Fachübungen 14 – Installieren, Einstellen und Prüfen von elektronischen Steuerungen und Regelungen - Mechatroniker für Kältetechnik

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Fachübungen 14 – Installieren, Einstellen und Prüfen von elektronischen Steuerungen und Regelungen - Mechatroniker für Kältetechnik

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Einleitung

Dieser aiMOOC behandelt Lernfeld 14 für Auszubildende im dritten Ausbildungsjahr des Berufs Mechatroniker für Kältetechnik. Du analysierst Kühlstellen, Sensoren, Frequenzumrichter, elektronische Regler, SPS und Fernüberwachung; anschließend erstellst du an einem fiktiven Kundenauftrag nachvollziehbare Berechnungen, Prüfprotokolle und ein Fachgespräch. Voraussetzung sind Grundkenntnisse des Kältekreislaufs und elektrischer Schaltungen.

Der KMK-Rahmenlehrplan vom 15.03.2007 weist für dieses Lernfeld 40 Unterrichtsstunden aus. Das BIBB-Berufsprofil beschreibt den Beruf als Monoberuf ohne eigenständige Fachrichtungen mit einer Ausbildungsdauer von 42 Monaten. Die Ausbildungsordnung vom 20.07.2007 gilt seit dem 01.08.2007; nach ihr erfolgt die Abschluss-/Gesellenprüfung in zwei zeitlich getrennten Teilen. Der Kurs enthält keine Originalprüfungsaufgaben und legt keine individuellen Prüfungszeiten fest.

Sicherheit: Sämtliche Betriebsdaten, Personen und Anlagen sind synthetisch. Das Übungssystem ist ein Papier- oder Offline-Simulationsmodell. Es gibt keine reale Maschinenfreigabe. Arbeiten an Netzspannung, bewegten Antrieben, Drucksystemen, Kältemitteln oder Schutzfunktionen erfolgen ausschließlich durch qualifizierte Fachkräfte unter fachlicher Anleitung; Sicherheitsfunktionen werden niemals für Lernzwecke überbrückt.

Orientierung: Berufsportal, Kältetechnik, Regelungstechnik, Elektrotechnik und Automatisierungstechnik.

Regelkreis und kältetechnische Funktion

Steuern, Regeln und Rückkopplung

Eine Steuerung verarbeitet Eingangsgrößen nach einer vorgegebenen Logik, ohne dass der erreichte Ausgang fortlaufend in denselben Wirkungsablauf zurückgeführt werden muss. Eine Regelung vergleicht eine gemessene Regelgröße mit der Führungsgröße und beeinflusst über den Regler und das Stellglied die Regelstrecke. Ein Fühler erfasst beispielsweise die Kühlraumtemperatur, der Regler erzeugt eine Kühlanforderung, und die erneute Temperaturmessung schließt den Kreis. Die Störgrößen sind beispielsweise eine geöffnete Tür oder warme Ware.

Ein vereinfachter geschlossener Regelkreis, deutsch beschriftet. Dateiquelle und Lizenz: siehe Mediennachweise.

Grundbegriffe:

• Sollwert bzw. Führungsgröße: gewünschter Zielwert.
• Istwert: gemessene aktuelle Regelgröße.
• Regelabweichung: Differenz, deren Vorzeichen von der verwendeten Definition abhängt.
• Stellgröße: vom Regler beeinflusste Prozessgröße.
• Regelstrecke: physikalische Anlage, die auf die Stellgröße reagiert.
• Rückführung: erneutes Messen und Vergleichen.

Der Wirkungssinn muss stimmen: Bei einer Kühlanlage führt ein aktiver Verdichter normalerweise zu sinkender Kühlraumtemperatur, nicht zu steigender. Sicherheitsabschaltungen sind vom gewöhnlichen Regelalgorithmus zu unterscheiden.

Zweipunktregler und Hysterese

Die Hysterese ist die Differenz zwischen Ein- und Ausschaltschwelle. Im folgenden nur didaktisch festgelegten Kühlmodell gilt: Bei steigender Temperatur ab +4,0 °C schaltet die Kühlanforderung EIN, bei sinkender Temperatur bis +2,0 °C schaltet sie AUS. Dazwischen bleibt der vorherige Schaltzustand bestehen. Hysterese = 4,0 °C − 2,0 °C = 2,0 K. Hersteller können Sollwert und Schaltdifferenz anders definieren; die Modellwerte dürfen nicht unkontrolliert auf reale Regler übertragen werden.

Messzeit	Temperatur	Vorherige bzw. resultierende Anforderung	Erklärung
09:00	4,4 °C	EIN	Einschaltschwelle überschritten
09:05	3,6 °C	EIN	Halteband
09:10	2,0 °C	AUS	Ausschaltschwelle erreicht
09:15	2,5 °C	AUS	Halteband
09:20	4,1 °C	EIN	Erneutes Einschalten

Typische Fehler sind falsche Temperaturvorzeichen, das Verwechseln von Temperatur und Temperaturdifferenz, fehlende Berücksichtigung des vorherigen Zustands sowie nicht dokumentierte Mindestlaufzeiten und Schutzbedingungen. Der im Unterricht richtige Zweipunktverlauf belegt noch keine Betriebssicherheit.

