aiMOOC

Fachübungen 2 – Bauteile und Baugruppen nach Vorgabe computerunterstützt erstellen - Technischer Systemplaner

QR-Code

Einleitung

Du lernst im 1. Ausbildungsjahr des Berufs Technische Systemplanerin / Technischer Systemplaner, wie aus einer Handskizze ein nachvollziehbares CAD-Bauteil, aus mehreren Bauteilen eine montierbare Baugruppe und daraus eine prüfbare technische Dokumentation entsteht. Der KMK-Rahmenlehrplan vom 27.05.2011 nennt für Lernfeld 2 einen Zeitrichtwert von 80 Unterrichtsstunden. Seine Schwerpunkte sind Geometrie, Ansichten und Schnitte, Toleranzen, Datenstrukturierung, Norm- und Kaufteile, Stücklisten, Flächen, Volumen, Massen, Schwerpunkte und Datenformate. Du arbeitest zuerst mit einfachen, vollständig erfundenen Modellaufträgen.

Einordnung: Die Ausbildung zum Technischen Systemplaner umfasst drei Fachrichtungen: Versorgungs- und Ausrüstungstechnik, Stahl- und Metallbautechnik und Elektrotechnische Systeme. Die vom BIBB dokumentierte Ausbildungsdauer beträgt 42 Monate. Maßgeblich sind die Ausbildungsordnung vom 21.06.2011 mit Änderung vom 17.10.2014 sowie die jeweils aktuellen Angaben der zuständigen Kammer. Die Ausbildungsordnung ist seit dem 01.08.2011 maßgeblich; der individuelle Ausbildungsbeginn ist hiervon zu unterscheiden. Die gestreckte Abschlussprüfung hat zwei Teile, die konkreten Aufgaben und Verfahren unterscheiden sich nach Fachrichtung. Dieser Kurs ist keine Originalprüfung und setzt keine verbindlichen Prüfungszeiten, Prüfungsaufgaben oder Bewertungsgewichte fest.

Du kannst am Ende eine Vorgabe analysieren, einfache parametrische CAD-Modelle und Baugruppen erstellen, eine Stückliste und Ansichten ableiten, Berechnungen kontrollieren, Modellfehler systematisch diagnostizieren und Daten verantwortungsvoll ablegen. Alle Maße und Kennwerte des Modellfalls sind synthetische Lernwerte. Die Übungen beschreiben ausschließlich digitales Konstruieren und Prüfen. Maschinen, elektrische Anlagen, Gefahrstoffe und die reale Fertigung dürfen nur unter Anleitung entsprechend qualifizierter Fachkräfte bearbeitet oder freigegeben werden.

Bild: Prinzip der orthogonalen Projektion (Ldo, CC BY-SA 3.0; Nachweis im Medienverzeichnis).

Konstruktionsauftrag analysieren und CAD-Projekt planen

Bauteil, Baugruppe und technische Vorgabe

Ein Bauteil ist ein konstruktiv einzelnes Teil, etwa eine Platte. Eine Baugruppe vereint mehrere Bauteile und gegebenenfalls Norm- oder Kaufteile zu einer definierten Einheit. Ein CAD-System unterstützt das Entwerfen, Modellieren, Ändern und Dokumentieren. Eine Technische Zeichnung stellt Geometrie und technische Anforderungen in festgelegten Ansichten dar, während ein 3D-Modell räumliche Eigenschaften abbildet. Beide müssen denselben freigegebenen Änderungsstand beschreiben.

Lies vor dem Modellieren die Vorgabe und markiere Funktion, Maße, Bezugspunkte, Werkstoffannahmen, Verbindung, Einbauraum, Lieferformate und ungeklärte Angaben. Skizziere mindestens Vorder-, Seiten- oder Draufsicht, wo sie Verständnis schaffen. Bei widersprüchlichen Maßen darfst du nicht willkürlich eines wählen: Halte die Abweichung in einer Klärungsliste fest. Nicht genannte Toleranzen oder Schraubenlängen dürfen nicht als verbindliche Normwerte geraten werden.

Eingangsangabe	Beispiel im Lernauftrag	Nachweis
Geometrie	rechteckige Platte und vier Durchgangsbohrungen	Handskizze mit Koordinaten
Funktion	zwei Platten lösbar verbinden	Montage- und Kollisionsprüfung
Maßeinheit	Millimeter	Projekt- und Zeichnungseinstellung
Werkstoff	synthetische Dichteannahme	Rechenblatt mit Einheit
Unklarheit	Schraubenlänge nicht bestimmt	offene Frage im Prüfprotokoll

Arbeitsablauf und Dateiverantwortung

Nutze diese Prozesskette als Ablaufdiagramm: Vorgabe → Skizze und Maßprüfung → parametrisches Einzelteil → zweites Einzelteil → Baugruppe → Zeichnungsableitung und Stückliste → Modell- und Datenprüfung → versionierte Abgabe. Eine Änderung an der Vorgabe kann mehrere Folgedokumente beeinflussen: Prüfe daher nicht nur das veränderte Teil, sondern auch Zeichnungen, Stückliste und Baugruppe.

Phase	Kontrollfrage	Typischer Fehler und Gegenmaßnahme
Analyse	Sind alle Maße eindeutig?	fehlender Bezugspunkt → zuerst Koordinaten festlegen
Modellierung	Ist die Skizze vollständig bestimmt?	frei verschiebbare Geometrie → Zwangsbedingungen ergänzen
Baugruppe	Sind Teile relativ korrekt positioniert?	scheinbar passende Bilder → Freiheitsgrade und Kontakte prüfen
Dokumentation	Stimmen Zeichnung, Masse und Stückliste?	veraltete Ableitung → neu berechnen und vergleichen
Übergabe	Ist die Version eindeutig?	unklare Datei „final2“ → Freigabestand und Datum dokumentieren

Datenstruktur – Beispiel: Ein Projektordner enthält 01_Vorgaben, 02_CAD_Einzelteile, 03_CAD_Baugruppe, 04_Zeichnungen, 05_Stueckliste und 06_Pruefung. Verwende konsistente Bezeichnungen wie PL01_Grundplatte_v01 und BG01_Montageeinheit_v01. Native CAD-Dateien dienen der Weiterbearbeitung, PDF der lesbaren Übergabe, STEP dem neutralen Geometrieaustausch und CSV der tabellarischen Stückliste. Ein PDF ersetzt kein bearbeitbares CAD-Modell, eine STEP-Datei enthält nicht automatisch die vollständige parametrische Konstruktionshistorie. Prüfe Empfängeranforderungen und Versionen.

