Teil 4 von 6⏱ 12 hSprint 3 · Meilenstein M3

Band 4.3 und Band 5.3 laufen mit derselben Frequenz, und trotzdem stoßen an der Zusammenführung 4/5 die Wannen. Voll beladen läuft das Steigband langsamer als leer. In diesem Teil findest du heraus, weshalb, stellst die Drehzahl mit dem Umrichter ein und entscheidest mit Begründung, ob gesteuert oder geregelt wird.

Schritt 1 von 5. Du liest die Lage an der Zusammenführung 4/5, siehst dir die beiden Szenen an und planst mit deinem Team den Weg bis Meilenstein M3.

Danach: Lernangebot 6 · Drehzahl steuern mit dem Umrichter

Agil arbeiten · Sprint 3

Eure Storycard für Teil 4

Druckt sie doppelseitig aus, bevor ihr loslegt. Im Planning schreibt ihr euer Sprintziel in eigenen Worten auf und ergänzt eigene Kriterien. Am Ende prüft das andere Team gegen die Akzeptanzbedingungen, danach haltet ihr eure Retrospektive.

1 Planning2 Arbeiten mit Daily3 Review4 Retrospektive

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Das lernst du in Teil 4

FrequenzumrichterSchlupfSteuerketteRegelkreisFührungsgrößeRegelgrößeStörgröße

Lernangebot 6 · Drehzahl steuern mit dem Umrichter →Lernangebot 7 · Der Regelkreis am Band →

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Steuern stellt ein und hofft. Regeln misst nach und korrigiert.

Check-in: Wo ist dir das schon begegnet?

Klick bei jedem Punkt an, wo er dir schon begegnet ist: im Betrieb, privat oder in einem früheren Lernfeld. Das ist keine Bewertung.

Wozu der Check-in?

Hier stehen die Punkte, um die es in diesem Teil geht. Es geht nicht darum, was du dir zutraust, sondern darum, wo dir das schon begegnet ist: im Betrieb, privat oder in einem früheren Lernfeld. Hast du schon einmal an einem Umrichter eine Frequenz eingestellt, an einer Pumpe, einem Lüfter oder einem Förderband im Betrieb? Oder einen Tempomat erlebt, der am Berg nachregelt? Das zählt. Der Check-in ist keine Bewertung. Er hilft dir bei der Planung, und am Ende des Teils siehst du in deinem Kompetenzmodell, was sich verschoben hat.

Darum geht es

Als Elektronikerin oder Elektroniker für Betriebstechnik möchte ich den Antrieb des Steigbands 4.3 auf einen Umrichter umstellen, ihn herstellerneutral parametrieren und begründen, ob eine gesteuerte Drehzahl genügt oder ein Drehzahlregelkreis nötig ist, damit jede Wanne an der Zusammenführung 4/5 ihre Lücke trifft, ganz gleich, wie schwer die Koffer sind.

