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Elektropneumatik und Elektrohydraulik – Eine Ablaufänderung im Simulator prüfen

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Elektropneumatik und Elektrohydraulik – Eine Ablaufänderung im Simulator prüfen

Einleitung

In diesem aiMOOC prüfst Du eine Ablaufänderung nicht direkt an einer realen Druckanlage, sondern zuerst in einer Simulation oder an einem drucklosen Modell. Im Mittelpunkt stehen zwei Fragen: Welche Seiteneffekte erzeugt die Änderung – und wann darf sie fachlich freigegeben werden?

Kurzbeschreibung: Seiteneffekte und Freigabekriterien bei Änderungen elektropneumatischer und elektrohydraulischer Abläufe. Zielgruppe ist die technische Ausbildung, besonders Mechatronik, Automatisierungstechnik, Pneumatik und Hydraulik.

Die Animation zeigt die lineare Bewegung eines pneumatischen Zylinders. Für die Ablaufprüfung ist entscheidend: Ein elektrischer Zustandswechsel kann eine reale Bewegung auslösen – und diese Bewegung endet nicht automatisch in demselben Moment, in dem ein Signal zurückgenommen wird.

Lernziele

Nach dem Kurs kannst Du eine Ablaufänderung im Simulator nachvollziehbar prüfen, Seiteneffekte erkennen, Diagnosemessungen sinnvoll auswählen und eine Freigabe mit technischen und sicherheitsbezogenen Kriterien begründen. Du unterscheidest dabei Steuersignal, Ventilzustand, Druckzustand, Zylinderbewegung und Prozesswirkung.

Sicherheitsrahmen

Alle Änderungs-, Fehler- und Diagnoseversuche dieses Kurses finden in der Simulation oder an einem drucklosen Modell statt. An realen pneumatischen oder hydraulischen Anlagen können Restdruck, Druckspeicher, gespannte Federn, angehobene Lasten und bewegte Maschinenteile Energie speichern. Ein abgeschaltetes elektrisches Signal bedeutet deshalb nicht automatisch einen energiefreien Zustand.

Die DGUV/IFA fordert für Arbeiten an pneumatischen Anlagen unter anderem, Energiequellen zu trennen, gegen Wiedereinschalten zu sichern, Drucklosigkeit herzustellen und zu überprüfen sowie gespeicherte Energien zu beachten. Für Hydraulik gilt entsprechend: Restenergien sind kontrolliert abzubauen; Druckspeicher und hochgehaltene Lasten müssen berücksichtigt werden. Reale Druckarbeiten und reale Prüfungen erfolgen nur nach betrieblicher Freigabe, Gefährdungsbeurteilung, Herstellerangaben und unter Aufsicht einer fachlich verantwortlichen Person.

Merksatz: Elektrisch AUS ist nicht automatisch drucklos, kraftlos oder bewegungslos.

Kurze Lerneinheiten

Signal ist nicht Bewegung

In der Elektropneumatik steuern elektrische Signale pneumatische Ventile. In der Elektrohydraulik steuern elektrische Signale hydraulische Ventile. Die Wirkungskette lautet vereinfacht:

Sensor → Steuerungslogik → Magnetspule → Ventilstellung → Druck/Volumenstrom → Aktorbewegung → Prozesszustand

Änderst Du nur die Logik, können sich trotzdem Ventilüberschneidungen, Bewegungsreihenfolgen, Kräfte, Restdrücke oder Sensorzeitpunkte ändern. Genau diese Seiteneffekte muss die Simulation sichtbar machen.

Pneumatik: kompressible Energie

Druckluft ist kompressibel. Dadurch kann gespeicherte Druckenergie nachwirken. Ein Zylinder kann sich trotz abgeschalteter Ansteuerung noch bewegen, wenn Druck eingeschlossen ist oder mechanische Lasten wirken.

Prüfe im Simulator deshalb nicht nur Endlagen, sondern auch Druck, Bewegungsrichtung, Verzögerungen und das Verhalten bei Stop, Reset und Signalverlust.