Datenschutz und Schutzrechte: Nutze für Lernaufträge nur synthetische Daten. Persönliche Angaben, vertrauliche Kundenpläne, Zugangsdaten und proprietäre Bibliotheken dürfen nicht ohne Freigabe veröffentlicht oder in fremde Cloud-Dienste geladen werden. Speichere mit passenden Rechten, Sicherung und nachvollziehbarem Änderungsprotokoll. Die rechtlichen und wirtschaftlichen Folgen von Datenmissbrauch gehören zur beruflichen Qualitätsprüfung.

Parametrische Bauteile aus Skizzen erzeugen

Koordinaten, Geometrie und Zwangsbedingungen

Bei der parametrischen Modellierung steuern benannte Maße und Beziehungen die Geometrie. Ein Rechteck kann durch Länge, Breite, Rechtwinkligkeit und Lage zum Ursprung bestimmt werden. Für ein Bohrungsmuster gibst du Mittelpunkte als Koordinatenpaare (x;y) und einen Durchmesser an. In einem 3D-System bestimmen zusätzliche Höhen oder Dicken die Körperform. Geometrische Zwangsbedingungen sind etwa horizontal, vertikal, parallel, konzentrisch oder gleich lang. Bemaßungsbedingungen legen Zahlenwerte fest.

Eine unterbestimmte Skizze besitzt noch unbeabsichtigte Freiheitsgrade, eine überbestimmte Skizze enthält überflüssige oder widersprüchliche Bedingungen. Eine vollständig bestimmte Skizze bleibt bei Änderungen kontrollierbar. Setze Funktionsmaße vor kosmetischen Verrundungen. Achte auf Maßeinheiten und unterscheide Radius r von Durchmesser d = 2r. Übernommene Bibliotheksgeometrie muss zur verwendeten Version und Herkunft passen.

Animation: parametrisches, merkmalsbasiertes Modellieren mit FreeCAD (Donatello29, CC BY-SA 4.0). Die gezeigte Oberfläche ist versionsabhängig.

Fachvideo: Stolz3D erklärt Skizzen, Aufpolstern und Taschen mit FreeCAD 0.18. Kostenlos abrufbares Video; keine offene Nachnutzungslizenz behauptet.

Vom Profil zum Volumenkörper

Vorgehensbeispiel: Öffne ein neues CAD-Dokument mit Einheit Millimeter. Zeichne ein Rechteck, binde es an den Ursprung und setze die Parameter Länge und Breite. Extrudiere es um die Dicke. Erstelle eine Skizze auf einer Bezugsfläche mit Bohrkreisen und entferne das Material per Tasche/Durchbruch. Benenne Arbeitsschritte nachvollziehbar, etwa Grundkontur, Plattendicke und Bohrbild. Vor dem Speichern kontrollierst du Bauteilanzahl, geschlossenen Volumenkörper, Bohrungspositionen und Maßbezüge.

Eine Skizzenänderung ist nicht dasselbe wie eine Skalierung eines fertigen Körpers: Bei einer fachgerechten Parameteränderung müssen funktionale Bezüge und Bohrungsabstände erhalten bleiben. Modellfehler entstehen häufig durch falsche Bezugsebene, offene Kontur, mehrfach belegte Bedingungen, verkehrte Extrusionsrichtung oder zufällig selektierte Kanten. Korrigiere die Ursache im Modellbaum statt sie durch nicht dokumentierte Verschiebungen zu kaschieren.

Flächen, Volumen, Masse und Schwerpunkt

Für eine rechteckige Platte ohne Ausnehmungen gilt A = L · B und V = L · B · t. Die Kreisfläche einer Bohrung ist A_B = π · (d/2)²; bei durchgehenden Bohrungen ziehst du n · A_B · t vom Plattenvolumen ab. Für die Masse gilt m = ρ · V. Achte auf Einheiten: 1 cm³ = 1000 mm³; deshalb darf eine Dichte in g/cm³ erst mit dem in cm³ umgerechneten Volumen multipliziert werden.

Der Schwerpunkt einer homogenen symmetrischen Platte liegt in der geometrischen Mitte. Bei mehreren Teilvolumina mit gleichem Werkstoff verwendest du für die Schwerpunktkoordinate beispielsweise z_S = Σ(V_i · z_i) / ΣV_i; bei unterschiedlichen Dichten müssen die Massen anstelle der Volumina gewichtet werden. Bei symmetrisch angeordneten Bohrungen bleibt die Schwerpunktlage in den beiden Symmetrieachsen erhalten. Vergleiche Handrechnung und CAD-Auswertung und untersuche Differenzen statt unkritisch gerundete Zahlen zu übernehmen.

Einfache Baugruppen montierbar konstruieren

Lagebeziehungen und Freiheitsgrade

Eine Baugruppe ist mehr als die sichtbare Überlagerung zweier 3D-Körper. Bestimme ein festgesetztes Bezugsteil, richte die weiteren Teile über Ebenen, Achsen oder Bohrungsmittelpunkte aus und prüfe die verbleibenden Freiheitsgrade wie Verschieben und Drehen. In CAD-Systemen heißen solche Beziehungen je nach Software Verknüpfungen, Mate, Constraint oder Joint. Diese Bezeichnungen sind funktional vergleichbar, aber nicht identisch. Prüfe, ob die konkrete Software mit der verwendeten Version die gewünschte Baugruppenfunktion unterstützt.

