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Fachübungen 6 SMT – Objekte aus genormten Halbzeugen planen und konstruieren – Fachrichtung Stahl- und Metallbautechnik (SMT) - Technischer Systemplaner

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Einleitung

Im Lernfeld 6 der Fachrichtung Stahl- und Metallbautechnik (SMT) planst und konstruierst du aus genormten Halbzeugen tragende und verbindende Bauteile. Du verbindest Auftragsanalyse, Fertigungszeichnungen, einfache Statik, Profilwahl, Verbindungstechnik und prüfbare Stücklisten. Dieser aiMOOC richtet sich an Auszubildende zum Technischen Systemplaner im zweiten Ausbildungsjahr. Der KMK-Rahmenlehrplan nennt für Lernfeld 6 SMT einen Zeitrichtwert von 100 Unterrichtsstunden.

Sicherheit und Geltungsbereich: Alle Zahlen, Konstruktionen, Lasten, Modellzeichnungen und Produktangaben dieses Kurses dienen ausschließlich der Ausbildung. Sie sind keine reale Tragwerksbemessung, Prüfstatik, Ausführungsfreigabe oder Maschinenfreigabe. Bemessung, Fertigung, thermisches Trennen, Schweißen, Richten, Prüfen und Montage in der Praxis dürfen nur nach betrieblicher Gefährdungsbeurteilung und unter qualifizierter Anleitung und fachlicher Freigabe erfolgen. Zu jeder realen Konstruktion gehören die jeweils gültigen Regelwerke, Lastannahmen, Verbindungs- und Stabilitätsnachweise.

Beruflicher Rahmen: Der anerkannte Ausbildungsberuf dauert regulär 42 Monate. Die Ausbildungsordnung trat am 1. August 2011 in Kraft und wurde 2014 geändert. Für SMT gelten nach den überprüften §§ 20–23 eine gestreckte Abschlussprüfung mit den Bereichen Erstellen technischer Unterlagen, Konstruktionsauftrag, Baukonstruktion sowie Wirtschafts- und Sozialkunde; dieser Kurs enthält keine Originalprüfungsaufgaben und keine verbindliche Prüfungszeitsimulation. Quellen: BIBB: Fachrichtung SMT, geltende Ausbildungsordnung und KMK-Rahmenlehrplan, Seite 26. Beachte: Der häufig verlinkte BIBB-Profileintrag 270810 beschreibt die andere Fachrichtung Versorgungs- und Ausrüstungstechnik; für diesen SMT-Kurs ist 270410 maßgeblich.

Auftrag analysieren und genormte Halbzeuge auswählen

Auftrag, Funktionen und Randbedingungen

Ein Halbzeug ist ein vorgefertigtes Erzeugnis, das erst durch Zuschneiden, Bohren, Fügen oder andere zulässige Bearbeitung zum Bauteil wird. Im Stahlbau sind das etwa I- und H-Profile, U-Profile, Winkelprofile, Rechteck- und Rundhohlprofile, Stäbe und Bleche. Erfasse zuerst Funktion, Spannweite, Anschlussstellen, Umgebungsbedingungen, Lastannahmen, gewünschte Montagefolge und notwendige Zeichnungsausgaben. Trenne Kundenwunsch, geprüfte Planungsannahme und offene Fachfreigabe. Ein Profil ist nicht allein deshalb geeignet, weil seine Außenabmessungen passen.

Bild: Stahlrahmen im Bauzustand; untersuche Träger, Stützen, Aussteifungen und Knoten. Quelle und Lizenz im Medienverzeichnis.

Profilfamilien, Bezeichnungen und Kennwerte

Flansch oder Gurt: breiter Querschnittsteil eines I-Profils; Steg: verbindender mittlerer Querschnittsteil; Profilhöhe h, Flanschbreite b, Stegdicke t_w und Flanschdicke t_f beschreiben die Geometrie. Profilreihen wie IPE, HEA und HEB haben unterschiedliche Querschnitte, Massen und Tragwirkungen. Verwechsle den Profilnamen nicht mit einer frei erfundenen Maßangabe. Ein Norm-/Herstellerdatenblatt nennt unter anderem Querschnittsfläche A, lineare Masse m', Flächenträgheitsmoment I und elastisches Widerstandsmoment W für die jeweilige Achse. Bei einem Querschnitt gilt für eine betrachtete Biegeachse W = I / c mit dem Abstand c zur äußersten Faser.

Bild: vermaßte Skizze eines HEB-100-Querschnitts; Kennwerte müssen trotzdem in einer aktuellen Profiltabelle nachgeschlagen werden.

Kenngröße	Zeichen	Häufige Einheit	Wozu dient sie?
Profil- oder Bauteillänge	L	mm oder m	Zuschnitt- und Systemmaß
Querschnittsfläche	A	mm² oder cm²	Materialfläche, Normalkraft und Masse
Flächenträgheitsmoment	I	mm⁴ oder cm⁴	Biegesteifigkeit um eine festgelegte Achse
Widerstandsmoment	W	mm³ oder cm³	Spannungsberechnung bei Biegung
Masse je Länge	m'	kg/m	Stückliste, Transport und Kalkulation
Elastizitätsmodul	E	N/mm²	elastische Verformung

Umrechnung beachten: 1 cm⁴ = 10 000 mm⁴ und 1 cm³ = 1 000 mm³. Der Trägheitswert über die starke Querschnittsachse darf nicht unbemerkt für Biegung um die schwache Achse verwendet werden. Bei realen Konstruktionen werden Werkstoffgüte und Gütenachweis, Korrosionsschutz, Verfügbarkeit, Kosten und ökologischer Aufwand dokumentiert. Englisch: beam = Träger, column = Stütze, web = Steg, flange = Flansch, section = Profilquerschnitt.

