Warum ich einen Schaltplan-Trainer für Azubis gebaut habe

Es gibt einen Moment in jeder Kälteanlagen-Ausbildung, den ich inzwischen kommen sehe: Der Azubi steht vor dem Schaltschrank, hat den Stromlaufplan in der Hand, kennt jedes Symbol – und traut sich trotzdem nicht, die Messspitzen anzusetzen. Nicht, weil er nichts gelernt hätte. Sondern weil zwischen dem Plan auf Papier und der Anlage, die brummt und 400 V führt, eine Lücke klafft, die kein Lehrbuch schließt. Genau für diese Lücke habe ich den Kälte-Schaltplan-Trainer gebaut.

In diesem Beitrag erzähle ich, warum ein Kälte-/Klimatechnik-Betrieb mit rund 35 Leuten seine eigene Lern-App baut, was drinsteckt, wie sie technisch funktioniert – und was ich beim Bauen über Ausbildung gelernt habe. Die Projektseite mit allen Screenshots gibt es hier: Kälte-Schaltplan-Trainer.

Das Problem: Schaltpläne lernt man nicht durch Anschauen

Der Steuerstromkreis einer Kälteanlage ist eigentlich überschaubar: Sicherheitskette, Thermostat, Schützspule, ein paar Kontakte. Aber die Logik dahinter – warum der ND-Wächter den Verdichter schaltet und nicht das Thermostat, was passiert, wenn der Öldifferenzdruckwächter auslöst, wo im Plan die Selbsthaltung sitzt – die versteht man erst, wenn man sie einmal selbst zum Laufen gebracht und einmal selbst kaputt gemacht hat.

In der Berufsschule wird das mit Übungsbrettern gemacht, und das ist gut. Im Betrieb haben wir dafür aber weder die Zeit noch eine Anlage, an der ein Azubi im zweiten Lehrjahr gefahrlos Fehler einbauen darf. Und die Übungsaufgaben aus dem Buch haben einen Haken: Sie sind statisch. Man malt Leitungen, der Ausbilder korrigiert, fertig. Ob der Plan wirklich funktionieren würde, sieht man nie.

Mein Anspruch war deshalb einfach zu formulieren und schwer zu bauen: Der Azubi soll einen Plan zeichnen, auf „Simulation“ drücken und sehen, ob er läuft. Und wenn er nicht läuft, soll er messen können, wie an der echten Anlage – ohne Gefahr, ohne Ausbilder daneben.

Was der Trainer ist – und was nicht

Der Kälte-Schaltplan-Trainer ist ein Stromlaufplan-Editor nach DIN-Optik mit eingebauter Simulation. Er ist kein Ersatz für eine CAD-Software, kein Ersatz für die Werkstatt und keine App zum Nachschlagen von Normen. Er ist ein Übungsgerät, so wie ein Flugsimulator ein Übungsgerät ist: Er verhält sich wie das Original, damit man Fehler machen kann, die im Original teuer wären.

Vier Dinge machen ihn aus:

1. Zeichnen wie auf Papier

Links eine Symbolpalette – Sicherungen, Motorschutzschalter, Schützkontakte mit Klemmennummern 13/14 und 21/22, Spulen A1/A2, Taster, Thermostat, Druckwächter, Magnetventil, Abtauheizung, Motoren. Alles nach DIN EN 60617, damit sich nichts vom Plan unterscheidet, den der Azubi später im Schaltschrank findet. Das Blatt hat acht Strompfade, oben laufen L1/L2/L3, unten N und PE. Haupt- und Steuerstromkreis liegen auf getrennten Blättern, und ein Kontakt -K1 auf Blatt 2 folgt automatisch der Spule -K1 auf Blatt 1 – mit Querverweis /2.3, wie es sich gehört.

Wer schon einmal einen Plan von Hand gezeichnet hat, findet sich in einer Minute zurecht. Genau das war die Absicht.

2. Simulation: Strom sichtbar machen

Das Herzstück. Ein Klick auf „Simulation“, und der Trainer rechnet aus dem Plan eine Netzliste: Welche Klemmen hängen zusammen, wo liegt Außenleiter-Potential, wo Neutralleiter, welche Spule bekommt beide und zieht an? Leitungen mit L-Potential leuchten rot, N-Leitungen blau, Kleinspannung lila. Schalter, Thermostat, Druckwächter kann man anklicken; der Plan reagiert sofort.