Beispiel einer Baugruppenumgebung mit sichtbarer Komponentenstruktur: Maxwxyz, CC BY 4.0.

Fachvideo: CAD by Joda zeigt eine FreeCAD-Baugruppenübung mit A2Plus (ältere Softwareversion 0.19). Prüfe bei eigener Software die aktuelle Arbeitsumgebung.

Lösbare Verbindungen, Normteile und Stückliste

Lösbare Verbindungen lassen sich grundsätzlich ohne Zerstörung der verbundenen Bauteile trennen, zum Beispiel geeignete Schraubverbindungen. Normteile sind durch Normangaben beschrieben, Kaufteile werden als Handelsprodukte bezogen. Wähle Modelle aus nachvollziehbaren Bibliotheken, aber kontrolliere Dimension, Bezeichnung, Einbauraum und Zulassung. Ein eingezeichneter Schraubenkopf beweist weder ausreichende Einschraubtiefe noch Tragfähigkeit.

Eine Stückliste dokumentiert Position, Benennung, Kennung, Menge, Material oder Normbezug und Änderungsstand. Sie muss mit den tatsächlich verwendeten Komponenten übereinstimmen. Prüfe besonders: doppelte Komponenten, falsch gezählte Unterbaugruppen, unvollständige Normteilbezeichnungen, nicht auflösbare externe Verknüpfungen und veraltete Mengen nach Modelländerungen.

Prüfung	Frage	Digitaler Nachweis
Lage	Sind die Achsen der Bohrungen deckungsgleich?	Schnitt oder transparente Ansicht
Kollision	Überschneiden sich feste Körper ungewollt?	Kollisionsanalyse
Zugang	Sind Schrauben und Muttern im Modell erreichbar?	Montagefolge beschreiben
Stückliste	Ist jede Position eindeutig und richtig gezählt?	Modellbaum-Stücklisten-Abgleich
Änderbarkeit	Wandern abhängige Elemente bei Maßänderung mit?	kontrollierter Parametertest

Zeichnungsableitung, Toleranzen und Datenqualität

Ansichten, Schnitte und Einzelheiten

Technische Zeichnungen leiten aus dem räumlichen Bauteil passende Ansichten ab. Vorderansicht, Draufsicht und Seitenansicht zeigen geometrische Eigenschaften aus unterschiedlichen Blickrichtungen. Schnitte machen verdeckte Innenkonturen verständlich, Einzelheiten vergrößern kleine Funktionsbereiche. Die Lage der Ansichten hängt vom gewählten Projektionsverfahren ab. Gib deshalb das Verfahren im Zeichnungskontext eindeutig an und vermische erste und dritte Winkelprojektion nicht.

Dreitafelprojektion (Biezl, gemeinfrei).

Vergleich von Projektionsanordnungen (GregorDS, CC BY-SA 3.0): links erstes Winkelprojektionsverfahren, rechts drittes.

Mittellinienbeispiel für kreisförmige Merkmale (Frans W. van den Berg, CC BY-SA 2.5 bzw. 3.0).

Beispiel für abgeleitete, bemaßte Ansichten mit FreeCAD TechDraw (Ex.ungue.leonem; LGPL gemäß Dateiseite).

Fachvideo: Stolz3D, technische Zeichnungen mit FreeCAD TechDraw, einschließlich Ansichten, Schnitt und Bemaßung (FreeCAD 0.19).

Maße und Toleranzen richtig interpretieren

Ein Nennmaß ist der zugrunde gelegte Sollwert. Eine Toleranz beschreibt erlaubte Abweichungen. Bei einem Maß 20,0 ± 0,2 mm beträgt das zulässige Intervall 19,8 bis 20,2 mm. Die Toleranzbreite ist hier 0,4 mm und nicht 0,2 mm. Wenn zwei unabhängig tolerierte Lochlagen zusammenwirken, können sich Abweichungen im ungünstigen Fall addieren. Aus einer schönen 3D-Ansicht darfst du daher keine sichere Montierbarkeit ableiten.

Prüfregel: Maßeinheit, Bezugskante, Durchmesser- und Radiuszeichen, Anzahl gleicher Elemente, Maßketten, Toleranzen und Zeichnungsindex müssen konsistent sein. Allgemeintoleranzen oder Passungen dürfen nur nach überprüfter, passender Spezifikation angenommen werden. Bei sicherheitsrelevanten oder realen Konstruktionen veranlasst allein die zuständige Fachperson die norm- und belastungsgerechte Prüfung.

Datenformate, Versionsvergleich und Fehlerdiagnose

Format bzw. Artefakt	Typischer Zweck	Zu prüfende Grenze
natives CAD-Projekt	Parameter, Modellbaum und verknüpfte Dokumente bearbeiten	software- und versionsabhängig
STEP	3D-Geometrie zwischen CAD-Systemen austauschen	nicht automatisch komplette Modellhistorie
DXF	2D-Geometrie übertragen	Maße, Layer, Einheiten und Interpretation prüfen
PDF	technische Zeichnung kontrolliert ansehen	meist kein parametrisches Bearbeiten
CSV	Stückliste tabellarisch ausgeben	Spalten, Zeichencodierung und Mengen kontrollieren

Diagnose in fünf Fragen: (1) Ist die Vorgabe eindeutig? (2) Sind Bezugsebenen und Skizzenbedingungen korrekt? (3) Wurde die Baugruppe nach Änderungen aktualisiert? (4) Entsprechen Ansichten, Stückliste und berechnete Werte dem Modell? (5) Ist der Export mit korrekten Einheiten und Dateinamen im Zielsystem geprüft? Halte für jede Abweichung Befund, vermutete Ursache, Korrektur und erneuten Test fest.

