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Fachübungen 3 – Untersuchen und Prüfen der Funktion von elektrischen Anlagenteilen in Kälte- und Klimaanlagen - Mechatroniker für Kältetechnik

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Einleitung

Du lernst im ersten Ausbildungsjahr, elektrische Anlagenteile einer Kälte- oder Klimaanlage anhand von Unterlagen, Modellschaltungen und Messwerten zu untersuchen. Du erkennst Zusammenhänge zwischen Spannung, Stromstärke, Widerstand, Leistung und Funktion. Der Kurs verbindet Schaltplanlesen, fachgerechte Berechnungen, sichere Prüfplanung und systematische Fehleranalyse. Er ist dem Lernfeld 3 des KMK-Rahmenlehrplans zugeordnet; dessen Zeitrichtwert beträgt 60 Unterrichtsstunden im ersten Ausbildungsjahr.

Berufsbezug: Nach dem BIBB dauert die Ausbildung zum Mechatroniker für Kältetechnik 42 Monate und ist ein Monoberuf, nicht in Fachrichtungen untergliedert. Die Ausbildungsordnung vom 20. Juli 2007 trat am 1. August 2007 in Kraft; der persönliche Beginn eines Ausbildungsverhältnisses richtet sich nach dem Vertrag. Die Abschluss-/Gesellenprüfung ist nach der geltenden Ausbildungsordnung in Teil 1 und Teil 2 gegliedert. Die hier enthaltenen Aufgaben sind eigenständig entwickelte Lernaufgaben, keine Originalprüfungsaufgaben und keine verbindliche Prüfungsprognose.

Sicherheitsgrenze: Sämtliche Fallzahlen sind synthetisch. Du wertest Daten, Schaltbilder und Simulationen aus, aber erhältst damit keine Freigabe, eine echte Maschine zu öffnen, zu verdrahten, unter Spannung zu messen oder in Betrieb zu nehmen. Reale Elektro-, Maschinen- und Kältemittelarbeiten sind ausschließlich nach Gefährdungsbeurteilung, Zuständigkeit und unter qualifizierter Anleitung beziehungsweise durch befugtes Fachpersonal durchzuführen. Nutze für Aufgaben vorzugsweise digitale Schaltungssimulationen oder geeignete, von der Lehrkraft freigegebene Kleinspannungs-Lehrmittel.

Deine Lernprodukte: Funktionsschema, Rechenblatt mit Einheiten, Mess- und Fehlerprotokoll, begründete Diagnose, Sicherheitsentscheidung und kurze fachsprachliche Präsentation. Vertiefende Themen findest du über das Berufsportal.

Elektrische Anlagenteile verstehen und Schaltpläne lesen

Funktionen im Kälte- und Klimasystem

Elektrische Betriebsmittel sorgen dafür, dass eine kältetechnische Anlage versorgt, gesteuert, geregelt und überwacht werden kann. Beispiele sind Temperaturfühler, Relais, Schütze, Motoren, Regler und Schutzeinrichtungen. Ein Fühler meldet eine physikalische Größe; ein Regler bewertet einen Soll-Ist-Vergleich; ein Schaltglied kann einen dafür vorgesehenen Stromkreis schalten; ein Antrieb wandelt elektrische in mechanische Energie um. Messung, Steuerung, Regelung und Schutz sind unterschiedliche Funktionen. Im ersten Ausbildungsjahr geht es besonders um die nachvollziehbare Analyse einfacher elektrischer Zusammenhänge.

Ein Temperaturfühler erzeugt nicht automatisch einen fertig kalibrierten Temperaturwert. Bei einem Widerstandssensor muss die Auswerteelektronik den Widerstand nach einer passenden Kennlinie zuordnen. Ein Relaiskontakt, der im Schaltplan als geschlossen eingezeichnet ist, ist nicht zwangsläufig im beobachteten Betriebszustand geschlossen: Kontaktarten und Darstellungszustände müssen anhand der zugehörigen Dokumentation gelesen werden.

Bauteil	Aufgabe im System	Typische Unterlage oder Kenngröße	Häufiger Denkfehler
Temperaturfühler	Liefert eine temperaturabhängige Information	Kennlinie und Referenztemperatur	Jeder NTC hat dieselbe Kennlinie
Schaltkontakt	Öffnet oder schließt einen Strompfad	Schließer- oder Öffnerfunktion	Ein gezeichneter Kontakt zeigt immer den aktuellen Zustand
Relais oder Schütz	Schaltet gemäß Ansteuerung	Spulendaten und Kontaktbild	Spule und Lastkontakt sind derselbe Strompfad
Hilfsheizung	Wandelt Strom in Wärme um	Nennspannung und elektrische Leistung	Jede Heizlast ist bei allen Temperaturen exakt ohmsch
Schutzgerät	Begrenzt Gefährdungen nach seinem Schutzprinzip	Gerätekennwerte und Prüfunterlagen	Ein Schutzgerät ersetzt die fünf Sicherheitsregeln

Schaltzeichen, technische Unterlagen und Signalfluss

Schaltzeichen dienen der gemeinsamen Fachsprache. Unterscheide im Plan Spannungsquelle, Leiterverbindung, Widerstand, Schalter, Messgerät und Schaltglied. Lies zuerst die Legende und die Betriebsmittelkennzeichen, dann die Energie- und Signalwege. Eine elektrische Prinzipskizze ist keine vollständige, normgerechte Installationsunterlage. Bei englischen Datenblättern sind etwa voltage die Spannung, current die Stromstärke, resistance der Widerstand und normally open ein Schließerkontakt.

Bild: Verifizierte Sammlung elektrischer Schaltzeichen; die Beispiele sind keine fertige Verdrahtungsanweisung.