Einfluss auf den Kältemittelkreislauf

Im Kompressionskältekreislauf beeinflussen Verdichter, Verflüssiger, Expansionsventil und Verdampfer einander. Drehzahl- oder Ventiländerungen wirken auf Massenstrom, Druck, Temperatur, Öltransport und Anlagenleistung. Deshalb ist eine Regelstrategie nur in Verbindung mit Herstellerfreigaben und Betriebsgrenzen sinnvoll.

Schema eines Kältekreislaufs mit englischsprachigen Beschriftungen; kein verbindlicher Anschlussplan.

Transfer: Eine höhere Verdichterdrehzahl kann die Kälteleistung beeinflussen, garantiert aber weder eine zulässige Verdampfungstemperatur noch sichere Schmierung. Technische Eingriffe verlangen daher eine Prüfung des gesamten Systems.

Sensorik, Signale und Auswertung

Sensorarten und Eingänge zuordnen

Temperatur, Druck, Türzustand und andere Prozessgrößen werden mit geeigneten Sensoren erfasst. Ein NTC ist ein Widerstand, dessen Wert bei Erwärmung gewöhnlich sinkt. Ein PTC reagiert mit steigenden Widerstandswerten. Ein Pt100 ist ein Platin-Widerstandsthermometer mit nominell 100 Ohm bei 0 °C; seine Kennlinie ist nicht mit der eines NTC gleichzusetzen. Ein 4–20-mA-Druckmessumformer wandelt die physikalische Messgröße in ein elektrisches Normsignal um. Ein Türkontakt liefert dagegen in einem einfachen Fall nur eine digitale Zustandsinformation.

Schaltzeichen eines temperaturabhängigen Widerstands, Jjbeard, gemeinfrei.

Eingang	Signaltyp	Zu prüfende Eigenschaft	Plausibler Fehler
NTC-Temperaturfühler	Widerstand	Kennlinie und Fühlereinbauort	falscher Sensortyp
Pt100	temperaturabhängiger Platinwiderstand	passender Messeingang	Leitungswiderstand
Druckmessumformer	analoges Stromsignal	Spannweite und Skalierung	falsch eingestellter Messbereich
Türkontakt	binärer Kontaktzustand	Ruhe- und Arbeitskontaktlogik	invertierte Meldung

Vorgehen zur Fehlerdiagnose: Datenblatt und Gerätetyp vergleichen; Sollwerte, Messort und Uhrzeit dokumentieren; eine unabhängige Vergleichsinformation heranziehen; die Signalkette im ungefährlichen Modell schrittweise prüfen. Ein unplausibler Wert beweist nicht sofort einen defekten Sensor. Ein reales Messgerät wird nur im Rahmen der Qualifikation und der zugelassenen Prüfverfahren eingesetzt.

4–20-mA-Signale umrechnen

In einem synthetischen Beispiel ist ein Drucktransmitter auf 0 bis 20 bar eingestellt. Für die lineare Kennlinie gilt:

p = (I − 4 mA) / 16 mA · 20 bar

Bei 12,0 mA: p = (12 − 4) / 16 · 20 = 10,0 bar. Bei 15,2 mA: p = (15,2 − 4) / 16 · 20 = 14,0 bar. Die Stromdifferenz wird durch die 16-mA-Signalspanne geteilt und mit der 20-bar-Messspanne multipliziert. Das Ergebnis ist ein Anzeigewert des Modells, keine Aussage über zulässige reale Kältemitteldrücke.

I in mA	4	8	12	16	20
p in bar	0	5	10	15	20

Diagrammaufgabe: Zeichne p gegen I mit einer x-Achse von 4 bis 20 mA und einer y-Achse von 0 bis 20 bar; markiere und verbinde die fünf Punkte. Ein falscher Nullpunkt kann auf einen Offset, eine falsche Steigung auf einen Skalierungsfehler hinweisen. Ein Fehlerstrom oder eine Drahtbruchdiagnose ist stets geräteabhängig nach Datenblatt zu beurteilen.

Messabweichung und Dokumentation

Ein synthetischer Referenzfühler misst 2,6 °C, während die Regleranzeige 3,4 °C meldet. Die Differenz „Anzeige minus Referenz“ beträgt +0,8 K. Vor einer möglichen Korrektur sind Messort, Temperaturangleichzeit, Sensoreingang, Umrechnung und die gerätespezifische Bedeutung des Offset-Parameters zu prüfen. Eine Korrektur um −0,8 K wäre nur bei entsprechender Parametrierdefinition und verlässlicher Referenz plausibel. Erst Ursache, dann Maßnahme dokumentieren.

