aiMOOC

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

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Einleitung

Im ersten Ausbildungsjahr übst du, elektrotechnische Systeme aus einem Auftrag heraus zu verstehen, ihre Funktion anhand eines Schaltplans zu erklären, Sollwerte zu berechnen, vorgegebene Messdaten auszuwerten und Fehler nachvollziehbar einzugrenzen. Im Beruf Informationselektroniker ist das beispielsweise bei der Diagnose einer Statusanzeige in einem Kommunikationsgerät wichtig. Dieser aiMOOC orientiert sich an Lernfeld 1 des KMK-Rahmenlehrplans mit einem Zeitrichtwert von 80 Unterrichtsstunden. Du arbeitest auf drei Niveaus: leicht, Standard und schwer.

Lernziele: Du kannst Anlage, Gerät, Baugruppe und Bauelement unterscheiden; Schaltzeichen und technische Unterlagen nutzen; Spannung, Strom, Widerstand und Leistung berechnen; Messverfahren fachlich begründen; aus synthetischen Prüfdaten eine Fehlerhypothese ableiten und einen nachvollziehbaren Prüfbericht schreiben.

Sicherheit: Alle Fälle, Kennwerte und Messprotokolle dieser Lerneinheit sind fiktiv. Berechnungen, Papieranalysen und Simulationen sind keine Freigabe für reale Anlagen. Praktische Tätigkeiten, insbesondere an elektrischen Anlagen, Geräten, Maschinen oder Netzspannung, nur nach Gefährdungsbeurteilung und unter Anleitung beziehungsweise Verantwortung qualifizierter Fachkräfte durchführen. Niemals aus einem Lernbeispiel eine Erlaubnis zum Arbeiten unter Spannung ableiten.

Berufliche Einordnung (Stand November 2026): Die Ausbildung zum Informationselektroniker dauert regulär 42 Monate und gilt in ihrer 2021 neu geordneten Form seit dem 1. August 2021. Sie kennt mehrere betriebliche Einsatzgebiete wie Geräte-, Informations- und Bürosystemtechnik, Sende-, Empfangs- und Breitbandtechnik, Brandschutz- und Gefahrenmeldeanlagen sowie Telekommunikationstechnik; diese Einsatzgebiete sind keine im vorliegenden Kurs zu unterstellenden getrennten Fachrichtungen. Die Gesellenprüfung besteht aus zwei Teilen. Zusätzlich besteht eine Erprobungsregelung für Prüfungen, die bis 30. Juni 2028 begonnen werden; die zeitliche Anwendung wurde 2026 verlängert. Hier werden ausdrücklich keine Prüfungsdauer, Gewichtung oder Originalprüfungsaufgaben behauptet. Grundlage sind BIBB-Berufsprofil, InfoElekAusbV und InfoElekAusbErprbV.

Arbeitsaufträge und elektrotechnische Systeme verstehen

Vom Auftrag zur überprüfbaren Frage

Ein beruflicher Auftrag beschreibt nicht nur eine Störung, sondern einen gewünschten Sollzustand: „Die Statusanzeige eines Kommunikationsmoduls soll bei vorhandener Versorgung leuchten.“ Der Istzustand kann „Statusanzeige bleibt dunkel“ lauten. Daraus entsteht eine prüfbare Leitfrage: Kommt die vorgesehene Versorgung an, ist die Strombegrenzung in Ordnung und kann das Anzeigeelement arbeiten? Vor einer Prüfung werden Auftrag, vorhandene Dokumentation, Systemgrenzen, zulässige Prüfmethoden, Sicherheitsvorgaben und Zuständigkeiten geklärt.

Die vollständige Handlung besteht aus Informieren, Planen, Entscheiden, Durchführen durch Berechtigte, Kontrollieren und Bewerten. Du protokollierst bei jeder Aussage, ob sie aus einem Schaltplan, Datenblatt, einer Rechnung, einer Simulation oder einem tatsächlich freigegebenen Messprotokoll stammt. So werden Annahmen nicht mit Beobachtungen verwechselt.

Ebenen und Bauteilfunktionen

Systemebene	Beispiel im Beruf	Leitfrage
Anlage	Kommunikationsinfrastruktur in einem Gebäude	Welche Geräte versorgen und verbinden die Anlage?
Gerät	Router oder Netzwerkkomponente	Welche Ein- und Ausgänge sowie Anzeigen besitzt das Gerät?
Baugruppe	Anzeigeplatine oder geregeltes Netzteil	Welche Teilfunktion erfüllt die Baugruppe?
Bauelement	Widerstand, Leuchtdiode oder Sicherung	Wie wirkt das Einzelteil im Stromkreis?

Fachbegriffe: Eine Spannungsquelle stellt eine elektrische Potentialdifferenz bereit; ein Widerstand begrenzt bei gegebenem Spannungsabfall den Strom; eine Leuchtdiode wandelt elektrische Energie unter geeigneten Bedingungen in Licht um. Eine Sicherung kann bei einer Überlastung den Stromkreis unterbrechen, ersetzt aber keine Gefährdungsbeurteilung. Der Wechsel von Gesamtanlage zu Einzelbauteil verhindert, dass ohne Belege wahllos Teile ausgetauscht werden.