Zuschnitt und Werkstoffe

Ein Zuschnittplan benötigt die fertige Länge, Bearbeitungszugaben, Trennfugen, Rechtwinkligkeit, Toleranzen, Restlängen und eine eindeutige Positionsnummer. Beispiel: Aus einem 6000-mm-Stab lassen sich nicht zwei fertige Abschnitte von je 3000 mm mit einer zusätzlichen Trennfuge von 3 mm gewinnen: 3000 + 3000 + 3 = 6003 mm. Ein bloßes Teilen durch die Nennlänge übersieht den Materialverlust. Thermisches Trennen und Richten beeinflussen Geometrie, Wärmehaushalt und gegebenenfalls Werkstoffeigenschaften; die praktische Durchführung gehört in qualifizierte Hände.

Statische Systeme und Auflagerkräfte verstehen

Tragweg, Lagerung und Aussteifung

Ein Tragwerk leitet Kräfte über Träger, Stützen, Verbände und Lager zu den Auflagern ab. Beim idealisierten ebenen Festlager werden horizontale und vertikale Verschiebung verhindert, Drehung ist möglich; das Loslager liefert idealisiert eine Auflagerreaktion senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung; eine Einspannung kann zusätzlich ein Moment aufnehmen. In einem realen Anschluss entsprechen diese Modelle nicht automatisch dem tatsächlichen Verhalten. Verbände und Rahmen dienen der Stabilisierung. Für ihre Ausführung sind zusätzlich räumliche Tragwirkung, mögliche Ausweichbewegungen und Stabilitätsversagen zu berücksichtigen.

Schema: einfach gelagerter Träger unter Streckenlast; Lagerung und Lastart vor jeder Rechnung prüfen.

Video (Deutsch, geprüfter Bildungsnachweis): Technische Mechanik – Belastete Brücke von oncampus GmbH, CC BY 3.0. Die folgende Einbettung nutzt den im Bildungsportal dokumentierten YouTube-Originalverweis.

Freischneiden und Gleichgewichtsbedingungen

Ein Freikörperbild zeigt nur das isolierte System mit äußeren Lasten, idealisierten Lagerreaktionen, Abständen und gewähltem Koordinatensystem. Bei ebenen statisch bestimmten Systemen gelten die drei unabhängigen Gleichgewichtsbedingungen: Summe F_x = 0; Summe F_y = 0; Summe M = 0. Prüfe Vorzeichen, Bezugspunkt, Richtung und Einheiten. Für einen beidseitig einfach gelagerten Träger der Länge L mit genau einer senkrechten Einzellast F in der Mitte ergeben sich aus Symmetrie und Momentengleichgewicht R_A = R_B = F/2. Bei außermittiger Last ist die Halbierung im Allgemeinen falsch.

Schema: Freikörperbild als Methode; die konkreten Kräfte und Maße der jeweiligen Übungsaufgabe separat eintragen.

Diagnosefragen: Ist ein Lastpfeil vergessen? Gibt es eine nicht eingetragene horizontale Kraft? Stimmen die Einheiten kN, N, m und mm? Gibt es mehr Unbekannte, als mit den Gleichgewichtsbedingungen bestimmbar sind? Solche Fragen müssen vor jeder numerischen Auswertung geklärt werden.

Schnittgrößen, Biegung und Verformung auswerten

Normalkraft, Querkraft und Biegemoment

Normalkraft N wirkt im Stab längs, Querkraft V wirkt quer zur Stabachse, und das Biegemoment M beschreibt die innere Biegebeanspruchung. Bestimme nach den Auflagerreaktionen die Schnittgrößen, indem du den Träger gedanklich an einer Position x schneidest und am Teilkörper Kräfte- und Momentengleichgewicht anwendest. Beim einfach gelagerten Träger mit mittiger Einzellast F ist die Querkraft links +F/2 und rechts −F/2; an der Einzellast springt der Verlauf. Das Moment steigt bis zur Mitte linear an und fällt wieder ab; M_max = F·L/4. Das Vorzeichen hängt von der deklarierten Konvention ab; die betragsmäßigen Maxima müssen konsistent sein.

Schema: Momentenverlauf bei einer mittigen Einzellast; kontrolliere seine Form gegen dein Freikörperbild.

Ergänzendes englisch beschriftetes Diagramm zum Freischnitt und Moment; auf andere Belastungsfälle nicht ungeprüft übertragen.

Biegespannung und Durchbiegung

Für die vereinfachte linear-elastische Balkentheorie gilt bei reiner Biegung in der betrachteten Achse die maximale elastische Normalspannung sigma = M_max / W. Mit M in N·mm und W in mm³ entsteht N/mm². Unter einer mittigen Einzellast am einfach gelagerten prismatischen Balken mit konstantem E und I lautet die bekannte elastische Modellformel f_max = F·L³ / (48·E·I). Die Formel gilt nicht unverändert bei Kragträgern, ungleichen Lastpositionen, anderen Lagerbedingungen oder wechselnden Querschnitten. Gebrauchstauglichkeit, Stabilität, Schub, lokale Beanspruchung, Anschlüsse, Sicherheitsbeiwerte und das vollständige Normenkonzept werden damit noch nicht nachgewiesen.