Dazu kommt eine kleine Anlagenphysik, die ich erst nachträglich eingebaut habe und ohne die es sich heute unvollständig anfühlen würde: Kältemittel wählen, Außentemperatur per Schieber verstellen, und der Trainer berechnet Saug- und Verflüssigungsdruck. Der HD-Wächter im Plan löst dann tatsächlich aus, wenn der Verflüssigerlüfter nicht läuft und der Druck steigt. Der ND-Wächter schaltet den Verdichter im Pump-down ab, wenn das Magnetventil zu ist und der Saugdruck fällt. Das ist keine Auslegungssoftware, aber es reicht, damit ein Azubi fühlt, warum die Sicherheitskette so aufgebaut ist.

3. Fehlersuche mit dem Multimeter

Hier wird aus dem Zeichenprogramm ein Trainer. Es gibt zwei Rollen: Ausbilder und Azubi. Der Ausbilder baut in einen fertigen Plan Fehler ein – Leitungsbruch, durchgebrannte Spule, ausgelöste Sicherung, Kontakt, der nicht schließt. Dann übergibt er an den Azubi-Modus. Dort ist das Bearbeiten gesperrt; der Azubi kann nur bedienen und messen.

Das Multimeter funktioniert wie das echte: Messspitze A setzen, Messspitze B setzen, ablesen. Spannungsmessung zeigt 230 V~ oder 0 V, Durchgangsmessung zeigt Ω oder „OL“, und bei Fühlern gibt es die Widerstandswerte von Pt1000 und NTC passend zur simulierten Temperatur – also das, was man im Datenblatt nachschlagen muss. Wer einen 4–20-mA-Drucktransmitter in die Schleife hängt, misst mA. Hat der Azubi die Fehlerstelle gefunden, klickt er auf „Fehler melden“ und markiert das Bauteil. Ein Zähler hält fest, wie viele Messungen es gebraucht hat und wie oft daneben gemeldet wurde.

Das ist der Teil, für den ich am meisten Rückmeldung aus der Ausbildung bekommen habe. Nicht, weil er technisch besonders wäre – sondern weil zum ersten Mal jemand ohne Aufsicht üben kann, systematisch zu messen, statt zu raten.

4. Echte Regler statt schwarzer Kästen

In modernen Anlagen hängt die halbe Logik nicht mehr in Schützen, sondern im Kühlstellenregler. Deshalb gibt es im Trainer die gängigen Geräte als Blöcke mit realen Klemmenbezeichnungen: ELREHA TKP/TKC und EVP 3167, CAREL ir33+ und MPXPRO, Danfoss AK-CC 550, dazu die EEV-Treiber EKC 315A, EKD 316 und EVD Evolution mit AKV- und Schrittmotorventilen. Jeder Block hat ein Display, seine Relaisausgänge, den Digitaleingang für die Sicherheitskette und eine Parameterliste in Klartext: Sollwert, Hysterese, Mindeststillstand, Abtauintervall, Abtauendtemperatur, Abtropfzeit, Lüfterverzögerung – jeweils mit einer Erklärung, warum es den Parameter gibt und was passiert, wenn man ihn falsch setzt.

Ein Beispiel, das im Unterricht gut funktioniert: Abtauintervall auf 2 Stunden, Zeitraffer an, und dann zusehen, wie der Regler in die Abtauung geht, die Lüfterverzögerung abwartet und wieder kühlt. Danach den Abtaubegrenzer „defekt“ setzen – und sehen, warum die Sicherheitszeit im Parameter defMax existiert.

Wie er technisch gebaut ist

Der ganze Trainer ist eine einzige HTML-Datei. Kein Server, keine Datenbank, kein Login, kein Framework. Der Plan wird als SVG gezeichnet, die Logik ist reines JavaScript, der Projektstand liegt im Browser (localStorage) und lässt sich als JSON exportieren, per Mail verschicken und beim Kollegen wieder importieren. Das war eine bewusste Entscheidung: Ein Lernwerkzeug, das eine Infrastruktur braucht, wird nicht benutzt. Eine Datei, die man auf einen USB-Stick zieht oder als Link verschickt, schon.

Ein paar Dinge, die beim Bauen kniffliger waren, als ich dachte:

• Der Solver. Aus Leitungen und Bauteilen muss nach jeder Änderung ein Netz entstehen: Knoten zusammenfassen, Potentiale von L1/L2/L3, N, PE und Trafo-Sekundärseite verteilen, dann prüfen, welche Spule „beide Seiten“ hat. Klingt einfach, bis Wechsler, Zeitkontakte und ein FI-Schutzschalter dazukommen. Und bis ein Azubi eine Leitung von L direkt auf N zieht – dann muss der Trainer sagen „Kurzschluss, Sicherung löst aus“ statt einfach alles leuchten zu lassen.
• Zeit. Zeitrelais, Mindeststillstand, Abtauzyklen laufen im Zeitraffer (1 Minute = 1 Sekunde), damit eine komplette Abtauung in eine Unterrichtsstunde passt. Die Timer müssen sauber gestoppt werden, wenn die Simulation endet – sonst zieht das Relais später „von Geisterhand“ an.
• Regler-Klemmen. Die Klemmenbezeichnungen und Relaisfunktionen der Regler habe ich aus den Datenblättern der Hersteller übernommen. Das ist Fleißarbeit, aber genau die macht den Unterschied: Wenn im Trainer Kl. 15 = DI1 steht und im Schaltschrank auch, verknüpft sich beides im Kopf.
• Klemmenplan. Nebenbei entstanden: Der Trainer kann aus dem Plan eine Klemmenbelegung erzeugen. Das brauchte ich eigentlich nicht – aber es zeigt dem Azubi, wie der Klemmenplan im Schaltschrank aus dem Stromlaufplan folgt.