Schaltplan und technische Unterlagen lesen

Ein Schaltplan zeigt elektrische Verbindungen und Funktionen, nicht unbedingt die räumliche Lage von Komponenten. Beachte Bezeichner wie R1 für einen Widerstand oder D1 für eine Diode; ein Verbindungspunkt ist kein beliebiger Drahtkontakt. Prüfe, ob die Darstellung auf eine Leitung, Knoten, Bezugspotential oder Versorgung verweist. Ein Datenblatt liefert Nennwerte, Grenzwerte, Polarität, Toleranzen und Umgebungsbedingungen. Ein technisches englisches Wort wie „forward voltage“ bedeutet bei der LED Durchlassspannung, „current limiting resistor“ einen Vorwiderstand.

Analyseschritt: Schreibe zu jedem Bauteil eine Funktionsaussage („R1 begrenzt den Strom durch D1“) und zu jedem erwarteten Prüfschritt eine Sollgröße auf. Häufige Fehler sind das Verwechseln von Bauteilnamen und Kennwerten sowie das Übertragen einer Beispielzeichnung auf ein reales Gerät ohne dessen Originaldokumentation.

Elektrische Größen, Grundschaltungen und Fachrechnen

Spannung, Stromstärke, Widerstand und Leistung

Die elektrische Spannung U hat die Einheit Volt (V), die Stromstärke I Ampere (A), der Widerstand R Ohm (Ω) und die Leistung P Watt (W). Für einen ohmschen Widerstand bei passender Temperaturannahme gilt das ohmsche Gesetz: U = R · I, I = U / R und R = U / I. Für die elektrische Leistung gelten P = U · I und am ohmschen Widerstand auch P = I² · R beziehungsweise P = U² / R. Diese Zusammenhänge dürfen nicht unbesehen auf die nichtlineare Kennlinie einer LED übertragen werden.

Rechenbeispiel: Über einem 330-Ω-Widerstand liegen 3,3 V. Es fließen I = 3,3 V / 330 Ω = 0,010 A = 10 mA. Die umgesetzte Leistung ist P = 3,3 V · 0,010 A = 0,033 W = 33 mW. Prüfe zuerst die Formel, dann die Einheiten und zuletzt die Größenordnung: Milliampere sind tausendstel Ampere; kΩ sind tausend Ohm. Typischer Fehler: 10 mA als 10 A in die Leistungsformel einsetzen.

Reihen- und Parallelschaltungen unterscheiden

Bei einer Reihenschaltung fließt durch alle in Reihe verbundenen Komponenten derselbe Strom. Für ideale ohmsche Widerstände gilt R_ges = R1 + R2. Die Gesamtspannung verteilt sich auf Teilspannungen. Beispiel: 100 Ω und 220 Ω an 6 V ergeben R_ges = 320 Ω, I = 6 V / 320 Ω = 0,01875 A = 18,75 mA. Die Teilspannungen betragen 1,875 V und 4,125 V, ihre Summe ist 6 V.

Bei einer Parallelschaltung liegt an jedem Zweig dieselbe Spannung; die Zweigströme addieren sich. Für zwei Widerstände gilt 1/R_ges = 1/R1 + 1/R2. Beispiel: 300 Ω und 600 Ω parallel an 6 V: R_ges = 200 Ω, I_ges = 30 mA, Teilströme 20 mA und 10 mA. Eine Parallelkombination hat bei positiven Widerständen einen kleineren Ersatzwiderstand als jeder Einzelzweig.

Video: „Das Ohmsche Gesetz EINFACH erklärt!“ von Think Logic (2021). Das externe Video dient der Erläuterung; Nutzungsrechte bleiben beim Anbieter, es ist keine als OER lizenzierte Kopie.

Werte, Toleranzen und Plausibilität prüfen

Ein Widerstand mit 220 Ω und ±5 % Toleranz darf rechnerisch zwischen 209 Ω und 231 Ω liegen. Bei einem angenommenen Spannungsabfall von 3,0 V ergibt sich daraus ein Strombereich von etwa 12,99 mA bis 14,35 mA. Eine Abweichung ist erst dann ein begründeter Fehlerhinweis, wenn Messbedingungen, Messunsicherheit, Datenblattwerte und Toleranzen geklärt sind. Beachte die Einheit an jeder Spalte eines Prüfprotokolls und die Zahl sinnvoller Stellen. Eine LED besitzt eine nichtlineare Kennlinie; ihre angenommene Durchlassspannung ist ein Modellwert, kein Naturgesetz für jedes Exemplar.

