Darf die KI den Einklemmschutz einstellen?
Ein Kollege aus dem Partnerteam hat den Antrieb einer Bahnsteigtür von einem Chatbot auslegen lassen: Servomotor SV3, Momentgrenze 0,833 Nm, Singleturn-Absolutwertgeber. Der Vorschlag soll so in das Positionier- und Türkonzept für den Kreuzreview M3. An der Tür stehen Fahrgäste. Bevor die Momentgrenze in den Servoregler -TA11 kommt, prüfst du die Auslegung mit deinen Rechnungen aus Lernangebot 8.
Erst du: Macht ein größerer Servomotor die Bahnsteigtür sicherer?
Die KI wählt den größten Motor aus dem Katalog, „weil Reserve nie schadet“.
Deine Aufgaben
1Lass die KI auslegen10 min
Gib dem Chatbot der Schule genau diesen Auftrag. Sichere die Antwort im Wissensspeicher.
Kein Chatbot an deiner Schule freigegeben? Prüf diese Antwort
Geschwindigkeit: v = 0,95 m geteilt durch 2,5 s = 0,38 m/s. Beschleunigung in einem Drittel der Zeit: a = 0,38 m/s geteilt durch 0,833 s = 0,456 m/s².
Kraft: F = 55 kg · 0,456 m/s² + 40 N = 65,1 N. Moment am Ritzel: 65,1 N · 0,025 m = 1,63 Nm. Am Motor:
Drehzahl am Motor: 5 · 145,1 min⁻¹ = 725,7 min⁻¹. Leistung: P = M · n = 0,362 Nm · 725,7 min⁻¹ = 262 W.
Empfehlung: Servomotor 0,4 kW. Bei 262 W ist das der einzige mit ausreichender Reserve, und Reserve schadet bei Sicherheitsanwendungen nie.
Geber: Ein Singleturn-Absolutwertgeber genügt, er kennt die Lage nach dem Einschalten sofort, eine Referenzfahrt entfällt. Die kinetische Energie beträgt nur 4,0 J.
- Markiere in der Antwort jede Annahme der KI mit dem Textmarker.
- Notiere: Welche Werte betreffen die Sicherheit der Fahrgäste? Welche davon würdest du ungeprüft in den Servoregler -TA11 übernehmen?
2Prüf das Bewegungsprofil15 min
- Rechne mit den Werten der KI nach: Welchen Weg fährt ein Trapez mit vmax = 0,38 m/s in 2,5 s?
- Berechne vmax und a für das Trapez richtig. Vergleiche mit deinem Ergebnis aus Aufgabe 8.7.
- Prüfe die Leistung der KI: Welche Einheit muss die Drehzahl in P = M · ω haben?
3Prüf die Momentgrenze15 min
- Die KI teilt bei der Momentgrenze durch den Wirkungsgrad. Was bedeutet das, wenn das Getriebe besser läuft als 0,9? Stell in der Szene 0,833 Nm ein und schiebe den Wirkungsgrad auf 1,0.
- Berechne die Momentgrenze auf der sicheren Seite.
- Prüfe für den Winter mit 80 N Reibung: Reicht deine Momentgrenze noch zum Schließen?
4Finde die Fehler der KI15 min
Lege die Antwort aus Aufgabe 1 neben deine Lösungen zu 8.7 und 8.8.
| Prüfpunkt | KI | du |
|---|---|---|
| Trapezprofil: Stimmt der Weg? | ||
| Leistung: Einheiten richtig? | ||
| Momentgrenze: sichere Seite? | ||
| Motorwahl: Was passiert, wenn die Grenze versagt? | ||
| Geber: Wie viele Motorumdrehungen braucht der Türweg? | ||
| Winter mit 80 N Reibung beachtet? |
Ordne jeden Fehler ein: Rechenfehler, falsche Annahme, fehlende Information oder nicht belegt? Markiere die Fehler, die Fahrgäste gefährden.
5Prüf die Motorwahl in der Szene15 min
Du hast oben noch keine Vermutung abgegeben.
- Stell 0,750 Nm und Wirkungsgrad 0,9 ein. Schalte nacheinander SV1, SV2 und SV3. Notiere die Kraft am Hindernis, wenn die Momentgrenze versagt.
