Smart-Home-System (KNX)
Systemanalyse nach Bader/Pahl
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Elektrotechnik Seminar

Smart-Home-System (KNX)

Systemanalyse nach Bader/Pahl

Gruppe 1: Max, Musterman, Kollegen

Seminarsitzung 19.02.2026

Arbeitsauftrag

  1. 1. Systemanalyse erstellen im Sinne einer Analyse nach Bader/Pahl
  2. 2. Primär- und Sekundärliteratur lesen und auswerten
  3. 3. Systemauswahl treffen und fachlich begründen
  4. 4. Arbeitsplan mit Arbeitspaketen und Handlungsprodukten erarbeiten
  5. 5. Vorstellung der Systemanalyse vorbereiten (max. 45 Minuten)

Literaturfundament

Bader (1991)
System = Abgrenzung von Umwelt
+ Ein-/Ausgangsgrößen
+ Funktionen
+ Subsysteme
+ Beziehungsgefüge.

Grundfunktionen: Wandeln, Koppeln, Verknüpfen, Speichern, Trennen
Pahl (2016a)
Zerlegungstiefe richtet sich nach beruflichen Handlungsanforderungen und Lernvoraussetzungen der Zielgruppe.

Systemdenken als zentrale Kompetenz technischer Bildung.
Jenewein/Pahl (2016b)
Verlaufsphasen strukturieren den Analyseprozess:
Systemidentifikation
→ Funktionsanalyse
→ Strukturanalyse
→ Reflexion.

Schrittfolge als universelles Analysewerkzeug.

Warum KNX?

Eignungskriterien für die Systemanalyse nach Bader/Pahl
🛡
Systemgrenze definierbar
KNX-Bus, Sensoren und Aktoren bilden eine klar abgrenzbare Einheit — Endverbraucher gehören zur Systemumwelt.
← →
Ein-/Ausgangsgrößen identifizierbar
Energie (Netz, Umgebung) und Information (Befehle, Status) lassen sich nach Bader kategorisieren. Kein Stoff.
🔀
Rekursiv zerlegbar
Topologie (Bereich → Linie → Gerät) gibt bereits eine physische Hierarchie für die 4-Ebenen-Zerlegung vor.
✂
Funktionen trennbar
Erfassen, Übertragen, Verarbeiten, Steuern, Visualisieren, Speichern — klare Zuordnung zu Teilfunktionen.
🎓
Für Lernende zugänglich
KNX-Komponenten in vielen Berufsschulen verfügbar. Hohe Unterrichtsrelevanz in LF 7, 9, 12/13.

Systemzweck

Hauptfunktion: Erfassung von Sensordaten, Verarbeitung zu Steuerkommandos und gezielte Weiterleitung an Aktoren über ein gemeinsames Bussystem zur automatisierten Gebäudesteuerung.
🛋
Komfort
Szenensteuerung, Zeitprogramme, Fernzugriff über Visualisierung
⚡
Energieeffizienz
Bedarfsgerechte Steuerung durch Präsenz- und Helligkeitssensoren, automatische Beschattung
🔒
Sicherheit
Anwesenheitssimulation, Windüberwachung, Alarmfunktionen mit Benachrichtigung

Systemgrenzen

Systemumwelt (Eingangsseite)
Stromnetz
230 V AC
Internet/Router
IP-Netzwerk
Bewohner
Befehle, Wünsche
Klima
Temp, Licht, Wind
↓
Smart-Home-System (KNX)
Spannungsversorgung • Sensoren • KNX-Bus • Aktoren • Visualisierung • Logik
↓
Systemumwelt (Ausgangsseite)
230 V geschaltet
Beleuchtung
230 V Dimm
Phasenanschnitt
230 V Auf/Ab
Jalousie
0–10 V DC
Heizungsventile
IP / Bus
Status, Alarm

