Werkstofftechnik – Aufbereitungsmechaniker

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Werkstofftechnik – Aufbereitungsmechaniker

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Einleitung

Warum hält eine Rutschenauskleidung dem scharfkantigen Gestein stand, während eine andere schnell verschleißt? Warum braucht eine Dichtung andere Eigenschaften als ein Siebrahmen? In diesem Kurs lernst du, Werkstoffe zu unterscheiden, ihre Eigenschaften zu erklären und eine Auswahl mit Daten zu begründen. Du verbindest Metallherstellung, Wärmebehandlung, Kunststoffe, Korrosionsschutz und Schmierung mit typischen Aufgaben in der Aufbereitung. Am Ende erstellst du für einen vollständig erfundenen Betrieb ein Werkstoff- und Prüfblatt mit begründeter Entscheidung.

Zielgruppe: erstes Ausbildungsjahr im Beruf Aufbereitungsmechaniker/Aufbereitungsmechanikerin. Lerngebiet: KMK 1.3 Werkstofftechnik. Grundlagen findest du ergänzend in Werkstoffkunde und Materialprüfung; zum Berufsüberblick führt Ausbildung – Aufbereitungsmechaniker. Alle Betriebsnamen, Aufträge, Messreihen, Preise und Auswahlbewertungen dieses Kurses sind synthetische Unterrichtsbeispiele.

Werkstoffe einordnen und Eigenschaften beurteilen

Dein Lerngebiet und der sichere Lernweg

Die KMK-Originalquelle nennt auf PDF-Seite 3 für Werkstofftechnik einen Zeitrichtwert von 40 Jahresstunden. Die zugehörigen Detailziele stehen auf den PDF-Seiten 5 und 6. Dieser Kurs greift sämtliche dort genannten Themen auf; der Zeitrichtwert beschreibt das schulische Lerngebiet und ist keine zugesicherte Bearbeitungsdauer dieses Onlinekurses. Der Rahmenlehrplan trägt das Beschlussdatum 29. April 1992. Er wird im aktuellen BIBB-Berufsprofil weiterhin verknüpft.

Die derzeit beim BIBB geführte Ausbildungsordnung stammt vom 9. Februar 2004 und trat am 1. August 2004 in Kraft. Die Ausbildung dauert drei Jahre. Im dritten Jahr unterscheiden sich die Fachrichtungen Naturstein, feuerfeste und keramische Rohstoffe, Sand und Kies, Steinkohle und Braunkohle. Hier lernst du die gemeinsamen Grundlagen des ersten Jahres. Ein persönlicher Ausbildungsbeginn ist nicht vorgegeben; für deinen konkreten Vertrag werden Beginn und anwendbare Fassung mit Ausbildungsbetrieb und zuständiger Stelle abgeglichen. Die Übergangsbestimmung in § 9 betrifft die bei Inkrafttreten 2004 bereits bestehenden Verträge. Eine vollständige Abnahme aller Ausbildungs- und Prüfungsanforderungen ist mit diesem Kurs nicht verbunden.

Dein Arbeitsrahmen: Du wertest Bilder, Datenblätter und erfundene Messdaten aus. Praktische Maschinen-, Wärmebehandlungs-, Gefahrstoff- und Elektroarbeiten gehören ausschließlich in eine freigegebene Ausbildungssituation mit qualifizierter Anleitung und den erforderlichen Schutzmaßnahmen. Der Kurs erteilt dafür keine Befugnis. Für Jugendliche gelten zusätzliche Voraussetzungen. Insbesondere gibt es hier keine Brennprobe, keine eigenständige Bruchprüfung und keinen Versuch an Netzspannung.

Werkstoff, Rohstoff und Hilfsstoff unterscheiden

Ein Werkstoff bildet den Körper oder eine Funktionsschicht eines Bauteils: Stahl im Siebrahmen, Gummi in einer Dichtung oder Keramik in einer Verschleißplatte. Ein Rohstoff wird im Betrieb gewonnen beziehungsweise zu einem Produkt aufbereitet, beispielsweise Kies. Ein Hilfsstoff unterstützt einen Arbeitsprozess, etwa ein Kühlschmierstoff oder ein Reinigungsmittel. Die Einordnung hängt von der betrachteten Aufgabe ab: Ein mineralischer Stoff kann auf einer Anlage das Fördergut und nach weiterer Verarbeitung Bestandteil eines Werkstoffs sein.