Prüfen und Messen sicher planen

Messgerät, Messgröße und Messschaltung

Ein Multimeter kann je nach Ausführung Gleichspannung, Wechselspannung, Widerstand, Strom und weitere Größen anzeigen. Spannung wird zwischen zwei Punkten gemessen, das Spannungsmessgerät wird dafür parallel zum betrachteten Element angeschlossen. Strom wird im vorgesehenen Strompfad gemessen, ein klassisches Amperemeter liegt in Serie; ein falscher Anschluss kann einen gefährlichen Kurzschluss erzeugen. Eine Widerstandsmessung erfolgt nur nach gesicherter Spannungsfreiheit und gemäß Herstellerangaben, denn eingebaute Quellen verfälschen Werte und können Geräte beschädigen.

Video: „Lerne, wie man ein Multimeter benutzt!“ von Ingenieursmentalität (2023), externe Erläuterung. Ein Video ersetzt keine Unterweisung und keine Prüfung der Messgerätekategorie, der Leitungen oder der Einsatzbedingungen.

Sicherheit und Messplanung

Vor Tätigkeiten an elektrischen Anlagen sind Zuständigkeit, Gefährdungen, Qualifikation und erforderliche Schutzmaßnahmen verbindlich zu klären. Die fünf Sicherheitsregeln für die entsprechenden Arbeiten lauten: freischalten; gegen Wiedereinschalten sichern; Spannungsfreiheit feststellen; erden und kurzschließen, soweit erforderlich; benachbarte unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken. Die Auswahl des geeigneten Prüfgeräts, die Durchführung und die Freigabe gehören in die Hände der zuständigen qualifizierten Fachkräfte. Bei elektronischen Kleinspannungsschaltungen können gespeicherte Energie und Kurzschlüsse weiterhin relevant sein. In diesem Kurs werden keine realen Messhandlungen angewiesen; du wählst Messverfahren ausschließlich auf Papier beziehungsweise in der Simulation.

Simulierte Prüfgröße	Theoretische Anordnung	Was dokumentiert werden muss
Versorgungsspannung	Zwischen Plusknoten und Bezugspotential	Gleich- oder Wechselgröße, Bezugspunkt, Sollbereich
Spannung an einem Bauteil	Parallel über dem Bauteil	Polung, gemessener oder simulierte Spannungswert
Strom in einem Zweig	Gedanklich in Reihe beziehungsweise aus U und R berechnet	Zulässiges Verfahren und Einheit
Widerstand eines einzelnen Bauteils	Nur im nachweislich spannungsfreien, geeigneten Prüffall	Trennung von Parallelpfaden und möglicher Bauteileinfluss

Entscheidungsregel: Erst Prüfziel und Gefährdung festlegen, dann einen zulässigen Prüfweg wählen, anschließend den erhaltenen Datensatz mit Soll- und Grenzwerten vergleichen. Häufige Fehler: Messleitungsbuchse verwechselt, falsche Betriebsart gewählt, Strommessgerät parallel gedacht, Widerstand in einer noch versorgten Schaltung bewertet oder Messwert ohne Bezugspunkt notiert.

Fehlerdiagnose, Datenauswertung und Dokumentation

Systematisch statt auf Verdacht tauschen

Verwende eine nachvollziehbare Diagnosekette: (1) Störung und Systemgrenze beschreiben, (2) Sollzustand anhand von Unterlagen bestimmen, (3) mehrere Hypothesen formulieren, (4) sichere, unterscheidungskräftige Prüfdaten planen, (5) vorliegende Werte mit der Hypothese vergleichen, (6) mögliche Ursache bewerten, (7) fachgerechte Maßnahme vorschlagen und (8) Ergebnis und offene Risiken dokumentieren. Eine Ursache ist nicht automatisch bewiesen, nur weil sie zur ersten Beobachtung passt.

Beispielhafte Hypothesen für eine dunkle Status-LED: Versorgung fehlt; Vorwiderstand unterbrochen; LED defekt oder falsch gepolt; Ansteuerschaltung liefert kein Signal. Welche Hypothese plausibel ist, entscheidet die Kombination von Belegen. Bei mehreren möglichen Fehlern brauchst du weitere trennscharfe Daten. Ein Prüfbericht enthält Auftragskennung ohne personenbezogene Details, Schaltplanversion, Datum, Sollwerte, Istwerte mit Einheiten, bewertete Abweichungen, Methode, Maßnahmevorschlag, offene Punkte und Freigabevermerk durch Berechtigte.

Fehlerarten und Prüfprotokolle

Fehlerbild im Modell	Möglicher Hinweis	Zulässige Schlussfolgerung
Versorgung an Klemmen fehlt	U_Eingang ungefähr null statt Sollwert	Versorgungspfad untersuchen, nicht sofort LED tauschen
Unterbrochener Vorwiderstand	Isolierter R1 zeigt im fiktiven Datensatz OL	Strompfad ist am Widerstand wahrscheinlich unterbrochen
LED-Unterbrechung	Versorgung vorhanden, Spannung am LED-Zweig abweichend	LED und Ansteuerung anhand zusätzlicher Daten prüfen
Unplausible Messanzeige	Einheit oder Bereich widersprüchlich	Messmethode und Dokumentation hinterfragen

Eine Fehlerursache ist das fehlerhafte Objekt oder Ereignis. Ein Fehlersymptom ist eine beobachtete Abweichung; beide Begriffe sind nicht gleichbedeutend. „OL“ kann auf dem jeweiligen Messgerät in der passenden Messart ein offener Messweg oder eine Bereichsüberschreitung sein; seine Bedeutung muss im Gerätehandbuch geprüft werden. Die Qualität des Berichts hängt von der Nachvollziehbarkeit der Argumentation ab, nicht von möglichst vielen ausgetauschten Teilen.