- Schiebe die Reibung auf 80 N. Bei welchem Motor wird das Spitzenmoment knapp?
- Entscheidet euch für Motor, Momentgrenze und Geber. Welche zweite Schutzmaßnahme gehört an die Schließkante?
6Befund an das Partnerteam10 min
- Schreib drei Sätze für den Kreuzreview M3: Welche Werte aus der KI-Auslegung gelten nicht? Welche gelten stattdessen? Was hätte das für Fahrgäste bedeutet?
- Schreib einen Satz, wer für eine Sicherheitsfunktion verantwortlich bleibt, wenn eine KI den Wert vorgeschlagen hat.
- Setz unter euren Befund den KI-Vermerk aus dem KI-Führerschein: wofür ihr die KI genutzt habt und was ihr geprüft habt.
Rechenwege und Lösungen
Erst rechnen, dann aufklappen. Auf eltutor.de liegt hier der Stift mit Textmarker und Radierer.
2Profil und LeistungLösung
Die KI rechnet die Durchschnittsgeschwindigkeit, nicht die Höchstgeschwindigkeit des Trapezes. Ihre Tür käme nach 2,5 s nur 0,63 m weit. In P = M · n setzt sie n in min⁻¹ ein statt ω in s⁻¹. Mit ihren eigenen Werten wären es 0,362 Nm · 2π · 725,7 geteilt durch 60 s = 27 W, nicht 262 W.
3Momentgrenze auf der sicheren SeiteLösung
Wer durch η teilt, verlässt sich darauf, dass das Getriebe Verluste hat. Läuft es besser, drückt der Flügel fester. Bei einer Grenzkraft rechnet man deshalb ohne Wirkungsgrad. Im Winter reicht 0,75 Nm zum Schließen, die Reserve ist mit 15 % aber klein. Die Grenze gilt nur für das Schließen, das Öffnen darf mehr.
4Die Fehler der KILösung
- Falsche Annahme, Profil: v = s geteilt durch T gilt für konstante Geschwindigkeit. Im Trapez fährt der Flügel im Mittel nur zwei Drittel von vmax. Alle Werte danach sind zu klein: Moment 0,362 statt 0,431 Nm, Drehzahl 726 statt 1 089 min⁻¹, kinetische Energie 4,0 statt 8,9 J.
- Rechenfehler, Leistung: P = M · n mit n in min⁻¹ ergibt keine Watt. Richtig ist P = M · 2π · n mit n in s⁻¹. Der Fehler macht aus 27 W ganze 262 W und treibt die Motorwahl.
- Falsche Annahme, Sicherheit: „Reserve schadet nie“ gilt bei einer Tür nicht. Versagt die Momentgrenze, drückt SV3 mit bis zu 688 N, SV2 mit 344 N, SV1 mit 171 N. Ein größerer Motor ist kein Sicherheitsgewinn.
- Falsche Annahme, Momentgrenze: Geteilt durch η = 0,9 liegt die Grenze bei 0,833 Nm. Läuft das Getriebe besser, drückt der Flügel bis 167 N. Auf der sicheren Seite sind es 0,75 Nm.
- Fehlende Information, Geber: Der Türweg braucht 0,95 m geteilt durch (π · 0,05 m) mal 5 = 30,2 Motorumdrehungen. Ein Singleturn-Geber kennt nur eine davon. Es braucht einen Multiturn-Absolutwertgeber.
- Fehlende Information, Winter: Die 80 N Reibung im Winter kommen nicht vor. Mit der richtigen Rechnung braucht der Antrieb dann 0,653 Nm.
- Nicht belegt: Die Momentgrenze als Sicherheitsfunktion (sicher begrenztes Moment nach DIN EN 61800-5-2) und eine Kontaktleiste an der Schließkante nennt die KI gar nicht.