Schema der Biegeverformung; kein Ersatz für den geforderten Tragfähigkeits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweis.

Belastungsbild	Lagerreaktionen	Größtes Moment	Qualitativer Momentenverlauf
Einzellast F mittig, zwei einfache Lager	je F/2	F·L/4	dreieckig
Gleichmäßig verteilte Linienlast q, zwei einfache Lager	je q·L/2	q·L²/8	parabelförmig
Einzellast F am freien Ende eines Kragträgers	Einspannkraft F sowie Einspannmoment F·L	Betrag F·L am Einspannquerschnitt	linear

Typische Fehler: falsche starke/schwache Achse, W und I verwechselt, cm⁴ fälschlich mit 100 statt 10 000 umgerechnet, 8 kN mit 8 N eingesetzt, nicht definierter Momentendrehsinn, Durchbiegung aus einer Formel für falsche Lagerung berechnet. Der umgerechnete Zahlenwert allein ist kein Nachweis nach Eurocode.

Schraub- und Schweißverbindungen planen und prüfen

Lösbar und unlösbar verbinden

Schraubverbindungen können lösbar sein; bei ihrer Planung sind unter anderem Anschlussgeometrie, Lochbild, Rand- und Achsabstände, Schraubenfestigkeit, Montierbarkeit, Korrosion und die zulässige Beanspruchung zu prüfen. Schweißverbindungen sind dauerhaft gefügt; Nahtart, Nahtlänge, Nahtdicke, Zugänglichkeit, Werkstoff, Prüfanforderungen und Schweißfolge bestimmen die Konstruktion. Eine Verbindung kann nicht allein aus dem Schraubennenndurchmesser oder der sichtbaren Nahtform als tragfähig erklärt werden. Bemessung und ausführungsrelevante Anforderungen gehören zu den jeweils gültigen Nachweisen und qualifizierten Fachplanungen.

Schnittschema einer Schraubverbindung mit Mutter; erkenne die zusammengehaltenen Bauteile.

Vergleich der Grundformen von Fügepositionen; englische/nummerierte Bildlabels anhand des Begleittexts einordnen.

Zeichnungsangaben, Schweißfolge und Qualitätskontrolle

Schweißangaben werden unter anderem über Bezugslinie, Pfeil, Nahtzeichen und Zusatzangaben dokumentiert. Nutze aktuelle, zutreffende Regeln wie DIN EN ISO 2553 im betrieblich freigegebenen Original; frei verfügbare Darstellungen sind zur Orientierung, nicht zur verbindlichen Normauslegung. Ein Schweißfolgeplan beschreibt die geplante Reihenfolge und dient unter anderem dazu, Verzug zu verringern. Möglichkeiten der Nahtprüfung reichen von Sichtprüfung über weitere zerstörungsfreie Prüfverfahren bis zu zerstörenden Prüfungen geeigneter Probekörper; Auswahl und Bewertung sind Aufgaben qualifizierter Prüffachleute.

Englischsprachige Lernskizze zur Kehlnahtkennzeichnung; vor einer normgerechten Fertigungsangabe mit der gültigen Norm abgleichen.

Schema zum wärmebedingten Verzug durch Kehlnähte; macht die Bedeutung der Schweißfolge sichtbar.

Prüffragen zu typischen Fehlern: Ist die Nahtseite eindeutig? Sind Schrauben nur gezeichnet, aber nicht spezifiziert? Kollidieren Schraubenköpfe mit dem Montagewerkzeug? Fehlt ein Prüfumfang? Sind Symbole, Maße, Revision und Stückliste widersprüchlich? Solche Mängel vor der Fertigung dokumentiert korrigieren, nicht improvisieren.

Fertigungsunterlagen, CAD und Stücklisten erstellen

Zeichnungssatz und Änderungsmanagement

Ein vollständiger Modell-Zeichnungssatz enthält Gesamtzeichnung zur Lage der Baugruppe, Gruppenzeichnung zum Knoten oder Anschluss, Einzelteilzeichnungen mit Fertigungsmaßen sowie Stückliste und bei Schweißbaugruppen einen abgestimmten Schweißfolgeplan. Verwende Ansichten und Schnitte so, dass Konturen, Achsen, Bohrungen und Anschlusspositionen eindeutig sind. Dokumentiere Zeichnungsnummer, Maßstab, Einheit, Werkstoff-/Profilangabe, Versionsstand, Datum und Prüfstatus. CAD-Datei und PDF-Ausgabe müssen denselben genehmigten Stand repräsentieren. Eine farbig gut aussehende 3D-Darstellung ersetzt keine prüfbare Bemaßung.

Rechnerischer Materialauszug und Datenprüfung

Für ein Profil mit bekannter Meter-Masse m' und Länge L in Metern gilt die idealisierte Masse m = m'·L. Für eine rechteckige Platte ohne Lochabzug gilt m = a·b·t·rho mit Abmessungen in Metern und rho beispielsweise 7850 kg/m³ als didaktischer Richtwert für Stahl. Rechne Trennfugen und Verschnitt nicht in die fertige Bauteilmasse hinein, aber erfasse sie im Materialbedarf. Für korrekte Bestellungen müssen Herstellerdaten, Verfügbarkeit, Toleranzen und realer Bearbeitungsumfang überprüft werden.