Didaktisches Blockschema eines Kühlraumreglers	Bedeutung
Fühler → Auswerteelektronik	Istwert aufnehmen und einordnen
Sollwert → Reglervergleich	Entscheidung aus Soll- und Istwert ableiten
Reglerausgang → Schaltglied	Steuersignal an ein geeignetes Schaltglied geben
Schaltglied → vorgesehener Verbraucher	Freigegebene elektrische Funktion ausführen
Rückmeldung → Dokumentation	Betriebszustand nachvollziehbar protokollieren

Analysefrage: Welche Information ist eine Messgröße, welche eine Stellgröße, und wo kann eine Unterbrechung auftreten? Begründe mit dem gewählten Schaltplan statt mit bloßem Raten.

Bauteilbeschreibung in einem Prüfauftrag

Ein guter Auftrag hält fest: Bezeichnung und Funktion des Anlagenteils, vereinfachtes Funktionsschema, Hersteller-Sollangaben, sichere Zuständigkeiten, zu prüfende Merkmale, Dokumentationsform und Kriterien für die Bewertung. Dokumentiere Unbekanntes ausdrücklich als nicht geklärt. Im Lehrmodell werden nur fiktive Kenndaten verwendet. Ein korrekt formulierter Prüfauftrag fordert nicht einfach „mal Strom draufgeben“, sondern benennt zuerst die erforderliche fachliche Freigabe.

Grundgrößen messen, berechnen und beurteilen

Spannung, Strom, Widerstand und das Ohmsche Gesetz

Spannung U ist die elektrische Potentialdifferenz, Einheit Volt (V). Stromstärke I beschreibt den Ladungsfluss pro Zeit, Einheit Ampere (A). Widerstand R kennzeichnet bei einem ohmschen Bauteil den Zusammenhang von Spannung und Strom, Einheit Ohm (Ω). Für einen ideal ohmschen Widerstand bei annähernd konstanter Temperatur gilt U = R · I; daraus folgen I = U / R und R = U / I.

Beispiel (rein rechnerisches Gleichstrommodell): Eine Quelle liefert 24 V und ein Widerstand hat 120 Ω. Dann ist I = 24 V / 120 Ω = 0,20 A. Die Einheitenprüfung V/Ω = A verhindert viele Rechenfehler. Das Gesetz gilt nicht ohne Weiteres in dieser einfachen Form für beliebige Wechselstrommotoren, Gleichrichter oder nichtlineare Bauelemente.

Bild: Digitalmultimeter als Gerätebeispiel; Messbereich, Leitungsbuchsen und Zulassung müssen im konkreten Auftrag gesondert beurteilt werden.

Video: „Ohmsches Gesetz und Leistungsberechnung“, #Sogeht by Sven Stemmler. Externes Fachvideo, keine Freigabe für praktische Netzspannungsmessungen.

Messprinzipien und aussagekräftige Prüfprotokolle

Ein Voltmeter wird im idealisierten Modell parallel zum betrachteten Bauteil gedacht, ein Amperemeter in Reihe mit dem untersuchten Strompfad. Der Widerstand eines Bauteils wird im geeigneten, sicher freigeschalteten Prüfzustand und unter Berücksichtigung von Nebenpfaden beurteilt. Bei realen Anlagen entscheidet die qualifizierte Fachkraft über Prüfverfahren, Prüfgerät, Spannungsfreiheit und sichere Messbedingungen; Messungen in energisierten Anlagen sind keine Azubi-Übung auf eigene Faust.

Schema: Prinzipielle Position von Volt- und Amperemeter. Nur als Lernzeichnung lesen.

Bild: Fotobeispiel einer Lehrschaltung mit Messinstrumenten. Die Abbildung ist kein Nachbauauftrag.

Video: „Multimeter – Spannung, Strom & Widerstand messen“, Funkwelle. Kritisch begleiten: Anwendungsbeispiele im Video ersetzen weder Gefährdungsbeurteilung noch Anweisung der Elektrofachkraft.

Synthetisches Protokollfeld	Beispielwert	Fachliche Bedeutung
Prüflingskennzeichen	KÜ-24-Modell	Eindeutige Zuordnung nur zum Übungsfall
Sollwert Quelle	24,0 V DC	Vergleichsbasis
Lastwiderstand nach Modell	120 Ω	Rechenannahme
Erfasste Größe	U, I oder R mit Einheit	Keine Zahl ohne Messgröße
Prüfbedingungen	Simulation, 20 °C angenommen	Rahmen der Aussage
Bewertung	plausibel / Abweichung / ungeklärt	Schluss getrennt vom Rohwert

Typische Fehler: Spannung und Strom verwechseln, A und mA ohne Umrechnung einsetzen, den Messbereich falsch interpretieren, eine Polarität ignorieren, ein ungeeignetes Gerät voraussetzen oder aus nur einem Wert die Ursache sicher behaupten. Jede Messunsicherheit und jeder Annahmefehler begrenzt die Diagnose.

Leistung, elektrische Arbeit und Wirkungsgrad

Für einen ohmschen Gleichstromverbraucher gilt P = U · I. Im Beispiel 24 V · 0,20 A = 4,8 W. Die elektrische Energie beziehungsweise Arbeit ergibt sich aus E = P · t. Eine 90-W-Modelllast mit acht Betriebsstunden pro Tag benötigt bei 30 Tagen: 0,090 kW · 8 h · 30 = 21,6 kWh. Bei einem rein angenommenen Strompreis von 0,35 €/kWh ergibt das 7,56 €. Für Wechselstromverbraucher mit Phasenverschiebung ist U · I allein nicht immer die Wirkleistung; dort sind weitere elektrische Größen erforderlich.

Der Wirkungsgrad η = P_nutz / P_zu gibt den Anteil der zugeführten Leistung an, der als gewünschte Nutzleistung vorliegt. Ein hypothetischer Antrieb mit 90 W Aufnahmeleistung und 75 W mechanischer Abgabeleistung hat η = 75 / 90 = 0,833 = 83,3 %. Der Unterschied ist eine Verlustleistung, aber nicht automatisch vollständig ein Leitungsverlust. Energieeffizienzfragen brauchen immer gleiche Bezugsbedingungen und eine definierte Nutzgröße.