Hydraulik: hohe Kräfte und Druckspeicher

Hydraulische Systeme übertragen Kräfte über eine weitgehend inkompressible Flüssigkeit. Hydrospeicher können Energie speichern, obwohl Pumpe oder Steuerung bereits abgeschaltet sind. Auch angehobene oder vorgespannte Mechanik kann Bewegungsenergie freisetzen.

Die Funktionsanimation veranschaulicht die hydraulische Kraftübertragung. Für die sichere Diagnose gilt: Nicht an realen druckbeaufschlagten Leitungen, Verschraubungen oder Ventilen prüfen. Im Kurs werden Fehler ausschließlich virtuell erzeugt.

Schaltbild lesen, Ablauf lesen

Ein Schaltbild zeigt Verbindungen und Funktionen; ein Ablauf beschreibt zusätzlich die zeitliche Reihenfolge. Für Änderungsprüfungen brauchst Du beides.

Markiere im Simulator für jeden Schritt: Befehl, erwartete Ventilstellung, Druckzustand, Aktorposition, Sensorsignal und Freigabebedingung.

Virtuelle Messgeräte statt Vermutung

Eine sichere Fehlerdiagnose beginnt mit einer Hypothese und einer Messung. Geeignet sind im Simulator zum Beispiel virtuelle Druckmesser, Weg-/Positionsanzeigen, Signalmonitore und Zeitdiagramme. Ändere immer nur eine Fehlerursache gleichzeitig, damit Ursache und Wirkung zugeordnet werden können.

Das Video zeigt grundlegende pneumatische Schaltungen in Festo FluidSIM. Nutze es als Funktionsvergleich; der eigentliche Kursversuch bleibt die sichere Simulation.

Ausbildungsfall: Greifen, Bearbeiten, Freigeben

Ausgangssituation

Eine Ausbildungsstation besitzt einen pneumatischen Vorschubzylinder A und einen hydraulischen Spannzylinder B. Das Werkstück wird nur im Simulator betrachtet.

Bisheriger Ablauf: A fährt aus → B spannt → Bearbeitung wird simuliert → B löst → A fährt ein.

Die gewünschte Änderung lautet: Nach dem simulierten Bearbeitungsende sollen B lösen und A gleichzeitig einfahren, um Taktzeit zu sparen.

Diese Änderung klingt klein, kann aber Seiteneffekte erzeugen. Wenn A bereits zieht, während B noch hydraulisch klemmt, entsteht ein mechanischer Konflikt. Löst B schneller als erwartet, kann das Werkstück seine definierte Lage verlieren. Bleibt im Modell gespeicherter Druck erhalten, kann B trotz zurückgenommenem Magnetbefehl weiter spannen.

Prüfauftrag

Erstelle zuerst eine Kopie der funktionierenden Simulation. Ändere nur den Übergang nach dem Bearbeitungsende. Vergleiche anschließend Altzustand und Änderungszustand mit denselben Startbedingungen.

Prüfe mindestens Normalablauf, Stop während des Lösens, Reset, Sensorsignal „A hinten“ fehlerhaft, Ventil B verzögert und gespeicherten Druck im modellierten Hydrospeicher. Verwende dafür ausschließlich Simulationsfehler oder ein druckloses Funktionsmodell.

Funktionsanimation als Denkmodell

Eine Magnetspule setzt einen elektrischen Befehl in eine Ventilwirkung um. Für die Diagnose reicht es deshalb nicht, nur das SPS-Signal zu beobachten: Das Ausgangssignal kann korrekt sein, während Ventil, Druckzustand oder Mechanik anders reagieren.