Vollständiger Modellfall: zweiplattige Montageeinheit

Synthetischer Arbeitsauftrag und Angaben

Situation: Ein fiktives Planungsbüro möchte zwei Aluminiumplatten als digitale Übungsbaugruppe mit vier lösbaren Schraubverbindungen darstellen. Du erstellst beide parametrischen Teile, die Baugruppe, eine Zeichnungsableitung, eine Stückliste und eine überschlägige Massenrechnung. Es erfolgt weder reale Herstellung noch Maschinenfreigabe. Werkstoffkennwerte und Maße sind ausschließlich Rechenannahmen; eine technische Tragfähigkeitsbewertung ist nicht Teil des Falls.

Parameter	Wert	Bedeutung
L	120 mm	Länge beider Platten
B	80 mm	Breite beider Platten
t1	6 mm	Dicke der Grundplatte
t2	4 mm	Dicke der Deckplatte
d	7 mm	Durchmesser der vier durchgehenden Bohrungen pro Platte
Bohrungsmittelpunkte	(15;15), (105;15), (15;65), (105;65) mm	Koordinaten relativ zur unteren linken Ecke
ρ	2,70 g/cm³	vereinfachte Dichte für beide Platten
Verbindung	vier modellhafte M6-Schraubverbindungen	Schraubenlänge und reale Eignung ausdrücklich ungeprüft

Schematische Draufsicht als Koordinatentabelle: Die linke und rechte Lochreihe liegen bei x = 15 mm und x = 105 mm. Die untere und obere Lochreihe liegen bei y = 15 mm und y = 65 mm. Damit betragen die Mittenabstände horizontal 90 mm und vertikal 50 mm. Jede Bohrungsmitte liegt 15 mm vom jeweils nächstgelegenen Außenrand entfernt. Das ist eine Geometrieangabe, keine Aussage über normative Mindestabstände oder mechanische Festigkeit.

CAD-Plan und Musterarbeitsprodukte

Teil PL01: Rechteckskizze 120 × 80 mm vollständig bestimmen, um 6 mm aufpolstern, vier Kreise Ø 7 mm auf den angegebenen Positionen setzen und als Durchgangsbohrungen ausschneiden. Kontrolliere den einen geschlossenen Körper und alle Koordinaten.
Teil PL02: dieselbe Außenkontur und dasselbe Bohrbild erstellen, aber mit 4 mm Dicke. Nutze eigenständige Parameter oder bewusst verwaltete Referenzen; unbemerkte Dateikopien mit alten Bezügen vermeiden.
Baugruppe BG01: PL01 festsetzen, PL02 mit ihrer Unterseite auf die Oberseite von PL01 legen. Im Koordinatensystem des Zusammenbaus liegen die Plattenunterseiten bei z = 0 mm und z = 6 mm. Die entsprechenden Bohrungsachsen werden deckungsgleich ausgerichtet.
Verbindungselemente: in der Stückliste beispielhaft 4 Schrauben, 8 Scheiben und 4 Muttern vorsehen. Vor jedem realen Einsatz wären genaue Teilebezeichnungen, Länge, Bauraum, Einbau und Festigkeit von qualifiziertem Personal zu klären.
Dokumentation: eine Draufsicht mit Bohrbild, eine Seitenansicht mit den Gesamtdicken, einen Schnitt durch eine Bohrungsachse und eine isometrische Übersicht erzeugen. Dokumentiere Maße, Einheit, Zeichnungsnummer, Revision und Hinweis „nur digitales Lernmodell“.
Abgabe: native Teile PL01 und PL02, BG01, Zeichnungs-PDF, Stücklisten-CSV, Berechnungsblatt und Prüfprotokoll in eindeutiger Ordnerstruktur versionieren. Neutralexport nur nach erfolgreicher Importkontrolle kennzeichnen.

Beispiel-Stückliste als erwartetes Arbeitsprodukt:

Pos.	Kennung	Benennung	Menge	Status
1	PL01	Grundplatte 120 × 80 × 6	1	Lernteil
2	PL02	Deckplatte 120 × 80 × 4	1	Lernteil
3	N01	M6-Schraube, Länge offen	4	Norm-/Kaufteil prüfen
4	N02	Unterlegscheibe passend zu M6	8	Norm-/Kaufteil prüfen
5	N03	M6-Mutter	4	Norm-/Kaufteil prüfen

Stückzahl gesamt: 1 + 1 + 4 + 8 + 4 = 18 Einzelkomponenten. Die Stückliste ist ein didaktisches Modell, keine Bestell- oder Fertigungsfreigabe.

Musterrechnung mit Einheiten und Ergebnis

Bruttovolumen beider Platten: V_brutto = L · B · (t1 + t2) = 120 mm · 80 mm · 10 mm = 96 000 mm³.

Volumen aller Bohrungen beider Platten: V_B = 4 · π · (7 mm / 2)² · (6 mm + 4 mm) = 4 · π · 12,25 mm² · 10 mm = 1 539,38 mm³.

Nettovolumen: V_netto = 96 000 − 1 539,38 = 94 460,62 mm³ = 94,46062 cm³.

Plattenmasse: m = 2,70 g/cm³ · 94,46062 cm³ = 255,04 g, gerundet auf zwei Nachkommastellen. Verbindungselemente sind ausdrücklich nicht einbezogen.

Projizierte Materialfläche der Draufsicht: A = 120 · 80 − 4 · π · 3,5² = 9 446,06 mm². Die geometrische Schwerpunktlage der zwei homogenen, symmetrisch gebohrten Platten liegt bei x_S = 60 mm, y_S = 40 mm, z_S = 5 mm bezogen auf die untere linke Ecke der Grundplatte und deren Unterseite. Auch dieses Ergebnis gilt nur für die Platten ohne Verbindungselemente.

Plausibilitätsprüfung: Die Masse muss kleiner sein als die ungeteilte Vollkörpermasse 96 cm³ · 2,70 g/cm³ = 259,20 g. Die Differenz von rund 4,16 g entspricht dem entfernten Bohrungsvolumen. Stimmt eine CAD-Massenauswertung nicht überein, prüfe zuerst Maßeinheiten, Materialdichte, Lochanzahl, Körperdicken und ungewollte doppelte Körper.