Kühlstellenregler, Antriebe und sichere Parametrierung

Funktionsmatrix und Reglerparameter

Ein elektronischer Kühlstellenregler kann Messwerte erfassen, den Kühlbedarf bestimmen, Verdampferlüfter und Abtauung koordinieren, Alarme melden und Daten übertragen. Seine konkrete Ausstattung hängt vom Gerät ab. Vor einer Einstellung benötigen Fachkräfte Gerätetyp und Softwareversion, Herstellerunterlagen, Ein-/Ausgangsliste, zugelassene Betriebsgrenzen und ein überprüfbares Funktionskonzept.

Modell-Eingang	Modell-Bedingung	Erwartete Reaktion	Prüfnachweis
Raumtemperatur	über 4,0 °C bei Erwärmung	Kühlanforderung EIN	protokollierter Zustandswechsel
Raumtemperatur	höchstens 2,0 °C bei Abkühlung	Kühlanforderung AUS	protokollierter Zustandswechsel
Türkontakt	75 Sekunden geöffnet	Türmeldung aktiv bei Modellverzögerung 60 Sekunden	Ereignis mit Zeitstempel
Simulierte Schutzfreigabe	nicht freigegeben	kein Stellbefehl	negativer Simulationsfall
Ungültiges Sensorsignal	Fehlersignal	dokumentierte Störmeldung	Fehlercode und Verhalten beschrieben

Dokumentationsregel: Notiere ursprünglichen Parameterwert, beabsichtigten Wert, Einheit, Geräteversion, Änderungsgrund, verantwortliche fachliche Prüfung, Simulationsergebnis und noch offene Punkte. Eine Funktion darf nicht allein deshalb als bestanden gelten, weil der Regler einen plausiblen Zahlenwert anzeigt.

Frequenzumrichter und Anlaufstrombegrenzung

Ein Frequenzumrichter besitzt typischerweise einen Gleichrichter, einen Zwischenkreis und einen Wechselrichter. Er erzeugt eine beeinflussbare Motorspeisung. Bei Verdichtern und Ventilatoren sind Motoreignung, Kühlung, Drehzahlgrenzen, Schmierung, Öltransport, zulässige Druckverhältnisse, Schutztechnik und elektromagnetische Verträglichkeit zu beachten. Nicht jeder Verdichter darf frequenzgeregelt werden. Anlaufentlastung, Softstarter und Frequenzumrichter sind unterschiedliche Lösungsansätze, die nach Systemvorgaben ausgewählt werden.

Funktionsprinzip des Frequenzumrichters, Psemdel, CC BY-SA 4.0.

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Englischsprachiges Fachvideo „Variable Frequency Drives Explained – VFD Basics IGBT inverter“, The Engineering Mindset, 01.04.2020. Einbettung des Originals, keine OER-Weiterveröffentlichungsfreigabe.

Leistungsberechnung im Modell: Ohne Optimierung beträgt die mittlere elektrische Leistung 3,0 kW, mit einer angenommenen Optimierung 2,4 kW. Über 6 h sind das 3,0 · 6 = 18,0 kWh gegenüber 2,4 · 6 = 14,4 kWh. Ersparnis 3,6 kWh oder (3,6 / 18,0) · 100 = 20 Prozent. Das sind angenommene Vergleichsdaten, keine pauschale Prognose für beliebige Verdichter. Die bekannten Affinitätsgesetze bestimmter Ventilatoren oder Pumpen dürfen nicht ungeprüft auf andere kältetechnische Prozesse übertragen werden.

Elektronische Expansionsventile und EMV

Elektronische Expansionsventile beeinflussen die Ventilöffnung auf Basis einer passenden Regelstrategie und geeigneter Sensorik. Druck- und Temperaturinformationen werden je nach Anlagenkonzept etwa zur Bestimmung der Überhitzung verwendet. Schutzanforderungen, Regelparameter und die Zuordnung von Motor und Stellglied müssen aus dem Herstellerkonzept hervorgehen. EMV umfasst die Begrenzung unzulässiger elektromagnetischer Störungen und die Störfestigkeit von Geräten; Leitungsauswahl, Schirmanschlüsse und Filter sind kein beliebiger Bastelschritt.

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Englischsprachiges Video „Electronic expansion valve“, The Engineering Mindset, 20.02.2021. Beachte die vom Anbieter angegebene Korrektur zur Öffnungs-/Schließrichtung im Video; Herstellerdaten haben Vorrang.

Häufige Fehler: Sicherheitsverriegelung als Komfortparameter behandeln, Anlagenlast und Mindestgrenzen ignorieren, EMV-Maßnahmen ohne Kenntnis des Systems ändern, reale Fehlersignale allein per Fernbedienung quittieren. Solche Eingriffe sind keine zulässigen Lernübungen.

