Urformverfahren bauteilbezogen auswählen - Technischer Modellbauer - LF 2

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Urformverfahren bauteilbezogen auswählen - Technischer Modellbauer - LF 2

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Einleitung

Ein Bauteil soll entstehen, aber mit welchem Verfahren? In diesem aiMOOC lernst du, Urformverfahren für Bauteile aus Metall und Kunststoff anhand eines konkreten, anonymisierten Auftrags fachlich zu vergleichen und begründet auszuwählen. Du bearbeitest dabei die vollständige berufliche Handlung: Auftrag klären, Zeichnungen lesen, Werkstoff und Verfahren vergleichen, Maße und Kosten überschlagen, die Fertigung vorbereiten, Ergebnisse prüfen und die Entscheidung adressatengerecht präsentieren.

Der Kurs orientiert sich an Lernfeld 2 des KMK-Rahmenlehrplans für Technische Modellbauerinnen und Modellbauer im ersten Ausbildungsjahr mit dem Zeitrichtwert von 80 Unterrichtsstunden. Die Lernfelder 1 bis 10 betreffen die gemeinsamen Grundlagen aller drei Fachrichtungen. Diese Lernressource ersetzt weder die betrieblichen Ausbildungsunterlagen noch die Vorgaben der zuständigen Handwerks- oder Industrie- und Handelskammer und des jeweiligen Landeslehrplans. Im Oktober 2026 gilt die Ausbildungsordnung von 2009 in ihrer geänderten Fassung; laut BIBB tritt die Neuordnung am 1. August 2027 in Kraft. Die tatsächlich anwendbaren Regeln hängen vom Ausbildungsbeginn und der Übergangsregelung ab. Quellen: KMK-Rahmenlehrplan, PDF-Seite 11, BIBB-Berufsprofil und konsolidierte Ausbildungsordnung.

Deine Lernziele: Du kannst Urformen von Umformen und Trennen unterscheiden, technische Dokumente auswerten, Gusswerkstoffe und Kunststoffarten anhand von Herstellerdaten beurteilen, verlorene und wiederverwendbare Modelle und Formen zuordnen, Sandguss, Feinguss, Kokillen- und Druckguss, Kunstharzgießen sowie Spritzguss vergleichen. Du kannst eine nachvollziehbare Auswahl einschließlich Schwindmaß, Umweltbelastung, Wirtschaftlichkeit, Arbeitssicherheit und Qualitätskontrolle dokumentieren. Für reale Werkstattarbeiten gelten stets die betriebliche Gefährdungsbeurteilung und die Anweisung befugter Fachkräfte; hier sind Modell-, Papier- und CAD-Simulationen vorgesehen.

Kundenauftrag und technische Unterlagen analysieren

Die vollständige berufliche Handlung

Unter Urformen versteht man Fertigungsverfahren, bei denen aus einem formlosen Ausgangsstoff ein fester Körper mit definierter Gestalt entsteht. Beispiele sind das Erstarren einer Metallschmelze in einer Gussform und das Spritzgießen plastifizierten Kunststoffs. Beim Umformen bleibt der Zusammenhalt des festen Werkstoffs erhalten; beim Zerspanen wird Material abgetragen. Im Modellbau ist die Wahl des späteren Urformverfahrens entscheidend, weil davon Modell, Formaufbau, Teilung, Entformbarkeit, Material und Fertigungsunterlagen abhängen.

Arbeitsfolge: Informieren und Auftrag klären; Varianten planen; Entscheidung begründen; einen ungefährlichen Modellversuch oder eine digitale Simulation durchführen; Maße und Funktion kontrollieren; dokumentieren und im Team präsentieren. Rollen können Zeichnungsprüfung, Verfahrensvergleich, Berechnung, Nachhaltigkeitscheck und Präsentation sein. Ergebnisse und Annahmen müssen auch für andere prüfbar bleiben.

Einzelzeichnung, Gesamtzeichnung und Datenblatt

Eine Einzelteilzeichnung zeigt Geometrie, Maße, Toleranzen und Oberflächenmerkmale eines einzelnen Bauteils. Die Gesamtzeichnung zeigt dessen Lage, Funktion und Zusammenwirken mit weiteren Bauteilen. Eine Skizze verdeutlicht die Gestalt und eine Stückliste die geforderten Teile. Prüfe stets die Zeichnungsversion, Einheiten, Bezugskanten, Funktionsflächen und offene Fragen. Eine Maßangabe von 120 mm sagt ohne Toleranz, Werkstoff und spätere Bearbeitung noch nicht aus, welches Gießverfahren geeignet ist.

Leitfragen zu einem Auftrag: Wozu dient das Teil? Welche Lasten oder Temperaturen treten auf? Wie viele Stück werden benötigt? Gibt es Innenräume, dünne Wände, tiefe Taschen oder Hinterschneidungen? Welche Flächen müssen direkt aus der Form gut sein, welche dürfen nachbearbeitet werden? Welches Budget und welcher Termin gelten? Gibt es Material- und Recyclatvorgaben? Unklare Angaben werden als Klärungsbedarf dokumentiert und nicht erfunden.

Der Kundenwunsch „sehr genaue Oberfläche“ reicht nicht aus: Eine schriftliche Rückfrage muss beispielsweise die gewünschte Oberflächenkenngröße oder die Funktion der Fläche klären. Verwechsle Gusstoleranz nicht mit der Toleranz des fertig bearbeiteten Teils. Für metallische Gussstücke beschreibt DIN EN ISO 8062-3:2023-05 den Rahmen allgemeiner Gusstoleranzen und Bearbeitungszugaben; konkrete Werte werden nicht ohne Zugriff auf die geltende Norm, Zeichnung und Verfahrensvereinbarung angenommen.

Technisches Englisch im Auftrag

Zu den gebräuchlichen Begriffen gehören casting (Gießen), pattern (Gießmodell), mould/mold (Form), core (Kern), parting line (Formteilung), draft angle (Entformungsschräge), shrinkage (Schwindung), runner (Laufkanal), riser (Speiser), die (metallische Dauerform) und injection moulding (Spritzgießen). Beachte: Im britischen Englisch steht häufig mould, im amerikanischen Englisch mold. „Die“ bedeutet im Fertigungskontext Werkzeug oder Dauerform und nicht das englische Wort für Sterben. Verwende Begriffe nur in der passenden technischen Bedeutung.