Widerstände, Sensoren und Leitungsverluste

Reihen- und Parallelschaltungen

Bei der Reihenschaltung fließt durch alle ohmschen Widerstände derselbe Strom; die Spannungen addieren sich und R_ges = R_1 + R_2. Beispiel: 100 Ω + 200 Ω = 300 Ω. Bei der Parallelschaltung liegt an allen Zweigen dieselbe Spannung; die Teilströme addieren sich und 1/R_ges = 1/R_1 + 1/R_2. Zwei parallele 100-Ω-Widerstände ergeben 50 Ω. Ein Ersatzwiderstand kleiner als jeder Einzelwiderstand ist bei positiven parallelen Widerständen plausibel.

Schema: Reihenanordnung ohmscher Widerstände.

Schema: Parallelanordnung ohmscher Widerstände.

Merkmal	Reihenschaltung	Parallelschaltung
Strom	Gleicher Strom durch alle Elemente	Gesamtstrom verteilt sich auf Zweige
Spannung	Teilspannungen ergeben zusammen Quellspannung	Dieselbe Zweigspannung
Widerstandsrechnung	R_ges = R_1 + R_2	1/R_ges = 1/R_1 + 1/R_2
Fehlerbeispiel	Zusätzlicher Kontaktwiderstand senkt Lastspannung	Unterbrochener Zweig verändert Gesamtstrom

Temperaturabhängige Widerstände als Fühler

Ein NTC-Widerstand hat im üblichen Arbeitsbereich einen negativen Temperaturkoeffizienten: Seine Resistenz sinkt bei steigender Temperatur. Bei einem PTC kann der Widerstand mit der Temperatur steigen; das genaue Verhalten ergibt sich aus der Bauteilkennlinie. Nicht jeder NTC ist als Messfühler bestimmt: Das Foto zeigt einen NTC zur Einschaltstrombegrenzung und illustriert die Bauteilart, nicht einen automatisch passenden Kühlstellenfühler. Ein 10-kΩ-NTC kann je nach Kennlinie bei anderen Temperaturen stark abweichende Werte haben.

Bild: NTC-Bauteil auf einer Platine; Anwendung als Einschaltstrombegrenzer, nicht als Nachweis eines bestimmten Sensortyps.

Synthetische Kennlinientabelle für Lernzwecke (keine Herstellerfreigabe):

Temperatur	Modellwiderstand	Anschauliche relative Balkenlänge
0 °C	33,6 kΩ	█████████████████
10 °C	20,2 kΩ	██████████
20 °C	12,5 kΩ	██████
25 °C	10,0 kΩ	█████
30 °C	8,0 kΩ	████
40 °C	5,3 kΩ	███

Diagrammlesen: Der Zusammenhang ist nicht linear; zwischen zwei Stützstellen ist eine geradlinige Abschätzung nur eine Näherung. Prüfe Sensorfamilie, Referenzwert, Kennlinie, Messunsicherheit und zulässige Toleranz, bevor du einen Fühler beurteilst.

Video: „NTC PTC LDR Widerstände“, Stephan Mueller; weiterführende Erklärung, teils auf höherem fachlichem Niveau.

Leiterwiderstand, Temperatur und Verluste

Für einen homogenen Leiter kann bei gegebener Temperatur näherungsweise R = ρ · l / A gerechnet werden. Hier sind ρ der spezifische Widerstand, l die betrachtete Leiterlänge und A der Querschnitt. Für ein fiktives Kupfer-Zweileitersystem bei 20 °C mit ρ = 0,0178 Ω·mm²/m, je 10 m Hin- und Rückleiter und A = 1,5 mm² ergibt sich l_ges = 20 m und R ≈ 0,0178 · 20 / 1,5 = 0,237 Ω. Bei I = 2,0 A folgt ein modellierter Spannungsabfall ΔU ≈ I · R = 0,474 V und eine Leitungsverlustleistung P_V ≈ I² · R = 0,948 W.

Kupferleiter ändern ihren Widerstand mit der Temperatur. Diese Näherung berücksichtigt weder Anschlussübergänge noch reale Verlegebedingungen; daraus darf keine Leitungsdimensionierung oder Netzfreigabe abgeleitet werden. Die Auswahl und Prüfung realer Leitungen hängt von geltenden Normen, Schutzmaßnahmen, Betriebsbedingungen und Fachplanung ab. Ein ungewöhnlich hoher Übergangswiderstand kann einen lokalen Wärmeeintrag verursachen, auch wenn der Verbraucher weniger Leistung erhält.

Elektrische Sicherheit und systematische Funktionsprüfung

Verantwortlichkeiten und Sicherheitsregeln

Elektrischer Strom kann zu lebensgefährlichen Körperdurchströmungen, Verbrennungen, Lichtbögen und Bränden führen. Nach den anerkannten fünf Sicherheitsregeln lautet die grundsätzliche Reihenfolge: (1) freischalten, (2) gegen Wiedereinschalten sichern, (3) Spannungsfreiheit feststellen, (4) erden und kurzschließen, (5) benachbarte unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken. Die konkrete Anwendung, erforderliche Abweichungen, Erleichterungen und Zuständigkeit bestimmt die fachlich verantwortliche Person. Ein ausgeschalteter Schalter, eine dunkle Anzeige oder ein „0“-Display belegen allein keine sichere Spannungsfreiheit.

Grenze der Eigenarbeit: Lehrlinge dürfen Tätigkeiten nicht allein aufgrund dieser Kursbeschreibung durchführen. Echte elektrische Arbeiten und Prüfungen erfolgen durch geeignete Elektrofachkräfte beziehungsweise elektrotechnisch unterwiesene Personen nur innerhalb ihrer Befugnisse, unter Leitung und Aufsicht sowie mit passenden Verfahren. Ein Lernprotokoll ist keine Prüfbescheinigung. Auch das Öffnen eines Kältemittelkreislaufs oder mechanische Eingriffe sind nicht Gegenstand eigenständiger Schülerarbeiten.