Video: „Multimeter – Spannung, Strom und Widerstand messen“ von Funkwelle (2021). Nutze die dort gezeigten Abläufe als Diskussionsgegenstand und prüfe Sicherheitsannahmen im Unterricht, statt sie an einem realen Gerät nachzuahmen.

Beruflicher Modellfall: Statusanzeige eines Kommunikationsmoduls

Auftrag, Annahmen und Plan

Fiktiver Kundenauftrag M-01: An einem abgeschotteten 5-V-Lehrmodell eines Netzwerkmoduls bleibt eine grüne Status-LED dunkel. Ein Ausbildungsunternehmen übergibt ausschließlich einen synthetischen Datensatz; das reale Netzwerkgerät wird nicht geöffnet, geprüft oder freigegeben. Deine Aufgabe ist eine rechnerische Diagnose und ein fachlicher Bericht.

Schaltungsmodell: Eine ideale Gleichspannungsquelle U_Q = 5,00 V versorgt in Reihe den Vorwiderstand R1 = 220 Ω und die LED D1 gegen 0 V. Bei vorgesehenem LED-Betrieb wird U_D = 2,00 V angenommen. R1 hat eine Nennbelastbarkeit von 0,25 W und eine Toleranz von ±5 %. Das Ersatzmodell gilt ausschließlich für den gewählten Arbeitspunkt.

Arbeitsplan auf Papier: Schaltungsweg skizzieren, erwartete Größen berechnen, drei Fehlerhypothesen aufstellen, vorgegebene Prüfdaten mit den erwarteten Größen vergleichen, eine Ursache gewichten, Maßnahme und dokumentierte Nachkontrolle formulieren. Eine reale Instandsetzung darf nur eine befugte Fachkraft nach Prüfung aller Vorgaben vornehmen.

Sollwertrechnung und fiktive Prüfdaten

Im fehlerfreien Modell ergibt sich U_R = U_Q − U_D = 5,00 V − 2,00 V = 3,00 V. Nach dem ohmschen Gesetz ist I = 3,00 V / 220 Ω = 0,01364 A ≈ 13,6 mA. Die Widerstandsleistung beträgt P_R = 3,00 V · 0,01364 A ≈ 0,0409 W. Das sind ungefähr 41 mW und damit unter der angegebenen Nennbelastbarkeit von 250 mW; diese Aussage gilt nur für das idealisierte Modell und ersetzt keinen Bauteilnachweis.

Größe	Soll im fehlerfreien Modell	Synthetischer Befund	Bewertung
Quellenspannung gegen 0 V	5,00 V	5,02 V	Versorgung in diesem Beispiel vorhanden
Anodenknoten D1 gegen 0 V	ungefähr 2,00 V	0,02 V	LED-Zweig erhält nicht den erwarteten Arbeitspunkt
Widerstand R1 einzeln, nach angenommener Freischaltung	209 bis 231 Ω	OL	Im Modell spricht das für eine Unterbrechung
LED-Prüfdatensatz einer unabhängigen Lehrsimulation	Bei geeignetem Prüfstrom ungefähr 2,00 V	1,99 V	LED ist nach diesem separaten Modellbefund plausibel funktionsfähig

Auswertung: Die Versorgung ist vorhanden; am LED-Anodenknoten liegt praktisch kein Potential an. Der separat modellierte R1-Prüfbefund „OL“ bei angenommener sicherer Trennung stützt die Hypothese eines unterbrochenen Vorwiderstands. Die alternative Erklärung „Versorgung fehlt“ widerspricht 5,02 V am Eingang. Ein LED-Defekt allein erklärt den Einzelbefund von R1 weniger gut; mehrere Fehler bleiben theoretisch denkbar.

Musterarbeitsprodukt und nachvollziehbares Ergebnis

Muster-Prüfbericht M-01 – rein simuliert: „Soll: Versorgung 5 V; bei U_D = 2 V und R1 = 220 Ω ist I ≈ 13,6 mA. Ist: U_Q = 5,02 V, U_D-Knoten = 0,02 V, R1-Einzelwert = OL, LED-Datensatz = 1,99 V. Diagnose: Unterbrechung von R1 ist wahrscheinlichste Einzelursache. Empfohlene Maßnahme: R1 und Leitungsweg durch qualifizierte Fachkraft nach Herstellerangaben prüfen und gegebenenfalls passend ersetzen. Nachkontrolle: dokumentierte Soll-Ist-Prüfung durch Berechtigte, erst danach eine eigenständige Betriebsfreigabe. Status: keine reale Prüfung oder Freigabe durchgeführt.“

Rechnerische Nachkontrolle nach hypothetisch intaktem R1: Bei 5,00 V und der Modellannahme U_D = 2,00 V läge I wieder bei etwa 13,6 mA. Die Spannungswerte, Toleranzen und Voraussetzungen sind ausdrücklich mitzunennen. Ein Modell kann eine Maßnahme empfehlen, aber keine Fachkraft und keine reale Funktions- oder Sicherheitsprüfung ersetzen.

