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Spezialwerkzeuge herstellen - Metallbildner - LF 9 GR

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Einleitung

Spezialwerkzeuge werden für ungewöhnliche Konturen, kleine Serien, besondere Oberflächen oder schwer zerspanbare Werkstoffe benötigt. Du lernst, einen fiktiven betrieblichen Auftrag eigenständig zu analysieren, zwischen Laserbearbeitung, Funkenerosion, Ätztechnik und ergänzenden spanenden beziehungsweise umformenden Verfahren zu entscheiden, die Fertigung sicher zu planen, messbar zu beurteilen und nachvollziehbar zu dokumentieren. Die Aufgaben richten sich an Auszubildende im dritten Ausbildungsjahr und verbinden Fertigungstechnik, Werkstoffkunde, Qualitätssicherung und Arbeitssicherheit.

Wichtige Zuordnung: Der KMK-Rahmenlehrplan vom 17. März 2016 führt Lernfeld 9 GR „Spezialwerkzeuge herstellen“ für den Ausbildungsberuf Graveur/Graveurin mit 60 Unterrichtsstunden auf PDF-Seite 17. Für Metallbildner/Metallbildnerin gilt hingegen das eigenständige LF 9 MB „Werkstücke mit thermischen Fügeverfahren herstellen“; Spezialwerkzeuge kommen dort unter anderem in LF 10 MB bei der Herstellung von Formteilen vor. Dieser Kurs behält den gewünschten Titel, erschließt die Kompetenzen von LF 9 GR und erläutert ihre fachlichen Bezüge zur Metallbildnerei. Er ersetzt weder den für deinen Betrieb maßgeblichen Ausbildungsplan noch den Landeslehrplan und behauptet keine amtliche Anerkennung. KMK-Rahmenlehrplan, S. 17 und 21–22 · BIBB-Berufsprofil Metallbildner/in · MetallbAusbVO.

Lernweg: Informieren und analysieren → geeignete Verfahren und Ressourcen auswählen → Arbeitsablauf und Qualitätsprüfung planen → ausschließlich befugt, unter Aufsicht oder in einer Simulation bearbeiten → Ergebnisse messen, bewerten, dokumentieren und verbessern. Alle im Praxisfall genannten Auftrags- und Messdaten sind erfunden.

Auftrag und technische Anforderungen klären

Berufstypischer Auftrag und Funktion

Ein Spezialwerkzeug erfüllt eine bestimmte, oft wiederkehrende Funktion, für die Standardwerkzeuge nicht passen: etwa eine feine Matrize, ein Stempel mit komplexem Negativprofil, eine Gravierhilfe oder ein besonderer Einsatz für eine Vorrichtung. Kläre zuerst Funktion, Stückzahl, Einsatzwerkstoff, Belastung, Standzeit, gewünschte Gestalt, Lieferzeit und Prüfbarkeit. Beim Gravierwerkzeug ist beispielsweise nicht nur die Kontur wichtig: Eine geschädigte Randzone oder unpassende Oberflächenstruktur kann die Abformung beeinträchtigen. Ein scheinbar billigeres Verfahren kann durch Nacharbeit und Ausschuss teurer werden.

Ein Fertigungsauftrag besteht aus einer Anforderungsliste, einer freigegebenen technischen Zeichnung, gegebenenfalls CAD-Daten und Arbeitsanweisungen. Prüfe Versionsstand, Einheit und Maßstab. Unterscheide Nennmaß (Sollwert), Toleranz (zulässige Abweichung), Passung (funktionales Zusammenwirken zweier Maße), Form- und Lagetoleranz (z. B. Ebenheit, Rechtwinkligkeit, Position) und Oberflächenangabe (z. B. Profilrauheit). Internationale Herstellerunterlagen können englische Wörter wie workpiece, electrode, feed rate, surface finish oder dielectric verwenden. Übersetze die Begriffe im Kontext und prüfe Einheiten, statt Maschineneinstellungen aus einer unpassenden Anleitung zu übernehmen.

Sollwerte werden zu Prüfkriterien

Beispiel einer fiktiven Zeichnung: Eine Öffnung soll 12,00 mm breit sein, mit ±0,05 mm Toleranz. Zulässig sind damit 11,95 bis 12,05 mm. Ein gemessener Wert von 12,04 mm ist innerhalb, 12,08 mm außerhalb der Vorgabe. Grenzmaße berechnen: oberes Grenzmaß = Nennmaß + obere Abweichung; unteres Grenzmaß = Nennmaß − zulässige Unterabweichung. Ein Maß allein beschreibt keine Oberflächenqualität. Zusätzlich können Kantenradius, Rauheit, Glanzgrad und Härte spezifiziert sein. Die Eignung des Prüfverfahrens ist vor Fertigungsbeginn zu klären.

