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Fachübungen 4 – Einteilige Werkstücke computergestützt entwerfen - Gold- und Silberschmied

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Einleitung

Du lernst, ein einteiliges Werkstück für das Gold- und Silberschmiedehandwerk vom Auftrag über die Skizze bis zum kontrollierten digitalen 3D-Entwurf zu entwickeln. Du unterscheidest flächige Zeichnungen und räumliche Körper, setzt Maße und Bedingungen in CAD um und prüfst dein Ergebnis selbstständig. Alle Auftragsdaten dieses Kurses sind synthetische Übungsdaten. Die Aufgaben betreffen ausschließlich digitale Planung und Simulation: Sie sind keine Freigabe zum Herstellen, Gießen, Lasern oder Bedienen von Maschinen.

Ausbildungsbezug (geprüft im Oktober 2026): Die Gold- und Silberschmied-Ausbildungsverordnung (GoSiAusbV) vom 20. März 2025 gilt seit 1. August 2025. Die Ausbildungsdauer beträgt 3,5 Jahre, mit den Fachrichtungen Goldschmieden und Silberschmieden. Der abgestimmte KMK-Rahmenlehrplan ordnet Lernfeld 4: Einteilige Werkstücke computergestützt entwerfen dem 1. Ausbildungsjahr mit dem Zeitrichtwert 40 Unterrichtsstunden zu. Inhaltlicher Schwerpunkt sind Auftragserfassung, 2D-/3D-Zusammenhänge, Drei-Tafel-Projektion, Volumenkörper, Extrusion, Rotation, Loft, Flächenkonstruktion, Positionierung, Fehlerdiagnose und Präsentation. Die Verordnung nennt eine Zwischenprüfung und eine spätere Gesellen- beziehungsweise Abschlussprüfung in fachrichtungsspezifischen Bereichen; dieser Kurs macht keine ungeprüften Angaben zu Prüfungszeiten, Gewichtungen oder Originalaufgaben.

Lernziele: Du kannst einen Auftrag in eine prüfbare Anforderungstabelle übertragen, eine Skizze parametrisch bemaßen, geeignete Modellierverfahren begründen, aus einem digitalen Volumen eine rechnerische Modellmasse ableiten, Abweichungen diagnostizieren sowie ein nachvollziehbares Modell mit Zeichnung und Prüfprotokoll abgeben. Fachübergreifende Grundlagen findest du bei CAD, Technisches Zeichnen, Geometrie und Werkstoffkunde.

Bild 1: Übergang von einer Schmuckskizze zum räumlichen CAD-Modell (Beispiel eines Rings; Quelle und Lizenz im OER-Abschnitt).

Auftrag analysieren und den digitalen Entwurf planen

Vom Wunsch zur technischen Vorgabe

Eine Kundenaussage wie „schlichte Anhängerform, gut sichtbar, mit Durchbruch“ ist noch keine fertige Konstruktion. Sammle die Anforderungen und trenne Muss-Kriterien von Gestaltungsoptionen. Erfrage beziehungsweise kennzeichne Maße, Materialidee, Stückzahl, Formensprache, Funktion, Abgabetermin, Vertraulichkeit und notwendige Prüfungen. Bei unklaren Angaben gilt: als Rückfrage markieren, nicht als vermeintliche Tatsache in das Modell einbauen.

Information	Bedeutung für den Entwurf	Beispiel aus dem Übungsfall
Zweck	Nutzung und Gestaltung	Einteiliger flacher Anhänger
Außenkontur	Hauptabmessungen	Breite 20,0 mm und Höhe 30,0 mm
Durchbrüche	Form und Lage	Mittige Öffnung Ø 8,0 mm und Aufhängungsöffnung Ø 3,0 mm
Dicke	Räumliche Tiefe	1,5 mm
Genauigkeit	Prüfung des digitalen Entwurfs	Übungstoleranzen für ausgewählte Maße
Lieferumfang	Nachvollziehbarkeit	CAD-Quelldatei, Maßzeichnung, Vorschau, Prüfblatt

Merksatz: Eine Anforderung beschreibt, was erreicht werden soll. Ein Parameter ist ein veränderlicher Modellwert. Eine Randbedingung begrenzt die zulässige Lösung, etwa das Verbot sich überschneidender Öffnungen. Eine Toleranz legt einen zulässigen Abweichungsbereich fest; sie ist nicht automatisch die Genauigkeit einer späteren Werkstattfertigung.

Daten, Maßsystem und versionssichere Ablage

Lege zuerst die Einheit Millimeter und eine eindeutige Dateibezeichnung fest, etwa „LF4_Anhaenger_Entwurf_v01“. Eine sinnvolle Ordnerstruktur trennt native CAD-Datei, Zeichnung, Vorschaubild und Prüfprotokoll. Speichere Arbeitsstände mit neuer Versionsnummer, statt frühere Entwürfe unbemerkt zu überschreiben. Die native parametrische Datei erhält Änderbarkeit; eine exportierte Grafik oder STL-Datei allein ersetzt sie nicht. Prüfe beim Austausch mit anderen Programmen immer die Einheiten, Ausrichtung und Vollständigkeit der Geometrie.