Sichere Fehlerdiagnose-Simulation

Fehlerbilder

Virtueller Fehler	Beobachtung	Sichere Diagnoseidee
Endschalter A hinten bleibt 0	Ablauf wartet oder erreicht die Freigabe nicht	Signalmonitor und simulierte Position vergleichen
Magnetspule für B wird virtuell unterbrochen	Elektrischer Befehl liegt an, Ventilwirkung fehlt	Ausgangssignal gegen Ventilzustand vergleichen
Ventil B reagiert verzögert	Parallelisierung erzeugt zeitliche Überlappung	Zeitdiagramm für Befehl, Druck und Position auswerten
Druckversorgung sinkt	Bewegung wird langsam oder Endlage verspätet erreicht	Virtuellen Druck und Zykluszeit vergleichen
Hydrospeicher bleibt im Modell geladen	Spannkraft bzw. Druck bleibt nach Abschalten bestehen	Restdruckanzeige beobachten und Freigabe sperren

Nie reale Schutzfunktionen überbrücken, Leitungen lösen oder Druck „durch Probieren“ abbauen. Der Fehler wird im Simulator gesetzt, beobachtet und wieder entfernt.

Diagnosefolge

Fehlerdiagnose: Sollzustand festlegen und den Fehler reproduzierbar nur im Simulator erzeugen.
Messung: Befehl, Ventilzustand, Druck, Position und Sensorzustand zeitlich zuordnen.
Ursache: Nur eine Hypothese ändern und erneut simulieren.
Seiteneffekt: Prüfen, ob die Korrektur andere Schritte beeinflusst.
Freigabe: Erst freigeben, wenn alle Kriterien und Störfälle bestanden sind.

Freigabekriterien

Wann ist die Ablaufänderung freigabefähig?

Kriterium	Nachweis im Simulator	Begründung
Eindeutige Startbedingungen	definierte Sensor-, Druck- und Positionszustände	Sonst ist der Vergleich Alt/Neu nicht belastbar.
Keine widersprüchlichen Befehle	keine gleichzeitigen unzulässigen Ventilkommandos	Konflikte können unerwartete Bewegungen erzeugen.
Bewegungen bleiben im erlaubten Ablauf	A und B erreichen nur vorgesehene Zustände	Taktzeitverkürzung darf keine Prozesskollision erzeugen.
Stop und Reset sind beherrscht	sicherer, definierter Wiederanlauf	Ein Reset darf keine unerwartete Bewegung starten.
Gespeicherte Energie ist bewertet	Restdruck und modellierter Hydrospeicher werden angezeigt	Elektrisch AUS kann weiterhin Druck und Kraft bedeuten.
Sensorfehler führen nicht zur gefährlichen Freigabe	festhängende oder verspätete Signale werden simuliert	Ein einzelner Diagnosefehler darf nicht unbemerkt „OK“ erzeugen.
Änderung ist dokumentiert	Versionsstand, Testfälle und Ergebnis sind festgehalten	Nur reproduzierbare Tests sind prüfbar.
Fachliche Freigabe liegt vor	Simulation bestanden; reale Prüfung separat genehmigt	Simulation ersetzt nicht Gefährdungsbeurteilung, Herstellerangaben und Aufsicht.

Entscheidung im Ausbildungsfall: Die Parallelisierung B− und A− ist nur freigabefähig, wenn die Simulation nachweist, dass keine mechanisch kritische Überlappung, kein unkontrolliertes Lösen und keine unerwartete Bewegung aus gespeicherter Energie möglich ist. Andernfalls bleibt der ursprüngliche sequenzielle Ablauf bestehen oder die Logik benötigt zusätzliche Zustands-/Druckfreigaben.

Gestufte Hilfen

Hilfe 1 – Beobachten

Zeichne zuerst nur drei Spuren auf: Befehl, Position, Druck. Suche den Zeitpunkt, an dem Alt- und Neuablauf erstmals voneinander abweichen.

Hilfe 2 – Eingrenzen

Frage bei jeder Abweichung: Ist die Ursache elektrisch, fluidtechnisch, sensorisch oder mechanisch? Ändere danach genau einen virtuellen Fehler.

Hilfe 3 – Begründen

Formuliere Deine Freigabe als Satz: „Die Änderung ist freigabefähig/nicht freigabefähig, weil Testfall … zeigt, dass …; gespeicherte Energie wurde durch … berücksichtigt.“

Basis-, Anwendungs- und Transferaufgaben mit Feedback

Basis

Aufgabe: Im Zeitdiagramm fällt das elektrische Signal für B ab, der simulierte Druck am Spannzylinder bleibt jedoch noch hoch. Ist der Zylinder sofort energiefrei?

