Ein technisches System ist eine Anordnung von Bauteilen, die zusammenwirken, um eine Aufgabe zu erfüllen. Diese Aufgabe heißt Funktion. Bauteile, die einen Teil der Funktion übernehmen, heißen Funktionselemente. Aus Klasse 5-6 kennst du antreiben, übertragen, halten und arbeiten. In Geräten kommen oft diese Aufgaben vor: Energie zuführen (Netzkabel, Batterie), erfassen und eingeben (Schalter, Sensor: ein Bauteil, das eine Größe wie die Temperatur misst), verarbeiten und umwandeln (Heizdraht, Motor), ausgeben (Lampe, Anzeige) und tragen und schützen (Gehäuse).

Die Wirkungsweise beschreibt, wie die Funktionselemente der Reihe nach zusammenarbeiten. Beim Wasserkocher: Du drückst den Schalter, Strom fließt durch den Heizdraht, der Draht wird heiß und gibt Wärme an das Wasser ab. Kocht das Wasser, unterbricht ein Temperaturschalter den Strom.

Um ein System zu beschreiben, legst du zuerst eine Systemgrenze fest, eine gedachte Linie um das System. Was innen liegt, gehört dazu. Was außen liegt, ist die Umgebung. Beim Wasserkocher gehört das Gerät zum System, die Steckdose und die bedienende Person liegen in der Umgebung. Willst du den Stromverbrauch einer ganzen Küche untersuchen, ziehst du die Grenze weiter, und die Steckdose gehört dazu.

Ein Teilsystem ist ein Teil des Systems, der selbst eine Funktion hat. Ein Fahrrad hat zum Beispiel die Teilsysteme Antrieb (Pedale, Kette, Zahnräder), Bremse, Lenkung und Beleuchtung. Du kannst jedes für sich untersuchen.

Über die Systemgrenze und zwischen den Teilsystemen fließt etwas:

• Beim Energiestrom wird Energie zugeführt, umgewandelt und abgegeben. Sie geht nicht verloren, aber ein Teil wird zu Wärme, die man nicht nutzen kann.
• Beim Stoffstrom bewegt sich Material durch das System, zum Beispiel Wasser oder Werkstücke.
• Beim Informationsstrom laufen Signale und Daten, zum Beispiel ein Tastendruck oder ein Messwert.

Beim Wasserkocher geht elektrische Energie hinein, heraus gehen Wärme im Wasser (Nutzen) und Wärme an die Luft (Verlust). Stoffstrom: kaltes Wasser hinein, heißes heraus. Informationsstrom: die Meldung "Wasser kocht" an den Temperaturschalter.

Der Wirkungsgrad sagt, welcher Anteil der zugeführten Energie als Nutzen ankommt. Er liegt zwischen 0 und 1 oder zwischen 0 % und 100 %.

Viele Systeme folgen dem EVA-Prinzip: Eine Größe geht hinein (Eingabe), das System wandelt sie um (Verarbeitung), und eine andere kommt heraus (Ausgabe). Beim Wasserkocher ist die Eingabe der Tastendruck, die Verarbeitung das Aufheizen, die Ausgabe das heiße Wasser.

Kennst du das Innere eines Systems nicht, denkst du es als Black Box (schwarzer Kasten): Du probierst Eingaben aus, notierst die Ausgaben und schließt auf das Verhalten. Die Grenze: Du erfährst nur das Verhalten bei den getesteten Werten, nicht den inneren Aufbau.

Bei einer Rückkopplung wirkt die Ausgabe auf die Eingabe zurück. Es entsteht ein Kreis.

• Bei negativer Rückkopplung wirkt die Rückwirkung der Änderung entgegen und hält eine Größe stabil. Beispiel: Ein Thermostat am Heizkörper ist ein Ventil, das sich mit der Raumtemperatur öffnet oder schließt. Wird der Raum wärmer, schließt es, und es kommt weniger Wärme nach.
• Bei positiver Rückkopplung verstärkt die Rückwirkung die Änderung. Beispiel: Ein Mikrofon steht vor dem Lautsprecher. Der Lautsprecher gibt den Ton des Mikrofons wieder, das Mikrofon nimmt ihn lauter auf, der Lautsprecher gibt ihn noch lauter wieder. Es entsteht ein lautes Pfeifen.

"Positiv" und "negativ" bedeuten also nicht gut oder schlecht, sondern verstärkend oder abschwächend.

Eine Gebrauchsanweisung beschreibt, wie man ein Produkt sicher und richtig benutzt. Sie enthält meist: wofür das Gerät gedacht ist, Sicherheitshinweise, Bedienung, Pflege, Hilfe bei Störungen und Entsorgung. Symbole ersetzen Text, damit die Anleitung in vielen Sprachen verstanden wird. Sicherheitszeichen haben nach internationaler Norm feste Form und Farbe:

Arbeitsschutz schützt Menschen vor Unfällen und Gesundheitsschäden. Wer ein System entwirft oder benutzt, sucht zuerst die Gefährdungen: Quetschen, Schneiden, Strom, Hitze, Lärm, Staub, Dämpfe. Dann wählt er Schutzmaßnahmen in dieser Rangfolge (TOP):

• Technisch: Die Gefahr wird am Gerät beseitigt oder abgeschirmt, zum Beispiel durch eine Schutzhaube oder einen Not-Aus-Schalter.
• Organisatorisch: Regeln und Abläufe, zum Beispiel Warnschilder, Einweisung, Zugang nur für Befugte.
• Persönlich: Schutzausrüstung wie Schutzbrille oder Gehörschutz.

Technische Maßnahmen stehen vorn, weil sie auch wirken, wenn jemand nicht aufpasst. Die Regeln für die Werkstatt folgen in der Lektion zu Fertigungsverfahren und Arbeitsschutz.

Wer ein Produkt bewertet, braucht Kriterien, also Maßstäbe, an denen er misst: Funktion, Sicherheit, Kosten, Energieeffizienz und Umweltwirkung.

• Energieeffizienz heißt: Wie viel Nutzen bekommt man für die eingesetzte Energie? Für viele Haushaltsgeräte hängt in der EU ein Energielabel mit einer Skala von A (sparsam) bis G (hoher Verbrauch) am Gerät. Dazu steht der Verbrauch in kWh, bei Kühlgeräten je Jahr.
• Ein Gütesiegel trägt ein Produkt, das eine unabhängige Stelle nach festen Kriterien geprüft hat, zum Beispiel das GS-Zeichen (geprüfte Sicherheit) oder der Blaue Engel (geringe Umweltbelastung). Das CE-Zeichen ist kein Gütesiegel: Mit ihm erklärt der Hersteller meist selbst, dass sein Produkt die EU-Vorschriften einhält.
• Nachhaltigkeit heißt, Produkte so zu gestalten und zu nutzen, dass auch spätere Generationen gut leben können. Man betrachtet Umwelt (Rohstoffe, Energie, Abfall), Wirtschaft (Kosten über die ganze Nutzungszeit) und Soziales (faire Arbeitsbedingungen). Für ein Gerät heißt das: lange Lebensdauer, Reparierbarkeit, geringer Verbrauch, gut recycelbare Stoffe.