Ablaufdiagramm als Prüfkette: Auftrag → Anforderungstabelle → Maßskizze → Modellierstrategie → 3D-Körper → Soll-Ist-Prüfung → Dokumentation → Rückmeldung. Springe bei Fehlern zu dem Schritt zurück, an dem die Ursache entstanden ist.

Software als Werkzeug

FreeCAD ist ein Beispiel für ein parametrisches 3D-CAD-System. LibreCAD eignet sich als Beispiel für zweidimensionales Zeichnen. Andere professionelle Programme können dieselben Grundideen mit abweichenden Befehlen realisieren. Achte beim Lernen auf Konzepte statt auf die genaue Position eines Symbols: Skizze, Zwangsbedingung, Extrusion, Rotation, Körper, Boolean und Export.

Bild 2: Beispiel einer CAD-Arbeitsoberfläche (historische FreeCAD-Aufnahme; moderne Menüs können abweichen).

Raumvorstellung: von 2D-Skizzen zur Drei-Tafel-Projektion

Ansichten statt räumlicher Vermutungen

Bei der Drei-Tafel-Projektion beschreiben Vorderansicht, Draufsicht und Seitenansicht denselben Körper. In den Ansichten stimmen gemeinsame Maße und Kantenlagen überein. Eine Perspektive kann anschaulich aussehen, aber allein nicht alle Maße zuverlässig vermitteln. Unterscheide die gewählte Projektionsmethode; in deutschsprachigen technischen Zeichnungen ist die Erstwinkelprojektion verbreitet. Prüfe Projektion und Ansichtsanordnung anhand der verwendeten Zeichnungsnorm und des Projektionssymbols.

Bild 3: Schema der Erstwinkelprojektion. Analysiere die Lage der Ansichten.

Bild 4: Orthogonale Projektion als Grundlage für mehrere maßhaltige Ansichten.

Geometrische Grundelemente und Koordinaten

Ein Punkt erhält in einer ebenen Skizze zwei Koordinaten (x, y), im Raum drei (x, y, z). Ein Kreis benötigt Mittelpunkt und Radius beziehungsweise Durchmesser. Eine Polylinie besteht aus verbundenen Strecken. Aus der 2D-Umrandung kann durch eine Tiefe ein 3D-Körper entstehen. Positionieren heißt, Körper relativ zum Ursprung, zu Ebenen oder zueinander zu verschieben und zu drehen. Prüfe, ob eine Änderung der Lage auch die gewünschte Geometrie erhält.

Die zentrale Öffnung unseres Modellfalls liegt in der XY-Ebene bei (0; 0). Die kleine Aufhängungsöffnung liegt bei (0; +11) mm. Die Z-Richtung beschreibt die Werkstückdicke. Wer x, y und z verwechselt, erhält eine geometrisch plausible, aber falsch ausgerichtete Bohrung.

Maßstab, Bemaßung und Einschränkungen

Ein Entwurf im Maßstab 2:1 zeigt 20 mm reale Breite in der Zeichnung 40 mm breit; die eingetragene Maßzahl bleibt 20 mm. Arbeite im CAD-Modell möglichst in echten Maßeinheiten und nutze einen Zeichnungsmaßstab erst für die Darstellung. Eine parametrische Skizze enthält geometrische Bedingungen (horizontal, vertikal, konzentrisch, symmetrisch) und Maßbedingungen (Breite, Radius, Abstand). Verbleibende Freiheitsgrade lassen die Skizze ungewollt wandern; widersprüchliche Bedingungen führen zu Überbestimmung.

Bild 5: Geometrische Skizze im Part-Design-Kontext; die Bedingungen sollen die Form reproduzierbar bestimmen.

Fachvideo (Englisch): MangoJelly Solutions for FreeCAD, „FreeCAD Sketcher Constraints Tips & Tutorial“ (2026). Beobachte die Unterscheidung zwischen unterbestimmten, vollständig bestimmten und überbestimmten Skizzen. Dies ist ein verlinktes Fremdvideo, keine als OER lizenzierte Kopie.

Digitale Körper erzeugen, verändern und kombinieren

Volumenkörper, Extrusion, Rotation, Loft und Flächen

Ein Volumenkörper (Solid) beschreibt einen geschlossenen räumlichen Bereich und kann ein Volumen besitzen. Eine offene Fläche hat ohne zusätzliche Schließung kein sinnvoll definiertes Festkörpervolumen. Eine Extrusion verschiebt einen geschlossenen ebenen Querschnitt entlang einer Richtung und erzeugt daraus einen Körper. Eine Rotation dreht einen geeigneten Profilquerschnitt um eine Achse, beispielsweise für eine runde Schale. Bei einem Loft werden mehrere Querschnitte zu einer durchgehenden Form übergeleitet; bei komplizierten Profilen musst du Selbstüberschneidungen prüfen. Boolesche Operationen vereinigen Körper, bilden Schnittmengen oder ziehen einen Körper von einem anderen ab.