Übersichtsplan von Abschnitt 4 im Gepäckkeller von Terminal 3 als Schema von oben. Links laufen die Check-in-Linien 1 und 2 auf das Sammelband 4.0, danach folgen die Zuführbänder 4.1 und 4.2 und das Steigband 4.3 mit 14 m und 10 Grad, alle mit Förderrichtung nach rechts. Das Kurvenband 4.4 dreht um 90 Grad nach unten, das Beschleunigerband 4.5 mündet an der Zusammenführung 4/5 in den Wannenstrom von Band 5.3 aus Abschnitt 5. Dahinter schiebt der Ausschleuser 4.7 Wannen auf die Rutsche zu Gate B, an ihrem Ende läuft das Rutschenband 4.6 vor und zurück. Rechts die Übergabe an die Sortierung, oben rechts grau die übrigen Bänder 4.8 bis 4.20, die nicht zum Auftrag gehören. Jeder Antrieb ist als Motor gezeichnet, an den Übergängen sitzen Lichtschranken. Links unten die Unterverteilung UV-K4 mit der Einspeisung TN-S 400/230 V 50 Hz. Hervorgehoben ist der Weg einer Wanne von Band 4.3 über 4.4 und 4.5 bis in eine Lücke im Wannenstrom von 5.3. Die Lichtschranken B1 am Einlauf und B2 am Auslauf von 4.3 sind gekennzeichnet, an 4.3 ist der Platz für den neuen Umrichter gestrichelt, mit einer Leitung aus der UV-K4.Abschnitt 4 im Gepäckkeller von Terminal 3Schema von oben · hervorgehoben: der Weg einer Wanne von 4.3 bis in die LückeCheck-in 1Check-in 24.04.14.24.34.44.55.3aus Abschnitt 514 m, 10°4.74.6Gate BRutschezu Gate Bzur SortierungZusammenführung 4/5M3~M3~M3~M3~M3~M3~M3~UV-K4UnterverteilungEinspeisungTN-S 400/230 V 50 Hz4.8 bis 4.20: übrigeBänder und Weichen-B1-B2UmrichterPlatz für den neuen Umrichter von 4.3LückeSo liest du den PlanWeg der WanneBänder des Abschnitts 44.8 bis 4.20: nicht Teil des AuftragsNachbaranlagen: Check-in, Abschnitt 5Lichtschranke4.0 Sammelband4.1, 4.2 Zuführbänder4.3 Steigband4.4 Kurvenband, 90°4.5 Beschleunigerband4.6 Rutschenband4.7 AusschleuserEigene Darstellung für den Unterricht.
Übersichtsplan Abschnitt 4 im Gepäckkeller von Terminal 3 als Schema von oben: das Sammelband 4.0 mit den beiden Check-in-Linien, die Zuführbänder 4.1 und 4.2, das Steigband 4.3 mit 14 m Länge und 10° Steigung, das Kurvenband 4.4, das Beschleunigerband 4.5 und die Zusammenführung 4/5, an der die Wannen aus Abschnitt 4 in die Lücken des Wannenstroms von Band 5.3 einfädeln. Markiert sind die Lichtschranken -B1 und -B2, die Unterverteilung UV-K4 und der Platz für den neuen Umrichter von Band 4.3. Hervorgehoben ist der Weg einer Wanne von Band 4.3 bis in die Lücke. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Die Lage an der Zusammenführung 4/5

Die Gepäcklogistik meldet: In der Spitzenstunde stoßen an der Zusammenführung 4/5 immer wieder Wannen zusammen, oder eine Wanne kommt zu spät, und die Lücke im Strom von Band 5.3 ist schon vorbei. Die Elektrowerkstatt hat nachgesehen: Band 4.3 und Band 5.3 laufen beide fest mit 50 Hz. Die Meisterin der Elektrowerkstatt hat mit dem Handdrehzahlmesser nachgemessen: Voll beladen läuft 4.3 langsamer als leer. „Am Tor hat Steuern genügt. Ob es am Band auch genügt, findet ihr heraus“, sagt sie. „Und findet heraus, weshalb das volle Band langsamer läuft. Band 4.3 bekommt ohnehin einen Umrichter. Ob gesteuert oder geregelt wird, entscheidet ihr, mit Begründung.“ Das Ergebnis ist Meilenstein M3, das Regelkonzept: Es enthält eure Begründung auch dann, wenn ihr euch für eine Steuerung entscheidet.

Das kennst du schon aus Lernfeld 3, Lernfeld 4 und Teil 1

Kennst du schon aus Lernfeld 3: Am Tor 4 hast du Steuern und Regeln unterschieden und eine Steuerkette gelesen. Kennst du schon aus Lernfeld 4: den Werkstattrechner, mit dem du jetzt den Umrichter parametrierst und die Parameterliste dokumentierst. Und aus Teil 1: die Steuerkette des Steigbands. In diesem Teil prüfst du, ob aus ihr ein Regelkreis werden muss.

So sieht es an der Zusammenführung aus

Zweimal dieselbe Einstellung, zweimal ein anderes Ergebnis. Sieh genau hin, was sich zwischen den beiden Durchläufen ändert und was gleich bleibt.

Die bewegte Vorschau braucht JavaScript. Alle Angaben dazu stehen im Auftrag und in den gegebenen Werten der Lernangebote.

Größen in Steuerkette und Regelkreis

Diese fünf Zeichen begleiten dich durch den ganzen Teil.

Zeichen Im Regelkreis In der Steuerkette Am Steigband 4.3 Wo du es in Teil 4 brauchst
w Führungsgröße Eingangsgröße (Führungsgröße) Solldrehzahl des Motors in 1/min, von der Anlagensteuerung -K1 an den Umrichter -T1 Lernangebot 6 und 7
x Regelgröße Ausgangsgröße Drehzahl der Motorwelle in 1/min; die Bandgeschwindigkeit v folgt daraus über Getriebe und Trommel Lernangebot 6 und 7
r Rückführgröße gibt es nicht Signal des Drehgebers -B3, das x abbildet Lernangebot 7
e Regeldifferenz, e = w − r gibt es nicht was der Regler ausgleichen soll Lernangebot 7
yR Reglerausgangsgröße gibt es nicht Stellsignal vom Drehzahlregler an den Leistungsteil des Umrichters -T1 Lernangebot 7
y Stellgröße Stellgröße Frequenz und Spannung am Motor, Ausgang des Umrichters -T1 Lernangebot 6 und 7
z Störgröße Störgröße Kofferlast, Steigung, Reibung Lernangebot 6 und 7
So liest du die Leiste, und wo die ausführliche Karte steht