Grenzentscheidungen

💡
Endverbraucher → Umwelt
Leuchten, Motoren, Ventile sind austauschbar und funktionieren unabhängig vom Bussystem. System endet an Aktor-Ausgangsklemmen.
🔌
Stromnetz → Umwelt
Liefert Betriebsenergie, ist aber nicht Teil der Steuerungsfunktion. Externe Versorgungsvoraussetzung.
🌐
Router → Umwelt
Allgemeines Netzwerkgerät, nicht KNX-spezifisch. KNX-IP-Router bildet die Systemgrenze.
👤
Bewohner → Umwelt
Sender von Eingangsgrößen und Empfänger von Ausgangsgrößen — per Definition Systemumwelt.
🌡
Klima → Umwelt
Physikalische Größen der Umgebung. Werden über Sensoren erfasst — Eingangsgrößen, nicht Systembestandteile.
Kriterium: Funktionale Zugehörigkeit — zum System gehört, was aktiv an der Informationsverarbeitung beteiligt ist.

Eingangsgrößen

Energie

EingangsgrössePhysikalisch
Netzspannung230 V AC, 50 Hz
Mechanische BetätigungKraft / Weg (Taster)
Lichtenergie0–100.000 lx
Wärmeenergie−20 bis +50 °C
IR-Strahlung~10 μm (Präsenz)
Wind, Sonne, Regenm/s, W/m², binär

Information

EingangsgrössePhysikalisch
ZeitinformationUhrzeit, Datum (NTP)
BenutzerbefehleIP-Pakete (App)

Stoff

Keine Stoffströme. Das System ist ein reines Energie-Informations-System.

Ausgangs- und Zustandsgrößen

Ausgangsgrößen

KategorieAusgangsgrösse
Energie230 V AC geschaltet (Beleuchtung)
Energie230 V AC Dimmer (Phasenanschnitt)
Energie230 V AC Auf/Ab/Stopp (Jalousie)
Energie0–10 V DC / PWM (Heizung)
InformationStatusrückmeldung (Bustelegramme)
InformationVisualisierung / Alarmmeldung

Zustandsgrößen

ZustandsgrösseWerte
BetriebsmodusNormal / Abwesend / Urlaub / Nacht
SzenenaktivierungKino, Essen, ...
AlarmstatusScharf / Unscharf / Ausgelöst
Temperatur-SollwerteJe Raum eingestellt
ETS-ParametrierungPersistent, nur via ETS
AusfallverhaltenLetzter Zustand / Sicherheit

Hauptfunktion → Teilfunktionen

Hauptfunktion
Erfassung von Sensordaten, Verarbeitung zu Steuerkommandos,
Weiterleitung an Aktoren über KNX-Bus
Erfassen
Energie → Information
Übertragen
Info → Info (Bus)
Verarbeiten
Info → Info (Logik)
Steuern/Regeln
Information → Energie
Visualisieren
Info ← → Info (bidirektional)
Speichern
Info → Info (zeitversetzt)

Grundfunktionen nach Bader

TeilfunktionGrundfunktionErläuterung
ErfassenWandelnPhys. Größe (Energie) → digitales Bustelegramm (Information)
ÜbertragenKoppelnTelegramme zwischen Sender und Empfänger koppeln (1:n via Gruppenadresse)
VerarbeitenVerknüpfenMehrere Eingangsgrößen logisch verknüpfen (UND, ODER, Schwellwert)
Steuern/RegelnWandelnBustelegramm (Information) → physischer Energiefluss (Energie)
VisualisierenWandelnBustelegramme ← → menschliche Darstellung (bidirektional)
SpeichernSpeichernSzenen, Sollwerte, Parameter zeitüberdaürnd ablegen
Steuern/RegelnTrennenEnergiepfad unterbrechen (Relais öffnet → 230 V getrennt)
ÜbertragenTrennenLinienkoppler filtern Informationsfluss selektiv

Kategorientransformation

Visüller Fluss: Wie die Bader-Kategorien durch das System wandern
Energie
Physikalische Größen
(Licht, Wärme, Kraft, Wind)
→
Wandeln
Information
Bustelegramme
(Sensorwerte)
→
Verknüpfen
Information
Steuerkommandos
(Logik, Szenen)
→
Wandeln
Energie
Schaltausgänge
(230 V, 0–10 V)
Das System ist ein informationsverarbeitendes System — die Kernleistung ist nicht die Umwandlung von Nutzenergie, sondern die Steuerung des Energieflusses durch Informationsverarbeitung.