Du kombinierst mehrere Ordnungskriterien: Metall/Nichtmetall beschreibt den Aufbau, Eisen/NE-Metall die metallische Basis, Leicht-/Schwermetall die Dichteklasse. Schneidstoff bezeichnet eine Funktion. Ein Hartmetall-Schneideinsatz ist zugleich Schneidstoff und Verbund aus harten Teilchen und metallischem Binder.

Werkstoffgruppe	Kennzeichnender Aufbau	Beispiel aus der Aufbereitung	Wichtige Auswahlfrage
Eisenmetalle	Eisen ist das Basismetall; Stahl und Gusseisen sind verschiedene Gruppen.	Rahmen, Welle, Gehäuse	Welche Festigkeit, Zähigkeit und Schweißbarkeit werden benötigt?
Nichteisenmetalle	Das Basismetall ist beispielsweise Aluminium oder Kupfer.	leichte Abdeckung, Lagerbuchse	Passen Masse, Leitfähigkeit und Beständigkeit?
Nichtmetalle	Beispielsweise Kunststoffe, technische Keramik, Glas oder Graphit	Gleitplatte, Isolator, keramische Auskleidung	Welche Temperatur, Beanspruchung und Alterung sind zu erwarten?
Verbundwerkstoffe	Unterschiedliche Bestandteile übernehmen gemeinsam eine Funktion.	Fördergurt aus Elastomer und zugtragender Einlage	Wie wirken die Bestandteile und ihre Verbindung zusammen?
Schneidstoffe	Werkstoffe für die wirksame Werkzeugschneide	HSS-Bohrer, Hartmetall-Wendeplatte	Bleibt die Schneide unter Wärme und Belastung ausreichend hart und zäh?
Hilfsstoffe	Unterstützen Bearbeitung, Schutz oder Betrieb	Schmieröl, Fett, Kühlschmierstoff	Sind Produkt, Einsatz, Lagerung und Entsorgung freigegeben?

Bei Metallen ist die Einteilung bei ungefähr 5 g/cm³ in Leicht- und Schwermetalle üblich. Aluminium gehört zu den Leichtmetallen, Kupfer zu den Schwermetallen. Das Wort Schwermetall ist hier eine technische Dichtezuordnung und für sich allein keine Aussage über Giftigkeit.

Eigenschaften präzise benennen

Du benennst die benötigte Eigenschaft, Beanspruchung und Betriebsbedingungen. Ein harter Werkstoff kann bei Schlag brechen; ein elastischer Dichtungswerkstoff kann für einen steifen Rahmen ungeeignet sein. Die folgenden Begriffe erklären diese Unterschiede.

Eigenschaft	Bedeutung	Berufsnahes Beispiel und häufiger Denkfehler
Festigkeit	Widerstand gegen bleibende Verformung beziehungsweise Bruch unter einer bestimmten Beanspruchung; durch passende Kennwerte beschrieben	Ein Zugkennwert ersetzt weder einen Ermüdungsnachweis noch die Berechnung einer gesamten Konstruktion.
Härte	Widerstand gegen das Eindringen eines härteren Prüfkörpers	Hohe Eindringhärte kann Abriebwiderstand unterstützen, beweist aber keine ausreichende Schlagzähigkeit.
Zähigkeit	Fähigkeit, bis zum Bruch Energie aufzunehmen; hängt unter anderem von Temperatur und Belastungsart ab	Eine schlagbeanspruchte Auskleidung braucht mehr als einen hohen Härtewert.
Elastizität	Verformung geht bei Entlastung zurück, solange die elastischen Grenzen eingehalten werden.	Eine elastische Dichtung stellt sich zurück. Elastisch bedeutet nicht automatisch weich.
Plastizität	Fähigkeit zur bleibenden Verformung ohne sofortigen Bruch	Beim Biegen eines Blechs wird diese Eigenschaft gezielt genutzt.
Steifigkeit	Widerstand gegen elastische Verformung; beim Werkstoff durch den E-Modul, beim Bauteil zusätzlich durch seine Geometrie beeinflusst	Zwei gleich feste Werkstoffe können sich unterschiedlich stark elastisch verformen.
Leitfähigkeit	Fähigkeit, elektrische Ladung beziehungsweise Wärme zu transportieren	Elektrische und thermische Leitfähigkeit sind unterschiedliche Größen. Eine leitfähige Abdeckung ist kein eigenständig zu bearbeitendes Elektrobauteil.
Dichte	Masse je Volumen: ρ = m / V	Ein gleich großes Aluminiumteil hat meist eine geringere Masse als ein Stahlteil; daraus folgt keine gleiche Tragfähigkeit.