Bewertungskriterium	Punkte	Beobachtbarer Nachweis
Auftrag und Systemgrenze erfasst	0–2	Unterschied zwischen Modell und realer Freigabe
Schaltung und Sollwerte fachlich richtig	0–4	U_R = 3 V, I ≈ 13,6 mA, P_R ≈ 41 mW mit Einheiten
Daten ausgewertet und Hypothesen abgewogen	0–5	Versorgung, Knoten und OL-Befund begründet verknüpft
Sicherheit und Maßnahmen begrenzt	0–3	Keine reale Arbeit ohne Fachaufsicht oder Freigabe
Prüfbericht verständlich und nachvollziehbar	0–4	Soll-Ist-Tabelle, Schlussfolgerung, Nachkontrolle, Status

Bewertung: maximal 18 Punkte. 16–18 Punkte: sehr sicher; 13–15 Punkte: gut; 10–12 Punkte: im Wesentlichen erreicht; darunter: gezielte Überarbeitung nötig. Fachlich begründete alternative Diagnosen sind anzuerkennen, wenn sie die Datenlage erklären und weitere notwendige Prüfungen nennen. Dieses Raster ist ein Unterrichtsraster, kein offizieller Prüfungsmaßstab.

Transfer und typische Denkfehler

Transfer 1: Wenn in einem zweiten synthetischen Fall die Versorgung 0,0 V beträgt, ist der Austausch von R1 nicht zuerst plausibel; die Diagnose beginnt an der Versorgungskette. Transfer 2: Liegt nach R1 nahezu 5 V, obwohl D1 dunkel ist, kann im idealisierten Modell eine LED-Unterbrechung denkbar sein; weitere Daten sind nötig. Transfer 3: Stimmt ein Wert scheinbar nicht, kontrolliere erst Einheit, Referenzpunkt und Modellannahme, bevor du einen Fehler annimmst.

Merksatz: Eine gute Diagnose trennt Soll, Ist, Berechnung, Hypothese und nachgewiesene Ursache. Gute Informationselektronik verbindet fachliche Rechnungen mit sicherer Planung, verständlicher Kommunikation und sauberem Dokumentieren.

Interaktive Aufgaben

Multiple-Choice-Quiz: Fachwissen und Anwendung

Welche Beschreibung trifft auf die Systemebene Baugruppe zu? (Eine Anzeigeplatine übernimmt eine Teilfunktion innerhalb eines Geräts) (!Eine Baugruppe ist immer die gesamte Gebäudeverkabelung) (!Eine Baugruppe besteht ausschließlich aus Software) (!Eine Baugruppe ist lediglich das einzelne Widerstandsbauelement)

Rückmeldung: Eine Baugruppe verbindet Bauelemente zu einer funktionalen Einheit; Anlage, Gerät und Bauelement liegen auf anderen Betrachtungsebenen.

Wie groß ist bei 3,3 V über 330 Ω der Strom? (10 mA) (!1 mA) (!100 mA) (!330 mA)

Rückmeldung: 3,3 geteilt durch 330 ergibt 0,010 A; multipliziere mit 1000 für Milliampere.

Welche Aussage gilt für ideale Widerstände in Reihe? (Durch beide Widerstände fließt derselbe Strom) (!Über beiden Widerständen liegt immer dieselbe Spannung) (!Der Gesamtwiderstand ist kleiner als jeder Einzelwiderstand) (!Jeder Widerstand erhält unabhängig vom Wert den halben Strom)

Rückmeldung: Die Stromstärke ist im Reihenzweig gleich, die Spannung verteilt sich entsprechend den Widerständen.

Wie groß ist der Ersatzwiderstand von 300 Ω und 600 Ω parallel? (200 Ω) (!900 Ω) (!450 Ω) (!300 Ω)

Rückmeldung: Berechne den Kehrwert der Summe beider Leitwerte; der Ersatzwiderstand ist kleiner als 300 Ω.

Wie ist eine Spannungsmessung theoretisch an einem Bauteil anzuordnen? (Parallel zwischen den beiden Anschlussknoten) (!Immer in Serie anstelle des Bauteils) (!Mit beiden Messspitzen nur am Pluspol) (!Ohne bekannten Bezugspunkt als Strommessung)

Rückmeldung: Spannung ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten; die korrekte Anordnung ersetzt keine Sicherheitsfreigabe.