Verfahren	Typischer Ausgangspunkt	Geeignete Anwendung	Prüffrage
Extrusion	Geschlossene 2D-Kontur	Platte oder flacher Anhänger	Ist die Extrusionstiefe korrekt?
Rotation	Geschlossenes Profil und Achse	Rotationssymmetrische Gefäßform	Schneidet das Profil die Achse ungewollt?
Loft	Mehrere Querschnitte	Allmählicher Formübergang	Sind die Profile richtig ausgerichtet?
Flächenkonstruktion	Kurven oder Teilflächen	Freie Designoberfläche	Ist die Hülle später geschlossen?
Differenzkörper	Zwei sich überlappende Solids	Durchbruch oder Aussparung	Wird der richtige Teil abgezogen?

Bild 6: Extrusion („Pad“) aus einer Skizze zu einem räumlichen Körper.

Bild 7: Mathematischer Torus als räumliche Form; seine ringartige Gestalt ist eine Geometrie-Analogie, kein fertiger Schmuckentwurf.

Fachvideo (Englisch): CAD CAM Lessons, „FreeCAD Revolve Tutorial for Beginners | Sketch to 3D Model“ (2026). Achte darauf, wie ein geschlossener Profilquerschnitt um eine definierte Achse rotiert. Auch dieses Video ist lediglich eingebettet/verlinkt; seine Nutzungsrechte liegen beim Anbieter.

Modellierfolge und typische Störungen

Eine zweckmäßige Folge lautet: Skizziere den Außenumriss → setze symmetrische Maße → extrudiere den Grundkörper → zeichne die Durchbrüche auf einer geeigneten Ebene → schneide sie durch die gesamte Dicke → prüfe Ansichten und Werte. Nutze bei kleinen Änderungen Parameter statt freihändiger Neuzeichnung. Bevor du eine Differenz bildest, prüfe, ob beide Körper tatsächlich räumlich überlappen. Wenn die Software „offene Kontur“ meldet, suche nach winzigen Lücken, doppelten Strecken oder unzulässigen Selbstkreuzungen. Wenn eine Skizze ihre Form verändert, suche nach fehlenden Bindungen und Abhängigkeiten.

Fehlerdiagnose: Symptom „Loch erscheint in der Zeichnung, nicht im Solid“ → wahrscheinliche Ursache „Kreis nur gezeichnet, aber noch kein Materialabtrag“ → Gegenprobe „Schnittansicht und Volumen vor/nach Differenz vergleichen“ → Korrektur „Durchbruch als subtraktives 3D-Merkmal modellieren“.

Vollständiger berufstypischer Modellfall: einteiliger Anhänger

Synthetischer Auftrag und Kriterien

Ein Werkstattteam benötigt nur einen digitalen Entwurf für einen flachen, einteiligen, rechteckigen Anhänger mit zwei runden Durchbrüchen. Der Entwurf wird mit fiktivem Silbermaterial visualisiert, aber nicht gefertigt. Der reale Materialeinsatz und die Eignung für den Körperkontakt werden damit nicht beurteilt.

Prüfmerkmal	Sollwert im Übungsauftrag	Verifikation
Außenbreite	20,0 ± 0,2 mm	Maßwerkzeug in XY
Außenhöhe	30,0 ± 0,2 mm	Maßwerkzeug in XY
Dicke	1,5 ± 0,1 mm	Maßwerkzeug in Z
Hauptdurchbruch	Ø 8,0 ± 0,1 mm, Mittelpunkt (0; 0)	Kreismaß und Lage
Aufhängungsöffnung	Ø 3,0 ± 0,1 mm, Mittelpunkt (0; +11) mm	Kreismaß und Lage
Bauteilzahl	Genau ein durchgehender Solid	Körperliste und Volumenprüfung

Planungsskizze als textliches Schema (Draufsicht, nicht maßstäblich):


Oberkante y = +15 mm
○ kleine Öffnung bei y = +11 mm, Ø 3 mm
◯ große Öffnung bei y = 0 mm, Ø 8 mm
Unterkante y = −15 mm
Linke/rechte Außenkante x = −10 / +10 mm

Die kleine Öffnung ist nicht ein zweites Bauteil, sondern eine Aussparung im zusammenhängenden Festkörper. Außenkanten dürfen im Übungsmodell scharf sein; spätere Form- und Sicherheitsfreigaben gehören nicht zu dieser digitalen Aufgabe.

Schrittweiser digitaler Musterarbeitsprozess

Anforderungsliste: Übertrage alle Sollwerte in eine Tabelle und kennzeichne sie als fiktiv.
Ursprung: Lege die XY-Ebene fest und positioniere das Rechteck symmetrisch zum Nullpunkt.
Skizze: Bemaße die Außenkontur mit 20 × 30 mm und halte rechte Winkel und Symmetriebedingungen fest.
Volumen: Extrudiere die geschlossene Außenkontur auf 1,5 mm.
Öffnungen: Lege Kreise mit Ø 8 und Ø 3 mm an den angegebenen Mittelpunkten an und erzeuge durchgehende Ausschnitte.
Prüfung: Vergleiche orthogonale Ansichten, Modellbaum, Maße und rechnerisches Volumen.
Ausgabe: Speichere native editierbare CAD-Datei sowie eine PDF-Zeichnung, ein Ansichtsbild und ein Prüfprotokoll.