Chemische Eigenschaften betreffen unter anderem Korrosions- und Alterungsbeständigkeit. Alterung kann beispielsweise durch Sauerstoff, UV-Strahlung, Wärme oder ein Betriebsmedium ausgelöst werden. Die im historischen Lernplan genannte Giftigkeit wird heute tätigkeitsbezogen betrachtet: Entscheidend sind gefährliche Bestandteile, Freisetzung, Aufnahmeweg und Exposition. Ein fertiges Bauteil und sein beim Schleifen entstehender Staub können sehr unterschiedliche Gefährdungen mit sich bringen. Sicherheitsdatenblatt, Kennzeichnung und Gefährdungsbeurteilung gehören deshalb zur Auswahl von Hilfsstoffen und Arbeitsverfahren.

Technologische Eigenschaften beschreiben, wie sich ein Werkstoff verarbeiten lässt. Umformbarkeit betrifft bleibende Formänderungen wie Biegen; Zerspanbarkeit betrifft die Bearbeitung mit Spanabnahme; Schweißbarkeit betrifft das Herstellen einer geeigneten Schweißverbindung unter festgelegten Bedingungen. Gut zerspanbar bedeutet nicht besonders verschleißfest. Eine schweißgeeignete Werkstoffgruppe ersetzt keine zugelassene Schweißanweisung.

Eigenschaften ermitteln: vom Befund zur begründeten Aussage

Beginne mit Dokumentenprüfung: stimmen Werkstoffbezeichnung, Lieferzustand, Abmessung, Charge und geforderte Eigenschaften mit dem Auftrag überein? Danach folgt eine Sichtprüfung auf erkennbare Schäden. Sie kann Rost, Risse oder Verformung auffällig machen, weist aber keine unsichtbaren Fehler sicher nach. Für eine wichtige Entscheidung wird ein geeignetes Prüfverfahren festgelegt. Der Prüfbericht nennt Probenkennzeichnung, Verfahren, Prüfbedingungen, Messwert, Einheit, Unsicherheit beziehungsweise Messgrenzen und Bewertung.

Farbe, Magnettest oder Dichte liefern nur Hinweise. Viele Stahlsorten haben ähnliche Dichten; einige nichtrostende Stähle sind kaum magnetisch. Fehlende Kennzeichnung erfordert eine fachlich festgelegte Identitätsprüfung. Hier wertest du Datensätze aus; Probenentnahme und praktische Prüfung bleiben angeleiteter Ausbildung beziehungsweise Prüfstelle vorbehalten.

Rechenbeispiel Dichte: Eine synthetische Probe hat eine Masse von 157 g und ein Volumen von 20 cm³. Du setzt ein: ρ = 157 g / 20 cm³ = 7,85 g/cm³. Das entspricht 7 850 kg/m³, denn 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³. Der Wert passt zu vielen Eisenwerkstoffen, bestimmt aber keine konkrete Legierung. Häufiger Fehler: Gramm und Kilogramm oder cm³ und m³ ohne Umrechnung mischen.

Zugversuch und Härteprüfung verstehen

Die folgenden Prüfbeispiele konkretisieren das Ermitteln von Werkstoffeigenschaften aus Lerngebiet 1.3 und greifen Grundlagen der Fertigungs- und Prüftechnik aus Lerngebiet 1.2 auf. Einzelne Prüfverfahren sind in Lerngebiet 1.3 nicht ausdrücklich vorgeschrieben.