Lege zu jedem Kriterium ein Prüfmittel fest: Messschieber für grobe Außenmaße, geeignete Innenmessmittel oder optische Messtechnik für enge Konturen, Profilometer für geeignete Rauheitsmerkmale, Härteprüfer nur nach passender Verfahrensvorschrift und Probengeometrie. Berücksichtige Messunsicherheit, Kalibrierstatus, Zugänglichkeit und Prüfort. Ein Grenzwert, der genau getroffen erscheint, ist ohne Betrachtung der Messunsicherheit nicht automatisch sicher erfüllt.

Abtragende Fertigungsverfahren vergleichen

Laserbearbeitung: lokal eingebrachte Energie

Ein fokussierter Laserstrahl verändert oder entfernt Werkstoff thermisch. Je nach Anlage und Parametern sind Markieren, Gravieren, Strukturieren und Trennen möglich. Bearbeitung ohne mechanische Berührung verringert die Schnittkräfte, bedeutet aber nicht automatisch thermisch unbeeinflusste Randschichten. Material, Absorption, Schichtdicke, Prozessgas, Bearbeitungsstrategie und Bauteilgeometrie beeinflussen Schnittqualität und Aufwand. Für tiefere Formhohlräume, sehr enge Toleranzen oder reflektierende Legierungen ist eine Eignungsprüfung nötig; nicht jede Lasermaschine bearbeitet jeden Werkstoff.

Beispiel einer Laserschneidanlage; Bild: Zgyricky, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0. Nicht als Muster für eine offene Ausbildungswerkstatt verstehen.

Funkenerosion: Senk- und Drahterodieren

Bei der Funkenerosion erzeugen kontrollierte elektrische Entladungen zwischen Elektrode und elektrisch leitfähigem Werkstück Materialabtrag. Ein geeignetes Dielektrikum dient als Prozessmedium und unterstützt Spülung und Entladungskontrolle. Senkerodieren überträgt die Form einer profilgebenden Elektrode in das Werkstück; Drahterodieren trennt Konturen mit einer bewegten Draht-Elektrode. Auch harte, leitfähige Werkstoffe sind grundsätzlich bearbeitbar, ohne dass die Zerspankräfte dominieren. Grenzen sind beispielsweise Bearbeitungsdauer, Elektrodenverschleiß, mögliche Wärmeeinfluss- und Wiedererstarrungsschichten sowie ein verfahrensbedingter Eckradius.

Prinzip Senkerodieren: Werkstück, Entladung, Formelektrode und Generator; LaurensvanLieshout, Commons, CC BY-SA 3.0.

Prinzip Drahterodieren: Elektrodendraht, Entladung, Potential und Werkstück; LaurensvanLieshout, Commons, CC BY-SA 3.0.

Beispiel einer Drahterodiermaschine, Ricard Polls, Wikimedia Commons, gemeinfrei laut Datei.

Deutschsprachige Animation zum Grundprinzip der Funkenerosion (oncampus GmbH / TH Lübeck, CC BY 3.0; verifiziert über HubbS und TIB AV-Portal):

Ätztechnik: chemisch oder elektrochemisch abtragen

Bei der Ätztechnik wird eine Oberfläche selektiv durch einen chemischen oder elektrochemischen Prozess verändert. Eine geeignete Schutzschicht oder Maske lässt nur die vorgesehenen Bereiche frei. Das Verfahren kann flächige, feine Strukturen ermöglichen, aber Unterätzung, Konzentrationsänderung, Abfallmanagement und eingeschränkte Tiefenkontrolle sind kritisch. Ätzbäder, Chemikalienmischungen und elektrochemische Anlagen werden im Unterricht nicht improvisiert. Analysiere stattdessen ein digital visualisiertes Maskenmodell oder vergleiche bereits freigegebene Muster unter Aufsicht; keine Rezepte, Konzentrationen oder selbstständigen Versuche mit ätzenden Stoffen.

Verfahren anhand von Anforderungen entscheiden

Verfahren	Typischer Nutzen	Wichtige Einschränkung und Prüfung
Laser	Kontaktarme Beschriftung und feine Konturen	Thermische Randzone, Materialeignung, Emissionen und Laserabschirmung
Senkerosion	Komplexe innere Form an leitfähigen Werkstoffen	Formelektrode, Spülung, Elektrodenverschleiß, Randzonenprüfung
Drahterosion	Präzise durchgehende Konturen an leitfähigen Werkstoffen	Startöffnung und Drahtweg, Eckradius, Abtragsrate, mögliche Randzonenschäden
Ätztechnik	Flächige feine Strukturen mit Maske	Unterätzung, Chemikalienrisiko, Prozessabwasser und Tiefenbegrenzung
Fräsen oder Schleifen ergänzend	Bezugsebenen, Aufmaß, Entgraten und Finish	Schnittkräfte, Spannzugang, Staub und Wärme

Entscheidungsregel: Erst Sicherheits- und Funktionsanforderungen als Ausschlusskriterien prüfen, dann Fertigbarkeit, Qualität, Prozesszeit, Gesamtkosten und Ressourceneinsatz vergleichen. Typischer Fehler ist die Wahl allein nach Maschinenverfügbarkeit statt nach geforderter Qualität.