Funktionsprüfung als begründete Datenanalyse

Ein nachvollziehbares Prüfkonzept beginnt mit der erwarteten Funktion und ihren Sollkriterien. Danach werden Unterlagen und Prüfzustand geklärt, die zulässige Methode fachlich festgelegt, Daten erfasst, rechnerisch kontrolliert und mit den Sollwerten verglichen. Erst danach folgt die Entscheidung: Funktion plausibel, Abweichung vorhanden oder Datenlage unzureichend. Entscheidungen über reales Weiterbetreiben, Reparieren oder Freigeben gehören zum befugten Fachpersonal.

Schritt der modellhaften Fehleranalyse	Leitfrage	Schriftliches Ergebnis
Analyse	Welche Funktion und welches Sollverhalten sind dokumentiert?	Funktionsbeschreibung mit Sollgrößen
Hypothesen	Welche Ursachen sind mit den Symptomen vereinbar?	Mehrere begründete Möglichkeiten
Datenabgleich	Passen Einheiten und Kirchhoff-/Ohm-Beziehungen im Modell?	Rechentabelle mit Plausibilitätskontrolle
Eingrenzung	Welche fiktive Zusatzinformation würde Hypothesen trennen?	Vorschlag für fachlich freizugebende Prüfung
Bewertung	Was lässt sich aussagen, was bleibt offen?	Diagnose mit Unsicherheitsvermerk

Typische Diagnosefallen und fachgerechte Kommunikation

Aus „Verbraucher läuft nicht“ lässt sich kein bestimmter elektrischer Defekt ablesen. Möglich sind fehlende Ansteuerung, eine offene Sicherheitskette, eine defekte Last, ein beschädigter Leiter, unpassende Sensorwerte oder sogar eine kältetechnische Regelbedingung. Trenne Beobachtung von Ursachenthese. Notiere Zeitpunkt, Sollwert, Istwert, Einheit, Datenquelle und Betriebsannahmen. Kommuniziere Gefahren und unklare Zustände unverzüglich an die zuständige Fachkraft. Vermeide das Überbrücken von Schutzeinrichtungen oder improvisierte Versuche, um „kurz zu testen“.

Berufstypischer Modellfall: Unterspannung an einer Kühlraum-Steuerlast

Auftrag, Datensatz und Modellannahmen

Fiktiver Kundenauftrag K-17: Die 24-V-DC-Hilfssteuerung eines Kühlraummodells meldet eine unzuverlässige Relaisfunktion. Du erhältst einen vorbereiteten Simulationsdatensatz. Untersuche die elektrische Plausibilität und formuliere eine sichere Prüfempfehlung für die verantwortliche Elektrofachkraft. Du schaltest an keiner realen Anlage.

Vereinfachtes Ersatzmodell: Ideale 24-V-Gleichspannungsquelle; ohmsche modellierte Spulenlast R_L = 120 Ω; ein hypothetischer unerwünschter Serien-Übergangswiderstand R_K; weitere Bauteile bleiben unberücksichtigt. Eine echte Relaisspule hat dynamische Eigenschaften und definiertes Ansprechverhalten; das Modell erlaubt daher nur eine elektrische Plausibilitätsdiagnose, keine reale Funktionsfreigabe.

Beobachtung aus der Simulation	Soll oder Ist	Interpretation
Quellspannung	U_Q = 24,0 V	Versorgung im Modell vorhanden
Nennlastwiderstand	R_L = 120 Ω	Vorgegebene Modellannahme
Erwarteter Strom ohne Fehler	I_soll = 0,20 A	24 V / 120 Ω
Simulierter Gesamtstrom	I_ist = 0,10 A	Nur halb so groß wie erwartet
Simulierte Lastspannung	U_L = 12,0 V	Unterspannung an der Last
Temperatur und Prüfmodus	20 °C; Datensimulation	Keine reale Messung

Didaktisches Blockdiagramm: Spannungsquelle 24 V → unbekannter Serienwiderstand R_K → Last R_L = 120 Ω → Rückleitung. Das Pfeilschema beschreibt die Rechenannahme; es ist keine Verdrahtungszeichnung.

Vollständiger Rechenweg, Diagnose und Musterprotokoll

1. Sollrechnung: I_soll = U_Q / R_L = 24,0 V / 120 Ω = 0,20 A. P_L,soll = U_Q · I_soll = 24,0 V · 0,20 A = 4,80 W.

2. Ist-Plausibilität: U_L / I_ist = 12,0 V / 0,10 A = 120 Ω. Der simulierte Lastwiderstand ist mit der Annahme vereinbar; ein pauschaler „Spulendefekt“ folgt aus den Daten gerade nicht.

3. Fehlende Spannung: ΔU_K = U_Q − U_L = 24,0 V − 12,0 V = 12,0 V. Nach der Modellannahme muss diese Differenz im Serienpfad auftreten.

4. Abgeleiteter Kontaktwiderstand: R_K = ΔU_K / I_ist = 12,0 V / 0,10 A = 120 Ω. Alternativ R_ges = U_Q / I_ist = 240 Ω und R_K = 240 Ω − 120 Ω = 120 Ω.

5. Leistungen im Ist-Zustand: P_Q = 24,0 V · 0,10 A = 2,40 W; P_L = 12,0 V · 0,10 A = 1,20 W; P_K = 12,0 V · 0,10 A = 1,20 W. Die Bilanz 2,40 W = 1,20 W + 1,20 W stimmt. Die lokale Kontaktverlustleistung von 1,20 W weist in diesem stark vereinfachten Modell auf eine mögliche thermische Gefährdung hin; sie ist kein Beweis einer konkreten Brandgefahr und darf nicht als sichere Betriebsfreigabe verstanden werden.

6. Fazit: Ein zusätzlicher hoher Serien-Übergangswiderstand erklärt die Unterspannung konsistent. Seine reale Existenz, Lage und Ursache sind nicht nachgewiesen. Alternative Ursachen außerhalb des Ersatzmodells bleiben möglich. Die fachlich richtige Entscheidung lautet: keine Freigabe, Befund dokumentieren und die weitere sichere Eingrenzung der verantwortlichen Elektrofachkraft überlassen.