Begründetes Feedback: Nein. Der Signalabfall beschreibt nur den elektrischen Befehl. Eingeschlossener Druck oder ein Hydrospeicher kann weiterhin Energie bereitstellen. Für eine Freigabe muss der Druckzustand separat bewertet werden.

Anwendung

Aufgabe: Simuliere die Änderung B− und A− parallel. Setze anschließend eine virtuelle Verzögerung am Ventil B. Entscheide, ob die Änderung freigegeben werden darf.

Begründetes Feedback: Eine Freigabe ist nur vertretbar, wenn trotz Verzögerung keine unzulässige Überlappung entsteht und Stop/Reset definiert bleiben. Zeigt das Zeitdiagramm einen Konflikt, braucht die Logik eine zusätzliche Rückmeldung oder eine andere Reihenfolge.

Transfer

Aufgabe: Übertrage das Prüfprinzip auf eine Anlage, bei der eine Last hydraulisch angehoben und pneumatisch verriegelt wird. Welche zusätzliche Gefahr muss in die Freigabe?

Begründetes Feedback: Neben Restdruck ist die potenzielle Bewegungsenergie der angehobenen Last zu berücksichtigen. Ein druckloser Zustand allein genügt nicht, wenn eine Last absinken oder eine Verriegelung freigeben kann. Reale Prüfungen benötigen dafür ausdrücklich betriebliche Schutzmaßnahmen und Aufsicht.

Medien zur Vertiefung

Pneumatik und Simulation

Das Video verbindet einen hydraulischen didaktischen Aufbau mit einer FluidSIM-Simulation. Für diesen aiMOOC gilt: Beobachte das Simulationsprinzip; führe keine reale Druckprüfung ohne fachliche Freigabe und Beaufsichtigung durch.

Die 24-V-Magnetspule ist ein gutes Beispiel für die Schnittstelle zwischen elektrischem Signal und fluidtechnischer Wirkung.

Medienrechte und Quellenprüfung

Die verwendeten Wikimedia-Commons-Dateien wurden über ihre Dateibeschreibungsseiten geprüft. Sie stehen unter freien Lizenzen bzw. Public Domain/CC0. Die YouTube-Videos werden nur über den YouTube-Player eingebettet und nicht als freie OER-Dateien übernommen.

Medium	Rechtehinweis
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	Commons: Public Domain
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	Commons: Public Domain
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Pneumatics: Basics – FESTO FluidSIM Part 1	YouTube-Embed; keine Übernahme als freie OER-Datei
Lesson 4 – Basic hydraulic circuit and FluidSIM	YouTube-Embed; keine Übernahme als freie OER-Datei

Stand der Quellen- und Medienprüfung: 7. Oktober 2026.

Fachliche Quellen

DGUV/IFA: Praxishilfen zu Hydraulik/Pneumatik: Gefährdungen, sicherer Umgang und Verweise auf einschlägige DGUV-Schriften.
IFA: Sicherer Umgang mit pneumatischen Anlagen: Drucklosigkeit herstellen und prüfen; gespeicherte Energien beachten.
DGUV FBHM-046: Hydrospeicher: Anforderungen rund um Hydrospeicher und Prüfungen.
DGUV Information 209-070: Sicherheit bei der Hydraulik-Instandhaltung: Hinweise zu Hydraulik, Restenergien und Druckspeichern.
Festo: FluidSIM: Simulation pneumatischer, hydraulischer und elektrischer Schaltungen, virtuelle Messgeräte und Fehlermodelle.
Elektropneumatische Steuerung und Elektrohydraulik: Grundlagen zu elektrischer Ansteuerung fluidtechnischer Komponenten.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Warum reicht das Abschalten eines elektrischen Ventilsignals nicht als Nachweis für Energiefreiheit? (Weil Druck oder mechanische Energie gespeichert sein kann) (!Weil elektrische Signale grundsätzlich ohne Wirkung sind) (!Weil Hydraulik nur ohne Druck arbeitet) (!Weil Pneumatik keine beweglichen Teile besitzt)