Änderungsauftrag und Fehlerdiagnose

Änderung V02: Die Breite B wächst von 80 auf 90 mm, der Lochabstand zum jeweils nächsten Außenrand soll weiterhin 15 mm betragen. Damit liegen die y-Koordinaten nach der Änderung bei 15 mm und 75 mm. Der x-Abstand bleibt unverändert. Das neue Bruttovolumen beträgt 120 · 90 · 10 = 108 000 mm³. Abzüglich der unveränderten Bohrungsvolumina ergibt sich 106 460,62 mm³ = 106,46062 cm³; die neue Plattenmasse ist 287,44 g. Massenzunahme: 32,40 g. Die Stückzahlen ändern sich nicht; Ansichten und Maßangaben dagegen schon. Nur ein Screenshot der alten Baugruppe wäre kein korrekter Nachweis.

Toleranzdenken – bewusst vereinfachtes Warnbeispiel: Angenommen, beide Lochmittelpunkte könnten jeweils in x und y um ±0,2 mm abweichen. Im ungünstigsten Fall unterscheiden sich die Mittelpunkte zweier Platten um 0,4 mm in jeder Richtung; ihre seitliche Distanz ist dann √(0,4² + 0,4²) ≈ 0,566 mm. Das nominelle Radialspiel zwischen einem zylindrischen 6-mm-Schaft und einer 7-mm-Bohrung beträgt nur (7 − 6) / 2 = 0,5 mm. Deshalb ist mit diesen freien Annahmen die Montage nicht in jedem Grenzfall garantiert. Das ist keine vollständige Passungsrechnung: Schrauben-, Bohrungs-, Lage-, Fluchtungs- und Montagebedingungen müssen vor einer realen Auslegung gesondert fachlich geprüft werden.

Muster-Prüfprotokoll:

Merkmal	Soll	Beispielbefund	Bewertung und Maßnahme
Platte PL01	120 × 80 × 6 mm	CAD-Messung stimmt überein	erfüllt
Platte PL02	120 × 80 × 4 mm	CAD-Messung stimmt überein	erfüllt
Bohrungen	je viermal Ø 7 mm	Koordinaten stimmen überein	erfüllt
Baugruppe	Deckplatte ab z = 6 mm	Achsen modellseitig deckungsgleich	digital erfüllt
Nettovolumen	94 460,62 mm³	CAD-Wert zu vergleichen	offen bis Abgleich
Schraubenlänge	noch nicht festgelegt	keine belastbare Auswahl	nicht freigegeben
Revisionsstand	V01 beziehungsweise V02	Vorher-Nachher-Dateien	getrennt dokumentieren

Fachliches Bewertungsraster für den Modellfall

Bewertungskriterium	Punkte	Vollständige Leistung
Vorgabenanalyse	15	Maße, Einheiten, Funktion, Annahmen und Klärungsbedarf vollständig erfasst
Parametrische Einzelteile	20	beide geschlossenen Körper korrekt und robust änderbar
Baugruppe und Montierbarkeit	15	Bezugsfestlegung, Lagebeziehungen, Zugänglichkeit und Unsicherheiten erklärt
Zeichnungsableitung	15	passende Ansichten, Schnitt, eindeutige Maße, Revision
Berechnungen	15	korrekte Ansätze, Einheiten, Nettovolumen, Masse, Schwerpunkt und Plausibilität
Daten und Stückliste	10	konsistente Mengen, Versionen, Formate und Schutz vertraulicher Daten
Prüfung und Fehlerkorrektur	10	nachvollziehbare Soll-Ist-Kontrolle, dokumentierte Änderung und Grenzen
Gesamt	100	fachliche Kriterien statt bloßer Oberflächenoptik

Rückmeldung nach dem Raster: 90–100 Punkte: sehr sicher; 75–89: weitgehend sicher; 60–74: grundlegende Kompetenzen, gezielte Überarbeitung nötig; unter 60: Teilbereiche anhand der Befunde erneut bearbeiten. Diese Einteilung ist ausschließlich ein Vorschlag für den Lernauftrag und keine amtliche Prüfungsbewertung. Die Bewertung wird erst nach Überprüfung der eingereichten Modelle, Zeichnungen und Rechnungen vergeben.

Interaktive Aufgaben

Multiple-Choice-Quiz: Fachwissen anwenden

Woran erkennst du eine sinnvoll parametrisierte Skizze? (Sie wird durch nachvollziehbare Maße und geometrische Bedingungen gesteuert) (!Sie besteht nur aus frei gezeichneten Linien ohne Beziehungen) (!Sie hat möglichst viele widersprüchliche Bedingungen) (!Sie wurde nachträglich nur als Bild exportiert)

Rückmeldung: Maß- und Geometriebeziehungen machen das Modell kontrolliert änderbar; ein Bild allein enthält keine bearbeitbare Skizzenlogik.

Was ist vor der Konstruktion bei widersprüchlichen Maßangaben richtig? (Den Widerspruch dokumentieren und die Vorgabe klären) (!Den größeren Wert ohne Rückfrage übernehmen) (!Den Mittelwert als verbindliches Nennmaß festlegen) (!Nur nach optischem Eindruck modellieren)

Rückmeldung: Fachgerechte Planung erfordert eindeutige Vorgaben; unbestätigte Annahmen müssen als offen markiert werden.

Welchen horizontalen Abstand haben im Modellfall die Bohrmittelpunkte bei x 15 und x 105? (90 mm) (!120 mm) (!105 mm) (!75 mm)

Rückmeldung: Ein Mittenabstand wird als Koordinatendifferenz berechnet: 105 minus 15 ergibt 90 mm.

Was ist bei der Erstellung einer Baugruppe wesentlich? (Lagebeziehungen und verbleibende Freiheitsgrade prüfen) (!Die Einzelteile nur farblich gleich darstellen) (!Alle Teile unabhängig voneinander frei bewegen lassen) (!Nur die Dateinamen der Teile aneinanderhängen)

Rückmeldung: Eine visuell plausible Anordnung genügt nicht; festgesetzte Bezüge und Verknüpfungen definieren das Zusammenwirken.