Muster-Prüfprotokoll, rein synthetisch	Eintrag
Auftragskennung	K-17, Übungssimulation
Problem	Simulierte Lastspannung 12,0 V bei 24,0 V Quellspannung
Soll-Ist-Abweichung	I_soll 0,20 A; I_ist 0,10 A
Rechenbefund	R_K,Modell = 120 Ω; P_K,Modell = 1,20 W
Hypothese	Unerwünschter Serien-Übergangswiderstand
Offene Punkte	Ort, Ursache, reale Spulendynamik, Schutz- und Messbedingungen
Sicherheitsentscheidung	Keine Eingriffe oder Freigabe; an Elektrofachkraft eskalieren
Fachprodukt	Dokumentiertes Rechenblatt samt Schaltprinzip und Bericht

Bewertungsraster und Transfer

Fachliches Bewertungskriterium	Volle Punktzahl	Erwartung
Sicherheit und Kompetenzgrenzen	4	Keine echte Messung oder Maschinenfreigabe behauptet; Fachzuständigkeit und Gefährdung benannt
Rechenwege und Einheitensicherheit	6	Sollstrom, Spannungsdifferenz, Widerstände und Leistungsbilanz vollständig richtig
Systematische Diagnose	4	Modellhypothese begründet, Alternativen und Aussagegrenzen differenziert
Dokumentation	3	Soll/Ist, Einheiten, Annahmen und Entscheidung prüfbar erfasst
Transfer und Kommunikation	3	Geeignete nächste fachliche Prüfentscheidung beschrieben und verständlich erläutert
Summe	20	18–20 sehr sicher; 14–17 sicher; 10–13 mit Lücken; unter 10 vertiefen (didaktisches Raster, keine Prüfungsnote)

Transfer: Wenn die Quelle weiterhin 24 V liefert, aber die Lastspannung in der Simulation auf 18 V steigt und derselbe Strom 0,15 A beträgt, folgt R_K = (24 V − 18 V) / 0,15 A = 40 Ω. Das ist weniger als zuvor, aber keine ausreichende Grundlage für reale Freigabe. Bei einer echten induktiven Last oder dynamischem Schalten wäre die reine Ohm-Analyse nur ein Teil der Betrachtung.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Fachwissen

Welche Funktion erfüllt ein Widerstandstemperaturfühler im Kühlraumsystem? (Er liefert eine temperaturabhängige elektrische Messinformation) (!Er erzeugt die Netzspannung für den Verdichter) (!Er ersetzt sämtliche Schutzeinrichtungen) (!Er verdichtet das Kältemittel mechanisch)

Rückmeldung: Ein Widerstandstemperaturfühler liefert eine aus seiner Kennlinie interpretierbare Information. Energieversorgung, Schutz und Verdichtung haben andere Aufgaben.

Welche Einheit gehört zur elektrischen Spannung U? (Volt) (!Ampere) (!Ohm) (!Wattstunde)

Rückmeldung: Spannung wird in Volt angegeben. Ampere bezeichnet Stromstärke, Ohm Widerstand und Wattstunde Energie.

Wie wird im idealisierten Stromkreis die Spannung an einer Last erfasst? (Mit einem parallel gedachten Voltmeter) (!Mit einem parallel gedachten Amperemeter) (!Durch beliebiges Kurzschließen der Last) (!Ohne Bezug auf zwei Messpunkte)

Rückmeldung: Spannung ist eine Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten. Die Aussage beschreibt ausschließlich die Modellschaltung, keine praktische Messfreigabe.

Welcher Strom folgt für eine ohmsche Modelllast mit 120 Ohm an 24 Volt? (0,20 Ampere) (!0,05 Ampere) (!2,00 Ampere) (!5,00 Ampere)

Rückmeldung: Nach I = U durch R gilt 24 durch 120 = 0,20 Ampere; die Größen müssen einheitlich eingesetzt werden.

Welche Leistung setzt eine ohmsche Last bei 24 Volt und 0,20 Ampere um? (4,8 Watt) (!0,2 Watt) (!24 Wattstunden) (!120 Watt)

Rückmeldung: P = U mal I ergibt 4,8 Watt. Energie in Wattstunden setzt zusätzlich eine Zeit voraus.

Wie groß ist der Gesamtwiderstand von 100 Ohm und 200 Ohm in Reihe? (300 Ohm) (!50 Ohm) (!100 Ohm) (!20000 Ohm)

Rückmeldung: Reihenschaltungen addieren die positiven Einzelwiderstände. Die 50 Ohm entstammen einem anderen Parallelschaltungsbeispiel.

Was ergibt sich aus zwei parallel verbundenen Widerständen von je 100 Ohm? (50 Ohm) (!200 Ohm) (!100 Ohm) (!10000 Ohm)

Rückmeldung: Für zwei gleiche parallel verbundene Widerstände halbiert sich der Ersatzwiderstand auf 50 Ohm.

Was geschieht typischerweise mit dem Widerstand eines NTC bei Erwärmung? (Er nimmt ab) (!Er bleibt grundsätzlich exakt konstant) (!Er nimmt grundsätzlich linear zu) (!Er wird automatisch zu einer Stromquelle)

Rückmeldung: NTC bedeutet negativer Temperaturkoeffizient. Die tatsächliche Widerstandskurve muss zum konkreten Typ passen.

Was ist die erste der fünf Sicherheitsregeln für Arbeiten an elektrischen Anlagen? (Freischalten) (!Ein ungesichertes Probeschalten) (!Schutzeinrichtungen überbrücken) (!Ohne Zuständigkeit eine Live Messung beginnen)

Rückmeldung: Die Grundreihenfolge startet mit dem Freischalten. Die übrigen Vorschläge schaffen oder erhöhen Gefährdungen.