CAD-/Datenprüfung	Erforderlicher Nachweis	Typische Abweichung
Systemachsen und Anschlüsse	freigegebene Ausgangsmaße und Bezugspunkte	falscher Nullpunkt
Profil und Werkstoff	korrektes Profilkennzeichen und geprüfte Kennwerte	falsche Profilserie
Bohrungs- und Nahtangaben	normgerechte, prüfbare Detailangaben	fehlende Seite oder Toleranz
Materialauszug	Länge, Anzahl, Masse, Bezug auf Position	cm und mm vermischt
Revisionsmanagement	deckungsgleiche CAD-, PDF- und Listenstände	veraltete Baugruppenzeichnung

Fachsprachliche Abstimmung

Nutze für internationale Planungsunterlagen beispielsweise cutting length (Zuschnittlänge), bill of materials (Stückliste), support reaction (Auflagerreaktion), bending moment (Biegemoment), deflection (Durchbiegung), bolted connection (Schraubverbindung) und weld sequence (Schweißfolge). Bei Unklarheit eine zweisprachige Legende erstellen und alle Begriffe im Team abgleichen.

Berufstypischer Modellfall mit Musterergebnis

Synthetischer Auftrag: Übungsträger einer fiktiven Plattform

Auftrag: Für eine reine Schulungszeichnung ist ein einfach gelagerter horizontaler Stahlträger mit Achsabstand L = 3000 mm zu erfassen. In der Balkenmitte wirkt ausschließlich im Rechenmodell eine vertikale Einzellast F = 8,0 kN. Andere Lasten, Eigengewicht und reale Anschlussexzentrizitäten bleiben ausdrücklich außerhalb dieses didaktischen Einzellastmodells; das ist keine zulässige Annahme für ein reales Bauwerk. Als Profil wird das gebräuchliche Serienkennzeichen HEB 100 betrachtet, jedoch ausschließlich mit folgenden gerundeten Übungswerten: W = 90 cm³ um die betrachtete starke Achse, I = 450 cm⁴, m' = 20,4 kg/m, E = 210 000 N/mm². Diese Modellwerte sind vor einer echten Ausführung vollständig durch aktuelle geprüfte Profil- und Werkstoffdaten zu ersetzen. Der Zeichnungssatz enthält zwei fiktive rechteckige Anschlussplatten von 160 × 120 × 10 mm, die Masseberechnung lässt Bohrungen, Nähte und Schrauben bewusst aus.

Auftragsergebnis: Lastpfad und Lagerreaktionen, Querkraft-/Momentenverlauf, rein elastischer Spannungs- und Durchbiegungswert, Materialauszug, ein lesbares Textmuster für Zeichnungsangaben und Liste der fehlenden Fachnachweise.

Musterrechnung Schritt für Schritt

Modellbild: Lager A bei x = 0 mm, Lager B bei x = 3000 mm; F = 8000 N senkrecht nach unten bei x = 1500 mm. Festlager A und Loslager B werden als idealisierte Lager modelliert. Es gibt in diesem Modell keine horizontale Last.
Kräftegleichgewicht: R_A + R_B − 8000 N = 0. Moment um A: R_B·3000 − 8000·1500 = 0, also R_B = 4000 N und R_A = 4000 N. Probe: 4000 + 4000 − 8000 = 0.
Schnittgrößen: links der mittigen Last V = +4,0 kN; rechts V = −4,0 kN. Maximales Biegemoment M_max = F·L/4 = 8000 N·3000 mm/4 = 6 000 000 Nmm = 6,0 kNm; Normalkraft N = 0 im vertikalen Übungsmodell.
Einheiten: W = 90 cm³ = 90 000 mm³; I = 450 cm⁴ = 4 500 000 mm⁴.
Elastische Biegespannung: sigma = M_max/W = 6 000 000 Nmm / 90 000 mm³ = 66,7 N/mm². Das ist nur eine elastische Modellgröße, kein normativer Tragfähigkeitsnachweis.
Elastische Durchbiegung: f_max = F·L³/(48·E·I) = 8000·3000³/(48·210000·4500000) mm = etwa 4,76 mm. Ohne festgelegte und geprüfte Grenzwerte kann daraus keine Freigabe abgeleitet werden.
Massen: Träger 3,0 m·20,4 kg/m = 61,20 kg. Je Platte 0,160·0,120·0,010 m³·7850 kg/m³ = 1,5072 kg, zwei Platten 3,0144 kg. Vereinfachte Summe = 64,2144 kg, gerundet 64,21 kg, ohne Bohrungen, Schweißgut und Verbindungsmittel.

Kontrollgröße	Sollwert für dieses Übungsmodell	Prüffrage
R_A und R_B	4,0 kN je Lager	Ist die Kräftebilanz null?
Größtes Moment	6,0 kNm	Ist der Maximalpunkt in der Mitte?
Biegespannung	rund 66,7 N/mm²	W korrekt in mm³?
Durchbiegung	rund 4,76 mm	I korrekt in mm⁴ und E in N/mm²?
Gesamtmasse	rund 64,21 kg	Welche Positionen fehlen bewusst?