SPS, Kommunikation und Ferndiagnose

Speicherprogrammierbare Steuerungen

Eine SPS besitzt Eingänge, eine Recheneinheit und Ausgänge. Eine typische zyklische Bearbeitung liest Signale ein, berechnet das Programm und setzt Ausgänge. Für eine Kühlstelle kann eine vereinfachte Funktionslogik die Kühlanforderung bei gültigem Temperatursignal und vorhandener Freigabe weiterreichen. Eine SPS ersetzt nicht grundsätzlich unabhängige vorgeschriebene Schutzfunktionen.

Blockbild einer SPS, ProVision, CC BY-SA 4.0.

Offline-Modell für die Logik: „Stellbefehl = Kühlanforderung UND gültiger Sensor UND simulierte Freigabe UND KEIN simuliertes Schutzereignis“. Das ist eine didaktische Verknüpfung, keine ausführbare Sicherheitssoftware. In einer Fachplanung sind außerdem Fehlerzustände, Mindestlaufzeiten, Restart nach Netzausfall und die Ausgänge bei Kommunikationsunterbrechung zu klären.

Feldbus und Gebäudeleittechnik

Bussysteme verbinden digitale Teilnehmer. Modbus RTU kann über eine RS-485-Verbindung betrieben werden; BACnet/IP nutzt die IP-Kommunikation. Protokoll, Übertragungsmedium, Adressen und Datenpunktbedeutung sind getrennte Fragen. Eine Gebäudeleittechnik kann Temperaturen, Statusmeldungen, Alarmhistorien und Trends darstellen. Ein übertragener Stellbefehl ist dabei nicht mit einer tatsächlich erfassten Betriebsrückmeldung gleichzusetzen.

Beispiel einer Modbus-Netzarchitektur, Sertion, CC BY-SA 4.0.

Synthetischer Datenpunkt	Datentyp	Prüf- und Dokumentationsfrage
T_Raum	Temperatur in °C	Fühlerort und Zeitstempel plausibel?
Kuehlanforderung	EIN oder AUS	Hysterese und Freigabe berücksichtigt?
Status_Verdichter	Rückmeldestatus	Tatsächliche Rückmeldung oder bloßer Befehl?
Tuerkontakt	OFFEN oder GESCHLOSSEN	Kontaktlogik richtig interpretiert?
Stoerung_Druckanzeige	Meldung	Skalierung und Aktualisierung nachvollziehbar?

Fernüberwachung und Einweisung

Die Fernüberwachung ermöglicht eine frühere Sichtung von Trends und Ereignissen, setzt aber gültige Messwerte, Zeitbezug, eindeutige Adressierung und Datenschutz voraus. Rollen, Passwörter und Zugriffsrechte sind zu organisieren; veröffentliche keine personenbezogenen Betriebsdaten. Eine Betreiberin muss wissen, welche Bedeutung die Anzeige hat, wie sie eine Störung meldet und welche gefährlichen Arbeiten sie nicht eigenständig ausführen darf. Veraltete Daten oder ein Ausfall der Verbindung dürfen nicht als gültige Freigabe interpretiert werden.

Die systematische Fehleranalyse unterscheidet Beobachtung, Hypothese, sichere Prüfung, Ergebnis und Folgemaßnahme. Prüfe beispielsweise beim falschen GLT-Wert zuerst Sensoradresse, Datenpunktkonfiguration, Einheiten, Zeitstempel und Skalierung im Simulator; ohne weitere Belege ist ein Sensordefekt nicht nachgewiesen.

Vollständiger berufstypischer Modellfall

Auftrag, Modellannahmen und Planungsprodukt

Fiktiver Kundenauftrag KR-L14: Eine Kühlstelle soll in einem Lernmodell zwischen +2,0 °C und +4,0 °C geregelt werden. Ein Türkontakt erzeugt erst nach mehr als 60 Sekunden ununterbrochener Öffnung eine Meldung. Ein Druckmessumformer bildet 0–20 bar linear auf 4–20 mA ab. Eine simulierte Freigabe sperrt bei einem Schutzereignis die Kühlanforderung. Du sollst einen Funktionsplan, eine Datenpunktliste, Rechenwerte, einen Prüfbericht und eine kurze Kundeneinweisung erstellen. Es existiert keine reale angeschlossene Maschine.

Musterarbeitsprodukt 1 – Signalplan: Temperaturfühler → Kühlstellenregler → logisch verriegelte Kühlanforderung → simuliertes Stellglied → Kühlraum → Temperaturfühler. Parallel: Türkontakt → Modell-Zeitglied → Alarm; Drucktransmitter → Analogeingang → Skalierung → Anzeige; simuliertes Schutzsignal → sperrende Freigabelogik. Befehl, Betriebsstatus und Alarm werden getrennt protokolliert.