Welche Deutung passt zu 24 Volt Quellspannung und nur 12 Volt an einer ohmschen Last bei 0,10 Ampere im gegebenen Serienmodell? (Ein zusätzlicher Serienwiderstand von 120 Ohm ist rechnerisch plausibel) (!Der Quellspannungswert muss null sein) (!Aus den Zahlen folgt bereits die reale Freigabe) (!Die Last muss zwangsläufig einen Kurzschluss haben)

Rückmeldung: Die Differenz von 12 Volt geteilt durch 0,10 Ampere ergibt 120 Ohm. Das ist eine Modellhypothese und keine verifizierte reale Fehlerstelle.

Memory

Finde zusammengehörende Fachbegriffe und Erklärungen. Jeder Begriff besitzt genau ein passendes Gegenstück.

Voltmeter	Messgerät zur Bestimmung einer elektrischen Potentialdifferenz
Amperemeter	Messgerät für die elektrische Stromstärke
Heißleiter	Temperaturabhängiger Widerstand mit sinkendem Wert bei Erwärmung
Reihenschaltung	Anordnung mit identischem Strom durch alle idealisierten Bauelemente
Parallelschaltung	Anordnung mit gleicher Spannung an allen Zweigen
Wirkungsgrad	Verhältnis der Nutzleistung zur zugeführten Leistung

Drag and Drop

Ordne jeder beschriebenen Funktion genau einen Fachbegriff zu.

Fachbegriff	Passende Funktionsbeschreibung
Schaltplan	Veranschaulicht elektrische Wirkzusammenhänge mittels Symbolen
Sollwert	Beschreibt die vorgegebene erwartete Größe
Istwert	Beschreibt den erfassten oder simulierten Zustand
Kontaktwiderstand	Kann einen zusätzlichen Spannungsabfall an einer Übergangsstelle erklären
Prüfprotokoll	Hält Daten, Bedingungen, Bewertung und offene Fragen nachvollziehbar fest

Kreuzworträtsel

Trage die sechs Fachwörter entsprechend den Umschreibungen ein.

Spannung	Elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten
Stromstärke	Fließende elektrische Ladung pro Zeiteinheit
Widerstand	Elektrische Größe mit der Einheit Ohm
Thermistor	Widerstandsbauteil mit ausgeprägter Temperaturabhängigkeit
Schaltplan	Zeichnerische Darstellung elektrischer Verbindungen und Funktionen
Sicherung	Bauteil zum vorgesehenen Schutz vor bestimmten Überströmen

LearningApps

Suche ergänzende interaktive Übungen zu elektrischen Anlagenteilen in der Kältetechnik. Externe Suchtreffer sind nicht automatisch qualitätsgeprüft und gehören nicht zu den verbindlichen Lösungen dieses Kurses.

Lückentext

Ergänze die Fachbegriffe und Rechenergebnisse. Jede Aussage enthält genau eine Lücke.

Eine elektrische Potentialdifferenz heißt

.

Die Stromstärke wird in

angegeben.

Für einen ohmschen Widerstand ist das Verhältnis von Spannung zu Strom der

.

Ein Voltmeter wird im idealisierten Modell

zum betrachteten Bauteil gedacht.

Bei einer Reihenschaltung addieren sich die elektrischen

.

Beim NTC sinkt der Widerstand bei steigender

.

Die elektrische Leistung ist im Gleichstrommodell das Produkt aus Spannung und

.

Die Einheit der elektrischen Energie lautet beispielsweise

.

Eine zusätzliche Serienkontaktstelle kann einen

verursachen.

Das Ergebnis einer Untersuchung wird im

nachvollziehbar festgehalten.

Die erste Sicherheitsregel lautet

.

Die Entscheidung über die reale Anlagenfreigabe trifft die zuständige

.

Offene Aufgaben

Bearbeite genau vier Aufgaben je Niveau. Erstelle alle Produkte anhand der Kursdaten, geeigneter Literatur oder zugelassener Simulationen. Reale elektrische Arbeiten nur nach gesonderter qualifizierter Anleitung und Freigabe.

Leicht

A1 – Symbole erkennen: Beschrifte in einer digitalen Legende mindestens acht Schaltzeichen und ergänze je eine Funktion im Kühlraumsystem. Produkt: Symbolblatt.
A2 – Größen unterscheiden: Erstelle eine Tabelle für U, I, R, P und E mit Symbol, Einheit und einer passenden Modellfrage. Produkt: Lernkarte.
A3 – Modellstrom berechnen: Berechne den Strom für 12 V und 60 Ω sowie für 24 V und 240 Ω; prüfe jeweils die Einheit. Produkt: Rechenblatt.
A4 – Sicherheit einschätzen: Formuliere eine geordnete Fünf-Regeln-Karte und erkläre, warum eine Simulation keine Betriebsfreigabe ersetzt. Produkt: Sicherheitsplakat.

Standard

A5 – Widerstände vergleichen: Berechne für 100 Ω und 200 Ω den Serienersatzwert und für zweimal 100 Ω den Parallelersatzwert. Produkt: Vergleichstabelle mit Skizzen.
A6 – Energiekosten abschätzen: Berechne Energie und angenommene Kosten einer 75-W-Modelllast bei sechs Stunden pro Tag für 20 Tage und 0,30 €/kWh. Produkt: nachvollziehbare Kalkulation.
A7 – NTC-Kennlinie auswerten: Zeichne die synthetische Tabelle aus dem Kurs als Diagramm und schätze den Wert bei 25 °C ab; begründe den Verlauf. Produkt: beschriftetes Diagramm.
A8 – Daten protokollieren: Überführe alle Modellwerte des Falls K-17 in ein strukturiertes Protokoll und trenne Fakten, Rechnungen und Hypothesen. Produkt: Protokollblatt.