Karte „Größen im Regelkreis“: Die ausführliche Fassung mit Wirkungsplan steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“ unter „Bevor du loslegst“. Die Leiste hier ist derselbe Inhalt in kurz, mit denselben Zeichen und denselben Farben in allen Bildern dieses Teils, und sie stellt Steuerkette und Regelkreis nebeneinander.

Um diese Größen geht es in diesem Teil. Du triffst sie in jeder Lektion wieder, immer in derselben Leiste. Die Spalte „In der Steuerkette“ zeigt, was davon es auch ohne Messung gibt; so heißt es in Teil 1 und in Lernangebot 6.

Die Glieder der Steuerkette: Steuereinrichtung = gibt die Eingangsgröße als Befehl oder Sollwert weiter · Stellglied = greift mit y in die Steuerstrecke ein · Steuerstrecke = der Teil der Anlage, aus dem die Ausgangsgröße x kommt und auf den z wirkt. Der Wirkungsablauf ist offen, nichts läuft zurück.

Die Glieder im Regelkreis: Regelstrecke = der Teil der Anlage, in dem die Regelgröße x entsteht und auf den z wirkt · Messglied = erfasst x und liefert r · Regeleinrichtung = bildet e und daraus yR · Stellglied = greift mit y in die Regelstrecke ein. Der Wirkungsablauf ist geschlossen. Welches Bauteil am Band welches Glied ist, findest du in Aufgabe 7.2 heraus.

Die zweite Szene zeigt, wie diese Größen in einem Regelkreis am Band zusammenwirken würden, wenn das leere Band schlagartig voll belegt wird. Noch ohne Zahlen: Welche Größe ändert sich zuerst, welche zuletzt?

Die bewegte Vorschau braucht JavaScript. Alle Angaben dazu stehen im Auftrag und in den gegebenen Werten der Lernangebote.

Der Antrieb, um den es geht

Fest steht: Band 4.3 bekommt einen Umrichter -T1. Sein Eingang für ein Messsignal ist frei. Ob dort später ein Drehgeber angeschlossen wird, ob der Umrichter den Schlupf aus dem Strom schätzt oder ob gesteuert bleibt, entscheidet ihr. Was der Umrichter im Inneren tut und welche Größe auf welcher Leitung läuft, findest du in den beiden Lernangeboten heraus.

Strukturbild des künftigen Antriebs von Steigband 4.3: von links nach rechts mit kräftigen Pfeilen für den Energiefluss die Unterverteilung UV-K4 mit 400/230 V, der Leitungsschutz F1, der Frequenzumrichter T1, der Motor M1 als Kreis, das Getriebe mit i = 10,8, die Antriebstrommel mit 200 mm und das Band mit den Wannen. Über dem Umrichter die Anlagensteuerung K1, von ihr eine dünne gestrichelte Signalleitung Sollwert nach unten zum Umrichter. Unten am Umrichter ein freier Anschluss Eingang Messsignal ohne Leitung. Größen sind nicht eingetragen.Steigband 4.3 · Strukturbild des künftigen AntriebsEnergie fließt von links nach rechts, Signale laufen dünn und gestricheltUV-K4400/230 VLeitungs-schutz-F1Frequenz-umrichter-T1M3~-M1Getriebei = 10,8Trommel200 mmGurt mitWannenEingang MesssignalAnlagen-steuerung-K1SollwertEnergieflussSignalflussEigene Darstellung für den Unterricht.
Strukturbild des künftigen Antriebs Steigband 4.3: Unterverteilung UV-K4, Leitungsschutz, Frequenzumrichter -T1, Motor -M1, Getriebe, Antriebstrommel, Gurt mit Wannen, darüber die Anlagensteuerung -K1 mit dem Sollwert an -T1. Die Energie fließt von links nach rechts. Am Umrichter ist ein Eingang für ein Messsignal frei. Größen sind noch nicht eingetragen. Eigene Darstellung für den Unterricht.