Rekursive Zerlegung — Vier Ebenen

Ebene 1 — Gesamtsystem
Smart-Home-System (KNX)
↓
Ebene 2 — Funktionseinheiten
Sensorik
Erfassen
Buskommunikation
Übertragen
Aktorik
Steuern/Regeln
Visualisierung & Logik
Verknüpfen
↓
Ebene 3 — Teilfunktionen
Messen, Detektieren, Wandeln
Senden, Empfangen, Filtern, Routen
Schalten, Dimmen, Fahren, Regeln
Anzeigen, Befehle, Logik
↓
Ebene 4 — Funktionselemente
Tastsensor, Präsenzmelder, Temp.-Sensor, Helligkeitssensor, Wetterstation
Busleitung, Spannungsversorgung, Busankoppler, Linienkoppler, IP-Router
Schaltaktor, Dimmaktor, Jalousieaktor, Heizungsaktor
Touchpanel, KNX-Server, Logikmodul, IP-Schnittstelle

Sensorik & Buskommunikation

Sensorik

Grundfunktion: Wandeln (Energie → Information)

ElementEingangAusgang
TastsensorMech. Betätigung1-Bit Telegramm
PräsenzmelderIR-Strahlung1-Bit Telegramm
Temp.-SensorWärmeenergieDPT 9.001
HelligkeitssensorLichtenergieDPT 9.004
WetterstationWind, Regen, SonneMehrere Telegramme

Buskommunikation

Grundfunktionen: Koppeln, Trennen, Wandeln

ElementEingangAusgang
Spannungsvers.230 V AC29 V DC (SELV)
BusankopplerTelegrammTelegramm
Buslinie (TP)TelegrammTelegramm
LinienkopplerTelegrammTelegramm (gefiltert)
IP-RouterKNX-TelegrammIP-Paket

Aktorik & Visualisierung/Logik

Aktorik

Grundfunktion: Wandeln (Information → Energie)

ElementEingangAusgang
Schaltaktor1-Bit Telegramm230 V AC (Relais)
DimmaktorDPT 5.001230 V AC (Phasenanschnitt)
JalousieaktorDPT 5.001230 V AC (Motor)
HeizungsaktorDPT 5.0010–10 V DC / PWM

Visualisierung & Logik

Grundfunktionen: Wandeln (bidir.) + Verknüpfen

ElementEingangAusgang
TouchpanelTelegramme + TouchDisplay + Telegramme
KNX-ServerTelegrammeTelegramme (Szenen, Zeit)
LogikmodulTelegrammeTelegramme (UND/ODER)
IP-SchnittstelleIP-PaketBustelegramm

Zusammenspiel der Funktionseinheiten

Sensorik
Tastsensor
Präsenzmelder
Temp.-Sensor
Helligkeitssensor
Wetterstation
→
Telegramme
Buskommunikation
KNX-Bus (TP)
Spannungsversorgung
Linienkoppler
IP-Router
Visualisierung & Logik
Touchpanel, Server, Logikmodul
→
Kommandos
Aktorik
Schaltaktor
Dimmaktor
Jalousieaktor
Heizungsaktor
Die logische Verknüpfung über Gruppenadressierung entkoppelt die physische Topologie von der Funktionszuordnung — jeder Sensor kann mit jedem Aktor kommunizieren.