Schwer

A9 – Leitungsverlust modellieren: Berechne R, ΔU und P_V für 20 m Kupfer-Gesamtlänge, 1,5 mm² Querschnitt, ρ = 0,0178 Ω·mm²/m und 2 A; diskutiere zwei Modellgrenzen. Produkt: Rechenbericht.
A10 – Hypothesen prüfen: Erstelle für K-17 mindestens drei mögliche Fehlerhypothesen und begründe, welche zusätzliche sichere Information sie voneinander unterscheiden würde. Produkt: Hypothesenmatrix.
A11 – Wirtschaftlichkeit bewerten: Vergleiche zwei fiktive Antriebe mit 75 W Nutzleistung und 90 W beziehungsweise 105 W Aufnahmeleistung; bewerte Wirkungsgrad und 1000-Stunden-Energieverbrauch. Produkt: Entscheidungsvorlage.
A12 – Kundengerecht berichten: Entwirf einen einseitigen Bericht zu K-17 für die verantwortliche Fachkraft mit Befund, Unsicherheiten, Sicherheitsentscheidung und geplantem nächsten Prüfschritt. Produkt: fachlicher Kurzbericht.

Lösungskriterien und Musterarbeitsprodukte für die zwölf Aufgaben

Aufgabe	Erwarteter Kern des Musterprodukts	Fachliche Kriterien
A1	Symbolblatt mit Quelle, Widerstand, Schalter, Schließer, Öffner, Messgeräten und Schaltglied	Eindeutige Legende, Funktionsbezug, keine erfundene Normzeichnung
A2	U–V, I–A, R–Ω, P–W, E–Wh beziehungsweise kWh	Größen, Symbole und Einheiten fehlerfrei getrennt
A3	12/60 = 0,20 A und 24/240 = 0,10 A	Formelansatz, Zwischenschritt und Einheitenprüfung
A4	Fünf Regeln in korrekter Reihenfolge; Hinweis auf Elektrofachkraft	Kein eigenmächtiger Live-Eingriff und keine Scheinfreigabe
A5	Reihe 300 Ω; Parallelwert 50 Ω	Richtige Topologie, nachvollziehbare Ersatzschaltung
A6	0,075 kW · 6 h · 20 = 9,0 kWh; angenommene Kosten 2,70 €	Umrechnung W zu kW, Zeiten und Preisannahme
A7	Fallende, gekrümmte Kurve; R(25 °C) = 10,0 kΩ	Achsen mit Einheiten, Kennlinienvorbehalt, kein linearer Allgemeinsatz
A8	K-17: U_Q 24 V, U_L 12 V, I 0,10 A, R_L 120 Ω	Messwerte und Modellannahmen von Ursachenhypothesen getrennt
A9	R ≈ 0,237 Ω; ΔU ≈ 0,474 V; P_V ≈ 0,948 W	Hin- und Rückleitung, Temperaturannahme und Verluste korrekt
A10	Hypothesen z. B. Übergangswiderstand, abweichende Lastcharakteristik, fehlerhafte Datenerfassung	Kein vorschnelles Festlegen; zusätzliche Prüfungen nur fachlich freigegeben
A11	η_A = 83,3 %, η_B ≈ 71,4 %; E_A = 90 kWh, E_B = 105 kWh in 1000 h	Gleiche Nutzleistung und Betriebszeit; Differenz 15 kWh richtig interpretiert
A12	Einseitiger Bericht mit Zahlen, Befund „Serienwiderstand plausibel“, Grenzen, Eskalation	Verständlichkeit, Rückverfolgbarkeit, keine Freigabe

Lernkontrolle

Die folgenden sechs Lernkontrollaufgaben prüfen Anwendung und Transfer. Nutze die Musterkriterien zur Selbst- oder Partnerbewertung.

L1 – Systemanalyse: Erläutere den Signalweg vom Widerstandstemperaturfühler bis zum Schaltglied eines Kühlraumreglers und unterscheide Messinformation und Stellentscheidung.
L2 – Berechnung und Plausibilität: Eine 18-V-Modellquelle speist eine ohmsche Last von 90 Ω. Berechne I und P und erkläre, welche Voraussetzungen die Rechnung benötigt.
L3 – Fehleranalyse: An einem 24-V-Modellkreis mit 120 Ω Last liegen nur 18 V an; der Strom beträgt 0,15 A. Bestimme den zusätzlichen Serienwiderstand und den Kontaktverlust.
L4 – Sensorbewertung: Ein als 10-kΩ-NTC bei 25 °C spezifizierter Modellfühler zeigt 8 kΩ. Nenne eine plausible Temperaturdeutung aus der bereitgestellten Kurve und zwei Gründe, weshalb noch keine reale Fehlerentscheidung möglich ist.
L5 – Gefährdungsbeurteilung: Ein Teammitglied will den defekten realen Kühlraumregler ohne Zuständigkeit unter Spannung öffnen. Formuliere die fachlich begründete sichere Reaktion.
L6 – Transfer und Ressourcen: Vergleiche bei 75 W Nutzleistung eine 90-W- mit einer 105-W-Variante hinsichtlich Wirkungsgrad, Energie bei 1000 Stunden und der Grenzen einer reinen Stromkostenbetrachtung.

Musterlösungen zur Lernkontrolle

Nummer	Fachlich richtige Kernaussage
L1	Sensor liefert Istwert; Regler vergleicht mit Sollwert; Ausgang bewirkt geeignete Ansteuerung; Schutzfunktionen bleiben eigenständig
L2	I = 18/90 = 0,20 A; P = 18 · 0,20 = 3,60 W; Voraussetzung ohmsches, annähernd konstantes R im idealen DC-Modell
L3	ΔU = 6 V; R_K = 6/0,15 = 40 Ω; P_K = 6 · 0,15 = 0,90 W; keine Schlussfolgerung zur realen Freigabe
L4	8 kΩ entspricht in der synthetischen Tabelle ungefähr 30 °C; Kennlinientyp und Messbedingungen beziehungsweise Toleranz bleiben ungeklärt
L5	Handlung stoppen, Zuständigkeit klären, Fachkraft informieren; keine improvisierte Live-Prüfung, Schutzeinrichtung oder Arbeitsschutz nicht umgehen
L6	83,3 % gegenüber 71,4 %; 90 kWh gegenüber 105 kWh; 15 kWh Differenz, aber Anschaffung, Wartung und gleiche Bedingungen zusätzlich berücksichtigen

Lernnachweis

Ein vollständiger Lernnachweis besteht aus einem Fachportfolio mit einer eigenen Schaltzeichenlegende, zwei sauber kommentierten Rechenblättern, einem NTC-Diagramm, dem synthetischen K-17-Prüfprotokoll, einer begründeten Sicherheitsentscheidung und einer dreiminütigen mündlichen Fehlererklärung. Zusätzlich bearbeitest du Quiz, Memory, Drag-and-drop, Kreuzwort und den separaten Lückentext.