Messreihe, Berechnungen und Fehlerhypothesen

Zeit	Temperatur	Kühlanforderung	Türzustand	Druckstrom
09:00	4,4 °C	EIN	geschlossen	12,0 mA
09:05	3,6 °C	EIN	geschlossen	12,0 mA
09:10	2,0 °C	AUS	geschlossen	15,2 mA
09:15	2,5 °C	AUS	offen seit 30 s	15,2 mA
09:20	4,1 °C	EIN	offen seit 75 s	12,0 mA

Musterarbeitsprodukt 2 – Fachrechnung: 12,0 mA → (12 − 4) / 16 · 20 = 10,0 bar; 15,2 mA → (15,2 − 4) / 16 · 20 = 14,0 bar. Temperaturabfolge: EIN, EIN, AUS, AUS, EIN. Türmeldung bei 30 Sekunden noch AUS, bei 75 Sekunden EIN. Für den Druck ist kein zulässiger Betriebsschwellwert vorgegeben, daher darfst du ihn nicht selbst erfinden.

Gezielter Fehler: Die synthetische GLT meldet bei 12,0 mA einen Druck von 16,0 bar. Erwartet sind 10,0 bar, Differenz +6,0 bar. Mögliche Ursachen sind falsche Analogskalierung, fehlerhafte Datenpunktzuordnung, veralteter Wert oder eine falsche Einheit. Der erste sichere Schritt ist ein Datenvergleich in der Offline-Simulation, nicht die Verstellung einer Schutzarmatur.

Muster-Prüfprotokoll und begründetes Ergebnis

Prüffall	Sollwert oder Verhalten	Beobachtung	Fachliches Urteil
Temperaturschwelle oben	EIN bei mindestens 4,0 °C und Temperaturanstieg	4,4 °C EIN	bestanden
Temperaturschwelle unten	AUS bei höchstens 2,0 °C und Abkühlung	2,0 °C AUS	bestanden
Türmeldung	erst nach mehr als 60 s	30 s AUS, 75 s EIN	bestanden
Analogdruck	12,0 mA entsprechen 10,0 bar	GLT zeigt 16,0 bar	nicht bestanden
Sicherheitsrahmen	keine reale Freigabe oder Überbrückung	reine Simulation	eingehalten

Musterarbeitsprodukt 3 – Ergebnis und Übergabe: Die modellierte Temperatur- und Türlogik arbeitet gemäß den Annahmen. Die Druckanzeige ist wegen einer Abweichung von +6,0 bar nicht bestanden. Die Datenpunkt- und Skalierungskette muss im Lernmodell weiter geprüft werden. Es erfolgt keine reale Maschinenfreigabe. Der fiktiven Betreiberin wird erklärt, dass sie Störungen melden, aber weder elektrische Anlagen öffnen noch Schutzfunktionen selbst verändern darf.

Fachliches Bewertungsraster

Bereich	4 Punkte: sicher	2 Punkte: teilweise	0 Punkte: unzureichend
Funktionsschema	vollständig, Rückführung und Schutzlogik getrennt	kleinere Unklarheiten	wesentliche Stationen fehlen
Fachrechnen	beide Skalierungen, Hysterese und Einheiten richtig	ein Teilergebnis fehlerhaft	kein nachvollziehbarer Rechenweg
Fehlerdiagnose	mindestens drei plausible Hypothesen und sichere Prüfung	eine plausible Hypothese	unzulässiger Eingriff vorgeschlagen
Protokoll	alle Testfälle, Befunde und Einschränkungen klar	kleine Dokumentationslücken	Ergebnis nicht belegbar
Fachgespräch und Sicherheit	verständlich, zuständigkeitsbewusst, keine reale Freigabe	einzelne Hinweise fehlen	gefährliche Handlung freigegeben

Auswertung: Maximal 20 Punkte. 18–20 sehr sicher; 14–17 überwiegend sicher; 10–13 teilweise sicher; 0–9 gezielte Wiederholung erforderlich. Dieses Raster ist ausschließlich eine didaktische Bewertung, keine amtliche Prüfungsgewichtung.

Interaktive Aufgaben

Multiple-Choice-Fragen

Was kennzeichnet eine geschlossene Regelung? (Der gemessene Istwert wird fortlaufend zurückgeführt) (!Der Ausgangswert wird niemals gemessen) (!Der Sollwert ersetzt den Sensor) (!Eine Rückmeldung ist grundsätzlich verboten)

Rückmeldung: Nur mit dem rückgeführten Istwert kann der Regler die aktuelle Abweichung beurteilen.

Wann schaltet das vorgegebene Kühlmodell bei steigender Temperatur ein? (Ab 4,0 Grad Celsius) (!Schon bei 2,0 Grad Celsius) (!Immer bei 3,0 Grad Celsius unabhängig vom Zustand) (!Erst bei minus 4,0 Grad Celsius)

Rückmeldung: Die Einschaltschwelle ist hier ausdrücklich auf 4,0 Grad Celsius festgelegt.