Beim Zugversuch werden Kraft und Verlängerung einer definierten Probe erfasst. Die technische Spannung σ = F / S₀ bezieht die Kraft auf den ursprünglichen Querschnitt. Die Dehnung ε = ΔL / L₀ bezieht die Verlängerung auf die Ausgangsmesslänge; für Prozentwerte multiplizierst du mit 100. So kannst du das Werkstoffverhalten besser vergleichen als mit der Kraft allein. Im linear-elastischen Bereich beschreibt E = σ / ε die Steigung; dabei steht ε als dimensionsloser Zahlenwert, nicht als Prozentzahl im Nenner.

Die Streckgrenze kennzeichnet bei entsprechendem Werkstoffverhalten den Beginn ausgeprägten plastischen Fließens. Bei fehlender ausgeprägter Streckgrenze wird häufig die 0,2-%-Dehngrenze Rₚ₀,₂ verwendet: Sie gehört zu 0,2 % plastischer Dehnung. Die Zugfestigkeit Rₘ = Fₘ / S₀ bezieht sich auf die höchste Kraft. Nach einer Einschnürung kann die Probe erst bei geringerer Kraft brechen. Die Bruchdehnung A = (Lᵤ − L₀) / L₀ · 100 % benutzt die bleibende Messlänge nach dem Bruch. Sie wird nicht einfach aus dem gesamten Traversenweg abgelesen.

Diagramm lesen: Die schematische Baustahlkurve A verwendet den Ausgangsquerschnitt, Kurve B den jeweils veränderten Querschnitt. Für die obigen technischen Kennwerte liest du Kurve A. Die Abbildung liefert keine Messwerte für dein eigenes Bauteil. Bildnachweis: David Richfield/Slashme, deutsche Bearbeitung Leyo, CC BY-SA 3.0; vollständiger Rechtebeleg im Medienverzeichnis.

Durchgerechneter Übungsdatensatz: S₀ = 60 mm², Fₘ = 24 kN, L₀ = 50 mm und Lᵤ = 60 mm. Zuerst 24 kN = 24 000 N umrechnen. Dann Rₘ = 24 000 N / 60 mm² = 400 N/mm² = 400 MPa. Die Bruchdehnung beträgt (60 − 50) / 50 · 100 % = 20 %. Diese Kennwerte beschreiben nur die synthetische Prüfprobe. Sie sind kein vollständiger Festigkeitsnachweis einer Rutsche oder eines Siebrahmens.

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Fachvideo: Andreas Höfler, „Zugversuch einfach erklärt: Spannungs-Dehnungs-Diagramm & Werkstoffkennwerte“. Für den Einstieg eignen sich die Abschnitte ab 01:36 zum Ablauf, ab 07:19 zu Spannung und ab 08:50 zu Dehnung. Achte auf den Unterschied zwischen Kraft und Spannung. Du kannst die begleitenden Rechenbeispiele auch ohne Videowiedergabe bearbeiten.

Härteverfahren	Prüfprinzip	Aussage und Grenze
Brinell, HBW	Eine Hartmetallkugel erzeugt unter definierter Kraft einen Eindruck; zwei senkrechte Eindruckdurchmesser werden optisch gemessen.	Bei gleichen Prüfbedingungen bedeutet ein größerer Eindruck geringere Härte. Kugeldurchmesser, Kraft und Bedingungen gehören zum Ergebnis.
Vickers, HV	Eine Diamantpyramide erzeugt einen Eindruck; ausgewertet werden dessen beide Diagonalen.	Oberfläche und geeignete Prüfkraft sind wichtig; eine bloße Zahl ohne Verfahren ist unvollständig.
Rockwell, beispielsweise HRC	Ausgewertet wird die bleibende Tiefendifferenz nach Vor- und Zusatzbelastung.	Skala und Prüfbedingungen müssen angegeben werden. HRC und HBW dürfen nicht zahlenmäßig gleichgesetzt werden.