Wie groß ist das Bruttovolumen beider rechteckiger Platten im Modellfall ohne Bohrungen? (96000 Kubikmillimeter) (!9600 Kubikmillimeter) (!96000 Kubikzentimeter) (!960 Kubikmillimeter)

Rückmeldung: Länge mal Breite mal Gesamtdicke ergibt 120 mal 80 mal 10 gleich 96000 Kubikmillimeter.

Welche Masse beschreibt die Musterrechnung von rund 255 Gramm? (Die Masse beider gebohrter Platten ohne Verbindungselemente) (!Die Masse ausschließlich der Schrauben und Muttern) (!Die Masse eines massiven ungebohrten Körpers mit Schrauben) (!Die endgültig freigegebene Masse der realen Baugruppe)

Rückmeldung: Die vereinfachte Dichte wurde nur auf das Nettovolumen der beiden Platten angewendet.

Welcher Bereich ergibt sich bei einem Maß von 20 Millimetern mit einer Abweichung von plus minus 0,2 Millimetern? (19,8 bis 20,2 Millimeter) (!19,8 bis 20,0 Millimeter) (!20,0 bis 20,4 Millimeter) (!19,6 bis 20,4 Millimeter)

Rückmeldung: Zulässige Grenzen entstehen durch einmaliges Abziehen und Addieren der angegebenen Abweichung.

Welches Format ist für den Austausch dreidimensionaler CAD-Geometrie typischerweise geeignet? (STEP) (!PDF) (!CSV) (!JPEG)

Rückmeldung: STEP dient dem neutralen Austausch von Produktgeometrie; PDF und CSV verfolgen andere Zwecke.

Wie viele Einzelkomponenten zählt die Musterstückliste des Modellfalls insgesamt? (18) (!14) (!16) (!20)

Rückmeldung: Die Summe ist eine Grundplatte plus eine Deckplatte plus vier Schrauben plus acht Scheiben plus vier Muttern.

Was ist nach einer Änderung der Plattenbreite zusätzlich zum CAD-Modell zu prüfen? (Zeichnung Stückliste Rechenergebnis und Versionsstand) (!Nur die Hintergrundfarbe der CAD-Ansicht) (!Ausschließlich der Name der bearbeitenden Person) (!Nur die Darstellung des alten Screenshots)

Rückmeldung: Eine Parameteränderung hat Folgewirkungen auf technische Dokumente und Qualitätsnachweise.

Memory: Begriffe sicher zuordnen

Finde die passenden Fachbegriff-Erklärung-Paare.

Parametrik	Steuerung der Geometrie durch Maße und Beziehungen
Extrusion	Erzeugen eines dreidimensionalen Körpers aus einem Profil
Durchgangsbohrung	Öffnung durch die gesamte Bauteildicke
Stückliste	Aufstellung der benötigten Komponenten und Mengen
Freiheitsgrad	mögliche unabhängige Bewegung eines Körpers
Revision	dokumentierter Änderungsstand einer technischen Unterlage
Schwerpunkt	Punkt der resultierenden Massenverteilung

Drag-and-drop: CAD-Arbeitsschritte und Funktionen

Ordne jedem Fachbegriff die fachlich passende Beschreibung zu.

Passender Fachbegriff	Zugehörige Funktion
Bezugsebene	Startfläche für eine definierte Skizzenlage
Bohrbild	Festlegung der Zentren und Durchmesser von Öffnungen
Baugruppenverknüpfung	Festlegung einer relativen Position zwischen Komponenten
Zeichnungsableitung	Erzeugen technischer Ansichten aus dem Modell
Neutralexport	Übertragung von Geometrie in ein vereinbartes Austauschformat

Kreuzworträtsel: sechs zentrale Wörter

Skizze	Welche zeichnerische Vorstufe enthält die geometrische Grundidee eines Bauteils?
Baugruppe	Wie heißt eine definierte Einheit aus mehreren konstruktiven Komponenten?
Toleranz	Welcher Begriff beschreibt zulässige Abweichungen von einem Nennmaß?
Volumen	Welche Größe beschreibt den räumlichen Inhalt eines Körpers?
Stückliste	Welches Dokument erfasst Positionen und Mengen einer Konstruktion?
Parametrik	Welches Prinzip steuert Geometrie über Maße und Beziehungen?

LearningApps: zusätzliche CAD-Übungen

Suche ergänzende Zuordnungs- und Zeichenübungen und prüfe deren fachliche Richtigkeit vor der Übernahme.

Lückentext: Fachzusammenhänge wiedergeben

Ein digital beschriebenes einzelnes Konstruktionsteil heißt

.

Eine Zusammenstellung mehrerer Komponenten heißt

.

Durch festgelegte Maße und Beziehungen entsteht ein

Modell.

Mit der Funktion

wird aus einem Profil ein räumlicher Körper erzeugt.

Eine Öffnung durch die volle Dicke heißt

.

Die Summe aus Einzeltätigkeiten und Mengen wird in einer

dokumentiert.

Die zulässige Abweichung von einem Nennmaß nennt man

.

Ein häufig verwendetes neutrales Format für den Austausch von 3D-Geometrie ist

.

Die Masse folgt aus der Dichte und dem

.

Technische Unterlagen benötigen einen eindeutig erkennbaren

.

Unklare oder widersprüchliche Vorgaben müssen vor der Modellierung

werden.

Die systematische Gegenüberstellung von Vorgabe und Ergebnis heißt

.

Offene Aufgaben

Bearbeite genau vier Aufgaben pro Niveau. Verwende stets eine Skizze oder Tabelle, Einheiten, eine begründete Lösung und eine kurze Selbstkontrolle. Die hier verwendeten Daten sind erfunden.