Werkstoffe und ihre Urformbarkeit

Metallische Gusswerkstoffe

Gusseisen ist eine Werkstoffgruppe auf Eisen-Kohlenstoff-Basis mit unterschiedlichen Graphitformen und Eigenschaften. Gusseisen mit Lamellengraphit wird beispielsweise bei Gehäusen und Maschinenkomponenten eingesetzt; sein Verhalten ist nicht mit Gusseisen mit Kugelgraphit gleichzusetzen. Für die einschlägige Werkstoffgruppe beschreibt DIN EN 1561:2024-03 die Anforderungen an Gusseisen mit Lamellengraphit. Aluminiumgusslegierungen haben bei geringer Dichte oft eine günstige Kombination von Masse, Korrosionsverhalten und Gießbarkeit. Welche Legierung in welchem Verfahren sinnvoll ist, bestimmen Belastung, Temperatur, Wanddicke, Wärmebehandlung und die tatsächlichen Herstellerdaten. Die DIN EN 1706:2021-10 betrifft Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften von Aluminiumgussstücken.

Zu lesen sind im Werkstoffdatenblatt insbesondere Legierungsbezeichnung, Dichte, Festigkeitswerte, Wärmeausdehnung, gegebenenfalls gießtechnische Kennwerte, zulässige Verarbeitung und Prüfbedingungen. Eine Angabe für ein Gussverfahren darf nicht ohne Prüfung auf ein anderes übertragen werden. Eine Tabelle der Stoffeigenschaften ersetzt nicht die Freigabe einer Werkstoffspezifikation.

Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere

Thermoplaste erweichen oder schmelzen beim Erwärmen verarbeitungsabhängig und eignen sich häufig für das Spritzgießen, etwa PP oder PA. Sie unterscheiden sich bei Fließverhalten, Temperaturbeständigkeit und Schwindung. Duroplaste bilden bei einer Vernetzungsreaktion ein dauerhaftes Netzwerk und lassen sich nach dem Aushärten nicht wie Thermoplaste erneut aufschmelzen; Epoxid- oder bestimmte Polyurethan-Gießharze sind Beispiele. Elastomere sind elastisch verformbare, vernetzte Werkstoffe; spezielle Form- und Spritzgießverfahren sind möglich, aber nicht identisch mit gewöhnlichem Thermoplastspritzguss.

Bei Kunststoffdatenblättern prüfst du Sorte, Verarbeitungsverfahren, Verarbeitungsschwindung, Viskosität oder Schmelzfließverhalten, thermische und mechanische Eigenschaften, Feuchteempfindlichkeit, mögliche Nachschwindung sowie die Anforderungen an Recycling und Verarbeitung. Fehlt ein entscheidender Wert, vermerke „Datenblatt und Versuchsabmusterung erforderlich“ statt einen Tabellenwert zu erfinden. Beim Kunstharzgießen sind zusätzlich Sicherheitsdatenblatt, Verarbeitungszeit, Mischvorgaben und mögliche sensibilisierende Inhaltsstoffe relevant. Du mischst oder verarbeitest solche Stoffe nur im freigegebenen Betrieb unter Aufsicht; im Unterricht verwendest du stattdessen Knete, Pappformen oder ein CAD-Modell.

Schwindung verstehen

Viele Metalle und Kunststoffe verändern beim Abkühlen, Erstarren oder Aushärten ihre Abmessungen. Das Schwindmaß ist deshalb ein wesentliches Planungsmerkmal. Ein für ein einfaches Lehrbeispiel angenommenes lineares Aufmaß s wird berechnet mit: Modellmaß = Sollmaß der Gussteilkontur × (1 + s). Dabei ist s als Dezimalzahl einzusetzen, beispielsweise 0,012 für 1,2 %. Diese einfache Näherung eignet sich nicht als universelle Produktionsfreigabe: Werkstoff, Wanddicken, Formzwang, Fließrichtung und Nachschwindung verändern reale Ergebnisse. Bearbeitungszugaben werden vor der Schwindkorrektur gesondert ergänzt.

Typische Fehler: Prozent mit dem Wert 1,2 statt 0,012 multiplizieren, das fertige Bauteil mit dem Rohguss gleichsetzen, für Innen- und Außenkonturen ungeprüft dieselbe Maßregel verwenden oder den jeweiligen werkstoff- und verfahrensbezogenen Datenblattwert ignorieren. Begründe stets deine Annahmen und deren Unsicherheit.

Metallisches Urformen mit verlorenen Formen

Sandguss und Formaufbau

Beim Sandguss wird eine Form aus geeignetem Formstoff hergestellt, zum Beispiel aus gebundenem Formsand. Ein Dauermodell kann wiederholt verwendet werden, obwohl die Sandform zum Entnehmen des Gussteils in der Regel zerstört wird: Dauermodell und verlorene Form sind also kein Widerspruch. Ein verlorenes Modell verbleibt dagegen im Prozess und wird entfernt oder zerstört, etwa ein Wachsmodell beim Feinguss. Diese drei Begriffe dürfen nicht verwechselt werden.

Formunterteil und Formoberteil heißen englisch drag und cope. Der Formhohlraum bildet die Außenkontur; ein Kern kann eine Innenkontur erzeugen. Über Einguss und Laufkanal strömt die Schmelze ein, der Speiser kann erstarrungsbedingte Volumenverluste ausgleichen. Formteilung und Entformungsschrägen ermöglichen das Herausnehmen des Modells. Ein Kern benötigt eine sichere Lagefixierung; ein Innenkanal ist nicht einfach nur eine in die Zeichnung gemalte Linie. Die Auslegung von Gießsystem, Speiser und Entlüftung ist eine Fachaufgabe und wird hier nicht als ausführbare Anleitung zum Metallgießen vermittelt.

Foto: Sandform mit Ober- und Unterkasten sowie eingelegten Kernen. Glenn McKechnie, Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0.

Schema: vereinfachtes Gieß- und Speisersystem. Wizard191, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0. Englische Beschriftung: Ordne sie den Fachbegriffen aus Kapitel 1 zu.