Schema: Bei der Brinellprüfung werden Kugeldurchmesser, Prüfkraft und Eindruckgröße zusammen betrachtet. Die Oberfläche behält einen Eindruck: Das Verfahren ist vergleichsweise zerstörungsarm, aber nicht spurlos. Lokilech und Nerdture, CC BY-SA 2.5; Rechtebeleg im Medienverzeichnis.

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Fachvideo: Werkstofftechnik – HTW Berlin, „Härteprüfung nach Brinell“. Beobachte die Hartmetallkugel und die Auswertung des Eindrucks. Der Film erklärt ein Prüfprinzip; für reale Prüfungen werden die aktuell anzuwendende Normfassung, Geräteanweisung und betriebliche Unterweisung gesondert festgelegt.

Typische Fehler vermeiden: Härte ist keine Zähigkeit; eine Materialkennzahl ist keine Bauteilfreigabe; ein Mittelwert kann einen örtlich unzulässigen Befund verdecken. Eine Zahl wird erst durch Verfahren, Einheit, Zustand und Bezug zur Anforderung fachlich aussagekräftig.

Metalle herstellen, aufbauen und gezielt verändern

Vom Erz oder Schrott zum Stahl

Stahl ist ein Eisenwerkstoff mit gewöhnlich weniger als etwa 2 % Kohlenstoff. Seine Eigenschaften hängen zusätzlich von Legierung, Gefüge und Verarbeitung ab. Gusseisen enthält typischerweise mehr Kohlenstoff und wird überwiegend durch Gießen geformt. Stahlguss ist gegossener Stahl und daher nicht mit Gusseisen gleichzusetzen.

Bei der metallurgischen Gewinnung, beim Frischen und beim Legieren wird die chemische Zusammensetzung gezielt verändert. Das unterscheidet diese Vorgänge von Aufbereitungsschritten wie Brechen oder Sieben. Die Aufbereitung liefert geeignete Einsatzstoffe: Kornverteilung, Reinheit und gleichmäßige Zusammensetzung wirken sich auf nachfolgende Prozesse aus.

Prozessweg	Prinzip	Ergebnis
Hochofen	Eisenoxide werden reduziert; Kohlenstoffträger wirken als Reduktionsmittel und Energieträger. Zuschläge unterstützen die Schlackenbildung.	Flüssiges, kohlenstoffreiches Roheisen; noch kein fertiger Baustahl
Sauerstoffkonverter	Sauerstoff senkt den Kohlenstoffgehalt und oxidiert Begleitelemente. Schlacke und Prozessgase führen Reaktionsprodukte ab.	Rohstahl für weitere Einstellung der Zusammensetzung
Elektrolichtbogenofen	Elektrische Energie schmilzt geeigneten Stahlschrott; auch direktreduziertes Eisen kann eingesetzt werden.	Rohstahl; die Qualität der Einsatzstoffe bleibt entscheidend
Direktreduktion	Eisenoxid wird ohne vollständiges Aufschmelzen zu porösem Eisen reduziert.	Eisenschwamm, der beispielsweise im Elektrolichtbogenofen weiterverarbeitet wird
Nachbehandlung und Gießen	Zusammensetzung, Reinheit und Temperatur werden eingestellt; anschließend erstarrt der Stahl etwa im Strangguss.	Halbzeug, das beispielsweise gewalzt oder geschmiedet wird

Das vereinfachte Prozessschema fasst die Grundprinzipien zusammen; es ist keine Anlagenbedienanweisung. Welche Umweltwirkung eine Route hat, hängt unter anderem von Energieversorgung, Reduktionsmitteln und Stoffkreisläufen ab.

Gusseisen herstellen und seine Graphitform verstehen

Für Gusseisen wird eine geeignete metallische Charge eingeschmolzen, beispielsweise elektrisch im Induktionsofen oder mit Koks im Kupolofen. Zusammensetzung und Schmelzebehandlung werden auf das gewünschte Gusseisen abgestimmt. Anschließend wird die Schmelze in eine Form gegossen; beim Erstarren bildet sich das Gefüge. Die Gießerei kontrolliert unter anderem Zusammensetzung, Temperaturführung und Fehler wie Poren oder unzureichende Formfüllung.