Musterarbeitsprodukte und Freigabegrenzen

Muster-Zeichnungskopf: ÜB-SMT-LF6-G01; Baugruppe Übungsträger; Revision A; Längeneinheit mm; Maßstab in der tatsächlichen CAD-Zeichnung angeben; Status nur Lernmodell – nicht zur Fertigung. Muster-Gesamtzeichnung als Textschema: A (0,0), B (3000,0), Lastpfeil bei x = 1500, Profilachse horizontal, Plattenpositionen an beiden Enden; Detailanschlüsse sind ausdrücklich noch nicht konstruktiv bemessen. Stücklisten-Muster:

Pos.	Anzahl	Bezeichnung	Abmessung	Modellmasse je Stück	Hinweis
01	1	HEB-100-Übungsträger	L = 3000 mm	61,20 kg	gerundeter Lehrwert
02	2	Übungs-Anschlussplatte	160 × 120 × 10 mm	1,5072 kg	ohne Bohrungsabzug
03	offen	Anschlussmittel	nach Fachbemessung	offen	keine Ausführungsfreigabe

Fehlende Nachweise: realistische Lastkombinationen einschließlich Eigengewicht, Bemessung nach geltenden Regeln, Querschnittsklasse, Stabilität/Kippen, Schub und Interaktion, lokale Knotenbeanspruchung, Schrauben-/Schweißnahttragfähigkeit, Durchbiegungsgrenzen, Brand-/Korrosionsschutz, Montage- und Fertigungstoleranzen sowie qualifizierte Prüfung. Eine reale statische oder betriebliche Freigabe kann aus der Musterrechnung nicht erteilt werden.

Bewertungsraster für das Modellprodukt

Kriterium	Maximalpunkte	Volle Punktzahl bei ...
Auftragsanalyse und Modellgrenzen	3	Last, Lager, Maße und bewusst fehlende Annahmen ausdrücklich gekennzeichnet
Freikörperbild und Gleichgewichtsansatz	3	alle Kräfte, Angriffspunkte, Vorzeichen und Einheiten schlüssig
Auflager und Schnittgrößen	3	R_A = R_B = 4 kN, V-Sprung und M_max = 6 kNm richtig begründet
Kennwertumrechnung, Spannung, Verformung	5	W, I, sigma und f richtig berechnet und Grenzen benannt
Zeichnungssatz und Materialauszug	4	Positionen, Revision, 64,21-kg-Musterergebnis und offene Anschlüsse dokumentiert
Qualitätscheck und Transfer	2	mindestens drei relevante reale Zusatznachweise und sichere Eskalation genannt
Gesamt	20	Bewertungsmaßstab ausschließlich für die Schulungsaufgabe

Bewertungsleitfaden: Ein Fehler in der cm³-/cm⁴-Umrechnung verhindert die volle Punktzahl im Berechnungsbereich. Eine perfekt gerechnete Lösung, die sich dennoch als bauliche Freigabe ausgibt, erfüllt die Kriterien der Modellgrenzen und Qualitätssicherung nicht. Die Lerngruppe dokumentiert Korrekturen als Revision B statt Zahlen ohne Änderungsvermerk still zu überschreiben.

Interaktive Aufgaben

Multiple-Choice: Fachwissen überprüfen

Welche Aussage beschreibt ein genormtes Stahlhalbzeug am besten? (Ein industriell vorgefertigtes Ausgangserzeugnis mit festgelegter Querschnittsform) (!Ein fertig statisch freigegebenes Bauwerk) (!Ein beliebiger Rest ohne Materialkennzeichnung) (!Eine ausschließlich vor Ort geschweißte Baugruppe)

Rückmeldung: Halbzeuge sind Ausgangsmaterial. Sie werden erst durch konstruktive Auswahl, Bearbeitung, Fügen und Prüfung zum verwendbaren Bauteil.

Welche Querschnittsgröße wird in der elastischen Formel sigma gleich M durch W benötigt? (Das elastische Widerstandsmoment um die betrachtete Biegeachse) (!Die Masse je laufendem Meter) (!Der Elastizitätsmodul allein) (!Die Trägerlänge als Ersatz für ein Profilkennwert)

Rückmeldung: Das Widerstandsmoment W hat die Dimension Länge hoch drei; das Flächenträgheitsmoment I hat Länge hoch vier.

Was ist beim idealisierten ebenen Loslager eines horizontalen Balkens richtig? (Es liefert eine Auflagerreaktion in seiner gesperrten Bewegungsrichtung) (!Es überträgt stets ein Einspannmoment) (!Es verhindert alle Verschiebungen und jede Drehung) (!Es hat grundsätzlich keine Auflagerreaktion)

Rückmeldung: Lager sind idealisierte Modelle. Die tatsächliche Anschlusssteifigkeit muss bei realen Tragwerken gesondert beurteilt werden.

Wie groß ist die vertikale Reaktion an jedem Lager bei einer mittigen Einzellast von 8 kN am einfach gelagerten Balken? (4 kN) (!8 kN) (!2 kN) (!16 kN)

Rückmeldung: Wegen Symmetrie teilen sich die Auflager die Last. Die Summe beider Reaktionen muss genau 8 kN ergeben.