Erwartetes digitales Ergebnis: Ein zusammenhängender rechteckiger Plattenkörper 20 × 30 × 1,5 mm mit einem mittigen kreisförmigen Durchbruch und einer weiteren, oberen Aufhängungsöffnung. Es dürfen keine separaten, schwebenden Bauteile oder geschlossenen Deckflächen über den Öffnungen verbleiben.

Nachvollziehbare Fachrechnung

Bei den folgenden vereinfachten Berechnungen werden Rundungen der Außenkante, Fasen und fertigungstechnische Zuschläge ausdrücklich nicht berücksichtigt.

Flächeninhalt der Grundfläche: A = Breite × Höhe − π × (r₁² + r₂²). Mit r₁ = 4 mm und r₂ = 1,5 mm ergibt sich A = 20 × 30 − π × (16 + 2,25) = 542,666 mm² (gerundet).

Volumen: V = A × Dicke = 542,666 mm² × 1,5 mm = 813,999 mm³ ≈ 0,814 cm³. Für die Umrechnung gilt 1 cm³ = 1.000 mm³.

Masse als reine Planungsgröße: Mit der synthetisch festgelegten Rechendichte ρ = 10,3 g/cm³ ergibt sich m = ρ × V = 10,3 g/cm³ × 0,814 cm³ = ca. 8,38 g. Das ist keine gemessene Werkstückmasse und keine verbindliche Legierungsangabe. Eine andere Legierung, zusätzliche Geometrie oder andere Abmessungen verändert das Resultat.

Geometrische Mindestabstände im nominalen Modell: Vom Rand der Aufhängungsöffnung bis zur Oberkante bleiben 15 − 11 − 1,5 = 2,5 mm. Zwischen den Öffnungen verbleiben in der Mittellinie 11 − 4 − 1,5 = 5,5 mm. Diese Abstände sind lediglich digitale Konstruktionswerte, kein Festigkeits- oder Tragenachweis. Eine kleinere Randstärke muss im konkreten Werkstück fachlich beurteilt werden.

Maßstabsprobe: Bei 2:1 wäre die 20-mm-Breite auf dem Ausdruck 40 mm breit; die Maßangabe auf der Zeichnung bleibt „20 mm“. Ein Datenimport, der aus 20 mm versehentlich 20 cm macht, ist als Einheitensprung zu erkennen und zu korrigieren.

Bewertungsraster und Musterabgabe

Kriterium	Nachweis	Punkte
Auftragsanalyse	Vollständige, widerspruchsfreie Anforderungstabelle mit Kennzeichnung von Annahmen	15
Skizze und Projektion	Richtig positionierte und bemaßte Ansichten sowie verständliche Koordinaten	20
Parametrisches 3D-Modell	Ein geschlossener Solid, korrekte Durchbrüche, nachvollziehbare Modellhistorie	25
Rechenweg	Fläche, Volumen, Masse, Einheiten, gerundetes Ergebnis und Modellgrenzen	15
Selbstprüfung	Soll-Ist-Abgleich, Einheitenprüfung, Fehlerdiagnose und Korrektur	15
Dokumentation und Kommunikation	Saubere Versionierung, Zeichnung, Kurzpräsentation, Rechtebewusstsein	10
Gesamt	Maximale Punktzahl	100

Muster-Prüfblatt: Breite 20,0 mm: erfüllt; Höhe 30,0 mm: erfüllt; Dicke 1,5 mm: erfüllt; Durchbrüche Ø 8,0 und Ø 3,0 mm: erfüllt; Volumen laut vereinfachtem Idealmodell 814,0 mm³: erfüllt; ein Solid: erfüllt; Dokumente mit identischer Version versehen: erfüllt. Bewertung: 100/100 sind nur bei einer tatsächlich entsprechend ausgeführten digitalen Übungsabgabe erreichbar, nicht automatisch durch das Lesen des Beispiels.

Modelle prüfen, Fehler beheben und Ergebnisse präsentieren

Systematische digitale Qualitätsprüfung

Ein 3D-Rendering sieht überzeugend aus, kann aber falsch bemaßt oder hohl sein. Vergleiche daher Sollwerte, Modellparameter, orthogonale Ansichten und die rechnerische Plausibilität. Prüfe alle Anforderungen einzeln und dokumentiere „erfüllt“, „nicht erfüllt“ oder „noch offen“. Bei einem Maß 20,0 ± 0,2 mm sind 19,8 bis 20,2 mm zulässig; 20,3 mm liegt außerhalb der fiktiven Übungstoleranz. Prüfe, ob die Quelle einer Abweichung eine falsche Eingabe, ein Maßstabsfehler, eine unvollständige Skizzenbindung oder ein falscher Export ist.