Fertigung vorbereiten und verantwortungsvoll durchführen

Arbeitsplan, Werkstoff und Prozesskenngrößen

Ein nachvollziehbarer Arbeitsplan benennt Schritt, Eingangsdokument, Hilfsmittel, Verantwortlichkeit, Prüfschritt, Freigabepunkt und Nachweis. Er beginnt mit der Zeichnungsprüfung, danach folgen Werkstoffzeugnis und Behandlungszustand, Vergleich der Verfahren, geeignete Spannlage und Bezugspunkte, Simulation/Kollisionskontrolle, freigegebene Maschinenprogramme, aufsichtspflichtige Bearbeitung, Nacharbeit, Prüfung, Dokumentation und Übergabe. Verwende eine Versionsnummer für die Zeichnung und ein neutrales Auftragskennzeichen ohne reale Namen.

Zu den Prozesskenngrößen zählen je nach Verfahren Bahn, Vorschub beziehungsweise Zeitannahme, Materialdicke, Energieeintrag, Elektroden- oder Werkzeuggeometrie, Spülung, Verschleiß und erwartete Oberflächengüte. Kennwerte werden aus aktuellen Hersteller- und Betriebsunterlagen sowie freigegebenen Musterbearbeitungen abgeleitet. Ein CAD/CAM-Vorschaubild allein beweist keine reale Genauigkeit. Bei komplexen Konturen müssen Werkzeugradius, Funkenspalt und mögliche Nacharbeit berücksichtigt werden. Bei Laser- und Erodierbearbeitung überprüfst du die Randzone auf relevante Auswirkungen statt nur die Optik.

Spannen, prüfen, Störungen erkennen

Die Spannung muss das Werkstück lagebeständig fixieren, darf empfindliche Flächen aber nicht beschädigen. Wähle Bezugsflächen passend zur Zeichnung, stelle die Zugänglichkeit des Werkzeugs sicher und lasse das Spannkonzept vor dem Maschinenstart freigeben. Für Drahterosion ist insbesondere zu prüfen, ob die Kontur durchgehend ist und wie der Draht in die Innenkontur gelangt. Für Senkerosion muss die Elektrode zur Negativform passen. Für Laserbearbeitung zählen geeignete Einhausung und Abführung von Emissionen. Störungen können instabile Entladung, schlechte Spülung, Programmfehler, Drahtbruch, unerwartete Gratbildung oder Maßabweichung sein. Reagiere nicht durch eigenmächtige Änderung von Schutzvorrichtungen oder Parametern: Anlage sicher halten, Fachaufsicht informieren, Ursache dokumentieren, Freigabe abwarten.

Arbeitsschutz, Umwelt, Datenschutz

Gefährliche Praxis nur unter befugter Aufsicht: Laser, Erodiermaschinen, Schleifmaschinen und chemische Ätzanlagen dürfen nur nach Gefährdungsbeurteilung, Unterweisung, dokumentierter Freigabe und entsprechend betrieblicher Zuständigkeit betrieben werden. Bei Lasern sind unter anderem Einhausung, Zugangskontrolle, Strahlungsschutz und Absaugung nach OStrV/TROS Laserstrahlung zu prüfen; offene Laserbearbeitung erfordert besondere Schutzmaßnahmen. Bei Erodiermedien entstehen unter Umständen gefährliche Emissionen, bei ölhaltigen Medien zusätzliche Brand- und Hautrisiken. Eine Schutzbrille ersetzt weder technische Einhausung noch Absaugung. Beim Schleifen: geeignete Schutzvorrichtungen und Erfassung von Staub beachten. Chemikalien nur anhand gültiger Sicherheitsdatenblätter, Gefahrstoffverzeichnis und Betriebsanweisungen einsetzen, lagern und entsorgen. Medien, Schlämme, Metallstaub und Ätzlösungen nie pauschal in Ausguss oder Restmüll geben.

Sichere Lernalternative: Nutze CAD-Skizze, 2D-Schnittpfadsimulation, Trockenablauf ohne aktivierte Energiequelle, Material- und Fehlerkarten, ein vom Betrieb freigegebenes Demonstrationsstück oder optische Untersuchung eines bereits hergestellten Werkzeugs. Nachhaltigkeit heißt: verschnittarme Schachtelung, Wiederverwendung von Spannmitteln, Prüfung vor Bearbeitung, dokumentierter Energie- und Medienverbrauch, getrennte Stoffströme, Reparatur statt Neufertigung bei Eignung. Digitale Auftragsdokumentation verwendet nur künstliche Kennzeichen und keine persönlichen Kunden- oder Lernendendaten. BAuA: TROS Laserstrahlung · DGUV Regel 109-607 „Branche Metallbau“ · DGUV Information 209-082, Abschnitt Funkenerodieröle · BAuA: TRGS 510.