Leicht

Aufgabe 1 – Vorgabe analysieren: Markiere in der Modellfallbeschreibung Länge, Breite, Dicke, Bohrungsdurchmesser und ungeklärte Angaben. Musterprodukt: beschriftete Vorgabentabelle mit mindestens fünf sicheren Angaben und der offenen Schraubenlänge; Kriterium: keine Annahme als Freigabe ausgeben.
Aufgabe 2 – Bohrpunkte skizzieren: Zeichne die Draufsicht der 120 × 80-mm-Platte und trage alle vier Lochmittelpunkte ein. Musterprodukt: Skizze mit x = 15/105 und y = 15/65 mm; Kriterium: 90 mm horizontaler und 50 mm vertikaler Mittenabstand.
Aufgabe 3 – Fläche berechnen: Berechne die rechteckige Bruttofläche und die nach vier Ø-7-mm-Bohrungen projiziert verbleibende Materialfläche. Lösung: 9600 mm² und gerundet 9446,06 mm²; Kriterium: Kreisformel und vier Abzüge sichtbar.
Aufgabe 4 – Formate vergleichen: Ordne nativer CAD-Datei, STEP, PDF und CSV jeweils einen sinnvollen Verwendungszweck zu. Musterprodukt: Vier-Zeilen-Vergleich; Kriterium: Bearbeitung, 3D-Austausch, Zeichnungsansicht und Stückliste korrekt getrennt.

Standard

Aufgabe 5 – Einzelteil parametrieren: Erstelle digital PL01 mit 120 × 80 × 6 mm und vier Ø-7-mm-Durchgangsbohrungen. Musterprodukt: Datei und Modellbaum mit benannten Parametern; Kriterium: geschlossener Körper, alle Bohrmittelpunkte korrekt, Skizzen beherrschbar.
Aufgabe 6 – Baugruppe aufbauen: Konstruiere PL02 und füge beide Platten lagerichtig zu BG01 zusammen. Musterprodukt: isometrische Ansicht und Schnitt; Kriterium: Deckplatte bei z = 6 mm und vier deckungsgleiche Lochachsen.
Aufgabe 7 – Stückliste und Masse: Schreibe die fünf Positionszeilen aus dem Modellfall und rechne das Plattennettomaterial samt Masse nach. Lösung: 18 Komponenten, 94 460,62 mm³, etwa 255,04 g nur für Platten; Kriterium: klare Abgrenzung von Normteilen.
Aufgabe 8 – Zeichnungsprüfung: Leite Drauf-, Seiten- und Schnittansicht ab, trage wesentliche Maße sowie Revision V01 ein und vergleiche sie mit dem Modell. Musterprodukt: Zeichnungs-PDF und Prüfliste; Kriterium: Ansichten, Einheit, Bohrbild und Revision konsistent.

Schwer

Aufgabe 9 – Grenzfall analysieren: Erkläre, warum zwei unabhängig um ±0,2 mm in x und y abweichende Bohrmittelpunkte trotz Ø 7-mm-Bohrungen und nominellem 6-mm-Schaft ein Montagerisiko ergeben können. Lösung: 0,566 mm maximaler Punktversatz ist größer als 0,5 mm Radialspiel; Kriterium: vereinfachende Annahmen und nicht gesicherte reale Montage benennen.
Aufgabe 10 – Änderungssteuerung: Ändere die Plattenbreite parametrisch auf 90 mm und halte die Lochabstände zum Rand konstant. Musterprodukt: V02-Dateien und Vorher-Nachher-Vergleich; Lösung: y = 15/75 mm, Masse rund 287,44 g, Zuwachs 32,40 g; Kriterium: abhängige Zeichnungen aktualisiert.
Aufgabe 11 – Datenrisiko prüfen: Entwirf für einen erfundenen Auftrag eine Sicherheitsmatrix für Dateifreigabe, Bibliotheksrechte, Datensicherung und Versionsverwaltung. Musterprodukt: vier Risiken mit Gegenmaßnahmen; Kriterium: keine personenbezogenen oder vertraulichen Originaldaten, klare Zugriffsrechte.
Aufgabe 12 – Fachrichtungstransfer: Übertrage die Modellierungs- und Prüfmethodik auf einen einfachen, frei erfundenen Halter oder ein Gehäuse aus einer der drei Fachrichtungen, ohne reale Belastungsauslegung. Musterprodukt: Skizze, 3D-Konzept, Stücklistenentwurf und Grenzenanalyse; Kriterium: Unterschiede bei Umgebung, Dokumentationspflichten und Normen begründet.

Lernkontrolle

Bearbeite die Aufgaben schriftlich und gleiche die Ergebnisse mit dem Modellfall ab. Erkläre auch deine Prüfschritte.

Lernkontrolle 1 – Fehlerdiagnose: Ein CAD-Modell enthält nur drei statt vier Durchgangsbohrungen. Nenne einen systematischen Prüfweg; Lösungskriterien: Bohrbild gegen Koordinatentabelle prüfen, Modellbaum untersuchen, vierten Durchbruch ergänzen, Volumen neu berechnen.
Lernkontrolle 2 – Änderungsfolge: Die Breite der Platte wird auf 90 mm geändert, ein PDF zeigt noch 80 mm. Erkläre den Qualitätsmangel; Lösungskriterien: Revisionskonflikt, Zeichnung aus V02 neu ableiten, Stückliste und Maßprüfung abgleichen.
Lernkontrolle 3 – Einheitenrechnung: Ein CAD-System meldet für die Platten 94 460,62 mm³. Bestimme die Masse bei 2,70 g/cm³; Lösung: 94,46062 cm³ und gerundet 255,04 g, ohne Schrauben.
Lernkontrolle 4 – Montierbarkeit: Zwei Bohrungen wirken in der Isometrie fluchtend. Welche weiteren Kontrollen brauchst du? Lösungskriterien: Achsenlage, Toleranzen, Kollisionsprüfung, Einbauraum, Zugänglichkeit und Verbindungselemente.
Lernkontrolle 5 – Datenaustausch: Der Empfänger verlangt bearbeitbare CAD-Parameter, erhält aber nur PDF und STEP. Erläutere das Problem und einen Lösungsweg; Lösungskriterien: natives Format oder abgestimmtes Feature-Austauschverfahren, Softwarekompatibilität und Importtest.
Lernkontrolle 6 – Fachliche Bewertung: Vergleiche zwei Abgaben, von denen eine hübsche Renderbilder, aber keine Maße liefert und die andere nachvollziehbare Parameter, Berechnung und Prüfprotokoll enthält. Lösungskriterien: die zweite ist technisch besser überprüfbar; Aussagen mit Kriterien aus dem 100-Punkte-Raster belegen.