Wie verhält sich der Widerstand eines typischen NTC bei steigender Temperatur? (Er nimmt ab) (!Er steigt immer linear) (!Er wird automatisch zum Digitalausgang) (!Er bleibt konstant)

Rückmeldung: Ein NTC hat einen negativen Temperaturkoeffizienten; die passende Kennlinie ist entscheidend.

Welcher Modelldruck entspricht 12 mA bei linearer Skalierung von 4 bis 20 mA auf 0 bis 20 bar? (10 bar) (!5 bar) (!12 bar) (!20 bar)

Rückmeldung: 12 mA liegt in der Mitte der Signalspanne; daher beträgt der Wert die Hälfte des Messbereichs.

Warum muss ein Frequenzumrichter zum Verdichter passen? (Weil Motoreignung und kältetechnische Betriebsgrenzen einzuhalten sind) (!Weil jede Drehzahl für jeden Verdichter erlaubt ist) (!Weil ein Umrichter jede Schutzeinrichtung ersetzt) (!Weil Öltransport keine Rolle spielt)

Rückmeldung: Der mögliche Drehzahlbereich ist Teil eines herstellergebundenen Anlagenkonzepts.

Welche Angabe gehört zur nachvollziehbaren Reglerparametrierung? (Alter und neuer Wert mit Geräteversion und Prüfergebnis) (!Nur ein unbeschrifteter Screenshot) (!Nur ein mündliches Versprechen) (!Nur die Farbe der Anzeige)

Rückmeldung: Parameteränderungen müssen mit Version, Zweck, Einheit und Ergebnis dokumentiert sein.

Welche Aussage zur SPS ist richtig? (Sie verarbeitet Eingänge anhand einer programmierten Logik) (!Sie braucht niemals Eingänge) (!Sie ersetzt stets vorgeschriebene unabhängige Schutzfunktionen) (!Sie kann nur mechanische Ventile enthalten)

Rückmeldung: Das SPS-Programm verarbeitet Eingangsgrößen; erforderliche Schutzfunktionen sind gesondert zu beurteilen.

Welche Aussage beschreibt einen möglichen Kommunikationsweg korrekt? (Modbus RTU kann auf einer RS-485-Verbindung laufen) (!RS-485 ist ein Temperaturwert) (!BACnet und Modbus sind stets dasselbe) (!Ein Bus benötigt keine Datenpunktdefinition)

Rückmeldung: Übertragungsmedium und Protokoll sind unterschiedliche Ebenen der Kommunikation.

Was ist bei falscher GLT-Druckanzeige im Modell zuerst sinnvoll? (Die Skalierung und Zuordnung des Datenpunkts prüfen) (!Sofort einen realen Druckschutz überbrücken) (!Die Anzeige ohne Vergleich übernehmen) (!Die Anlage ohne weitere Prüfung freigeben)

Rückmeldung: Beim Beispielstrom von 12 mA sind 10 bar zu erwarten; ein Anzeigeproblem muss eingegrenzt werden.

Welches Gesamturteil gilt für den simulierten Prüfbericht? (Temperatur und Türmeldung bestehen, die Druckanzeige nicht) (!Alle Prüffälle sind bestanden) (!Der Verdichter ist nachweislich defekt) (!Die reale Inbetriebnahme ist genehmigt)

Rückmeldung: Teilfunktionen dürfen unterschiedlich bewertet werden; die offene Druckabweichung verhindert ein vollständiges Bestehen.

Memory: Begriff und Funktion

Hysterese	Abstand zweier Umschaltschwellen
NTC	Widerstand sinkt gewöhnlich mit steigender Temperatur
Messumformer	Wandelt eine physikalische Größe in ein auswertbares Signal
Frequenzumrichter	Erzeugt eine beeinflussbare Motorspeisung
SPS	Führt programmierte Eingangs-Ausgangs-Logik aus
Gebäudeleittechnik	Stellt zentrale Messwerte, Trends und Meldungen bereit

Drag-and-drop: Komponenten zuordnen

Fachbegriff	Funktion im Modell
Temperaturfühler	Erfasst die thermische Regelgröße
Kühlstellenregler	Vergleicht Sollwert und Istwert
Freigabegatter	Verknüpft Anforderung mit Sperrbedingungen
Analogskalierung	Rechnet das Stromsignal in einen Druckwert um
Trendaufzeichnung	Speichert Zeitverläufe zur Diagnose

Kreuzworträtsel

Hysterese	Wie heißt die Differenz der beiden Umschaltschwellen?
Thermistor	Wie heißt ein temperaturabhängiger Widerstand?
Verdichter	Welche Maschine erhöht den Druck des Kältemitteldampfes?
Modbus	Welches Kommunikationsprotokoll existiert als RTU?
Sollwert	Wie heißt der vorgegebene Zielwert einer Regelung?
Frequenzumrichter	Wie heißt ein Gerät zur Veränderung der Motorspeisefrequenz?