Beobachtung	Wahrscheinliche Ursache	Sichere digitale Prüfmethode
Modell zehnmal zu groß	Verwechslung von mm und cm	Referenzabstand und Import-Einheiten kontrollieren
Kleine Öffnung verschoben	Koordinate oder Achse vertauscht	Mittelpunktwerte in Draufsicht ablesen
Loch nur als Umriss sichtbar	Kein subtraktives Volumenmerkmal	Schnittansicht, Solid-Volumen, Modellbaum
Modell ändert sich ungewollt	Skizze ist unterbestimmt	Freiheitsgrade und Bindungen prüfen
Fehler beim Loft	Profile verdreht oder überschneiden sich	Reihenfolge und Querschnittszuordnung überprüfen
Export enthält keine Historie	Nur Austauschformat gespeichert	Native CAD-Datei zusätzlich sichern

Dokumentation, Kommunikation und Verantwortung

Eine kundenverständliche Präsentation zeigt Draufsicht, Seitenansicht, Perspektive, Maße, Materialannahme, Alternativen und offene Fragen. Beschreibe, welche Konstruktionsteile bereits geprüft sind und welche erst durch qualifizierte Fachkräfte an einem realen Werkstück bewertet werden könnten. Veröffentliche keine vertraulichen Kundenzeichnungen und keine personenbezogenen Daten. Fremde CAD-Modelle, Bilder und Videos können urheberrechtlich geschützt sein; prüfe die konkrete Lizenz vor der Weiterverwendung. Digitale Varianten ermöglichen eine frühzeitige Materialabschätzung und vermeiden potenziell unnötige Prototypen; tatsächliche Umweltwirkungen sind jedoch nur mit einem geeigneten Vergleich belegbar.

Wichtig für die Praxis: Alle realen Arbeiten an Maschinen, mit elektrischen Anlagen, Gefahrstoffen, heißen Werkstücken oder gesundheitsrelevanten Verfahren dürfen ausschließlich nach betrieblicher Gefährdungsbeurteilung und unter qualifizierter Anleitung erfolgen. Ein erfolgreiches CAD-Modell ist keine Maschinenfreigabe.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Fachwissen

Welche Beschreibung trifft die zentrale Aufgabe von CAD in Lernfeld 4? (Einen auftragsspezifischen digitalen Werkstückentwurf erstellen und überprüfen) (!Eine Maschine ohne weitere Prüfung freigeben) (!Eine Materialprobe chemisch analysieren) (!Eine Kundenzusage durch eine Bilddatei ersetzen)

Rückmeldung: CAD macht Anforderungen modellier- und prüfbar. Die spätere reale Fertigung braucht eigene fachliche Entscheidungen.

Welche Aussage zur Drei-Tafel-Projektion ist richtig? (Verschiedene orthogonale Ansichten zeigen denselben Körper mit korrespondierenden Maßen) (!Alle drei Ansichten müssen perspektivisch identisch aussehen) (!Die Projektion ersetzt jede Maßangabe) (!Die Seitenansicht zeigt immer die gleiche Fläche wie die Draufsicht)

Rückmeldung: Eine Form wird in mehreren Blickrichtungen beschrieben. Gemeinsame Maße müssen übereinstimmen.

Was erzeugt eine Extrusion aus einer geschlossenen ebenen Kontur? (Einen räumlichen Körper durch Ausdehnung des Querschnitts entlang einer Richtung) (!Eine Drehung um eine Achse) (!Die automatische Umwandlung der Einheit Millimeter in Zoll) (!Eine bloße Änderung der Bildschirmfarbe)

Rückmeldung: Bei der Extrusion kommt eine Tiefe zur Fläche hinzu. Rotation und Loft nutzen andere Modellierprinzipien.

Wann ist ein Rotationskörper als Modellierverfahren besonders naheliegend? (Wenn ein geeignetes Profil um eine festgelegte Achse gedreht werden soll) (!Wenn zwei Werkstoffe zusammengelötet werden sollen) (!Wenn die Dateigröße halbiert werden muss) (!Wenn eine rechteckige Platte nur verschoben wird)

Rückmeldung: Bei einer Rotation entstehen Flächen oder Körper aus dem gedrehten Profil; entscheidend ist die Achse.

Welcher Parameter beschreibt die Lage der kleinen Öffnung im Musteranhänger? (Mittelpunkt bei x gleich null und y gleich plus elf Millimeter) (!Mittelpunkt bei x gleich plus elf und y gleich null Millimeter) (!Mittelpunkt bei x gleich null und z gleich elf Millimeter) (!Mittelpunkt bei x gleich minus elf und y gleich null Millimeter)

Rückmeldung: Das festgelegte XY-Koordinatensystem macht die Position eindeutig; die Dicke liegt in Z-Richtung.

Welcher Wert ist das idealisierte Volumen des Musteranhängers? (Ungefähr 814 Kubikmillimeter) (!Ungefähr 814 Kubikzentimeter) (!Ungefähr 600 Kubikmillimeter) (!Ungefähr 1380 Kubikmillimeter)

Rückmeldung: Vom Rechteckquerschnitt werden beide Kreisflächen abgezogen und erst anschließend wird mit 1,5 mm multipliziert.

Woran erkennst du eine unterbestimmte parametrische Skizze? (Ein Teil der Geometrie kann ohne feste Bindung noch verschoben oder verändert werden) (!Die Skizze enthält grundsätzlich zu viele Bindungen) (!Jeder Körper besitzt automatisch einen Materialwert) (!Das Modell besitzt immer mehrere einzelne Solids)

Rückmeldung: Fehlende Zwangsbedingungen lassen Freiheitsgrade übrig; bei Überbestimmung widersprechen sich Bedingungen.