Welches maximale Moment gehört zu F gleich 8 kN und L gleich 3 m bei mittiger Einzellast? (6 kNm) (!24 kNm) (!8 kNm) (!3 kNm)

Rückmeldung: Bei diesem Lastfall gilt M_max = F mal L geteilt durch vier. Ein anderer Lastfall erfordert ein anderes Momentenmodell.

Wie wird ein Flächenträgheitsmoment von 450 cm hoch vier in mm hoch vier umgerechnet? (4 500 000 mm hoch vier) (!45 000 mm hoch vier) (!450 000 mm hoch vier) (!450 mm hoch vier)

Rückmeldung: Ein Zentimeter ist zehn Millimeter; für die vierte Potenz gilt der Faktor zehn hoch vier.

Wodurch unterscheidet sich eine Stückliste von einer bloßen 3D-Ansicht? (Sie ordnet Teile eindeutigen Positionen und Mengen sowie Materialangaben zu) (!Sie ersetzt die gesamte Tragwerksbemessung) (!Sie enthält nur Farben und Perspektiven) (!Sie legt ohne Prüfung automatisch die Schweißfolge fest)

Rückmeldung: Eine prüfbare Stückliste verbindet Position, Anzahl, Bezeichnung und gegebenenfalls Maße und Masse mit der Zeichnung.

Was ist bei einem geplanten Schweißanschluss besonders zu dokumentieren? (Nahtanforderungen und eine abgestimmte Schweißfolge) (!Nur die äußere Lackfarbe) (!Ausschließlich das Verpackungsmaß) (!Nur den Namen der CAD-Datei)

Rückmeldung: Nahtangaben, Zugänglichkeit, Wärmeverzug und Qualitätsprüfung beeinflussen Fertigung und Anschlussverhalten.

Warum reichen zwei 3000-mm-Zuschnitte und eine 3-mm-Trennfuge nicht in einen 6000-mm-Stab? (Weil insgesamt 6003 mm Ausgangslänge benötigt würden) (!Weil sich die Länge durch Teilen verdoppelt) (!Weil Stahlprofile immer nur in Meter bestellt werden dürfen) (!Weil die Trennfuge keine Länge hat)

Rückmeldung: Materialplanung berücksichtigt die Trennfuge zusätzlich zu den gewünschten Fertiglängen sowie weitere erforderliche Zugaben.

Welche Aussage zur berechneten Durchbiegung von 4,76 mm im Schulmodell ist fachlich korrekt? (Sie ist ein elastischer Modellwert und keine Bauwerksfreigabe) (!Sie beweist ohne weitere Angaben die vollständige Sicherheit) (!Sie ist für alle Lagerarten und Lastfälle identisch) (!Sie ersetzt die Prüfung aller Anschlüsse)

Rückmeldung: Ohne Lastkombinationen, Stabilitäts- und Anschlussnachweise sowie geprüftes Gebrauchstauglichkeitskriterium ist keine Freigabe möglich.

Memory: Begriffe und Funktionen

Halbzeug	Vorgefertigtes Ausgangserzeugnis mit definierter Geometrie
Flansch	Breiter Gurt eines typischen I-Profils
Steg	Verbindender mittlerer Teil zwischen zwei Profilgurten
Freikörperbild	Isoliertes System mit allen äußeren Kräften und Reaktionen
Widerstandsmoment	Geometrischer Kennwert für die elastische Biegespannung
Schweißfolgeplan	Dokumentierte Reihenfolge geplanter Schweißschritte

Drag-and-drop: Arbeitsschritte zuordnen

Ordne den Arbeitsschritt seiner sachlichen Aufgabe zu.	Zweck
Anforderungen klären	Lasten und offene Freigabeannahmen kennzeichnen
Freischneiden	Lagerreaktionen und Lastpfeile sichtbar machen
Profiltafel lesen	Achsbezogene Querschnittskennwerte übernehmen
Stückliste erstellen	Positionsnummern und Mengen nachvollziehbar sammeln
Revision dokumentieren	Änderungen zwischen Planständen kennzeichnen

Kreuzworträtsel: Stahlbau-Grundbegriffe

Flansch	Wie heißt der breite Gurt eines I-Profils?
Querkraft	Welche Schnittgröße wirkt quer zur Stabachse?
Loslager	Welches idealisierte Lager lässt eine Längsbewegung zu?
Kehlnaht	Welche Schweißnaht liegt häufig in einer Eck- oder T-Verbindung?
Durchbiegung	Wie nennt man die elastische Verformung eines Balkens aus seiner Ausgangslage?
Stückliste	Welches Dokument sammelt Positionen und benötigte Teile?

LearningApps: Weitere Zuordnungsübungen

Nutze die themenbezogene Suche und prüfe bei externen Übungen, ob Aufgabenstellung und Begriffe zu Lernfeld 6 SMT passen; die Treffer sind keine automatisch geprüften Prüfungsaufgaben.

Lückentext: Fachbegriffe anwenden

Ein vorgefertigtes Ausgangserzeugnis für die Fertigung heißt

.

Der mittlere verbindende Bereich eines I-Profils heißt

.

Für das Kräftegleichgewicht zeichnest du zuerst ein

.

Die innere Kraft quer zur Stabachse heißt

.

Das Maximum der Biegebeanspruchung wird als

beschrieben.

Für die elastische Spannungsberechnung nutzt du das

.

Eine dokumentierte Zusammenstellung der benötigten Bauteile heißt

.