Lernnachweis

Dein Lernportfolio soll überprüfbar zeigen, was du fachlich erklären, berechnen, modellieren und kontrollieren kannst. Reiche eine ausgefüllte Analysetabelle, mindestens eine bemaßte Skizze, die zwei parametrischen Einzelteile, eine nachvollziehbar verknüpfte Baugruppe, technische Ansichten, die Stückliste, die Massen- und Schwerpunktrechnung, einen V01/V02-Versionsvergleich und das Prüfprotokoll ein. Kennzeichne Modellannahmen und nicht freigegebene reale Eigenschaften.

Kompetenz	Beleg	Qualitätsmaßstab
Analyse und Planung	Vorgabentabelle und Skizze	Maße, Bezüge und offene Fragen klar
CAD-Konstruktion	native PL01/PL02-Dateien	parametrierbar, richtige Geometrie
Baugruppenbildung	BG01 und Schnitt	Lage, Freiheitsgrade und Montagegrenzen erläutert
Fachrechnen	Rechenblatt und CAD-Abgleich	Einheiten, Rechenweg, plausibles Ergebnis
Technische Dokumentation	Zeichnungs-PDF und Stückliste	vollständig, konsistent und versioniert
Fehlerdiagnose und Transfer	Soll-Ist-Protokoll und V02	Ursache, Korrektur und erneute Prüfung belegt

Selbstbeurteilung: Bewerte dich anhand des Rasters im Modellfall und formuliere zu einem noch nicht erfüllten Kriterium einen konkreten nächsten Lernschritt. Eine reale Fertigungsfreigabe, ein Sicherheitsnachweis oder eine elektrotechnische Betriebserlaubnis ist damit nicht verbunden.

OER und Wikipedia

Amtliche fachliche Grundlagen – vor der Veröffentlichung eingesehen:

KMK-Rahmenlehrplan Technischer Systemplaner, 27.05.2011, insbesondere Lernfeld 2, Seite 12 des Dokuments; amtliches Dokument, keine pauschale CC-Freigabe behauptet.
BIBB-Berufsprofil Versorgungs- und Ausrüstungstechnik mit Struktur, Fachrichtungen, Ausbildungsdauer und Rechtsgrundlagen.
Ausbildungsordnung Technischer Systemplaner, aktuelle konsolidierte Rechtsfassung; maßgeblich für die jeweilige Fachrichtung.
IHK Hannover, aktuelle Hinweise vom 11.09.2026; zeigt unterschiedliche Verfahren je Fachrichtung. Aktuelle Prüfungsvorgaben stets bei der zuständigen Kammer kontrollieren.
Berufsschul-Lehrplan Sachsen, überarbeitet 2020, Umsetzungsbeispiele für das Lernfeld 2.
FreeCAD: TechDraw-Tutorial, ergänzende Dokumentation; Softwareversion beachten.

Nachschlageartikel (deutsch): CAD und Technische Zeichnung. Die Artikel sind Lernhilfen und ersetzen keine aktuelle Normprüfung.

Medien- und Rechteverzeichnis

Geprüfte Bilddateien auf Wikimedia Commons:

Eingebundene Datei	Originalquelle	Urheber	Nachgewiesenes Nutzungsrecht
File:OrthographicProjection.svg	Commons-Dateiseite	Ldo	CC BY-SA 3.0
File:Parametric and feature-based modeling example.gif	Commons-Dateiseite	Donatello29	CC BY-SA 4.0
File:FreeCAD 1.0 Light Assembly Example.png	Commons-Dateiseite	Maxwxyz	CC BY 4.0
File:Dreitafelprojektion.svg	Commons-Dateiseite	Biezl	gemeinfrei gemäß Dateiseite
File:Conventions of placing vues in technical drawings.svg	Commons-Dateiseite	GregorDS	CC BY-SA 3.0
File:Technical Drawing CenterLines 01.PNG	Commons-Dateiseite	Frans W. van den Berg	Mehrfachlizenz, insbesondere CC BY-SA 2.5/3.0
File:FreeCAD TechDraw.png	Commons-Dateiseite	Ex.ungue.leonem	LGPL 2.1 oder später gemäß Dateiseite

Fachvideos – Original-YouTube-Einbettung, keine OER-Lizenz unterstellt:

Video	Quelle	Kanal/Urheber	Rechte
https://www.youtube.com/watch?v=VHyg-bQUlFc	FreeCAD Grundlagen, Skizze zu 3D	Stolz3D / flowwie	Einbettung des Originals; Urheberrechte beim Kanal, keine CC-Lizenz behauptet
https://www.youtube.com/watch?v=pNtib8x_DbQ	FreeCAD A2Plus Baugruppe	CAD by Joda	Einbettung des Originals; Urheberrechte beim Kanal, keine CC-Lizenz behauptet
https://www.youtube.com/watch?v=z7ycnAj-YdY	FreeCAD TechDraw	Stolz3D / flowwie	Einbettung des Originals; Urheberrechte beim Kanal, keine CC-Lizenz behauptet

Hinweis zur Weitergabe: Creative-Commons-Medien nur unter Einhaltung der jeweils verlinkten Attribution-/Share-Alike-Bedingungen nachnutzen. Medien und Screencasts zeigen teils ältere FreeCAD-Versionen. Die Schaubildtabellen, das Rechenbeispiel und das Modellfallschema in diesem Kurs sind eigenständig erstellte synthetische Lehrbeispiele.