Was bedeutet eine Breite von 20,0 mit einer Toleranz von plus minus 0,2 Millimetern? (Zulässig ist bei dieser Übung eine Breite zwischen 19,8 und 20,2 Millimetern) (!Zulässig ist nur eine Breite von genau 20,2 Millimetern) (!Zulässig ist jede Breite zwischen 18 und 22 Millimetern) (!Die Zeichnung muss stets doppelt so groß sein)

Rückmeldung: Unteres Grenzmaß und oberes Grenzmaß entstehen durch Subtraktion beziehungsweise Addition des Toleranzbetrags.

Welche Prüfung zeigt am ehesten, ob die kreisförmige Aussparung wirklich durchgehend ist? (Schnittansicht und Kontrolle des subtraktiven 3D-Merkmals) (!Nur die Farbe der schattierten Oberfläche ändern) (!Den Dateinamen kürzen) (!Die Perspektive ohne weitere Kontrolle drehen)

Rückmeldung: Eine gezeichnete Kreislinie allein garantiert keine Öffnung im Festkörper.

Welche Abgabe ermöglicht eine spätere konstruktive Änderung am zuverlässigsten? (Native parametrische CAD-Datei mit ergänzender Zeichnung und Prüfprotokoll) (!Nur ein komprimiertes Vorschaubild) (!Nur eine mündliche Aussage ohne Maße) (!Nur eine anonyme Bilddatei ohne Herkunft)

Rückmeldung: Die native Datei bewahrt Modellbeziehungen; Zeichnung und Protokoll sichern Nachvollziehbarkeit und Prüfbarkeit.

Memory: Begriffe und Bedeutungen

Extrusion	Ausdehnen einer geschlossenen ebenen Kontur in die Tiefe
Rotation	Drehen eines Profils um eine festgelegte Achse
Loft	Räumlicher Übergang zwischen mehreren Querschnitten
Toleranz	Zulässige Abweichung von einem Sollmaß
Solid	Geschlossener geometrischer Volumenkörper
Parametrik	Änderbare Geometrie über Maße und Beziehungen

Drag and Drop: Prüfhandlungen zuordnen

Ordne die Maßnahme zu.	Passende digitale Prüfung
Einheitenvergleich	Abmessung nach einem Datenimport plausibilisieren
Schnittansicht	Durchgängigkeit eines Lochs nachweisen
Skizzenbindungen	Unbeabsichtigte Beweglichkeit der Geometrie beheben
Maßprüfung	Sollmaß mit digital erfasstem Istwert vergleichen
Versionskontrolle	Zugehörige Entwurfsstände eindeutig dokumentieren

Kreuzworträtsel: CAD-Grundbegriffe

Extrusion	Welches Verfahren macht aus einer geschlossenen Kontur durch eine Tiefe einen Körper?
Rotation	Wie heißt das Drehen eines Querschnitts um eine Achse?
Loft	Welcher kurze Fachbegriff bezeichnet den Übergang durch mehrere Querschnitte?
Skizze	Wie heißt die zweidimensionale geometrische Ausgangszeichnung?
Toleranz	Wie nennt man den zulässigen Maßabweichungsbereich?
Volumen	Welche dreidimensionale Größe wird in Kubikmillimetern angegeben?

LearningApps: zusätzliche Übungssuche

Nutze die verlinkte Suche, um weitere passende Zuordnungsübungen zu finden. Prüfe bei fremden Übungen fachliche Richtigkeit, Altersangemessenheit und Quellen selbst.

Lückentext: vom Auftrag zum Modell

Vor dem Modellieren wird der Kundenauftrag in eine

übertragen.

Eine maßhaltige zweidimensionale Ausgangsform heißt

.

Die dreidimensionale Darstellung besitzt zusätzlich die Koordinate

.

Eine Extrusion ergänzt der ebenen Kontur eine räumliche

.

Bei der Rotation wird ein Profil um eine

gedreht.

Für die Aussparungen eignet sich eine boolesche

.

Eine noch verschiebbare Skizze ist

.

Der Rauminhalt des Musteranhängers beträgt gerundet 814

.

Die rechnerische Materialmenge ergibt sich aus Volumen mal

.

Die Modellkontrolle endet mit einer dokumentierten

.

Offene Aufgaben

Arbeite mit selbst erstellten Skizzen und synthetischen Daten. Liefere zu jeder Aufgabe eine prüfbare Lösung; Kriterien und Beispielergebnisse findest du im Modellfall und im Abschnitt Lernnachweis.

Leicht

Auftragsanalyse: Übertrage den fiktiven Anhängerauftrag in sechs Muss-Kriterien und zwei offene Fragen. Abgabe: Anforderungstabelle; Kriterium: Maße, Einheiten und Unsicherheiten korrekt getrennt.
Technische Zeichnung: Zeichne eine beschriftete Vorder- und Draufsicht eines einfachen Plattenanhängers mit drei vorgegebenen Maßen. Abgabe: zwei Ansichten; Kriterium: übereinstimmende Maßkette.
Koordinatensystem: Markiere in einer digitalen XY-Skizze Ursprung, Außenkontur und die beiden Lochmittelpunkte des Modellfalls. Abgabe: beschriftete Skizze; Kriterium: Koordinaten (0; 0) und (0; 11) richtig.
CAD: Erstelle eine kurze Begriffskarte zu Extrusion, Rotation, Loft und Solid mit je einem Schmuckbezug. Abgabe: Grafik oder Text; Kriterium: vier fachlich unterscheidbare Begriffe.