Bei niedrigen bis mittleren Stückzahlen, größeren Bauteilen oder komplexeren Innenkonturen ist Sandguss oft eine prüfenswerte Variante. Die tatsächlich erreichbare Maß- und Oberflächenqualität hängt von Prozess, Formstoff, Bauteil und vereinbarten Prüfmerkmalen ab. Formen und Kerne müssen nach der Verwendung sorten- und prozessgerecht behandelt werden; regenerierbarer Sand reduziert häufig den Primärmaterialbedarf. Zum Prozess: Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie – Sandgießen.

Feinguss mit verlorenem Modell

Beim Feingießen oder Wachsausschmelzverfahren wird eine Modellform beispielsweise aus Wachs hergestellt und mit einer geeigneten Formschale umgeben. Nach Entfernung des Modells bleibt die Gießkavität. Das Verfahren ermöglicht detaillierte Konturen und kann Nacharbeit reduzieren, erfordert aber mehrere Prozessschritte, geeignete Werkstoffe und eine Kostenbetrachtung. Feinguss bedeutet nicht, dass jedes Teil ohne Nachbearbeitung normgerecht fertig ist.

Schematische Prozessfolge des Wachsausschmelzverfahrens. Jonkerr / H Padleckas, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

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Deutschsprachige Animation „Fertigungstechnik – Feingießen“ von oncampus GmbH, über HubbS als CC BY 3.0 mit Herkunftsnachweis verfügbar. Beobachtungsauftrag: Wo entstehen Modell, Form und Gussteil, und welches Element geht verloren?

Überblick und begründete Eignung

Übersicht verschiedener Gießverfahren, englische Fachbegriffe. Wizard191, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

Verfahren	Form und Modell	Typische Vorteile	Grenzen für die Auswahl
Sandguss	Verlorene Sandform, oft wiederverwendbares Modell	Viele Werkstoffe und Bauteilgrößen, Anpassbarkeit	Formverbrauch, je nach Prozess größere Nacharbeit und Streuung
Feinguss	Verlorenes Modell und verlorene Form	Filigrane Konturen und gute Detailwiedergabe möglich	Mehrstufiger Prozess, modell- und größenabhängiger Aufwand
Kokillenguss	Wiederverwendbare meist metallische Form	Serienfähigkeit und oft gute Oberflächen	Formkosten, begrenzte Entformbarkeit und prozessabhängige Geometrie
Druckguss	Wiederverwendbares Druckgießwerkzeug	Hohe Stückzahlen und kurze Zyklen bei geeigneten Legierungen	Sehr hohe Werkzeugkosten, mögliche Porosität, technische Grenzen
Kunstharzgießen	Geeignete flexible oder feste Gießform, reaktives Harz	Prototypen und Formenbauanwendungen	Verarbeitungszeit, Chemikalienschutz und Aushärtungsbedingungen
Thermoplastspritzguss	Wiederverwendbares Spritzgießwerkzeug	Hohe Wiederholrate komplexer Kunststoffteile	Werkzeugaufwand, Schwindung und verfahrensgerechte Gestaltung

Diese Übersicht ist eine Entscheidungshilfe und keine garantierte Rangfolge. Prüfe Werkstoffeignung, Stückzahl, Geometrie, Toleranzen, Oberflächen, Kosten und ökologische Folgen je Auftrag neu. Verwechsle Sandguss und Feinguss nicht allein wegen des Wortes „verloren“: Im ersten Fall ist die Form verloren, im zweiten meist zusätzlich das Wachsmodell.

Dauerformen, Kunststoffverfahren und Werkzeugfunktionen

Kokillen- und Druckguss für Metalle

Eine Kokille ist eine wiederverwendbare Form, in die Metall beispielsweise unter Schwerkraft oder bei besonderen Varianten unter geringem Druck gelangt. Beim Druckguss wird geeignete Metallschmelze mit Druck in ein metallisches Werkzeug eingebracht. Beide Prozesse verlangen eine sorgfältige Betrachtung von Werkzeugtemperatur, Entformbarkeit, Trennfläche, Auswerferposition, Anguss und eventuell zusätzlichen Kern- oder Schieberlösungen. Nicht jede Legierung und nicht jedes große, komplexe Teil ist für jedes Dauerformverfahren geeignet.

Vereinfachtes Schema einer Kaltkammer-Druckgießmaschine, englische Beschriftung. Wizard191, Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.

Merke: Werkzeugkosten sind Fixkosten, die über die Stückzahl verteilt werden. Bei geringer Losgröße ist ein technisch geeignetes Druckgießverfahren deshalb oft wirtschaftlich unattraktiv. Reale Anlagen bergen erhebliche thermische, mechanische und hydraulische Gefährdungen. Nur autorisiertes Fachpersonal darf sie nach Betriebsanweisung bedienen; als Lernsituation genügt eine gesicherte Anlagenanimation.

Spritzgießen und Kunstharzgießen unterscheiden

Beim Spritzgießen eines geeigneten Thermoplasts wird Granulat aufbereitet und plastifiziert; der Werkstoff füllt ein geschlossenes Werkzeug, kühlt ab und wird entformt. Werkzeugkavität, Anguss, Kühlung, Entlüftung und Auswerfer beeinflussen Taktzeit und Bauteilqualität. Wanddickensprünge können Einfallstellen begünstigen; unpassende Fließwege oder eine fehlerhafte Prozessauslegung können Bindenähte, Verzug oder unvollständige Füllung auslösen. Für belastbare Aussagen werden Materialdaten, Simulationen und Abmusterungen kombiniert.

Vereinfachte englisch beschriftete Anlage zum Kunststoffspritzgießen. Ariel Cornejo, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

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Deutschsprachige Animation „Spritzgießen – Animation“, tronicarts – Multimedia-Agentur, YouTube. Beobachte Granulatweg, Aufschmelzen, Füllen und Entformen. Das Video wird verlinkt/eingebettet, nicht als frei nachnutzbare OER-Datei angeboten.

Beim Kunstharzgießverfahren wird dagegen eine geeignete reaktive Gießmasse in eine Form gebracht und härtet unter den produktabhängigen Bedingungen aus. Das ist kein bloßes Abkühlen einer Thermoplastschmelze. Je nach Kunstharz können sensibilisierende oder weitere gesundheitsgefährdende Stoffe vorkommen. Für jede reale Tätigkeit: Stoffidentität und Sicherheitsdatenblatt prüfen, Substitution und Schutzmaßnahmen aus der Gefährdungsbeurteilung ableiten, betriebliche Lüftung und Entsorgung einhalten. Ein ungefährlicher Vergleich ist eine Papp- oder Knetform mit digitalen Prozesskarten.

