Weniger Watt heißt nicht automatisch weniger Energie

650 Watt oder 900 Watt: Welche Maschine benötigt weniger elektrische Energie? Wer nur die beiden Zahlen vergleicht, entscheidet sich vielleicht für 650 Watt. Doch ohne die Zeit für denselben Auftrag ist der Vergleich noch nicht vollständig.

Genau diese Unterscheidung eignet sich für eine kurze Lernsituation in der Ausbildungsvorbereitung und Berufsfachschule. Die Lernenden vergleichen zwei Maschinen, rechnen ihren Energiebedarf aus und formulieren eine Entscheidung. Dabei wird sichtbar, warum eine richtige Rechnung mit einer unpassenden Ausgangsannahme trotzdem in die falsche Richtung führen kann.

Erst den Auftrag klären

In unserem fiktiven Betrieb erledigen zwei Maschinen denselben Auftrag bei gleicher Ergebnisqualität. Maschine A nimmt während der Bearbeitung konstant 900 W auf und benötigt zwölf Minuten. Maschine B nimmt konstant 650 W auf, braucht dafür aber 18 Minuten.

Die Frage lautet: Welche Maschine benötigt für diesen einen Auftrag weniger elektrische Energie?

Wir betrachten ausschließlich die angegebene Bearbeitungszeit. Zusätzliche Aufwärm-, Warte- oder Bereitschaftsphasen sind in dieser Rechnung nicht enthalten. Die Zahlen sind didaktische Beispieldaten und keine Messwerte realer Maschinen. Die Aufgabe wird auf dem Papier bearbeitet.

Vor dem Rechnen können die Lernenden eine Vermutung notieren und markieren, auf welche Angabe sie sich stützen. Wer allein die Wattzahl nennt, hat damit einen passenden Ausgangspunkt für die anschließende Klärung: Welche Information fehlt in dieser Überlegung noch?

Leistung beschreibt Energie pro Zeit

Die elektrische Aufnahmeleistung gibt an, wie viel elektrische Energie eine Maschine pro Zeit aufnimmt. Die Energie für den Auftrag ergibt sich bei konstanter Leistung aus Leistung mal Zeit:

Energie = Leistung × Zeit

Für ein Ergebnis in Kilowattstunden setzen wir die Leistung in Kilowatt und die Zeit in Stunden ein. Dafür müssen beide Angaben umgerechnet werden:

• Maschine A: 900 W = 0,9 kW; zwölf Minuten = 0,20 Stunden.

• Maschine B: 650 W = 0,65 kW; 18 Minuten = 0,30 Stunden.

Zwölf Minuten sind also nicht 0,12 Stunden. Eine Stunde hat 60 Minuten; deshalb wird die Minutenzahl durch 60 geteilt. Diese Umrechnung lohnt sich als eigener Schritt, bevor die Werte in die Rechnung eingesetzt werden.

Die kleinere Leistung führt hier zum größeren Energiebedarf

Für Maschine A ergibt sich: 0,9 kW × 0,20 h = 0,18 kWh.

Für Maschine B ergibt sich: 0,65 kW × 0,30 h = 0,195 kWh.

Maschine A benötigt für den beschriebenen Auftrag somit 0,015 kWh weniger elektrische Energie. Das entspricht 15 Wh. Ihre höhere Aufnahmeleistung wird durch die kürzere Bearbeitungszeit mehr als ausgeglichen.

Die Grafik stellt denselben Zusammenhang als zwei Rechtecke dar. Beide Diagramme haben dieselbe Achsenskalierung. Die Höhe steht für die Leistung in kW, die Breite für die Zeit in Stunden. Das Produkt und damit die Rechteckfläche steht für die Energie in kWh. Nur auf die Höhe zu schauen, lässt die unterschiedliche Breite unberücksichtigt.

Aus diesem Beispiel folgt jedoch keine umgekehrte Faustregel wie „Mehr Watt ist sparsamer“. Würden beide Maschinen bei ihren angegebenen Leistungen gleich lange laufen, würde B weniger Energie aufnehmen. Entscheidend ist immer das Zusammenspiel von Leistung und Zeit für den betrachteten Auftrag.

Was die Entscheidung aussagen darf

Eine passende Ergebnisformulierung lautet: „Für denselben Auftrag benötigt A unter den angegebenen Bedingungen 0,18 kWh und B 0,195 kWh. Deshalb wählen wir A, wenn ausschließlich der elektrische Energiebedarf während der Bearbeitung verglichen wird.“

Der Zusatz begrenzt die Aussage sinnvoll. Er macht deutlich, was verglichen wurde. Bei demselben Preis je Kilowattstunde wäre auch der verbrauchsabhängige Stromkostenanteil für A geringer. Eine vollständige Kaufentscheidung lässt sich daraus noch nicht ableiten. Dafür wären beispielsweise Anschaffungs- und Wartungskosten sowie der Energiebedarf außerhalb der Bearbeitungszeit relevant.

Für die Unterrichtsbesprechung genügt die Anschlussfrage: „Welche zusätzliche Angabe könnte für einen Vergleich über einen ganzen Arbeitstag wichtig sein?“ Wer den Bereitschaftsverbrauch nennt, sollte ergänzen, dass auch die Dauer dieser Phase gebraucht wird. So wird der Zusammenhang erneut angewendet.

Warum ein Typenschild allein nicht genügt

Im Beispiel sind die Werte ausdrücklich als konstante elektrische Aufnahmeleistungen angegeben. Bei einem echten Gerät muss dagegen zunächst geklärt werden, was eine Leistungsangabe bezeichnet und wie die Leistung während der Nutzung verläuft.

Ein Typenschild nennt nicht automatisch die mittlere Aufnahmeleistung für einen bestimmten Auftrag. Auch eine mechanische Abgabeleistung darf nicht ohne Weiteres als elektrische Aufnahmeleistung verwendet werden. Wenn die benötigten Angaben fehlen, ist eine genaue Energierechnung nicht möglich. Das ist ein sinnvolles Ergebnis der Prüfung.

Eine kurze Abschlussaufgabe

Die Lernenden prüfen zum Schluss den Satz: „B benötigt weniger Energie, weil B weniger Watt hat.“ Sie ersetzen ihn durch eine Aussage, die beide Größen und den konkreten Auftrag berücksichtigt.

Anschließend ergänzen sie: „Wenn ich den Energiebedarf vergleichen will, brauche ich …“ Eine vollständige Antwort nennt eine geeignete Aufnahmeleistung und die zugehörige Dauer beziehungsweise bereits erfasste Energiewerte für vergleichbare Aufträge. So bleibt neben dem Rechenergebnis auch die Bedeutung der Größen sichtbar.

Technik im Betrieb unterrichten

Mein Material „Technik im Betrieb: 10 Lernsituationen“ verbindet naturwissenschaftliche Grundlagen mit betrieblichen Aufgaben für Ausbildungsvorbereitung, AVJ/BVJ und Berufsfachschule. Fall 9 behandelt Leistung, Zeit, Energiebedarf und Stromkosten pro Auftrag. Die Datenvarianten sind ohne Fachraum bearbeitbar; Fachwissen, Hilfen und Lösungen begleiten die Auswertung. Der Blog greift den Energievergleich dieses Falls als kurzen Unterrichtsimpuls auf.