Praxisfall: Sondermatrize für eine Schmuckeinlage

Synthetischer Auftrag, Zeichnung und Verfahrenswahl

Eine fiktive Werkstatt benötigt eine kleine Sondermatrize für eine dekorative Einlegekontur. Ein bereits gehärteter, elektrisch leitfähiger Werkzeugstahlrohling misst außen 30 × 20 × 6 mm. Die durchgehende Innenöffnung ist rechteckähnlich mit 12,00 ± 0,05 mm Breite und 8,00 ± 0,05 mm Höhe; Innenradien höchstens 0,20 mm. Auf der funktionsrelevanten Innenfläche gelten laut angenommener Zeichnung Ra ≤ 1,6 µm und für die Ausgangshärte 520–600 HV10. Alle Zahlen sind Übungswerte und keine Maschinenempfehlung; Rauheitsspezifikation, Prüfrichtung und Messbedingungen müssten bei einer realen Freigabe in der Zeichnung geklärt werden.

Für den Vergleich werden drei Lösungen begründet geprüft: mechanisches Fräsen ist bei engen Innenecken und dem harten Rohling aufwendiger, Laserschneiden benötigt eine spezielle Randzonen- und Maßqualifikation, Drahterodieren eignet sich für die durchgehende Innenkontur eines elektrisch leitfähigen Materials, sofern Startöffnung, Spannlage, Freischnitt, Drahtkompensation und Finish fachlich freigegeben sind. Eine wirklich scharfkantige, radiusfreie Innenecke ist mit einem endlichen Drahtdurchmesser nicht unmittelbar möglich; deshalb muss der Radius geprüft werden. Prüfe auch, ob der gewählte Werkstoff mit dem geplanten Erodierprozess laut Betriebsunterlagen vereinbar ist. Das ist eine begründete Auswahl, keine universelle Vorrangregel.

Arbeitsplan mit Freigaben

Schritt	Geplantes Handeln	Nachweis und Freigabe
Auftrag analysieren	CAD-Zeichnung, Versionsstand, Werkstoff und Grenzmaße erfassen	Anforderungsliste, Zeichnungsfreigabe
Prozess wählen	Fräsen, Laser und Drahterodieren nach Eignung, Risiken und Kosten vergleichen	Begründete Verfahrensmatrix
Simulation vorbereiten	Bezugssystem, Spannkonzept, Drahtzugang und Materialfluss im CAD/CAM-Modell darstellen	Bildschirmbild und Kollisionscheck
Betriebsfreigabe	Unterweisung, Betriebsanweisung, Schutzsysteme, Datenfreigabe prüfen	Unterschrift der befugten Fachaufsicht
Fertigen lassen	Startöffnung und Kontur sowie eventuellen Finish-Schritt nur durch befugte Bedienperson ausführen	Maschinenprotokoll ohne Personendaten
Messen und beurteilen	Breite, Höhe, Innenecken, Rauheit, Härtenachweis, Sichtfehler untersuchen	Prüfprotokoll und Abweichungsliste
Optimieren und übergeben	Fehlerursachen besprechen, Material und Medien bilanzieren, neutrale Dokumentation abgeben	Freigabebericht und Reflexion

Rechenweg: zulässige Maße, Zeit und Beispielkalkulation

1. Grenzmaße: Breite mindestens 12,00 − 0,05 = 11,95 mm und höchstens 12,00 + 0,05 = 12,05 mm. Höhe mindestens 7,95 mm, höchstens 8,05 mm.

2. Konturlänge: Als grobe Planungsnäherung für eine 12 × 8 mm Öffnung ohne Berücksichtigung der Rundungen: L = 2 · (12 + 8) = 40 mm. Für vier Innenradien r = 0,20 mm wäre die mathematische Konturlänge eines abgerundeten Rechtecks L = 40 − 8r + 2πr = 40 − 1,6 + 1,2566 ≈ 39,66 mm. Die tatsächliche Bahn der Drahtelektrode weicht wegen der Kompensation ab und muss der Simulation entnommen werden. Für die Vorabschätzung rechnen wir bewusst konservativ mit 40 mm.

3. Bearbeitungszeit, rein fiktiv: Unterstelle für die Schätzung eine mittlere Konturfortschrittsrate von 2,5 mm pro Minute, keine real einzustellende Maschinenvorgabe. Grobe Konturzeit 40 ÷ 2,5 = 16 min. Hinzu kommen angenommene 7 min für Einfädeln/Test und 12 min für einen Finish-Schritt; Maschinenbelegung zusammen 35 min. Eine reale Zeitschätzung muss aus Maschinen- und Schnittdatensimulationen kommen und kann erheblich abweichen.

4. Kostenabschätzung, frei erfundene Planungswerte: Maschinenbelegung 35 min × 48 €/h ÷ 60 = 28,00 €; aktive Arbeitszeit 20 min × 36 €/h ÷ 60 = 12,00 €; Rohling 10,00 €; Draht und Betriebsmittel 4,00 €; Messtechnik pauschal 6,00 €. Gesamtsumme 28 + 12 + 10 + 4 + 6 = 60,00 € pro Übungsstück vor Gemeinkostenzuschlägen, Ausfall- und Gewinnannahmen. Prüfe in der Realität, ob Maschinen- und Lohnsätze überlappende Kosten enthalten; Doppelverrechnung ist ein typischer Kalkulationsfehler. Eine alternative Fertigung ist nur günstiger, wenn auch Rüst-, Prüf-, Nacharbeits-, Energie- und Entsorgungskosten enthalten sind.