Digitalisierung, Nachhaltigkeit und Datenschutz

CAD-Modelle helfen, Wanddicken, Trennflächen und mögliche Hinterschneidungen zu visualisieren. Eine einfache Simulation kann Verfahrensvarianten gegenüberstellen; eine professionelle Füll- oder Erstarrungssimulation ersetzt trotzdem keine Versuchsabmusterung. Lege Versionsstand, Einheiten, Prüfmerkmale und dokumentierte Annahmen fest. Datenminimierung ist Teil der betrieblichen Praxis: Für Lernaufgaben genügen erfundene Auftragsnummern, Geometrien und Stückzahlen. Keine echten Kundendaten, vertraulichen Zeichnungen oder Schülerdaten in öffentliche KI-Dienste laden.

Nachhaltige Verfahrenswahl betrachtet mehr als den Kilopreis: Formstoff- und Materialverbrauch, Regenerierbarkeit, Ausschuss, Nacharbeit, Energiebedarf, Recyclingfähigkeit, Lebensdauer und Werkzeugnutzung. Für jeden konkreten Prozess gilt die betriebliche Gefährdungsbeurteilung. Die DGUV nennt für Gießereien unter anderem Gefahrstoffe, feuerflüssige Massen, Hitzearbeit, Lärm sowie Brand- und Explosionsgefahren. Für quarzhaltige Stäube sind TRGS 559 und die DGUV Information 209-095 einschlägige Orientierungen; maßgeblich sind stets die aktuell gültigen Fassungen und die konkreten Expositionen. Den allgemeinen Rahmen erläutert die DGUV-Fachseite Gießereien. Niemals selbstständig Metall schmelzen, Schmelzen vergießen, Druckgießmaschinen bedienen, Stäube erzeugen oder reaktive Kunstharze verarbeiten.

Verfahrensentscheidung, Praxisfall und Qualitätssicherung

Verfahrensmatrix für unterschiedliche Aufträge

Die folgende Entscheidungstabelle vergleicht fiktive Aufträge. Sie zeigt keine automatisch gültigen Fertigungsfreigaben.

Auftrag	Grundanforderung	Zu prüfender Favorit	Wesentliche Rückfrage
A: 40 Aluminium-Lagerflansche	Einfache Außenform, maßhaltige bearbeitete Funktionsflächen	Sandguss mit Nachbearbeitung	Legierung, Rohgusstoleranz, Stückkosten
B: 30.000 kleine Aluminiumgehäuse	Hohe Stückzahl, geeignete dünnwandige Geometrie	Druckguss	Dichtheit, Porosität, Werkzeugkosten, Legierung
C: 20.000 Kunststoffkappen aus geeignetem PP	Wiederholgenaue Kunststoffteile	Thermoplastspritzguss	Fließweg, Wanddicke, Recyclingstrategie
D: 12 filigrane metallische Muster	Detailreiche Geometrie	Feinguss	Material, Maße, Herstellbarkeit und Kosten
E: 3 transparente Anschauungsteile	Geringe Stückzahl ohne hohe Belastung	Kunstharzgießen nur nach freigegebenem Stoff- und Schutzkonzept	Gesundheitsschutz, Alternativen wie sichere Attrappen

Entscheidungsregel: Stelle zuerst Ausschlusskriterien fest (falscher Werkstoff, unmögliche Entformung, nicht erreichbare Funktion oder unvertretbare Gefährdung). Vergleiche dann die verbleibenden Verfahren anhand von Qualität, Stückzahl, Kosten, Umwelt- und Arbeitsschutz. Eine Matrix mit Begründungen ist besser als eine unbelegte Behauptung „Sandguss ist immer billig“.

Vollständig erläuterter Praxisfall: fiktiver Aluminium-Lagerflansch

Auftrag: Ein fiktiver Kunde benötigt 40 einfache, massive Aluminium-Lagerflansche mit Endmaßen 120 mm × 80 mm × 20 mm. Eine Durchgangsbohrung von 20 mm wird aus Qualitätsgründen später spanend hergestellt. Die sechs Außenflächen sollen für dieses Rechenbeispiel jeweils nachbearbeitet werden. Für relevante Funktionsmaße wird in der Fertigzeichnung eine gesonderte, bei der Bearbeitung zu prüfende Toleranz vereinbart; aus der Sandform allein wird keine pauschale Toleranz von ±0,2 mm versprochen. Die Legierung wird erst nach Datenblattvergleich und Freigabe festgelegt.

1. Verfahrensentscheidung: Sandguss wird als Ausgangsvariante gewählt, weil die Stückzahl klein und die Außenform einfach ist. Feinguss und Dauerformverfahren bleiben Alternativen, sofern Qualität oder Gesamtkosten dies begründen. Walzhalbzeug mit Zerspanung wäre eine reale konkurrierende Herstellungsmethode außerhalb der Auswahl der Urformverfahren und muss vor einer endgültigen betrieblichen Entscheidung ebenfalls geprüft werden.

2. Angenommene Eingabedaten: Linearer Schwindzuschlag s = 1,2 % = 0,012; Bearbeitungszugabe z = 2 mm je Außenfläche; rechnerische Dichte der angenommenen Aluminiumgusslegierung = 2,68 g/cm³. Diese Zahlen sind ausschließlich didaktische Annahmen, keine Norm- oder Herstellerwerte. Vor realer Herstellung sind die korrekten Daten zu beschaffen, ebenso die zugehörigen Abform- und Prüfbedingungen.

3. Rohguss- und Modellmaße: Zwei gegenüberliegende nachzubearbeitende Flächen erfordern je Maß 2 × 2 mm = 4 mm Zuschlag. Rohguss-Außenmaß Länge: 120 + 4 = 124 mm; Breite: 80 + 4 = 84 mm; Höhe: 20 + 4 = 24 mm. Das einfache Modellmaß mit angenommener Schwindkorrektur ergibt Länge: 124 × 1,012 = 125,488 mm ≈ 125,49 mm; Breite: 84 × 1,012 = 85,008 mm ≈ 85,01 mm; Höhe: 24 × 1,012 = 24,288 mm ≈ 24,29 mm. Modellschrägen, Formteilung, Ecken und Anguss kommen konstruktiv noch hinzu und sind hier nicht ausgelegt. Die Bohrung wird nachbearbeitet und deshalb nicht als Sandkern dimensioniert.