Was wird bei einer Ablaufänderung zuerst verglichen? (Altzustand und Änderungszustand unter gleichen Startbedingungen) (!Nur die Farbe der Leitungen) (!Nur die Programmdateigröße) (!Nur die maximale Taktzahl)

Welche Größe hilft beim Nachweis eines hydraulischen Restzustands? (Druck) (!Bildschirmhelligkeit) (!Dateiname) (!Kabellänge)

Wie wird ein Fehler in diesem Kurs erzeugt? (Im Simulator oder am drucklosen Modell) (!Durch Lösen einer realen Druckleitung) (!Durch Überbrücken einer Schutzeinrichtung) (!Durch unkontrolliertes Einschalten)

Was ist ein möglicher Seiteneffekt der parallelen Rückbewegung von A und B? (Eine zeitlich kritische Bewegungsüberlappung) (!Automatisch bessere Sicherheit) (!Garantiert null Restdruck) (!Vollständige Fehlerfreiheit)

Welche Aussage zu einem Reset ist richtig? (Ein Reset muss auf unerwartete Bewegungen geprüft werden) (!Ein Reset macht jede Anlage drucklos) (!Ein Reset ersetzt die Gefährdungsbeurteilung) (!Ein Reset beseitigt mechanische Energie)

Was zeigt ein virtuelles Zeitdiagramm besonders gut? (Die zeitliche Beziehung von Signalen und Zuständen) (!Die Lizenz eines Fotos) (!Die Materialhärte einer Leitung) (!Die Ausbildungserfahrung der Bedienperson)

Wann ist eine Ablaufänderung fachlich freigabefähig? (Wenn definierte Kriterien und Störfälle bestanden sind) (!Wenn sie im Normalablauf einmal funktioniert) (!Wenn die Taktzeit kürzer wird) (!Wenn kein Druckmesswert betrachtet wurde)

Welche gespeicherte Energie ist bei einer angehobenen Last zusätzlich wichtig? (Potenzielle Bewegungsenergie) (!Farbenergie) (!Dateienergie) (!Lichtenergie des Monitors)

Was gehört zu einer nachvollziehbaren Änderungsprüfung? (Versionsstand Testfälle Messwerte und Entscheidung) (!Nur ein mündliches Bauchgefühl) (!Nur der neue Programmname) (!Nur die Endposition eines Zylinders)

Memory

Restdruck	gespeicherte fluidtechnische Energie
Endschalter	Rückmeldung einer Position
Magnetspule	elektrische Ventilansteuerung
Hydrospeicher	Energiespeicher im Hydrauliksystem
Zeitdiagramm	zeitlicher Vergleich mehrerer Signale
Freigabekriterium	prüfbare Bedingung für eine Entscheidung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Signalmonitor	elektrischer Befehl
Druckanzeige	Restdruck
Positionsanzeige	Zylinderposition
Zeitdiagramm	Signalüberlappung
Freigabeprotokoll	Testdokumentation

...

Kreuzworträtsel

Restdruck	Welcher Zustand kann nach dem Abschalten in einer Fluidanlage verbleiben?
Simulator	Wo wird die Ablaufänderung in diesem Kurs sicher geprüft?
Endschalter	Welches Bauteil meldet häufig eine erreichte Zylinderposition?
Hydrospeicher	Welches Bauteil kann hydraulische Energie speichern?
Freigabe	Wie heißt die begründete Entscheidung nach bestandenen Prüfkriterien?
Seiteneffekt	Wie heißt eine zusätzliche unbeabsichtigte Wirkung einer Änderung?

LearningApps

Lückentext

Eine Ablaufänderung wird zuerst im

geprüft. Ein abgeschaltetes Signal beweist noch keine

. In pneumatischen und hydraulischen Systemen kann

gespeichert sein. Ein Hydrospeicher kann hydraulische

bereitstellen. Für die Diagnose werden Befehl und

getrennt betrachtet. Ein Zeitdiagramm zeigt die zeitliche

von Zuständen. Ein Reset muss auf unerwartete

geprüft werden. Fehler werden in diesem Kurs nur

erzeugt. Eine Freigabe benötigt dokumentierte

. Reale Druckprüfungen erfolgen nur fachlich freigegeben und

.