5Motorwahl und SchutzLösung
| Motor | Mmax | Reserve im Winter | Kraft, wenn die Grenze versagt |
|---|---|---|---|
| SV1 0,1 kW | 0,95 Nm | 45 % | 171 N |
| SV2 0,2 kW | 1,91 Nm | 192 % | 344 N |
| SV3 0,4 kW (KI) | 3,82 Nm | 485 % | 688 N |
Musterlösung wie in Lernangebot 8: SV2 mit Multiturn-Absolutwertgeber, Momentgrenze 0,75 Nm beim Schließen als Sicherheitsfunktion, dazu eine Kontaktleiste an der Schließkante. Tragfähig ist auch SV1, wenn das Team die kleine Reserve im Winter bewusst in Kauf nimmt. SV3 ist nicht falsch dimensioniert, aber im Fehlerfall der gefährlichste.
So setzt du den Baustein ein
Eine eigene Lektion zu 90 Minuten am Ende von Teil 5, wenn die Aufgaben 8.7 und 8.8 gerechnet sind und das Positionier- und Türkonzept in den Kreuzreview M3 geht. Die Lernenden brauchen den KI-Führerschein Teil 2 nicht vorher, er hilft aber bei Aufgabe 4.
Ohne freigegebenen Chatbot
Solange an deiner Schule kein Chatbot freigegeben ist, nutzen die Lernenden in Aufgabe 1 die fertige Antwort unter dem Auftrag. Sie ist typisch: flüssig, mit Formeln und einer Empfehlung, die vernünftig klingt. Ein falsches Profil, ein Einheitenfehler und ein Satz über Reserve führen zusammen zum gefährlichsten Motor. Genau daran lernen die Lernenden, dass Werte für eine Sicherheitsfunktion nie ungeprüft aus einer KI übernommen werden.
Laborvorschlag
Servoachse oder Linearachse der Schule mit Momentbegrenzung im Servoregler. Eine Federwaage oder ein Kraftmessgerät als Hindernis in den Fahrweg stellen, erst mit einem eingestellten Grenzmoment, das durch η geteilt ist, dann ohne. Die Lernenden messen die Kraft am Hindernis und vergleichen mit ihrer Rechnung. Achtung: mit kleinen Kräften und Schutzabdeckung arbeiten, keine Hände in den Fahrweg.
Woran du gute Ergebnisse erkennst
- Das Profil wird über den Weg geprüft, nicht nur über die Formel.
- Der Einheitenfehler in P = M · n wird gefunden und mit ω korrigiert.
- Die Momentgrenze wird ohne Wirkungsgrad auf der sicheren Seite gerechnet.
- Die Motorwahl wird auch mit dem Fehlerfall begründet, nicht nur mit Reserve.
- Der Befund nennt, wer für die Sicherheitsfunktion verantwortlich ist, und trägt den KI-Vermerk.
Typische Lücke: Die Lernenden finden die Rechenfehler, übernehmen aber die Empfehlung „großer Motor“. Frag nach: Was drückt der Flügel, wenn die Momentgrenze ausfällt?
Abdeckung KMK-Kompetenzrahmen KI
Schwerpunkt 4.2.1 Sicherheit: Die Lernenden erkennen, dass KI-Vorschläge zu sicherheitsrelevanten Einstellungen Fehler mit Folgen für Menschen enthalten können, prüfen sie mit Fachmitteln und behalten die Verantwortung für die Sicherheitsfunktion bei der Fachkraft. Nebenbei Prüfen und belegen aus dem KI-Führerschein Teil 2 (Aufgabe 4) und Kennzeichnen aus Teil 3 (Aufgabe 6).
Fachschule LF 6 Die alte Bahn fährt weiter, KI-Baustein: Auslegung eines Bahnsteigtürantriebs durch einen Chatbot geprüft, Profilfehler, Einheitenfehler und eine unsichere Momentgrenze gefunden und einen Befund mit KI-Vermerk für den Kreuzreview geschrieben.
Alle Werte aus Fachschule LF 6, Teil 5, Lernangebot 8 (Türflügel 55 kg, 0,95 m in 2,5 s, Reibung 40 N und 80 N, Ritzel 50 mm, Getriebe i = 5 und η = 0,9, 150 N und 10 J, Katalog SV1 bis SV3). Unterrichtswerte, eigene Darstellung für den Unterricht. Die Antwort im Notweg ist eine typische Chatbot-Antwort, für den Unterricht formuliert.