LearningApps

Ergänzende Suchergebnisse sind vor Verwendung fachlich und lizenzrechtlich selbst zu prüfen.

Lückentext

Setze jeweils einen passenden Begriff oder Zahlenwert ein.

Bei einer Regelung wird der gemessene zurückgeführt.

Die Differenz der Schaltschwellen nennt man .

Ein üblicher NTC reagiert auf Erwärmung mit sinkendem .

Das Beispielstromsignal beginnt bei mA.

Bei 12 mA ergibt die lineare Modellskalierung bar.

Ein Antriebsregler zur Änderung der Speisefrequenz ist ein .

Die Abkürzung für speicherprogrammierbare Steuerung lautet .

Die Türmeldung benötigt im Modell einen .

Gebäudetechnische Trends lassen sich in der anzeigen.

Im Musterprüfbericht ist die nicht bestanden.

Offene Aufgaben

Die zwölf Aufgaben bestehen aus vier leichten, vier Standard- und vier schweren Aufgaben. Bearbeite ausschließlich Papiermodelle, Datensimulationen und dokumentarische Entwürfe. Gib Datenherkunft, Rechenweg, Einheiten und die Grenze deiner Bewertung an.

Leicht

1. Regelkreis: Erstelle ein beschriftetes Bild der Rückkopplung einer Kühlstelle. Musterkriterium: Sollwert, Sensor, Regler, Stellglied, Regelstrecke und Istwert sind erkennbar.
2. Temperatursensor: Vergleiche NTC, Pt100 und Türkontakt in einer Tabelle. Musterkriterium: Messgröße, Signalart und möglicher Fehler werden zutreffend benannt.
3. Hysterese: Zeichne zu den fünf Modelltemperaturen die EIN-/AUS-Zustände. Musterlösung: EIN, EIN, AUS, AUS, EIN.
4. Betriebssicherheit: Gestalte eine Sicherheits-Infokarte für die Simulation. Musterkriterium: keine Schutzüberbrückung, keine reale Freigabe, qualifizierte Anleitung.

Standard

1. Messumformer: Berechne für 4, 8, 12, 16 und 20 mA die zugehörigen Modellwerte. Musterlösung: 0, 5, 10, 15 und 20 bar mit Formel und Einheit.
2. Kühlstellenregler: Erstelle eine Funktionsmatrix für Temperatur, Türmeldung, Schutzfreigabe und ungültigen Fühler. Musterkriterium: eindeutige Signalbezeichnung, Sollreaktion und Prüfschritt.
3. Frequenzumrichter: Berechne den angenommenen Energievergleich über sechs Stunden. Musterlösung: 18,0 kWh gegenüber 14,4 kWh, Differenz 3,6 kWh, relativ 20 Prozent.
4. Fehlerdiagnose: Entwickle drei Hypothesen zur Abweichung der GLT-Druckanzeige und plane eine sichere Offline-Prüfung. Musterkriterium: Skalierung, Adressierung und Zeitstempel berücksichtigt.

Schwer

1. Speicherprogrammierbare Steuerung: Entwirf eine Zustandsmaschine mit Kühlen, Halten und Sperren. Musterkriterium: Übergänge und Verhalten bei ungültigem Signal sind begründet.
2. Gebäudeautomation: Entwickle eine Datenpunktliste mit Einheit, Zeitstempel, Zuständigkeit und Zugriffsrecht. Musterkriterium: Befehl und Status getrennt, Datenschutz erklärt.
3. Qualitätsmanagement: Schreibe einen nachvollziehbaren Prüfbericht mit simuliertem Kundengespräch zum Modellfall. Musterlösung: bestandene Temperatur- und Türfunktion, offener Druckanzeigefehler, keine reale Freigabe.
4. Energieeffizienz: Plane einen fairen Vorher-nachher-Vergleich bei gleichbleibender Kühlaufgabe. Musterkriterium: Betriebsdauer, Kühlleistung, Randbedingungen und Messunsicherheit berücksichtigt.

Lernkontrolle

1. Funktionsprüfung: Erkläre, warum eine bestandene Zweipunktregelung keine vollständige Anlagenfreigabe beweist. Lösungsmaßstab: Prozessfunktion, unabhängige Schutztechnik und weitere Prüfpunkte unterscheiden.
2. Analogsignal: Berechne für 15,2 mA den erwarteten Druck und die Abweichung zu einer Anzeige von 13 bar. Musterlösung: 14 bar erwartet; Anzeige 1 bar darunter.
3. Fehlereingrenzung: Begründe drei Hypothesen für eine um 0,8 K zu hohe Temperaturanzeige. Lösungsmaßstab: Fühler/Messort, Eingang/Kennlinie, Skalierung/Offset trennen.
4. Automatisierung: Beschreibe die Risiken bei Verlust einer Busverbindung und die fachlich zu klärende Reaktion. Lösungsmaßstab: Zeitstempel, Ausfallzustand, lokale Schutzfunktion.
5. Drehzahlregelung: Erläutere zwei Gründe, weshalb 20 Prozent Modelleinsparung keine allgemeine Verdichtereinsparung ist. Lösungsmaßstab: Messbedingungen und Betriebsgrenzen.
6. Kundeneinweisung: Entwerfe drei kurze Sätze zu Anzeige, Alarmmeldung und fachlicher Zuständigkeit. Lösungsmaßstab: verständlich und ohne Aufforderung zu gefährlichen Eingriffen.