Wann darf ein Widerstandswert mit einem Multimeter im Lernmodell beurteilt werden? (Nach gesicherter Spannungsfreiheit unter Beachtung der Prüfbedingungen) (!Während beliebige Netzspannung anliegt) (!Immer parallel zu einer eingeschalteten Stromquelle) (!Unabhängig von parallel geschalteten Bauteilen)

Rückmeldung: Fremdspannung und Parallelpfade verfälschen Werte; reale Arbeiten sind ausschließlich qualifiziert angeleitet zulässig.

Welche Widerstandsgrenzen folgen aus 220 Ω mit fünf Prozent Toleranz? (209 Ω bis 231 Ω) (!200 Ω bis 240 Ω) (!215 Ω bis 225 Ω) (!110 Ω bis 330 Ω)

Rückmeldung: Fünf Prozent von 220 Ω sind 11 Ω; diesen Betrag addierst und subtrahierst du.

Wie hoch ist die Verlustleistung bei 3 V an einem Widerstand mit 10 mA? (0,03 W) (!30 W) (!3 W) (!0,3 W)

Rückmeldung: Die Rechnung lautet P = U · I = 3 V · 0,010 A = 0,030 W.

Welche Fehlerhypothese passt am besten zu vorhandenen 5 V und einem isolierten R1-Befund OL? (Unterbrechung des Vorwiderstands im betrachteten Modell) (!Die Quelle liefert sicher keine Spannung) (!Der Widerstand besitzt sicher seinen Sollwert) (!Die LED muss zwangsläufig kurzgeschlossen sein)

Rückmeldung: Mehrere Befunde stützen die Unterbrechung; eine plausible Diagnose bleibt bis zur geeigneten Prüfung eine Hypothese.

Was gehört zwingend zu einem fachlich nachvollziehbaren Prüfbericht? (Sollwerte und Istwerte mit Einheiten sowie begründete Bewertung) (!Nur die Aussage Gerät kaputt) (!Ein Bauteiltausch ohne Dokumentation) (!Eine automatische reale Freigabe durch ein Lernquiz)

Rückmeldung: Trenne Messdaten, Annahmen und Schlussfolgerungen und dokumentiere die nötige Freigabe durch Berechtigte.

Memory: Fachbegriffe zuordnen

Spannung	Elektrische Potentialdifferenz in Volt
Stromstärke	Ladungsfluss pro Zeit in Ampere
Widerstand	Verhältnis von Spannung zu Strom bei einem ohmschen Bauteil
Leistung	Energieumsatz pro Zeit in Watt
Schaltplan	Funktionsorientierte Darstellung elektrischer Verbindungen
Fehlersymptom	Beobachtbare Abweichung vom Sollzustand

Drag-and-drop: Prüfschritt und Zweck

Ordne den Prüfschritt zu	Passende Zielsetzung
Sollwerte berechnen	Erwartete elektrische Größen aus den Modellannahmen ermitteln
Versorgungsdaten prüfen	Fehlende Eingangsspannung als mögliche Ursache untersuchen
Bauteiltoleranz vergleichen	Zulässige Abweichungen anhand der Vorgabe beurteilen
Fehlerhypothesen abwägen	Vorhandene Befunde auf konkurrierende Erklärungen beziehen
Prüfbericht erstellen	Ergebnisse nachvollziehbar und mit Einheiten dokumentieren

Kreuzworträtsel: Grundbegriffe

Spannung	Welche elektrische Größe wird in Volt angegeben?
Strom	Wie heißt der elektrische Ladungsfluss kurz?
Widerstand	Welche Größe hat die Einheit Ohm?
Sicherung	Welches Schutzelement kann bei Überlastung einen Stromkreis unterbrechen?
Schaltplan	Wie heißt die Zeichnung mit Bauteilzeichen und Verbindungen?
Multimeter	Welches Gerät besitzt Messfunktionen für mehrere elektrische Größen?

LearningApps: weitere Zuordnungen finden

Über diese thematische Suche kannst du weitere Übungsideen finden; prüfe bei fremden Aufgaben die Richtigkeit und die Nutzungsrechte. Die Suche ist keine Behauptung, dass eine konkrete LernApp geprüft oder vom Kurs erstellt wurde.

Lückentext: Regeln und Diagnose

Eine elektrische Potentialdifferenz heißt

.

Ihre Einheit lautet

.

Die elektrische Stromstärke wird in

gemessen.

Das Verhältnis von Spannung zu Strom bei einem ohmschen Bauteil beschreibt den

.

Die Einheit dieses Widerstands lautet

.

Bei einer Reihenschaltung ist die Stromstärke an allen Stellen

.

Bei einer Parallelschaltung liegt an den Zweigen dieselbe

an.

Die elektrische Leistung wird in

angegeben.

Die Spannungsmessung wird theoretisch

zum betrachteten Bauteil angeordnet.

Ein vorliegender Messwert ist zunächst ein

.

Der erwartete Wert wird als

bezeichnet.

Eine begründete Vermutung über die Ursache nennt man

.

Ein fachlicher Abschluss erfordert eine nachvollziehbare

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben zunächst schriftlich oder mit einer geeigneten Simulation. Gib Formeln, Einheiten, Quellen und Annahmen an. Bei jeder praktischen Variante gilt: Nur unter qualifizierter Anleitung und nach den betrieblichen Sicherheitsvorgaben.