Prüffähiges Ergebnis und Bewertungsraster

Fiktives Prüfprotokoll: Breite an zwei Stellen 12,02 und 11,99 mm, Höhe 8,01 und 8,04 mm; optisch bestimmter Maximalradius 0,18 mm, gemessener Rauheitswert Ra 1,1 µm nach freigegebenem Messplan; separat vorliegender Härtenachweis 560 HV10. Unter der Annahme geeigneter Prüfmittel, klar spezifizierter Messbedingungen und hinreichend kleiner Messunsicherheit erfüllen diese Beispielwerte die geforderten Zahlenbereiche. Eine reale Qualitätsfreigabe erfordert außerdem Sichtprüfung auf Randzonenschäden, Drahtspuren, Grate und funktionale Erprobung, wo vorgesehen; der Eintrag bestanden ist ohne diese Prüfungen unzulässig.

Bewertungsbereich	Konkreter prüfbarer Nachweis	Punkte
Auftragsanalyse	Zeichnung, Funktionsziel, Grenzmaße, Werkstoff und Version korrekt erfasst	15
Verfahrenswahl	Drei Verfahren anhand Qualität, Wirtschaftlichkeit und Risiken verglichen	15
Arbeits- und Sicherheitsplan	Vollständige Schritte, Sperr- und Freigabepunkte, sichere Alternative	20
Rechenweg und Kalkulation	Kontur, Zeit, Maßbereich und Gesamtkosten nachvollziehbar und mit Einheiten	15
Prüfung des Arbeitsergebnisses	Messprotokoll, geeignete Prüfmittel, Unsicherheit, Abweichungsentscheidung	20
Nachhaltigkeit und Dokumentation	Ressourcen-/Abfallkonzept, anonymisierte Daten, Fehleranalyse, Reflexion	15

Bewertung: maximal 100 Punkte; als didaktisches Beispiel 90–100 sehr gut, 75–89 gut, 60–74 befriedigend, 45–59 ausreichend, darunter Überarbeitung. Sicherheitsfreigabe ist unabhängig von Punkten zwingend: Ohne gesicherte Schutzmaßnahmen keine reale Bearbeitung. Der praktische Lernnachweis kann vollständig digital und mit einem fertigen Demonstrationsmuster erfolgen.

Qualität prüfen, dokumentieren und verbessern

Härte, Rauheit und Randzone unterscheiden

Härte kennzeichnet den Widerstand gegen bleibende Eindrückung; das Vickers-Verfahren nutzt einen definierten Prüfkörper und ermittelte Eindruckdiagonalen. Die Angabe HV10 enthält neben dem Ergebnis den Prüfkraftbereich; eine Härteprüfung benötigt zugelassene Geräte und geeignete Probengeometrie. Eine harte Oberfläche kann dennoch Risse oder eine ungünstige Wiedererstarrungsschicht aufweisen. Rauheit beschreibt kleinräumige geometrische Abweichungen der Oberfläche; der Parameter Ra alleine sagt nichts über sämtliche Fehler, Welligkeit oder Randzoneneigenschaften aus. Prüfe in der Arbeitsunterlage auch Form- und Lagetoleranzen, Glanzgrad und Sichtprüfung. Die aktuellen Normbezüge sind insbesondere DIN EN ISO 21920-1:2022-12 für die Angabe der Oberflächenbeschaffenheit und DIN EN ISO 6507-1:2024-01 für Vickers-Härteprüfungen; Normtexte werden nicht reproduziert. Frühere Rauheitsangaben nach DIN EN ISO 1302 oder ISO 4287 nicht unbesehen als heutige Spezifikation übernehmen.

Schematische Härteprüfung nach Vickers: Eindruck und Geometrie; Freundchen, Wikimedia Commons, CC0 1.0.

Fehler analysieren und Arbeit nachvollziehbar sichern

Verwende einen standardisierten Prüfbericht mit anonymem Auftragskürzel, Versionsstand der Zeichnung, Materialbezeichnung und Zustand, Verfahren und Freigabe, Messwert samt Einheit und Messmittel, Prüfdatum, Verantwortungsrolle statt Klarnamen, Grenzwertvergleich, Abweichung, Korrekturentscheidung. Dokumentiere simulierte statt reale Messungen ausdrücklich als solche. Häufige Fehler: Maße ohne Toleranz auswerten, nach einer Wärmebehandlung die Randzone ignorieren, unkalibriertes Messgerät einsetzen, falsche Bezugskante wählen, Span- oder Erodierkosten vergessen, ungesicherte Prozessdateien weitergeben und Medien ohne Herkunftsangabe verwenden.