4. Volumen und theoretische Endmasse: Als vereinfachter Quader minus zylindrische Durchgangsbohrung gilt V = 120 × 80 × 20 − π × 10² × 20 = 192.000 − 6.283,19 = 185.716,81 mm³ = 185,717 cm³. Daraus folgt m = 185,717 cm³ × 2,68 g/cm³ = 497,72 g ≈ 0,498 kg pro fertigem Teil. Die Rechnung berücksichtigt weder Formradien noch andere Detailkonturen; Anguss, Speiser, Ausschuss und Bearbeitungsabfall gehören ausdrücklich nicht zur Endmasse. Die Masse der tatsächlich eingesetzten Schmelze kann entsprechend höher liegen.

5. Vereinfachter Kostenvergleich: Angenommene einmalige Kosten für Sandgussmodell und Vorbereitung = 250 €, variable Kosten je fertigem Teil einschließlich vereinfachter Nacharbeit = 32 €. Für Druckguss: Werkzeugkosten = 9.500 €, variable Kosten = 9 € je Teil. Bei 40 Stück: Sandguss 250 + 40 × 32 = 1.530 € bzw. 38,25 € je Teil; Druckguss 9.500 + 40 × 9 = 9.860 € bzw. 246,50 € je Teil. Der theoretische Kosten-Schnittpunkt liegt bei n = (9.500 − 250) / (32 − 9) = 9.250 / 23 ≈ 402,17 Stück. Ab 403 Stück wäre in diesem stark vereinfachten Zahlenmodell die Druckgussvariante kostengünstiger. Voraussetzung ist, dass beide Verfahren technisch und qualitativ geeignet bleiben; reale Ausschuss-, Energie-, Logistik-, Anlagen-, Prüf- und Werkzeugstandzeitkosten können das Ergebnis deutlich ändern.

6. Arbeitsergebnis: Ein zweiseitiges Entscheidungsprotokoll nennt Kundenvorgaben, Werkstoff- und Normquellen, mindestens zwei geprüfte Verfahren, die Maße und Rechenwege mit Einheiten, die zu klärenden Punkte sowie die begründete Empfehlung „Sandguss plus kontrollierte Nachbearbeitung unter Vorbehalt der Werkstoff- und Qualitätsfreigabe“. Als ungefährlicher Prototyp dient eine Zeichnung, ein maßstäbliches Pappmodell oder eine CAD-Visualisierung. Es findet kein Metallguss statt.

Arbeitsplan und Prüfprotokoll zum Fall

Schritt	Tätigkeit bzw. Dokument	Nachweis und Prüfkriterium
Informieren	Fiktiven Auftrag und Zeichnungsstand erfassen	Menge, Maße, Funktion und offene Fragen dokumentiert
Vergleichen	Sandguss, Feinguss und Dauerformvariante anhand einer Matrix prüfen	Kriterien Werkstoff, Geometrie, Qualität, Kosten, Umwelt begründet
Planen	Annahmen und Datenblätter auflisten	Echte Werte als offen markiert, nicht mit Lehrwerten verwechselt
Rechnen	Rohgussmaß, Modellaufmaß, Masse, Kosten vergleichen	Nachrechenbar mit Einheiten, Formel und Rundung
Konstruieren	Sichere Pappskizze oder CAD-Ansicht einschließlich vorgesehener Formteilung erstellen	Bauteilform und Bohrung als nachträgliche Bearbeitung erkennbar
Sicher handeln	Gefährdungsbeurteilung und sichere Alternative erläutern	Keine realen Schmelz-, Staub- oder Harztätigkeiten
Prüfen	Berechnung und Zeichnung von zweiter Person gegenchecken	Kontrollvermerk, erkannte Abweichungen, gegebenenfalls Korrektur
Präsentieren	Kurzbericht und Entscheidung vor fiktivem Auftraggeber vorstellen	Begründung, Unsicherheit und nächste Freigabeschritte verständlich

Muster-Prüfprotokoll: Endmaß Länge 120 mm; Breite 80 mm; Höhe 20 mm; Bohrungsdurchmesser 20 mm; festgelegte Funktionsflächentoleranzen laut noch zu erstellender Fertigzeichnung; Modell-Vorplanungsmaße 125,49 mm, 85,01 mm und 24,29 mm unter dokumentierten Übungsannahmen. Prüfmethode im Lernmodell: Zeichnungsabgleich sowie Nachrechnung; bei einer späteren realen Fertigung durch befugte Personen: geeignete Messmittel und Messprotokolle gemäß Zeichnung, Prüfplan und zugelassenem Verfahren. Ohne reale Messung lautet der Status „rechnerisch geprüft, physische Maßprüfung offen“, nicht „Bauteil bestanden“.

Fehleranalyse und sichere Verbesserungen

Wenn ein Ergebnis nicht passt: Prüfe zuerst Einheiten, Normbezug, Zeichnungsstand, falsche Werkstoffdaten, vertauschte Roh- und Endmaße, unberücksichtigte Zugaben, unpassende Formteilung oder unterlassene Nachbearbeitung. Vergleiche Kostenmodelle auf identischer Basis und frage nach einer fachlichen Freigabe, statt Daten passend zu machen. Prüfe auch, ob eine Alternativtechnologie Material und Energie spart. Ein Daten- oder Simulationsfehler ist ein Anlass zur Korrektur im Team; keine Berechtigung, eine gefährliche Werkstatthandlung auszuprobieren.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Wissen

Wodurch kennzeichnet sich das Urformen im Vergleich zum Umformen? (Es entsteht ein fester Körper aus einem formlosen Ausgangsstoff) (!Beim Urformen wird ausschließlich ein fester Körper gebogen) (!Beim Urformen wird nur Material durch Späne entfernt) (!Beim Urformen werden ausschließlich zwei feste Teile verschraubt)