Leicht

Größen-Steckbrief: Erstelle eine Tabelle zu U, I, R und P mit Bedeutung, Einheit und einem berufsnahen Beispiel; Produkt: ein einseitiges Merkblatt.
Schaltbild lesen: Kennzeichne in der textlich beschriebenen Beispielkette 5-V-Quelle, R1, D1 und Bezugspotential; Produkt: beschriftete eigene Skizze.
Strom berechnen: Berechne I bei U = 2,4 V und R = 240 Ω; Produkt: vollständiger Rechenweg mit Umrechnung in mA.
Soll und Ist sortieren: Ordne im Modellfall vier Zahlen den Kategorien Sollwert, Istwert und Grenzwert zu; Produkt: Dreispaltentabelle mit Begründung.

Standard

Reihenschaltung vergleichen: Berechne Gesamtwiderstand und Strom für 100 Ω und 220 Ω an 6 V und kontrolliere die Teilspannungen; Produkt: Rechnung und Ergebnistabelle.
Parallelschaltung auswerten: Berechne Ersatzwiderstand und Zweigströme für 300 Ω und 600 Ω an 6 V; Produkt: tabellarische Simulation mit Plausibilitätsprüfung.
Messplan begründen: Entwirf für das fiktive Modul einen ausschließlich theoretischen Messplan für Versorgung und LED-Knoten; Produkt: Prüfliste mit Sicherheitsgrenze.
Fehlerdaten interpretieren: Werte 5,02 V Versorgung, 0,02 V LED-Knoten und OL am isolierten R1 aus; Produkt: Diagnoseabsatz mit mindestens zwei Alternativhypothesen.

Schwer

Toleranzanalyse: Bestimme aus R1 = 220 Ω ±5 % den Strombereich bei 3,00 V Widerstandsspannung; Produkt: Rechnung mit Intervall und Voraussetzungen.
Diagnosebaum entwickeln: Entwickle drei unterscheidbare Ursachen für eine dunkle LED und nenne je einen begründeten sicheren Datentyp, der die Fälle unterscheiden würde; Produkt: Entscheidungsbaum.
Modell-Prüfbericht schreiben: Fertige den vollständigen Bericht M-01 mit Rechnung, Datenauswertung, Maßnahmenempfehlung, Unsicherheiten und fehlender Realfreigabe an; Produkt: Prüfbericht.
Beruflicher Transfer: Übertrage die Vorgehensweise auf eine synthetische Netzwerkgerät-Statusanzeige mit fehlender Versorgung; Produkt: Vergleich zweier Diagnosewege und begründete Priorisierung.

Musterlösungen und fachliche Kriterien zu den offenen Aufgaben

Leicht 1–4: 1: U/V, I/A, R/Ω, P/W jeweils mit richtiger Bedeutung. 2: Richtige Reihenfolge Quelle → R1 → D1 → Rückleiter; Bezugspotential ist beschriftet, kein reales Gerät behauptet. 3: I = 2,4 V / 240 Ω = 0,010 A = 10 mA; Formel und Einheit notwendig. 4: 5,00 V und 2,00 V sind modellierte Sollwerte, 5,02 V und 0,02 V simulierte Istwerte; 209–231 Ω ist der Toleranzbereich, der gesondert begründet wird.

Standard 5–8: 5: R_ges = 320 Ω; I = 18,75 mA; U1 = 1,875 V und U2 = 4,125 V. 6: R_ges = 200 Ω; I1 = 20 mA, I2 = 10 mA, I_ges = 30 mA. 7: Spannung theoretisch gegen 0 V und parallel; keine reale Messanweisung ohne Berechtigung. 8: Quelle vorhanden, LED-Knoten auffällig, R1 als Unterbrechung wahrscheinlich; andere Möglichkeiten werden sachlich abgegrenzt.

Schwer 9–12: 9: R_min = 209 Ω, R_max = 231 Ω; I_max ≈ 14,35 mA und I_min ≈ 12,99 mA, bei unverändert angenommenen 3 V. 10: Sinnvolle Äste sind Versorgungsausfall, Unterbrechung R1 und LED-Fehler; für jeden Ast eine unterscheidungskräftige hypothetische Prüfgröße. 11: Vollständige Berichtsvorlage aus Kapitel „Beruflicher Modellfall“ mit transparenten Annahmen und ausdrücklicher Nichtfreigabe. 12: Bei fehlender Versorgung zuerst deren Ursache im Modell prüfen; Austausch des Vorwiderstands ist ohne passenden Befund nicht begründet.

Bewertungshinweis: Zeichnungen müssen elektrisch schlüssig, Rechnungen einheitenrichtig und Schlussfolgerungen durch Daten gedeckt sein. Auch ein anderer gut begründeter Prüfpfad kann voll bewertet werden; bloße Behauptungen ohne Belege nicht.