Standard

Parametrisches Modellieren: Erzeuge den Musteranhänger digital mit zwei echten Durchbrüchen. Abgabe: native Datei und Screenshot; Kriterium: ein geschlossenes Solid mit korrekten Dimensionen.
Fachrechnen: Berechne Fläche, Volumen und Modellmasse mit ρ = 10,3 g/cm³ und erläutere Einheiten. Abgabe: Rechenblatt; Musterwerte: 542,666 mm², 813,999 mm³ und rund 8,38 g.
Fehleranalyse: Untersuche ein absichtlich falsch skaliertes Übungsmodell mit 200 statt 20 mm Breite. Abgabe: Fehlerprotokoll; Kriterium: Einheit oder Skalierung erkannt und korrigiert.
Drei-Tafel-Projektion: Leite drei Ansichten und eine Maßtabelle aus deinem digitalen Körper ab. Abgabe: PDF-Zeichnung; Kriterium: konsistente Ansichten, Maße und erkennbare Ausschnitte.

Schwer

Konstruktionsvarianten: Entwickle zwei formale Varianten des Anhängers, die beide einteilig bleiben, und begründe die Vor- und Nachteile. Abgabe: Variantenvergleich; Kriterium: Auftragstreue und Modellierbarkeit.
Toleranz: Prüfe für ein simuliertes Maßprotokoll (Breiten 19,7; 19,9; 20,0; 20,3 mm) die Einhaltung von 20,0 ± 0,2 mm. Abgabe: begründete Tabelle; Muster: 19,9 und 20,0 sind innerhalb.
Volumenberechnung: Ändere den Hauptdurchbruch von Ø 8 auf Ø 10 mm bei unveränderten anderen Sollwerten und ermittle die neue Modellmasse. Abgabe: Variantenrechnung; Kriterium: neue Kreisfläche korrekt subtrahiert und Ergebnis plausibel.
Qualitätssicherung: Erstelle ein Prüfverfahren mit mindestens acht Kontrollen, bewerten zwei digitale Fehlermodelle und präsentiere deine Verbesserungen. Abgabe: Bericht und Kurzvortrag; Kriterium: Ursachen statt nur Symptome benannt.

Lernkontrolle

Auftragsklärung: Ein Kunde wünscht „einen eleganten Anhänger“ ohne Maßangaben. Welche vier technischen Angaben fehlen für einen prüfbaren CAD-Entwurf, und welche wären zuerst rückzufragen?
Konstruktionsstrategie: Begründe mit zwei Beispielen, wann Extrusion und wann Rotation zweckmäßiger sind; erkläre, warum ein Loft besondere Prüfungen benötigt.
Modellrechnen: Prüfe die Behauptung, der Beispielanhänger habe bei 1,5 mm Dicke ein Volumen von 900 mm³. Korrigiere den Denkfehler und zeige den Rechenweg.
Diagnose: In einer Perspektive scheint die kleine Öffnung korrekt, in der Draufsicht liegt sie bei x = 11 mm. Gib eine plausible Ursache und eine nachvollziehbare Korrektur an.
Maßprüfung: Werte die vier simulierten Breitenwerte 19,7; 19,9; 20,0; 20,3 mm zum Soll 20,0 ± 0,2 mm aus und begründe deine Entscheidung anhand der Grenzmaße.
Transfer: Eine Auftraggeberin wünscht statt eines rechteckigen Anhängers eine rotationssymmetrische Schalenform. Skizziere, welche Daten, Körpermethode und digitalen Nachweise sich ändern.

Musterhinweise zur Selbstkorrektur: Bei Aufgabe 1 sind insbesondere Außenmaße, Dicke, Lage/Größe von Öffnungen und Funktionsanforderungen relevant. In Aufgabe 2 erzeugt Extrusion eine Tiefe aus einer Kontur, Rotation nutzt eine Achse, Loft mehrere Profile. Für Aufgabe 3 müssen die beiden Kreisflächen vom Rechteck abgezogen werden: rund 814 mm³ statt 900 mm³. In Aufgabe 4 sind Achsenverwechslung und falscher Mittelpunkt naheliegend; die Skizze gehört auf (0; +11). Bei Aufgabe 5 liegen 19,7 und 20,3 mm außerhalb des Intervalls 19,8 bis 20,2 mm. Aufgabe 6 erfordert einen Profilquerschnitt, Rotationsachse, Ansichten und die Prüfung des entstehenden geschlossenen Körpers. Andere fachlich konsistente Lösungswege sind möglich, wenn sie Maße und Annahmen offenlegen.