Verknüpfe mögliche Ursachen systematisch: Mensch (fehlende Freigabe), Maschine (Verschleiß), Methode (fehlende Kompensation), Material (falscher Zustand), Messung (falscher Prüfort), Umwelt (verschmutztes Prozessmedium). Leite je eine überprüfbare Vorbeugung ab und dokumentiere, ob sich Qualität, Energiebedarf oder Ausschuss verbessern. Das schützt Ressourcen und macht Entscheidungen für das Team transparent. Für reale Betriebe gelten die aktuellen Betriebsanweisungen, DGUV-Vorgaben, Herstellerangaben und einschlägigen Landesvorschriften; betrieblicher Ausbildungsplan und zuständige Handwerkskammer sind in der Unterrichtsabstimmung zu berücksichtigen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Fachwissen

Welche Zuordnung ist im KMK-Rahmenlehrplan richtig? (LF 9 GR behandelt Spezialwerkzeuge im Beruf Graveur) (!LF 9 GR ist der offizielle Bereich der Metallbildner) (!LF 9 MB behandelt ausschließlich Funkenerosion) (!LF 9 GR ist eine Lernfeldnummer für die Elektrotechnik)

Welche Voraussetzung ist für eine gewöhnliche Funkenerosion des Werkstücks entscheidend? (Das Werkstück muss elektrisch leitfähig sein) (!Das Werkstück muss immer aus Kunststoff bestehen) (!Das Werkstück muss vollständig transparent sein) (!Das Werkstück darf keine Härte besitzen)

Welches Verfahren ist für eine durchgehende enge Innenkontur eines leitfähigen Werkstücks naheliegend? (Drahterodieren nach technischer Eignungsprüfung) (!Lackieren ohne Formänderung) (!Reines Polieren ohne Materialtrennung) (!Reine Wärmebehandlung ohne Konturbearbeitung)

Welche Aussage über die Laserbearbeitung trifft zu? (Auch kontaktarme Bearbeitung kann die Randzone thermisch verändern) (!Jede Lasermaschine kann alle Werkstoffe gleich bearbeiten) (!Laserbearbeitung benötigt nie eine Gefährdungsbeurteilung) (!Bei Laserbearbeitung entstehen grundsätzlich keine Emissionen)

Welche Abweichung liegt bei 12,00 mm mit Toleranz plusminus 0,05 mm innerhalb der Grenze? (12,04 mm) (!12,07 mm) (!11,92 mm) (!12,12 mm)

Welche Eigenschaft prüft ein geeignetes Profilometer im beschriebenen Fall? (Einen spezifizierten Rauheitskennwert der Oberfläche) (!Die elektrische Leistung der Werkhalle) (!Die Stückzahl im Warenlager) (!Die Materialfarbe im Auftrag)

Warum wird beim Senkerodieren eine Formelektrode eingesetzt? (Sie ermöglicht eine profilgebende Abtragung im leitfähigen Werkstück) (!Sie ersetzt alle Sicherheitsvorkehrungen) (!Sie verhindert jeden Elektrodenverschleiß) (!Sie verwandelt das Dielektrikum in festen Stahl)

Welche Grundlage entscheidet über eine sichere reale Bearbeitung? (Aktuelle Gefährdungsbeurteilung und befugte Freigabe) (!Eine spontane Entscheidung ohne Unterweisung) (!Allein der niedrigste Werkzeugpreis) (!Das Vorhandensein einer beliebigen Schutzbrille)

Welche Größe ergibt im Übungsfall die reine geschätzte Konturzeit aus 40 mm und 2,5 mm pro Minute? (16 Minuten) (!6 Minuten) (!40 Minuten) (!100 Minuten)

Was gehört zu einem nachvollziehbaren Prüfprotokoll? (Messwert mit Einheit sowie Sollgrenze und Prüfmittel) (!Nur die Aussage dass alles gut aussieht) (!Ein echtes privates Kundenkennwort) (!Nur die Farbe der Arbeitskleidung)

Memory: Begriffe und Bedeutungen

Dielektrikum	Prozessmedium zur Steuerung der Entladung und Abfuhr beim Erodieren
Formtoleranz	Zulässige Abweichung von der idealen geometrischen Gestalt
Elektrodenverschleiß	Veränderung der Werkzeugelektrode während des Abtrags
Randzone	Oberflächennaher Werkstoffbereich mit möglichen Prozessveränderungen
Prüfplan	Festlegung von Merkmalen, Prüforten, Mitteln und Grenzwerten
Nacharbeit	Zusätzliche Bearbeitung zur Erreichung geforderter Eigenschaften

Drag-and-drop: Verfahren und typische Eigenschaft

Ordne den Fachbegriff richtig zu.	Erkennbare Eigenschaft
Drahterodieren	Schneidet durchgehende Konturen mit einer bewegten Drahtelektrode
Senkerodieren	Nutzt eine profilgebende Elektrode für eine Formvertiefung
Lasergravieren	Verändert eine Oberfläche durch fokussierte optische Energie
Ätztechnik	Verwendet Maskierung und selektiven chemischen Abtrag
Vickersprüfung	Bestimmt Härte über einen definierten Eindruck