Lernkontrolle

Kontrollaufgabe Leistung: Bestimme für 6 V an 300 Ω den Strom und die Widerstandsleistung; gib Gleichungen und Einheiten an.
Kontrollaufgabe Toleranz: Begründe, ob 235 Ω bei einem 220-Ω-Widerstand mit ±5 % noch zulässig sind.
Kontrollaufgabe Schaltungsart: Erkläre, warum bei zwei gleichen Widerständen der Gesamtstrom in Parallelschaltung bei derselben Versorgung größer als in Reihenschaltung ist.
Kontrollaufgabe Verfahren: Erläutere ohne Realversuch, weshalb eine Strommessung nicht einfach wie eine Spannungsmessung parallel geschaltet werden darf.
Kontrollaufgabe Hypothesen: Beurteile eine dunkle LED bei simulierten 0 V Eingangsspannung und erkläre, warum ein LED-Tausch zunächst unbegründet wäre.
Kontrollaufgabe Qualität: Überarbeite die Aussage „R1 kaputt, erledigt“ zu einem fachlich dokumentierten Eintrag mit Sollwert, Istwert, Hypothese und Freigabestatus.

Lösungen und Erwartungshorizont zur Lernkontrolle

1: I = 6 V / 300 Ω = 0,020 A; P = 6 V · 0,020 A = 0,12 W. 2: Grenze 231 Ω; 235 Ω liegt 4 Ω darüber und erfüllt die angenommene Toleranz nicht. 3: In Reihe addieren sich die Widerstände, parallel addieren sich Leitwerte; bei gleicher Spannung sinkt der Ersatzwiderstand der Parallelschaltung. 4: Eine parallel angesetzte niederohmige Strommessung kann einen Kurzschluss verursachen; die reale Durchführung ist kein Lernauftrag dieses Textes. 5: Zuerst den Versorgungspfad als Hypothese priorisieren und mit geeigneten Daten beurteilen, ohne den Defekt einer einzelnen LED zu behaupten. 6: Beispiel: „Versorgung 5,02 V, LED-Knoten 0,02 V, R1 einzeln OL; Unterbrechung R1 wahrscheinlich; real nicht geprüft oder freigegeben.“ Gute Lösungen nennen Einheiten, Voraussetzungen, mindestens eine Alternative und einen fachlich zulässigen Folgeweg.

Lernnachweis

Dein Lernnachweis besteht aus einem Portfolio mit vier Produkten: (1) selbst erstelltes Systemebenen- und Schaltbild, (2) drei einheitenrichtigen Rechnungen mit Plausibilitätskontrolle, (3) Soll-Ist-Tabelle und begründetem Diagnosebaum, (4) Prüfbericht M-01 einschließlich Sicherheitsgrenzen. Ergänze einen kurzen Reflexionstext: Welche zusätzliche Information würdest du vor einer realen Maßnahme benötigen und warum? Bewerte die Arbeit anhand des 18-Punkte-Rasters im Modellfall und dokumentiere eine selbst vorgenommene Korrektur.

Kompetenzkriterien: Fachwissen (Kenngrößen und Bauteile erklären), Prozess (Auftrag planen und Daten auswerten), Begründung (Alternativen und Unsicherheit nennen), Kommunikation (korrekte Fachsprache) und Verantwortung (keine Arbeit oder Freigabe ohne qualifizierte Zuständigkeit). Der Lernnachweis ist ein schulisches Übungsformat und ersetzt keine betriebliche Befähigung.

OER und Wikipedia

Offizielle Quellen und Rechtsstand:

KMK-Rahmenlehrplan Informationselektroniker/in, Lernfeld 1 (Beschluss 18.12.2020).
BIBB-Berufsprofil Informationselektroniker/in.
Ausbildungsordnung von 2021 und Erprobungsverordnung, Änderung 2026.
Hessische Handreichung zum Lernfeldunterricht (2024).

Wikimedia-Commons-Bildquellen mit Nutzungsrechten:

Ohm's Law with Voltage source.svg, inductiveload, gemeinfrei.
Resistor Color Code.svg, Knarfili, CC0 1.0.
Series and parallel circuits.svg, Xyzzy n, CC BY-SA 3.0; Namensnennung und Weitergabe unter gleichen Bedingungen beachten.
Multimetr.jpg, Gulhayoziyodullayeva, CC0 1.0.

Fachvideos (verifizierte externe Einbettungen, nicht automatisch OER):

Nachschlagen: Ohmsches Gesetz, Elektrische Spannung, Elektrischer Strom, Elektrischer Widerstand, Elektrische Leistung, Schaltplan, Multimeter; die Fachartikel dienen zum kritischen Vergleich mit offiziellen Ausbildungsvorgaben.

OER-Hinweis: Dieses neu verfasste Unterrichtsmaterial verwendet eigene Aufgaben und fiktive Fallwerte. Die genannten amtlichen Dokumente sind Quellenangaben; ihre Zitier- und Nutzungsbedingungen sowie die Einzellizenzen der eingebundenen Medien sind zu beachten. YouTube-Einbettung allein ist keine offene Lizenz.