Lernnachweis

Ein vollständiger Lernnachweis ist ein digitales Entwurfsportfolio und enthält:

Wissen: korrekt erklärte Begriffe, Unterschied 2D/3D, begründete Wahl von Extrusion/Rotation/Loft und Grenzen eines reinen Renderings.
Können: bemaßte und sinnvoll gebundene Skizze, parametrisch nachvollziehbares 3D-Modell, Positionierung und Prüfung räumlicher Körper.
Produkte: Anforderungstabelle, native CAD-Datei, drei Ansichten, Zeichnung mit Maßen, Vorschaubild, Rechenblatt und Prüfprotokoll.
Transfer: dokumentierte Varianten, begründete Fehlerkorrekturen und reflektierte Unsicherheiten von Dichteannahme, Fertigbarkeit und Materialwirkung.
Selbsteinschätzung: Begründe anhand des 100-Punkte-Rasters aus Kapitel 4, welche Kriterien erfüllt sind; notiere zwei konkrete nächste Verbesserungen.

Musterprodukt in Kurzform: Die Entwurfsakte „LF4_Anhaenger_Entwurf_v01“ enthält das Volumenmodell (ein Solid, zwei Durchbrüche), Zeichnungs-PDF mit Ansichten, Rechnung 0,814 cm³ und 8,38 g bei vorgegebener Rechendichte sowie eine tabellarische Soll-Ist-Kontrolle. Auf einem Deckblatt steht ausdrücklich „Digitale Übung; keine Fertigungsfreigabe“. Bei einer fehlerhaften Abgabe werden die Ursache und eine überprüfbare Korrektur ergänzend festgehalten.

OER und Wikipedia

Offizielle, fachlich geprüfte Ausgangsquellen:

KMK-Rahmenlehrplan Gold- und Silberschmied, Lernfeld 4 auf Seite 14 – Ziel, Umfang und Inhalte (amtliche Quelle; keine pauschale freie Nachnutzungslizenz behauptet).
BIBB-Berufsprofil Gold- und Silberschmied – Ausbildungsdauer, Fachrichtungen und Berufsaufgaben.
GoSiAusbV, Bundesrecht – Verordnung vom 20. März 2025, seit 1. August 2025 in Kraft, einschließlich Zwischen- und Abschlussprüfungsstruktur.
Wikipedia: CAD und Wikipedia: Technisches Zeichnen – ergänzende Überblickstexte, jeweilige Artikel-Lizenz und -Version beachten.
FreeCAD-Projekt – freie 3D-CAD-Software; Benutzeroberfläche je nach Version verschieden.

Bildquellen, Bildurheber und konkret überprüfte Rechte:

Im Kurs verwendete Datei	Quelle und Urheber	Lizenzhinweis
File:Olertis Custom Jewelry Ring Design with Hand-Drawn Sketch and 3D CAD Model.jpg	Wikimedia Commons, Olertis LLC	CC BY-SA 4.0, attribution/share-alike
File:FreeCAD.png	Wikimedia Commons, C.Nilsson	Lizenzangaben auf der verlinkten Commons-Dateiseite
File:First angle projection.svg	Wikimedia Commons, Emok	CC BY-SA 3.0
File:OrthographicProjection.svg	Wikimedia Commons, Ldo	CC BY-SA 3.0
File:FreeCAD PartDesign Sketch.png	Wikimedia Commons, Ex.ungue.leonem	CC0 1.0
File:FreeCAD PartDesign Pad.png	Wikimedia Commons, Ex.ungue.leonem	CC0 1.0
File:Simple Torus.png	Wikimedia Commons, Philip Rideout	CC BY-SA 3.0

Videos: FreeCAD Sketcher Constraints Tips & Tutorial von MangoJelly Solutions for FreeCAD (veröffentlicht September 2026); FreeCAD Revolve Tutorial for Beginners von CAD CAM Lessons (veröffentlicht September 2026). Videoinhalte sind urheberrechtlich eigenständige Veröffentlichungen; Einbettung verleiht keine OER-Nachnutzungslizenz. Keine Sofatutor-Inhalte werden verwendet.

OER-Hinweis: Das eigene didaktische Übungsbeispiel und die Rechenaufgaben sind neu verfasst; beim Wiederverwenden externer Bilder gelten deren unterschiedliche Lizenzen. Die amtlichen Unterlagen werden verlinkt, nicht als gemeinfreies Material ausgegeben.

Verknüpfte Lernbereiche

Berufsportal: Ausbildung – Gold- und Silberschmied

CAD – digitale Konstruktion und Modellhistorie
Technisches Zeichnen – Drei-Tafel-Projektion und Bemaßung
Geometrie – Kreisflächen, Koordinaten, Volumina
Mathematik – Einheitenumrechnung und Toleranzrechnung
Werkstoffkunde – Dichte und Masse als Modellannahmen
Qualitätssicherung – Kriterien, Abweichungen und Prüfprotokolle
Fachübungen 1: Beruf und Betrieb
Fachübungen 2: Handgeführte Werkzeuge
Fachübungen 3: Maschinengestützte Herstellung

Abgrenzung: Lernfeld 4 schult den digitalen Entwurf; die Herstellung und Maschinenbedienung werden nicht durch dieses Lernangebot freigegeben. Die Links zu angrenzenden Fachübungen dienen der fachlichen Verknüpfung; ihre Verfügbarkeit hängt vom Veröffentlichungsstand der jeweiligen Wiki-Seite ab.