Erst schätzen, dann arbeiten

Eine Wanne fährt in der Spitzenstunde über das voll belegte Steigband 4.3, eine andere nachts über das fast leere. Beide Male steht der Antrieb auf 50 Hz. Die Fahrt über die 14 m dauert rund 10 s. Um wie viel liegt die Wanne vom vollen Band oben weiter zurück als die vom leeren: eine Fingerbreite, eine Handbreite, eine Armlänge oder mehr? Schreib deine Schätzung auf, bevor du rechnest. In Lernangebot 7 rechnest du nach.

Dein Weg in 12 Schritten

1Auftrag klären
2Das Stellglied verstehen
3Drehzahl und Schlupf rechnen
4Die U/f-Kennlinie zeichnen
5Die neue Geschwindigkeit prüfen
6Parametrieren
7Die Größen am Band finden
8Nachrechnen
9Das Regelverhalten lesen
10Entscheiden
11Kreuzreview M3
12Ergebnis sichern

Kursmaterial · Storycard

Die Storycard zu Teil 4. Zwei Seiten: vorne Story, Akzeptanzbedingungen, Sprintziel und „Die Lage ändert sich“, hinten Anschluss, Kompetenzmodell und Retrospektive. Druck sie doppelseitig aus und leg sie neben das Tabellenbuch.

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Mehr zu diesem Teil

Dein Weg im Einzelnen
  1. Auftrag klären
    Lies die Lage an der Zusammenführung 4/5, sieh dir beide Szenen an und schreib auf, was ihr noch nicht erklären könnt.
  2. Das Stellglied verstehen
    Erschließe den Aufbau des Umrichters und zeichne ihn als Blockschaltbild.
  3. Drehzahl und Schlupf rechnen
    Berechne Synchrondrehzahl und Schlupf des Motors von Band 4.3.
  4. Die U/f-Kennlinie zeichnen
    Zeichne die Kennlinie und kläre, was oberhalb von 50 Hz geschieht.
  5. Die neue Geschwindigkeit prüfen
    Berechne die Frequenz für 1,6 m/s und prüfe, ob der Motor das schafft.
  6. Parametrieren
    Stelle die Parameterliste auf und zeichne den Wirkungsplan der Drehzahlsteuerung.
  7. Die Größen am Band finden
    Ordne die Größen des Regelkreises den Dingen am Band zu und zeichne den Regelkreis, wie er am Band aussähe.
  8. Nachrechnen
    Berechne, wie weit eine Wanne vom vollen Band gegenüber einer vom leeren zurückfällt, und vergleiche mit der Toleranz.
  9. Das Regelverhalten lesen
    Deute die Sprungantwort und vergleiche P- und PI-Regler.
  10. Entscheiden
    Entscheidet für Band 4.3 und für jeden anderen Antrieb des Abschnitts: Steuerung genügt oder Regelung nötig.
  11. Kreuzreview M3
    Stellt euer Regelkonzept mit eurer Entscheidung einem anderen Team vor und lasst es abnehmen. Die Projektleitung zeichnet ab.
  12. Ergebnis sichern
    Wissensspeicher-Blatt ausfüllen, drei Prüffragen für die Expertenrunde vorbereiten.
Fertig bist du, wenn …

Das Arbeitspaket gilt erst als fertig, wenn ein anderes Team im Kreuzreview alle Punkte abnimmt und die Projektleitung abzeichnet (Meilenstein M3):