Welche Information ist für die Auswahl eines Urformverfahrens besonders wichtig? (Werkstoff, Geometrie, Stückzahl und geforderte Qualität) (!Ausschließlich die Farbe des Modelllagers) (!Nur die Anzahl der Mitarbeitenden im Vertrieb) (!Allein die Schriftart auf der Zeichnung)

Welche Aussage beschreibt Sandguss mit einem Dauermodell richtig? (Das Modell kann wiederverwendet werden und die Sandform ist verloren) (!Die Sandform bleibt bei jedem Abguss unverändert erhalten) (!Das Dauermodell schmilzt grundsätzlich beim Abguss) (!Sandformen sind immer metallische Dauerformen)

Wozu dient ein Kern in einer geeigneten Gießform? (Er kann Innenkonturen oder Hohlräume im Gussteil bilden) (!Er ist grundsätzlich die elektrische Steuerung der Maschine) (!Er ersetzt jede notwendige Werkstoffprüfung) (!Er legt allein die vertragliche Stückzahl fest)

Welche Beschreibung passt zum Feinguss nach dem Wachsausschmelzprinzip? (Ein verlorenes Wachsmodell ermöglicht eine Form für detaillierte Metallkonturen) (!Das Gussteil wird ausschließlich aus massivem Wachs ausgeliefert) (!Eine Sandform wird immer tausendfach ohne Änderung genutzt) (!Feinguss ist lediglich ein anderer Name für Kunststoffspritzgießen)

Welche Werkstoffgruppe lässt sich im geeigneten Prozess durch Erwärmen erneut plastifizieren? (Thermoplaste) (!Bereits vollständig vernetzte Duroplaste) (!Alle vollständig vulkanisierten Elastomere) (!Gusseisen mit Lamellengraphit bei Raumtemperatur)

Wodurch unterscheiden sich Kokillenguss und Druckguss besonders? (Die Art der Formfüllung und die jeweils eingesetzte Anlagentechnik) (!Druckguss verwendet grundsätzlich eine zerstörbare Papierform) (!Kokillenguss ist ausschließlich eine Methode zum Bohren) (!Beide Verfahren sind ohne Werkzeug- oder Formkosten)

Welcher Wert ist das lineare Schwindmaß von 1,2 Prozent als Dezimalzahl? (0,012) (!1,2) (!0,12) (!12)

Warum werden bei geringen Stückzahlen häufig Verfahren mit niedrigen Werkzeugfixkosten geprüft? (Weil hohe Werkzeugfixkosten auf wenige Teile verteilt werden) (!Weil die Bauteilgeometrie bei kleinen Losen keine Bedeutung hat) (!Weil Werkstoffdatenblätter erst bei hohen Stückzahlen gelten) (!Weil Kosten und Qualität nie gleichzeitig verglichen werden dürfen)

Welche Aussage zum sicheren Lernversuch ist richtig? (Eine CAD-Simulation ersetzt gefährliche Gießversuche im Unterricht) (!Lernende dürfen unbekannte Harze ohne Datenblatt mischen) (!Quarzhaltige Stäube sind ohne Gefährdungsbeurteilung unbedenklich) (!Eine offene Metallschmelze ist für unbeaufsichtigte Übungen geeignet)

Memory: Begriffe und Funktionen

Ordne die sechs Begriffe ihren fachlich passenden Erklärungen zu. Nutze nach einem Fehlversuch die Fachkapitel als Hilfe.

Dauermodell	Wiederverwendbare Vorlage zum Erzeugen einer Formkontur
Verlorenes Modell	Vorlage, die bei der Formherstellung zerstört oder entfernt wird
Kern	Formeinsatz zur Ausbildung einer inneren Bauteilkontur
Speiser	Schmelzreservoir zum Ausgleich eines Erstarrungsdefizits
Entformungsschräge	Geometrische Neigung zum erleichterten Herausnehmen
Werkstoffdatenblatt	Herstellerspezifische Informationsquelle zu Materialeigenschaften

Drag-and-drop: Verfahrenskennzeichen zuordnen

Ordne jedem Suchbegriff das passende Kennzeichen zu. Die Zuordnung lässt sich aus dem Verfahrensvergleich begründen.

Suchbegriff	Passendes Verfahrenskennzeichen
Sandguss	Verbrauch einer gebundenen Sandform je Abguss
Feinguss	Verlorenes Modell bei detaillierten Metallkonturen
Kokillenguss	Wiederverwendbare metallische Form beim Gießen
Druckguss	Druckunterstützte Metallfüllung eines Dauerwerkzeugs
Thermoplastspritzguss	Plastifizieren von Kunststoffgranulat vor der Formfüllung

Kreuzwort: Fachsprache wiederholen

Die sechs Lösungen bestehen jeweils aus einem einzigen Wort. Prüfe Schreibweise und technische Bedeutung.

Gießmodell	Wie heißt die Vorlage zur Abbildung einer Gussform?
Speiser	Wie heißt das Schmelzreservoir gegen Erstarrungsdefizite?
Formkasten	Wie heißt die Umfassung für einen Teil einer Sandform?
Kokille	Wie heißt eine wiederverwendbare metallische Gießform?
Schwindmaß	Welcher Fachbegriff bezeichnet das lineare Aufmaß wegen Maßänderungen?
Thermoplast	Welche Kunststoffklasse lässt sich geeigneterweise erneut plastifizieren?

LearningApps: Weitere Lernangebote finden

Suche weitere Zuordnungsübungen, kontrolliere bei externen Angeboten aber deren fachliche Qualität und Aktualität. Ein Suchergebnis ist noch keine geprüfte fachliche Lösung.

Lückentext: Verfahrenswahl begründen

Ergänze die zentralen Fachbegriffe.

Beim Urformen entsteht ein fester Körper aus einem zunächst Ausgangsstoff.

Die technische Einzelzeichnung informiert über Gestalt und eines Bauteils.

Eine Sandform wird nach dem Abguss in der Regel .

Eine wiederholt verwendbare Vorlage im Sandguss heißt .

Ein Kern bildet häufig eine innere im Gussstück.

Beim Feinguss kann das Modell aus bestehen.

Eine wiederverwendbare Metallform wird als bezeichnet.

Beim Spritzgießen werden häufig verarbeitet.

Für die Abschätzung der Modellabmessungen ist das relevant.

Hohe Werkzeugkosten gehören in einer einfachen Rechnung zu den .