Eine dokumentierte Abfolge von Schweißschritten nennt man

.

Der elastische Absenkungsbetrag in der Feldmitte ist die

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben mit eigenen Skizzen, Tabellen oder CAD-Schulungsdateien. Liefere jeweils einen nachvollziehbaren Rechenweg und eine kurze Selbstkontrolle; reale Prüf- und Fertigungsfreigaben sind ausgeschlossen. Die Lösungen zum Modellfall dienen als Muster, nicht als Ersatz für eigene Begründungen.

Leicht

Profilvergleich: Zeichne und beschrifte I-Profil, Winkel und Rechteckhohlprofil. Musterkriterium: Querschnitt eindeutig, Flansch und Steg am I-Profil korrekt; für die Auswahl die Belastungsrichtung erwähnen.
Materialauszug: Berechne für ein fiktives 2,5-m-Profil mit 16 kg/m die Masse. Musterlösung: 2,5 mal 16 = 40 kg, Maßeinheit angegeben.
Lagererkennung: Skizziere Festlager, Loslager und Einspannung. Lösungskriterium: die jeweils verhinderten Freiheitsgrade in der ebenen Modellierung richtig benannt.
Zeichnungskopf: Erstelle einen Schulungs-Zeichnungskopf mit Titel, Nummer, Revision, Einheit und Status. Musterprodukt: ein ausgefüllter Revisionskopf mit Hinweis nicht zur Fertigung.

Standard

Auflagerrechnung: Berechne die Reaktionen für eine mittige Einzellast von 10 kN an zwei einfachen Lagern. Musterlösung: je 5 kN und Summe der Kräfte null.
Schnittgrößendiagramm: Zeichne V und M für F = 6 kN, L = 4 m, mittige Last. Musterlösung: V links +3 kN, rechts −3 kN und M_max = 6 kNm; Vorzeichenkonvention angeben.
Zuschnittkontrolle: Prüfe die Bestellung zweier 3000-mm-Teile aus 6000 mm bei einer 3-mm-Trennfuge. Musterlösung: mindestens 6003 mm nötig, also so nicht möglich; Alternativplanung mit Fachabstimmung vorschlagen.
Verbindungsanalyse: Vergleiche eine schematische Schraub- und eine Schweißverbindung anhand lösbar/nicht lösbar, Zugänglichkeit, Qualitätssicherung und Dokumentation. Lösungskriterium: mindestens vier sachlich differenzierte Punkte, keine unbelegte Tragfähigkeitsbehauptung.

Schwer

CAD-Modellprojekt: Erzeuge für den Übungsträger einen Schulungszeichnungssatz mit Gesamtansicht, Anschluss-Detailplatzhalter, Positionsnummern und Stückliste. Musterprodukt: konsistente Revision A mit eindeutig offenem Anschlussnachweis.
Fehlerdiagnose: In einer Musterrechnung wird I = 450 cm⁴ als 45 000 mm⁴ angesetzt und das Ergebnis freigegeben. Lokalisiere beide Fehler und berechne I richtig. Lösung: 4 500 000 mm⁴ und keine Freigabe ohne weitere Nachweise.
Parametertransfer: Untersuche im gleichen elastischen Modell die Durchbiegung bei verdoppelter Länge und unverändertem E, I und F. Musterlösung: f steigt wegen L³ auf das Achtfache; das gilt nur bei unverändertem Modell und setzt keine reale Eignung voraus.
Fachgespräch: Formuliere eine dreiminütige sachliche Erläuterung des Modellfalls mit Freigabesperren, fehlenden Anschluss- und Stabilitätsnachweisen sowie Änderungsmanagement. Lösungskriterium: klare Annahmen, mindestens drei offene Nachweise und nachvollziehbare Priorisierung.

Lernkontrolle

Systemwechsel: Warum dürfen die Lagerreaktionen aus dem mittigen Einzellastfall nicht auf eine außermittige Last übertragen werden? Erstelle ein eigenes Freikörperbild und begründe die geänderten Hebelarme.
Achsenfehler: Ein Profil wird um die schwache statt die starke Achse belastet. Erläutere die Wirkung auf die Wahl von W und I und welche Datentabellen du neu prüfen musst.
Norm- und Werkstoffvergleich: Vergleiche zwei angebotene Profilserien hinsichtlich Geometrie, Masse, Fertigungsaufwand und offenen Nachweisen. Begründe sachlich, weshalb der niedrigste Kilopreis kein vollständiges Auswahlkriterium ist.
Anschlusskontrolle: In einer Zeichnung sind Nahtzeichen, Schraubenangaben und Montagespiel unvollständig. Benenne mindestens fünf Rückfragen, die du vor der Bearbeitung an die verantwortliche Fachplanung richtest.
Verzugsrisiko: Erkläre, weshalb eine ungeplante Schweißreihenfolge Geometrie und anschließende Prüfmaße beeinflussen kann, ohne selbst Schweißarbeiten auszuführen.
Revisionsprüfung: Ein CAD-Modell hat Revision B, die Stückliste und das PDF noch A. Entwickle eine kontrollierte Korrekturfolge und einen kurzen Prüfvermerk.
Modellkritik: Welche grundlegenden Nachweise fehlen, wenn für einen Träger nur sigma = M/W und f = FL³/(48EI) vorliegen? Unterscheide Modellrechnung von baurechtlich und fachlich freigabefähiger Planung.