Gebaut habe ich das abends und an Wochenenden, mit Claude als Sparringspartner: Ich habe die Fachlogik vorgegeben – wie ein KP-Wächter schaltet, welche Kontakte ein Motorschutzschalter hat, wie sich ein AKV-Ventil pulsweitenmoduliert verhält – und die Umsetzung im Dialog entwickelt. Ohne KI hätte ich dafür einen Entwickler gebraucht und das Projekt wäre nie gestartet. Mit KI war die Hürde nicht die Programmierung, sondern das Fachwissen. Und das hatte ich.

Was ich über Ausbildung gelernt habe

Drei Beobachtungen, die ich so nicht erwartet hatte:

1. Sichtbarkeit schlägt Erklärung. Einmal zu sehen, wie die rote Linie durch die Sicherheitskette läuft und am offenen Öldruckwächter stehen bleibt, ersetzt drei Erklärungsversuche mit dem Kugelschreiber auf dem Plan.
2. Fehler einbauen ist die bessere Aufgabe als Fehler suchen. Wenn Azubis im Ausbilder-Modus gegenseitig Fehler verstecken müssen, denken sie plötzlich in Stromkreisen: „Wo baue ich den Bruch ein, damit er ihn nicht sofort sieht?“ Das ist die Frage, die man beim Messen später rückwärts beantwortet.
3. Regler-Parameter werden erst greifbar, wenn man sie kaputt einstellen darf. Hysterese auf 0,2 K, und der Verdichter taktet wie verrückt. Mindeststillstand auf 0, und man versteht, warum der Parameter existiert. An der echten Anlage würde das niemand ausprobieren – im Trainer ist es die beste Übung.

Was als Nächstes kommt

Der Trainer läuft bei uns in der Ausbildung. Offen sind drei Dinge: Eine öffentliche Demo, die ohne Login funktioniert – aktuell läuft die App als privates Artefakt, das ich erst freigeben muss. Dann Aufgabenpakete: vorbereitete Fehlerbilder mit Lösungsweg, sortiert nach Lehrjahr, damit Ausbilder nicht bei null anfangen. Und ein PDF-Export des Stromlaufplans, damit der Azubi seinen Plan ausdrucken und ins Berichtsheft legen kann.

Wenn du ausbildest – egal ob Kälte, Elektro oder SHK – und dir so etwas fehlt: Schreib mir, was du brauchst. Die Regler-Bibliothek zum Beispiel wächst mit dem, was in euren Schaltschränken hängt.

Alle Screenshots und die Funktionsübersicht findest du auf der Projektseite: Kälte-Schaltplan-Trainer →
Wie ich sonst im Betrieb Routine wegautomatisiere, steht hier: Azubi-Zeiterfassung automatisieren mit n8n

Häufige Fragen (FAQ)

Für welche Ausbildung ist der Schaltplan-Trainer gedacht?

In erster Linie für Mechatroniker/-innen für Kältetechnik. Die Grundlagen – Schütz, Selbsthaltung, Zeitrelais, Motorschutz, Sicherheitskette – sind aber dieselben wie in der Elektro- und SHK-Ausbildung. Nur die Wächter und Regler sind kältespezifisch.

Braucht man eine Installation oder einen Account?

Nein. Der Trainer ist eine HTML-Datei, die im Browser läuft. Kein Server, kein Login. Der Projektstand wird lokal im Browser gespeichert und kann als JSON exportiert werden.

Sind die Regler-Blöcke originalgetreu?

Klemmenbezeichnungen, Relaisfunktionen und die wichtigsten Parameter orientieren sich an den Datenblättern der Hersteller. Die Regelalgorithmen sind vereinfacht – es geht um das Verständnis, nicht um eine Anlagenauslegung.

Kann ich den Trainer für meinen Betrieb nutzen?

Das ist das Ziel. Sobald die öffentliche Demo freigegeben ist, steht der Link auf der Projektseite. Wer eigene Regler oder Schaltungen braucht, meldet sich einfach.