Bewertung: Fachrichtigkeit und Einheiten (30 %), Modellannahmen und Diagnosebegründung (25 %), Sicherheitsbewusstsein (20 %), Dokumentation und Fachsprache (15 %), Transfer und Reflexion (10 %). Diese Prozentwerte gelten nur für dieses didaktische Portfolio und sind ausdrücklich keine offiziellen Prüfungsgewichtungen. Gute Ergebnisse unterscheiden sichere Erkenntnisse von offenen Fragen und formulieren keine reale Anlagenfreigabe. Für ein Lernpartnerschaftsfeedback notiere jeweils einen gelungenen Schritt, eine überprüfbare Korrektur und die nächste Lernhandlung.

Selbsteinschätzung: Ich kann eine elektrische Teilfunktion erklären; einen Modellstrom berechnen; Serien- und Parallelwiderstände unterscheiden; eine NTC-Kennlinie lesen; relevante Risiken nennen; Daten von Hypothesen trennen; und eine begrenzte Diagnose mit verständlichem Prüfprotokoll dokumentieren. Ein fehlendes Häkchen ist Anlass zur gezielten Übung, nicht zum riskanten Ausprobieren an echten Anlagen.

OER und Wikipedia

Lehrpläne und rechtliche Grundlagen (offizielle Nachweise):

KMK-Rahmenlehrplan Mechatroniker für Kältetechnik, Lernfeld 3, Seite 11, Beschluss vom 15. März 2007; amtlicher Lehrplan, zur Quellenlektüre verlinkt.
BIBB-Berufsprofil Mechatroniker für Kältetechnik, Ausbildungsdauer, Berufsstruktur und Ausbildungsordnung.
Ausbildungsordnung KälteMechaAusbV, amtliche Rechtsquelle zu Ausbildung und Prüfungsstruktur.
DKE: Betrieb elektrischer Anlagen und fünf Sicherheitsregeln, Sicherheitshinweise zur fachlichen Einordnung.
BGHM: Arbeiten an elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln, Rolle der Elektrofachkraft.
Wikipedia: Ohmsches Gesetz und Wikipedia: Heißleiter, CC BY-SA, als ergänzende OER-Lektüre mit Prüfung gegen Fachunterlagen.

Verifiziertes Bildmaterial von Wikimedia Commons: Die folgenden Dateinamen, Urheberangaben und Rechte sind den jeweiligen Commons-Dateiseiten entnommen; keine Datei wurde für diesen Kurs verändert. Bei Weiterverwendung Lizenzhinweise und erforderliche Namensnennung beachten.

Eingebundene Datei	Original- und Lizenznachweis	Urheber	Lizenz
File:Electrical symbols library.svg	Commons-Dateiseite	FDominec und Mitwirkende	Gemeinfrei laut Commons
File:Digital Multimeter.jpg	Commons-Dateiseite	oomlout	CC BY-SA 2.0
File:Voltmeter Ammeter.jpg	Commons-Dateiseite	Nedim Ardoğa	CC BY-SA 3.0
File:Electric circuit with voltmeter and ammeter.JPG	Commons-Dateiseite	Meganbeckett27	CC BY-SA 3.0
File:Resistors in Series.svg	Commons-Dateiseite	Inductiveload	Gemeinfrei laut Commons
File:Resistors in Parallel.svg	Commons-Dateiseite	Inductiveload	Gemeinfrei laut Commons
File:NTC Thermistor.jpg	Commons-Dateiseite	Soumyapatra13	CC BY-SA 4.0

Videonachweise (extern eingebettet, nicht als OER umdeklariert):

Video-ID und Thema	Quelle	Kanal / Urheber	Rechtehinweis
SaSzHCkID-U, Ohmsches Gesetz und Leistung	YouTube	#Sogeht by Sven Stemmler	Urheberrechte beim Kanal; externe Wiedergabe
sOPhlxh0wdc, Multimeter-Grundlagen	YouTube	Funkwelle	Urheberrechte beim Kanal; externe Wiedergabe
-uPMH00wFaI, NTC PTC LDR	YouTube	Stephan Mueller	Urheberrechte beim Kanal; externe Wiedergabe

Eigene Darstellungen: Fachtexte, modellierte Daten, Rechentabellen, Blockschemata, Aufgaben, Musterlösungen und Bewertungsraster wurden neu für diesen Kurs entworfen und sind als Lehrmaterial unter CC BY 4.0 – aiMOOC-Kursautorenschaft, 2026 zur Nachnutzung vorgesehen. Quellenangaben der eingebundenen Medien bleiben davon unberührt. Die Übungskennzeichnung K-17 und sämtliche Zahlen sind fiktiv.

Wikipedia-Vertiefung:

Verknüpfte Lernbereiche

Das Lernfeld verbindet Grundlagen der Elektrotechnik, thermische Sensorik, Mathematik, Arbeits- und Gesundheitsschutz, technische Dokumentation sowie ressourcenbewusstes Handeln. Das Berufsportal und die benachbarten Lernfelder ermöglichen den Transfer. Verweise auf noch nicht vorhandene Wiki-Kurse werden als mögliche Lernpfade und nicht als nachgewiesen veröffentlichte Seiten verstanden.

Berufsportal Kältetechnik