Orientierung für die Auswertung: Eine gute Lösung nennt Annahmen, stellt einen korrekten Ansatz mit Einheiten dar, prüft Größenordnung und Plausibilität, benennt Risiken und markiert die Zuständigkeit der qualifizierten Fachplanung. Richtige Zahlen ohne überprüfbaren Lösungsweg reichen nicht aus.

Lernnachweis

Dein digitales Portfolio enthält (1) eine beschriftete Profil- und Lastskizze, (2) ein nachvollziehbares Freikörperbild und die Berechnung der Auflager, Schnittgrößen, Spannung und Verformung, (3) eine konsistente Einzelteil-/Gesamtzeichnung mit fiktivem Status und Stückliste, (4) eine schriftliche Fehlerdiagnose mindestens zweier typischer Rechen- oder Datenfehler, (5) ein Änderungsprotokoll und (6) eine Reflexion zu fehlenden echten Nachweisen und Arbeitsschutzgrenzen. Für die Musteraufgabe sind 20 Punkte nach dem Bewertungsraster vorgesehen; dokumentiere zusätzlich eigenes Feedback und eine verbesserte Revision. Übertrage die Methode abschließend auf einen anderen rein simulierten Lastfall mit selbst gewählten Zahlen.

OER und Wikipedia

Offizielle, fachlich geprüfte Grundlagen: KMK, Rahmenlehrplan Technischer Systemplaner, Lernfeld 6 SMT auf Seite 26; BIBB, Beruf und Fachrichtung Stahl- und Metallbautechnik; Ausbildungsordnung, insbesondere §§ 20–23 und § 29. Rechtstexte und Lehrpläne sind zugängliche Quellen, aber nicht pauschal als frei bearbeitbare OER lizenziert.

Offene weiterführende Fachlektüre: Wikipedia: Stahlbau und Wikipedia: Biegemoment (Wikipedia-Texte üblicherweise CC BY-SA; maßgeblich sind die jeweiligen Seitenangaben). Abbildungen werden nach ihren eigenen Dateienlizenzen nachgewiesen. Bei der Einbettung kann eine fremde Website je nach Browsereinstellungen blockiert werden:

Bildquellen und Nutzungsrechte

Die folgenden Dateiseiten wurden für Titel, Motiv, Autorenschaft und Lizenzhinweis geprüft; Namensnennung, Lizenzlink und Hinweise zu Bearbeitungen bei Weiternutzung beachten. Die Lizenz der jeweiligen Commons-Datei gilt unabhängig vom Lizenzhinweis dieses Kursmaterials.

Eingebundenes Medium	Urheber laut Dateiseite	Lizenz laut Dateiseite	Verifizierte Quelle
File:Steel frame structure.jpg	Wikideas1	CC0 1.0	Commons
File:I beam HEB 100.png	Sivy	Public Domain	Commons
File:Bending.svg	Mircalla22 nach Vorarbeit	CC BY-SA 3.0	Commons
File:Free Body Diagram of the Beam.PNG	Bpuccio	CC BY-SA 3.0	Commons
File:Biegemoment Balken Mittenlast.svg	Pyrometer	Public Domain	Commons
File:Beam bending moment plain.svg	Bbanerje	CC BY-SA 3.0	Commons
File:Beam bending.svg	Krishnavedala	CC0 1.0	Commons
File:Bolted joint.svg	Yuri Raysper	Public Domain	Commons
File:Common joint types.svg	Spangineer und XcepticZP	Public Domain	Commons
File:Fillet Weld Notation.png	Powerstroker	CC BY-SA 3.0	Commons
File:Welding fillet distortion.svg	Wizard191	CC BY-SA 3.0	Commons
Video Technische Mechanik – Belastete Brücke, YouTube-Original	oncampus GmbH	CC BY 3.0 laut HubbS-Bildungsnachweis	geprüfter Medieneintrag

Lizenz des neu erstellten Lehrtextes: Freie Weitergabe unter CC BY-SA 4.0 wird für diesen didaktischen Text vorgeschlagen; die technisch und rechtlich maßgebliche Nutzungsfreigabe erfolgt durch die veröffentlichende Person. Fremde Medien bleiben unter ihren oben angegebenen jeweiligen Lizenzen. Es werden weder Sofatutor-Medien noch unüberprüfte Originalprüfungsaufgaben verwendet.

Verknüpfte Lernbereiche

Die Themen bauen auf Grundkenntnissen aus Technisches Zeichnen, Werkstoffkunde, Mathematik, Technische Mechanik und CAD auf. Als fachliche Navigation dienen die Berufsübersicht Ausbildung – Technischer Systemplaner und weitere passende Lernbereiche; bei nicht angelegten internen Kursseiten ist der Link als curricularer Verweis zu verstehen, nicht als Nachweis einer bereits erfolgten Veröffentlichung.

Berufsportal Technischer Systemplaner

Anschlusskurse und Transfer: Fachübungen 5 SMT: Blechbauteile (Vorwissen), Lernfeld 7 SMT: Treppen und Absturzsicherungen (Transfer) sowie Dokumentation und berufliches Fachgespräch (Präsentation). Diese Verknüpfungen sind Lernpfade und behaupten keine Veröffentlichung einzelner Zielseiten.