Kommunikationsmatrix

Sender ↓ / Empfänger → Schaltaktor Dimmaktor Jalousieaktor Heizungsaktor Visualisierung
Tastsensor✓✓✓—✓
Präsenzmelder✓✓——✓
Temperatursensor———✓✓
Helligkeitssensor—✓✓—✓
Wetterstation——✓—✓
Logikmodul✓✓✓✓✓
Zeitprogramm✓✓✓✓✓
Visualisierung✓✓✓✓—

Energie- und Informationsfluss

Energie Versorgung & Nutzenergie
Netz 230 V AC
→
Spannungsversorgung
Wandeln: 230 V AC → 29 V DC
→
29 V DC Bus
versorgt alle KNX-Geräte
Netz → Aktoren → Endverbraucher
Separater 230-V-Lastpfad (Systemumwelt)
Information Steuerungspfad
Sensoren
Wandeln: Energie → Telegramm
→
KNX-Bus
Koppeln: 1:n Gruppenadr.
→
Logik / Szenen
Verknüpfen: UND, ODER, Zeit
→
Aktoren
Wandeln: Info → Energie
Visualisierung
Status & Fernbedienung
← Bidirektional: Aktoren melden Status zurück an Bus & Visualisierung →
Energie versorgt das System und wird an Aktoren geschaltet — Information steuert, wann und wie der Energiefluss freigegeben wird.

Bedeutung für berufliches Handeln

🔍
Systematische Fehlersuche
Zerlegung in Funktionseinheiten ermöglicht strukturierte Eingrenzung:
Sensor → Bus → Aktor → Visualisierung
Wo bleibt das Telegramm stecken?
📋
Planung und Projektierung
Zuordnung von Teilfunktionen zu Funktionselementen bildet Grundlage für Geräteauswahl und Gruppenadress-Planung.
💬
Kundenberatung
Unterscheidung von Systemzweck (Was leistet es?) und Funktionen (Wie?) ermöglicht fachlich fundierte, zielgruppengerechte Beratung.
🛡
IT-Sicherheit & Ausfallverhalten
KNX-TP: Keine Verschlüsselung. KNXnet/IP ohne VPN/KNX Secure = Sicherheitsrisiko. Ausfallverhalten muss bei Inbetriebnahme parametriert werden.

Übertragbarkeit & Analysetiefe

Methodentransfer

  • Analyseschritte nach Bader sind systemunabhängig anwendbar
  • Übertragbar auf DALI, Modbus, BACnet, IoT-Systeme, Industrieautomation
  • Bader (1991): Abstraktion fördert das „Durchschauen“ und „Handhaben“ komplexer Systeme
  • Am KNX erlernte Konzepte (Adressierung, Topologie, Parametrierung) sind strukturell übertragbar

Analysetiefe

4 Ebenen (Gesamtsystem → Funktionseinheiten → Teilfunktionen → Funktionselemente) sind angemessen für die Zielgruppe.

Tief genug, um beruflich relevante Komponenten und Zusammenhänge zu identifizieren.

Eine tiefere Zerlegung (z.B. interne Architektur eines Busankopplers) übersteigt die im Rahmenlehrplan adressierten Kompetenzen (vgl. Pahl, 2016a).

Zusammenfassung

  • Das KNX-Smart-Home-System ist ein informationsverarbeitendes System — Steuerung des Energieflusses durch Informationsverarbeitung
  • Vier Funktionseinheiten: Sensorik, Buskommunikation, Aktorik, Visualisierung/Logik
  • Alle fünf Grundfunktionen nach Bader treten auf: Wandeln, Koppeln, Verknüpfen, Speichern, Trennen
  • Keine Stoffströme — reines Energie-Informations-System mit dominierender Informationsverarbeitung
  • Gruppenadressierung entkoppelt physische Topologie von logischer Funktionszuordnung
  • Die Analysemethodik nach Bader/Pahl ist auf strukturell ähnliche Systeme übertragbar

Vielen Dank

Fragen?

Quellen:
Bader, R. (1991): Didaktik der Technik. BbSch, 43. Jg., H. 7/8, S. 441–458.
Pahl, J.-P. (2016a): Ausbildungs- und Unterrichtsverfahren. 5. Aufl.
Jenewein, K./Pahl, J.-P. (2016b): Analyse technischer Systeme. lernen & lehren, H. 124, S. 138–145.