Kreuzworträtsel: Werkstattwissen

Dielektrikum	Wie heißt das Prozessmedium zwischen Elektrode und Werkstück beim Erodieren?
Toleranz	Wie heißt der zugelassene Bereich einer Maßabweichung?
Elektrode	Welches leitende Werkzeug ermöglicht elektrische Entladungen?
Randzone	Welcher oberflächennahe Bereich kann thermisch beeinflusst sein?
Rauheit	Welcher Begriff bezeichnet kleine Oberflächenunebenheiten?
Prüfplan	Welches Dokument legt Messmerkmale und Prüfmittel fest?

LearningApps: Weitere Übungen recherchieren

Prüfe bei Suchtreffern selbst fachliche Qualität, Quellen, Aktualität und Lizenz. Die Suchseite stellt keine bereits geprüfte Einzelaufgabe dar.

Lückentext: Den Fertigungsprozess verstehen

Vor dem Beginn eines neuen Auftrags analysierst du die

und die Funktion des Werkzeugs.

Ein Werkstück für das konventionelle Funkenerodieren benötigt elektrische

.

Beim Drahterodieren dient ein bewegter

als Elektrode.

Die profilgebende Elektrode ist charakteristisch für das

.

Die zulässige Abweichung eines Maßes heißt

.

Die Größe Ra beschreibt eine Kenngröße der

.

Eine Vickersprüfung liefert einen Wert für die

.

Vor gefährlichen Arbeiten ist eine dokumentierte

erforderlich.

Nicht geeignete Ätzabfälle dürfen keinesfalls in den

gelangen.

Ein Prüfbericht dokumentiert Messergebnisse und ihre

.

Offene Aufgaben

Leicht

Spezialwerkzeug: Erstelle eine beschriftete Skizze eines ungefährlichen Musterwerkzeugs und beschreibe Funktion, Werkstoff und zwei Qualitätsmerkmale.
Technische Zeichnung: Trage zu drei fiktiven Maßen obere und untere Grenzmaße in eine Tabelle ein und begründe die Ergebnisse.
Funkenerodieren: Erkläre Drahterodieren und Senkerodieren mit je einer Zeichnung und mindestens zwei Unterschieden.
Arbeitsschutz: Gestalte eine Checkliste mit mindestens acht Freigabe- und Schutzpunkten für den sicheren Lehrwerkstattbetrieb.

Standard

Fertigungsverfahren: Erstelle eine Entscheidungsmatrix für Laser, Erodieren und Ätzen anhand von Funktion, Qualität, Kosten, Umwelt und Sicherheit.
Arbeitsplanung: Entwickle für das synthetische Matrizenbeispiel einen vollständigen Arbeitsplan mit Rollen, Prüfmitteln und Freigabepunkten.
Qualitätssicherung: Erstelle einen digitalen Prüfbericht mit selbst erfundenen Messwerten; markiere Grenzfälle und betrachte die Messunsicherheit.
Nachhaltigkeit: Vergleiche zwei Bearbeitungsvarianten anhand hypothetischer Materialausbeute, Energieeinsatz und Entsorgungswegen.

Schwer

CAD: Entwerfe eine Innenkontur im CAD, überprüfe mögliche Werkzeugradien in einer sicheren Simulation und dokumentiere Versionsänderungen.
Kostenrechnung: Kalkuliere die Matrize einschließlich Rüstzeit, Maschinenzeit, Lohn, Nacharbeit und Entsorgung für zwei Verfahren; begründe einen Entscheidungsvorschlag.
Fehleranalyse: Entwickle aus einer simulierten Maßabweichung ein Ursachen-Wirkungs-Diagramm mit drei überprüfbaren Verbesserungen.
Projektmanagement: Erstelle ein Teamprojekt mit Risikoanalyse, Qualitätstor, fiktivem Abnahmegespräch, anonymisiertem Bericht und Reflexion über reale Grenzen der Simulation.

Lernkontrolle

Auftragsanalyse: Begründe anhand einer neu vorgegebenen Zeichnung, welche fehlenden Informationen vor einer Fertigungsfreigabe eingeholt werden müssen.
Verfahrensvergleich: Beurteile zwei realistisch unterschiedliche Spezialwerkzeugkonturen und begründe, warum verschiedene Verfahren geeignet sein können.
Maßtoleranz: Berechne für 15,00 ± 0,03 mm die Grenzmaße und entscheide bei Messwerten 14,98 und 15,05 mm unter Angabe der Messunsicherheit.
Fertigungsplanung: Überarbeite einen absichtlich fehlerhaften Arbeitsplan, indem du Sicherheitsfreigaben, Spannprüfung, Prozesssimulation und Prüfschritte richtig anordnest.
Qualitätsmanagement: Analysiere eine fiktive unzureichende Rauheit und leite eine prozessbezogene, eine messtechnische und eine organisatorische Abstellmaßnahme ab.
Kostenrechnung: Überprüfe die Kalkulation mit veränderter angenommener Maschinenzeit und erkläre, wann der Kostenvorteil eines Verfahrens kippt.
Umweltschutz: Entwirf eine sichere Lösung für die getrennte Lagerung und Entsorgung fiktiver Erodiermedien und anderer Betriebsstoffe unter Bezug auf Sicherheitsdatenblätter.