Beim Vergleich von Prozessvarianten werden auch ökologische und Kriterien berücksichtigt.

Vor einer gefährlichen betrieblichen Tätigkeit ist eine erforderlich.

Nach dem Rechnen müssen Annahmen und Ergebnisse werden.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben mit fiktiven Angaben, nicht mit vertraulichen Betriebs- oder Personendaten. Lehrkraft oder Ausbildungspersonal geben angemessene Rückmeldung. Lösungen entstehen als begründete Produkte und werden nicht durch ungeprüfte Antworten ersetzt.

Leicht

1. Urformen: Zeichne eine einfache Übersicht zu Urformen, Umformen und Trennen und nenne für jeden Prozess eine begründete Beispielanwendung.
2. Technisches Zeichnen: Markiere in einer selbst erstellten fiktiven Bauteilskizze Maße, Materialangaben, offene Toleranzen und zwei Rückfragen an den Auftraggeber.
3. Gussmodell: Erstelle eine Fotokarte oder Pappskizze, die Dauermodell, verlorene Form und verlorenes Modell deutlich unterscheidet.
4. Kunststoff: Erstelle für Thermoplast, Duroplast und Elastomer jeweils eine Kurzkarte mit Eigenschaft, Urformbezug und einer Frage an ein Herstellerdatenblatt.

Standard

1. Sandguss: Beschrifte eine eigene sichere Papierzeichnung einer Sandform mit Formkasten, Formteilung, Kern, Einguss und Speiser; erläutere die Funktion aller Teile.
2. Feingießen: Erstelle anhand der überprüften Animation eine sachlich richtige Bildfolge vom Wachsmodell zum Gussteil ohne gefährliche praktische Arbeitsschritte.
3. Werkstoffkunde: Vergleiche zwei öffentlich verfügbare Materialdatenblätter nach dokumentierten Kriterien und markiere fehlende oder nicht vergleichbare Angaben.
4. Kostenrechnung: Rechne den fiktiven Lagerflanschfall mit 60 statt 40 Teilen neu durch und beurteile, ob sich die Verfahrensempfehlung unter unveränderten Modellannahmen verschiebt.

Schwer

1. Fertigungsverfahren: Entwirf eine gewichtete Entscheidungsübersicht für drei Urformverfahren und einen erfundenen Auftrag mit Funktions-, Qualitäts-, Kosten- und Umweltkriterien. Begründe Ausschlusskriterien gesondert.
2. Modellbau: Entwickle eine CAD- oder Pappsimulation eines Lagerflansches mit Formteilung und dokumentierter Schwindannahme; überprüfe die Entformbarkeit rechnerisch und grafisch.
3. Nachhaltigkeit: Vergleiche für zwei Verfahren mindestens vier ökologische Kenngrößen und benenne Datenlücken, Systemgrenzen und potenzielle Zielkonflikte.
4. Präsentation: Erstelle eine drei- bis fünfminütige fiktive Kundenpräsentation mit Angebotsempfehlung, transparenten Rechenannahmen, Sicherheitskonzept und einer nachvollziehbaren Liste der noch notwendigen Freigaben.

Lernkontrolle

Bearbeite mindestens fünf der folgenden sechs Prüfaufgaben. Zeige jeweils den Entscheidungspfad und nicht nur einen Verfahrensnamen.

1. Verfahrensvergleich: Erkläre für einen Innenkanal im Aluminiumgussteil, wie sich die Notwendigkeit eines Kerns auf Sandguss und Dauerformvarianten auswirkt.
2. Technisches Zeichnen: Ein Auftrag nennt „gute Oberfläche“ ohne Zahlenwert. Formuliere drei fachliche Rückfragen und erläutere, warum eine Sofortentscheidung unzuverlässig ist.
3. Schwindmaß: Ein Rohguss-Sollmaß beträgt 150 mm; ein nur für diese Übung angenommener linearer Zuschlag beträgt 1,0 %. Berechne das vereinfachte Modellmaß mit Rechenweg und erkläre die Grenze der Rechnung.
4. Wirtschaftlichkeit: Leite aus den im Praxisfall gegebenen Fix- und Stückkosten den theoretischen Schnittpunkt her. Erläutere einen Grund, warum er betrieblich anders ausfallen könnte.
5. Arbeits- und Gesundheitsschutz: Benenne für eine reale Sandgießerei zwei relevante Gefährdungen und entwickle für eine Schulaufgabe eine sichere Alternative mit gleichem Lernziel.
6. Qualitätssicherung: Prüfe einen fiktiven Bericht, der „Rohteil erfüllt ±0,2 mm“ behauptet, ohne Prüfplan oder Messprotokoll. Formuliere die Korrektur und die erforderlichen Nachweise.

Rückmeldekriterien: Vollständig ist eine Antwort, wenn sie Voraussetzungen nennt, fachlich richtige Verfahren unterscheidet, Annahmen und Einheiten offenlegt, Unsicherheiten identifiziert und eine überprüfbare Schlussfolgerung zieht. Nach einer Fehlentscheidung wähle erst die fachliche Fehlerquelle, verbessere die Begründung und überprüfe die Rechnung unabhängig.

Lernnachweis

Konkretes Produkt: Reiche für den fiktiven Lagerflansch ein Entscheidungsdossier ein: Auftragsanalyse mit Skizze, Werkstofffragen, Verfahrensmatrix für mindestens drei Varianten, vollständige Rechnungen zu Rohguss und Modellmaß sowie theoretischer Endmasse und Kosten, achtteiliger Arbeitsplan, Gefährdungs- und Nachhaltigkeitscheck, Rechner-/Zeichnungsprüfprotokoll, CAD- oder Pappmodell und eine einseitige Kundenempfehlung. Der Bericht enthält Versionsdatum, Quellen, klar bezeichnete Übungsannahmen und eine Liste offener realer Freigaben. Er darf keine personenbezogenen Daten enthalten. Ein sicher erstelltes Modell oder eine Simulation ist ein gültiger Lernnachweis; ein heißer Gussversuch ist es nicht.