  • Das Blockschaltbild des Umrichters zeigt Gleichrichter, Zwischenkreis und Wechselrichter mit der Form der Spannung an jeder Schnittstelle.
  • Die Parameterliste für Steigband 4.3 ist herstellerneutral und vollständig: Motordaten, Minimal- und Maximalfrequenz, Hochlauf- und Rücklaufzeit, U/f-Kennlinie, Schlupfausgleich; jeder Wert mit Einheit, Quelle und Begründung.
  • Die Frequenz für 1,6 m/s ist mit Formel, Werten und Einheit berechnet, und es ist geprüft, ob der Motor dabei das Moment der vollen Belegung aufbringt.
  • Der Wirkungsplan der Drehzahlsteuerung zeigt als Steuerkette Eingangsgröße, Stellgröße, Ausgangsgröße und Störgröße mit Steuereinrichtung, Stellglied und Steuerstrecke.
  • Der Wirkungsplan des Drehzahlregelkreises Steigband 4.3 zeigt w, x, r, e, y und z und die Glieder Regelstrecke, Messglied, Regeleinrichtung und Stellglied, und jede Größe ist auch am Band eingetragen.
  • Die Kennlinie Drehzahl über Last ist gesteuert und geregelt gezeichnet, der Versatz an der Zusammenführung 4/5 ist berechnet und mit der Toleranz verglichen.
  • Die Sprungantwort ist gedeutet: Überschwingen, Ausregelzeit und bleibende Regelabweichung sind abgelesen, P- und PI-Regler sind verglichen.
  • Für Band 4.3 ist begründet entschieden, ob gesteuert oder geregelt wird, bei einer Regelung mit Messglied und Reglertyp.
  • Für jeden Antrieb des Abschnitts steht „Steuerung genügt“ oder „Regelung nötig“, jeweils mit Begründung.
  • Das Regelkonzept (Meilenstein M3) aus Parameterliste, Wirkungsplänen und Entscheidung ist im Kreuzreview von einem anderen Team abgenommen und von der Projektleitung abgezeichnet (Meilenstein M3).
  • Das Wissensspeicher-Blatt ist vollständig; drei Prüffragen liegen vor.
Das brauchst du dafür
  • Den abgezeichneten Projektauftrag und die Anlagendaten, besonders die Angaben zum Steigband 4.3 und zur Zusammenführung 4/5
  • Dein Lastdatenblatt aus Teil 1 und das Kennblatt des Motors aus Teil 2
  • Lernangebot 6 (Drehzahl steuern mit dem Umrichter) und Lernangebot 7 (Der Regelkreis am Band)
  • Die Karte „Größen im Regelkreis“ aus dem Wissensspeicher
  • Tabellenbuch Elektrotechnik, Taschenrechner und den Werkstattrechner aus Lernfeld 4 für Parameterliste und Wirkungsplan
  • Die Wissensspeicher-Vorlage
Das kommt in deinen Wissensspeicher

Ein Blatt „Drehzahl im Griff“: der Umrichter im Blockschaltbild, die Formeln für Synchrondrehzahl und Schlupf, die U/f-Kennlinie, eure Parameterliste in Kurzform, der Wirkungsplan des Regelkreises mit allen Größen, die Kennlinie gesteuert und geregelt und eure Entscheidung je Antrieb. Die Karte „Größen im Regelkreis“ ergänzt ihr um eure Werte vom Steigband 4.3, für die Steuerkette und für den Regelkreis.

Zusätzlich: drei Prüffragen für die Expertenrunde formulieren, eine Wissensfrage, eine Rechenfrage, eine Begründungsfrage.

Für Lehrkräfte
Für Lehrkräfte: Sprint 3 · 12 h · Meilenstein M3 mit Kreuzreview · Stunden als Vorschlag: Auftrag und Szenen 1 h, Lernangebot 6 4 h, Lernangebot 7 5 h, Rechenwege, Kontrolle und Kreuzreview 2 h. Lernziele: 4.1 Aufbau und Wirkungsweise des Frequenzumrichters als Stellglied beschreiben; 4.2 Drehzahl aus Frequenz, Polpaarzahl und Schlupf berechnen und einen Umrichter herstellerneutral parametrieren; 4.3 die Größen des Regelkreises benennen und am Band zeigen; 4.4 Steuern und Regeln begründet unterscheiden und je Antrieb entscheiden; 4.5 eine Sprungantwort deuten. Prüfungsbezug nach der Verordnung über die Berufsausbildung in den industriellen Elektroberufen vom 24.07.2007, geändert 2018: LF 8 ist prüfungsrelevant für Teil 2 der Abschlussprüfung der Elektroniker für Betriebstechnik, Prüfungsbereiche Arbeitsauftrag, Systementwurf sowie Funktions- und Systemanalyse; Teil 1 bezieht sich auf LF 1 bis 6. Wiederholung aus Lernfeld 3 (Steuern und Regeln am Tor 4) ist gewollt. Der Regelkreis geht über den Rahmenlehrplan hinaus: Er vertieft „Drehzahlsteuerung“ und „Stellglieder“; die Reglereinstellung bleibt Lernfeld 11 vorbehalten, sag das den Teams offen. Offen ist, ob die Teams Band 4.3 steuern oder regeln, wie sie die Drehzahl erfassen und welche Antriebe sie außerdem regeln wollen. Treffen alle Teams dieselbe Entscheidung, ist die Offenheit unterwegs verloren gegangen; frag dann nach der Begründung, nicht nach dem Ergebnis. Alle Werte sind Unterrichtswerte. Die Szenen zeigen im Auftrag keine Zahlen, erst in der Lösungslektion.