächen. Physik erklärt Druck, Kraft, elektrische Größen und Energieübertragung. Informatik erschließt logische Verknüpfungen und strukturierte Fehlersuche. Deutsch stärkt Fachsprache, Protokoll und berufliches Fachgespräch. Umweltschutz betrifft den sachgerechten Umgang mit Betriebsstoffen und ausgetauschten Bauteilen.