Offene Aufgaben

Leicht

Ablaufbeschreibung: Zeichne den Ausgangsablauf A+ → B+ → Bearbeitung → B− → A− als einfache Schrittfolge.
Signal und Wirkung: Erstelle zwei Spalten „elektrisches Signal“ und „fluidtechnische Wirkung“ und ordne fünf Beispiele zu.
Energiespeicher: Fotografiere keine reale Anlage, sondern skizziere ein druckloses Modell und markiere Stellen, an denen in einer realen Anlage Energie gespeichert sein könnte.
Seiteneffekt: Formuliere drei mögliche Seiteneffekte der gleichzeitigen Rückbewegung von A und B.

Standard

Simulation: Baue den Ausbildungsfall in einer geeigneten Simulationssoftware nach und dokumentiere Normalablauf und Änderungsablauf.
Fehlerdiagnose: Setze virtuell einen festhängenden Endschalter und begründe anhand der Messspuren Deine Diagnose.
Zeitdiagramm: Erstelle ein Zeitdiagramm für Befehl, Druck und Position und markiere eine kritische Überlappung.
Freigabekriterien: Entwickle eine Checkliste mit mindestens sechs prüfbaren Kriterien und wende sie auf den geänderten Ablauf an.

Schwer

Fehlermodell: Entwickle drei virtuelle Fehlerkombinationen, bei denen der Normalablauf zunächst plausibel aussieht, aber Stop oder Reset einen Seiteneffekt zeigt.
Transfer: Übertrage die Prüfmethode auf eine hydraulisch gehobene Last mit pneumatischer Verriegelung und ergänze die Energiebetrachtung.
Validierung: Entwirf eine Testmatrix mit Normalfall, Grenzfall, Sensorfehler, Ventilverzögerung, Restdruck und Wiederanlauf.
Ausbildungsprojekt: Produziere ein kurzes Erklärvideo aus Bildschirmaufnahmen der Simulation; zeige Ursache, Messung, Seiteneffekt und begründete Freigabeentscheidung.

Lernkontrolle

Ursache-Wirkung-Kette: Erkläre, warum ein korrektes SPS-Ausgangssignal nicht beweist, dass ein Zylinder den erwarteten sicheren Zustand erreicht hat.
Änderungsbewertung: Entscheide anhand eines selbst erstellten Zeitdiagramms, ob die Parallelisierung von A− und B− vertretbar ist, und begründe die Entscheidung.
Restenergie: Vergleiche gespeicherte Energie in Pneumatik, Hydraulik und einer angehobenen mechanischen Last und leite je eine notwendige Prüfbeobachtung ab.
Fehlerstrategie: Entwickle für einen unbekannten Ablaufstillstand eine Diagnosefolge, die ohne reale Eingriffe in Druckleitungen auskommt.
Freigabeentscheidung: Formuliere einen kurzen Freigabevermerk, der bestandene Testfälle, offene Risiken und die Grenze zwischen Simulation und realer Prüfung nennt.
Transferleistung: Beurteile, welche Teile Deiner Prüfmethode auch für einen elektrischen Servoantrieb gelten und welche fluidtechnisch spezifisch bleiben.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis ist wichtig, dass Du nicht nur Begriffe kennst, sondern eine Änderung systematisch nachweisen kannst: Ausgangszustand dokumentieren, Änderung isolieren, Messgrößen auswählen, mindestens einen Störfall simulieren, gespeicherte Druck- und Bewegungsenergie berücksichtigen, Seiteneffekte bewerten und eine begründete Freigabe- oder Ablehnungsentscheidung formulieren. Der Lernnachweis bleibt simulationsbasiert; reale Druckarbeiten sind nicht Bestandteil der eigenständigen Lernleistung.

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