Lernnachweis

Portfolio als Musterarbeitsprodukt: Funktionsplan, Tabelle der Signalarten, linearer Signalverlauf als Diagramm, Hysterese-Zustandstabelle, Funktionsmatrix, berechneter Energievergleich, unterschiedenes Prüf- und Fehlerprotokoll und ein schriftliches Fachgespräch. Jedes Produkt enthält synthetische Quellenangabe, Einheit, Bearbeitungsdatum, Version, Überprüfung und erkennbare Annahmen.

Muster-Abschlussformulierung: „Im Unterrichtsmodell verhalten sich Kühlanforderung und Türmeldung entsprechend den vorgegebenen Schaltschwellen und der Verzögerung. Die GLT-Druckanzeige von 16 bar weicht beim Stromwert 12 mA um +6 bar vom erwarteten Wert 10 bar ab. Der Fehler ist offen und die Skalierung beziehungsweise Datenpunktzuordnung muss geprüft werden. Eine reale Anlage wird nicht freigegeben.“

Für das Bewertungsraster aus Kapitel 5 gibt es insgesamt 20 didaktische Punkte. Selbst- und Partnerfeedback orientieren sich an technischer Richtigkeit, nachvollziehbaren Rechenwegen, Diagnosequalität, Sicherheit und adressatengerechter Kommunikation; fachlich-praktische Schlussfolgerungen prüft eine qualifizierte Lehrperson.

OER und Wikipedia

Verifizierte Fach- und Rechtsquellen:

• Kultusministerkonferenz: Rahmenlehrplan, Lernfeld 14.
• BIBB: Berufsprofil und Ausbildungsstruktur.
• Ausbildungsordnung KälteMechaAusbV.
• Wikipedia: Regelungstechnik und Wikipedia: SPS als ergänzende, selbst nachzuprüfende OER-Informationen.
• Danfoss: Fachanimationen zu kältetechnischen Ventilen, Herstellerinformation ohne pauschale OER-Lizenz.

Wikimedia-Commons-Medien: Die angegebenen konkreten Dateiseiten, Urheber und Lizenzangaben wurden geprüft. Die Bilder sind erklärende Darstellungen, keine anlagenspezifischen Schaltpläne. Änderungen und Weitergaben richten sich nach der jeweiligen Lizenz.

Geprüfte Videoquellen: Die Originalvideos sind fremdsprachige YouTube-Lernmedien. Ihre Einbettung ist keine Behauptung einer offenen Wiederverwendungslizenz; für Downloads oder Bearbeitungen wären eigenständige Rechte erforderlich.

Original-URL im Kurs	Quelle und Inhalt	Anbieter	Rechteinformation
https://www.youtube.com/watch?v=yEPe7RDtkgo	Variable Frequency Drives Explained, 2020	The Engineering Mindset	Urheberrechtsregeln von YouTube; keine OER-Freigabe behauptet
https://www.youtube.com/watch?v=LqUEIMl6bBM	Electronic expansion valve, 2021	The Engineering Mindset	Urheberrechtsregeln von YouTube; keine OER-Freigabe behauptet

Offener Wikipedia-Lesetext:

Verknüpfte Lernbereiche

Berufsportal Kältetechnik Kompressionskältemaschine Wärmepumpe Elektrotechnik Drehstrom Frequenzumrichter Elektromagnetische Verträglichkeit Mess- und Regelungstechnik Regelkreis Temperatursensor Hysterese Automatisierungstechnik Speicherprogrammierbare Steuerung Modbus Gebäudeautomation Berufliche Handlungskompetenz Fehlerdiagnose Qualitätsmanagement Energieeffizienz

Benachbarte Lernfelder: Lernfeld 9 zu elektromechanischen Steuerungen, Lernfeld 11 zu Wärmeaustauschern und Drosselorganen, Lernfeld 12 zu Verdichtern, Lernfeld 13 zum Dreiphasennetz und Lernfeld 17 zur Instandhaltung vertiefen diese Inhalte. Die Verfügbarkeit einzelner Fachübungsseiten muss im Wiki geprüft werden; eine Themenverknüpfung behauptet keine bereits erfolgte Veröffentlichung.

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