Lernnachweis

Konkreter Kompetenznachweis: Reiche ein anonymes digitales Auftragspaket zur Sondermatrize oder einem gleichwertigen fiktiven Spezialwerkzeug ein. Es umfasst (1) Anforderungsliste mit Berufszuteilung und Zeichnungsnummer, (2) mindestens drei begründet verglichene Fertigungsverfahren, (3) vollständigen Arbeits- und Sicherheitsplan mit Freigaben, (4) CAD-Skizze oder sichere Simulation, (5) berechnete Grenzmaße, Bearbeitungszeit und Kosten, (6) Prüfprotokoll mit Messwerten, Prüfmitteln und begründeter Freigabeentscheidung sowie (7) kurze Reflexion zu Fehlern, Datenschutz, Ressourcen und Verbesserung. Beurteile mit dem 100-Punkte-Raster aus Kapitel 4; ein vollständiger, plausibel dokumentierter Simulationsnachweis zählt als sichere Alternative zu einer praktischen Maschinenarbeit. Eine reale Abnahme ist ausschließlich der befugten betrieblichen Fachaufsicht vorbehalten.

Mögliche Präsentation: Fünf Minuten Bildschirmpräsentation mit Werkstückansicht, Verfahrensentscheidung, Prüfmerkmalen und einem konkreten Verbesserungsvorschlag. Nutze ausschließlich selbst erstellte oder korrekt lizenzierte Abbildungen; echte Kundenakten, Betriebsgeheimnisse und Namen von Auszubildenden sind ausgeschlossen.

OER und Wikipedia

Grundlegende, überprüfte Fachquellen: KMK-Rahmenlehrplan Graveur/Metallbildner, PDF-Seite 17 für LF 9 GR und Seite 21 für LF 9 MB · BIBB: Metallbildner/Metallbildnerin · Verordnung zur Metallbildnerausbildung · DGUV Regel 109-607 · DGUV Information 209-082 zu Gefahrstoffen im Modell- und Formenbau · BAuA: Laserstrahlung · BAuA: TRGS, insbesondere 510 · DIN EN ISO 21920-1 · DIN EN ISO 6507-1. Rechts- und Normstände vor praktischer Anwendung erneut anhand der aktuellen Ausgaben prüfen; hinterlegte öffentlich sichtbare Normbeschreibungen sind keine freien Volltexte.

Vertiefung als freie beziehungsweise offen verlinkte Materialien: HubbS: deutschsprachige Animation von oncampus GmbH, CC BY 3.0 · TIB AV-Portal: Funkenerosives Abtragen, DOI 10.5446/19535, CC BY 3.0 · HAW Hamburg: Funkenerosion, erläuternder Audiotext · Wikipedia: Funkenerodieren · Wikipedia: Gravur. Wikipedia ist für den Einstieg, nicht alleiniger Nachweis für Maschinensicherheit oder aktuelle Normen.

Verifizierter deutschsprachiger Wikipedia-Artikel zum Nachlesen:

Geprüfte Bildnachweise und Lizenzen: Die folgenden Dateinamen sind anhand ihrer Commons-Dateiseiten geprüft. Jeder Bildtitel verlinkt auf Urheber- und Lizenzangaben. Die Lizenzpflichten des jeweiligen Materials gelten auch bei Weiterverwendung.

Verwendete Datei	Commons-Dateiseite	Urheber laut Quelle	Lizenz laut Quelle
File:Laser cutting machine.jpg	Dateiseite	Zgyricky	CC BY-SA 4.0
File:Spark eroding.png	Dateiseite	LaurensvanLieshout	CC BY-SA 3.0
File:Wire erosion.png	Dateiseite	LaurensvanLieshout	CC BY-SA 3.0
File:Ona AE300 (Wire EDM Cutting Machine).jpg	Dateiseite	Ricard Polls	Gemeinfrei laut Commons
File:Vickers hardness.svg	Dateiseite	Freundchen	CC0 1.0

Video-Nachweis: „Fertigungstechnik – Funkenerosives Abtragen“ von oncampus GmbH / TH Lübeck, nach HubbS und TIB AV-Portal deutschsprachig und CC BY 3.0. Die Einbettung erfordert einen externen Dienst; befolge die jeweilige Datenschutzerklärung. Weitere fachlich passend lizenzierte deutschsprachige Videos wurden für diesen Kurs nicht in gleicher Sicherheit belegt, daher keine ungeprüften Einbettungen.