Bewertungsraster (100 Punkte):

Kriterium	Maximalpunkte	Nachweis für volle Punktzahl
Auftrag und Zeichnung	15	Alle Anforderungen, Zeichnungsstand und mindestens drei fachliche Rückfragen nachvollziehbar
Werkstoff- und Verfahrenswahl	20	Drei Verfahren mit korrekten Ausschlüssen und begründeter Eignungsmatrix
Schwind-, Volumen-, Massen- und Kostenrechnung	20	Formeln, Annahmen, Einheiten, Rechenschritte und Ergebnisse reproduzierbar
Arbeitsplan und sicherer Modellnachweis	15	Lückenloser ungefährlicher Ablauf mit prüfbarem CAD- oder Pappmodell
Arbeitsschutz, Datenschutz und Nachhaltigkeit	15	Relevante Gefährdungen, sichere Alternative, Datensparsamkeit und ökologische Abwägung
Prüfprotokoll und Fehlerkorrektur	10	Soll-Ist-Abgleich, markierte offene Messungen und begründete Korrekturen
Fachsprachliche Kundenpräsentation	5	Klare Entscheidung mit Fachbegriffen, Quellen und transparentem Vorbehalt

Punktevergabe: Volle Punktzahl bei vollständig nachgewiesener Leistung, etwa die Hälfte bei nachvollziehbaren, aber unvollständigen Nachweisen und null Punkte bei fehlendem oder fachlich unbrauchbarem Nachweis. Zwischenschritte werden anhand der Tabelle fachlich begründet bewertet. Beispielergebnis zum Nachrechnen: Modellvorplanungsmaße 125,49 × 85,01 × 24,29 mm, theoretische Endmasse etwa 0,498 kg, Sandgussmodellkosten 1.530 € für 40 Stück, rechnerische Kostengrenze 403 Stück. Dies sind ausschließlich Ergebnisse des offenen Praxisfalls, nicht Lösungen der verdeckt auszuwertenden Quizaufgaben und keine Fertigungsfreigabe.

Selbst- und Fremdcheck: Überprüfe mindestens zwei Rechnungen unabhängig, markiere gesicherte und ungesicherte Daten, lasse eine zweite Person die Entscheidung hinterfragen und dokumentiere mindestens eine begründete Verbesserung. Die Bewertung ersetzt keine amtliche Prüfung oder Zulassung.

OER und Wikipedia

Zentrale fachliche und rechtliche Quellen (Stand der Prüfung: Oktober 2026):

• KMK-Rahmenlehrplan Technischer Modellbauer, PDF-Seite 11: Lernfeld 2 – Lernziele, Inhalte, 80 Stunden.
• BIBB, Technischer Modellbauer und gültige Ausbildungsordnung in konsolidierter Fassung – Berufsprofil, Fachrichtungen, Stand und Übergang zur Neuordnung 2027.
• GUSS – Sandgießen – Branchenwissen zum verlorenen Formverfahren.
• DGUV, Themenfeld Gießereien, BAuA TRGS 559 und DGUV Information 209-095 – aktuelle Fundstellen für Gefährdungen und Schutzmaßnahmen.
• DIN EN ISO 8062-3:2023-05, DIN EN 1561:2024-03 und DIN EN 1706:2021-10 – verifizierte Normenbezeichnungen und Ausgaben; die geschützten Volltexte werden nicht wiedergegeben.
• HubbS: Fertigungstechnik – Feingießen – deutschsprachiges Video von oncampus GmbH, CC BY 3.0.
• Wikipedia: Gießen und Wikipedia: Spritzgießen – offen zugängliche Einstiege, fachliche Angaben gegen Primärquellen prüfen.

Fachartikel als zusätzliches Nachschlagewerk:

Bildquellen und überprüfte Nutzungsrechte: Die folgenden sechs Commons-Dateiseiten nennen jeweils Urheber und Lizenz; Änderungen an den Dateien wurden für diesen Kurs nicht vorgenommen. Zur Weiterverwendung sind die jeweiligen Lizenzbedingungen zu beachten.

Videonachweise: Feingießen – oncampus GmbH, Lizenz- und Herkunftsnachweis CC BY 3.0 auf HubbS; Spritzgießen – Animation – tronicarts – Multimedia-Agentur, YouTube-Einbettung, keine behauptete freie Nachnutzung des Videos. Die englisch beschrifteten Commons-Grafiken ergänzen die deutschen Erklärtexte; nicht verifizierte weitere Medien wurden bewusst nicht ergänzt.

OER-Praxis: Selbst erstellte, nicht vertrauliche Skizzen, Arbeitsblätter und Tabellen können nach Rechteklärung unter einer offenen Lizenz veröffentlicht werden. Normtexte, Herstellerunterlagen und Videomaterial sind nicht automatisch offen lizenziert. Quellen, Bearbeitungen und Rechtehinweise müssen erhalten bleiben.

Verknüpfte Lernbereiche

LF 2 verbindet Technisches Zeichnen, Werkstoffkunde, Gießen (Fertigungsverfahren), Kunststofftechnik, Mathematik, Qualitätssicherung, Arbeitsschutz und Nachhaltigkeit. Die vertiefte Gestaltung einfacher Modelle und Formen folgt insbesondere in Lernfeld 4; Fertigungs- und Prüfkompetenzen entwickeln sich in weiteren Lernfeldern fort. Welche Praxisaufgaben erlaubt sind, legen Ausbildungsbetrieb, Aufsicht, Landeslehrplan und zuständige Kammer fest.

Urformverfahren auswählen Sandguss Feingießen Kokillenguss Druckguss Spritzgießen Kunstharz Schwindmaß Werkstoffdatenblatt Technisches Zeichnen Arbeitsschutz Nachhaltigkeit

aiMOOC Projekte

Projekt „Die optimale Form für einen fiktiven Auftrag“: Ein Team erhält zwei erfundene Aufträge mit unterschiedlichen Werkstoffen und Stückzahlen. Jede Gruppe baut eine sichere Papier- oder CAD-Demonstration, erstellt ein Entscheidungsposter mit mindestens drei Verfahren und gibt eine nachvollziehbare, sicherheits- und nachhaltigkeitsbewusste Empfehlung. Die Teams tauschen Prüfprotokolle aus und überarbeiten eine begründete Schwachstelle. Veröffentlichbar sind nur eigene, nicht vertrauliche Arbeitsergebnisse mit geklärten Bildrechten; die fachliche Verantwortung verbleibt bei Schule und Ausbildungsbetrieb.

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