Bei Gusseisen mit Lamellengraphit liegt ein Teil des Kohlenstoffs als längliche Graphitlamellen vor. Diese können Spannungsspitzen begünstigen; der Werkstoff besitzt zugleich gute Dämpfungseigenschaften und wird beispielsweise für Gehäuse genutzt. Bei Gusseisen mit Kugelgraphit ist die Graphitform kugelig, wodurch diese Kerbwirkung geringer ist und günstigere Verformungseigenschaften möglich sind. Die Aussage „Gusseisen ist immer spröde“ ist deshalb zu grob. Auch bei Kugelgraphit zählen die konkrete Sorte und ihr Zustand.

Gefügebild: Die schwarzen Lamellen sind Graphit in einer metallischen Grundmasse. Du siehst einen präparierten Schliff, nicht die normale äußere Bauteiloberfläche. Die Aufnahme erklärt einen Strukturunterschied; allein daraus folgt keine Einsatzfreigabe. Hb tuw, CC BY-SA 4.0; Rechtebeleg im Medienverzeichnis.

Metallbindung, Kristalle, Körner und Gefüge

Im vereinfachten Modell der Metallbindung werden positiv geladene Atomrümpfe durch gemeinsam genutzte, bewegliche Elektronen zusammengehalten. Das erklärt die häufig gute elektrische Leitfähigkeit. In einem festen Metall sind die Atome meist regelmäßig in einem Kristallgitter angeordnet. Beim Erstarren entstehen an vielen Stellen Kristallkeime. Sie wachsen, bis sie aufeinanderstoßen. Ein zusammenhängender Kristallbereich heißt Korn; die Grenze zwischen unterschiedlich orientierten Körnern heißt Korngrenze.

Das Gefüge beschreibt die räumliche Anordnung von Körnern und unterschiedlichen Bestandteilen beziehungsweise Phasen. Es ist nicht gleichbedeutend mit chemischer Zusammensetzung. Zwei Proben können dieselbe Zusammensetzung, aber wegen verschiedener Abkühlung unterschiedliche Gefüge und Eigenschaften besitzen. Versetzungen sind Gitterfehler, deren Bewegung plastische Verformung ermöglicht. Legierung, Korngrenzen und kleine Ausscheidungen können diese Bewegung beeinflussen. Deshalb verändern Bearbeitung und Wärmebehandlung die Gebrauchseigenschaften.

Denkmodell für deinen Beruf: Zusammensetzung und Herstellungsweg beeinflussen das Gefüge; das Gefüge beeinflusst die Eigenschaften; die Eigenschaften müssen zur Bauteilaufgabe passen. Diese Beziehung wirkt in beide Richtungen: Die gewünschte Eigenschaft bestimmt, welche Zusammensetzung und Behandlung überhaupt in Betracht kommen. Eine reine Bestellung „Metallplatte, sehr hart“ lässt die entscheidenden Bedingungen offen.

Legieren und Nichteisenmetalle einsetzen

Beim Legieren werden die Zusammensetzung und damit mögliche Eigenschaften gezielt verändert. Eine Legierung enthält mindestens zwei Elemente, davon mindestens ein Metall. Ihre Bestandteile können Mischkristalle oder unterschiedliche Phasen bilden. Mehr Legierungselement bedeutet nicht automatisch bessere Eignung.

Beispiel	Typischer Einfluss oder Zweck	Was du nicht daraus schließen darfst
Kohlenstoff in Stahl	Beeinflusst Gefüge, erreichbare Härte und Umform- beziehungsweise Schweißeigenschaften	Jeder beliebige Stahl lasse sich gleich gut härten.
Chrom in geeigneten Vergütungsstählen	Beeinflusst die Härtbarkeit und damit die erreichbaren Eigenschaften im Bauteilquerschnitt.	Jeder chromhaltige Stahl sei in jedem Medium korrosionsbeständig.
Nickel und Molybdän in geeigneten Vergütungsstählen	Nickel kann die Kerbschlagzähigkeit verbessern; Molybdän kann Anlassversprödung vermindern.	Der Elementname allein lege sämtliche Kennwerte fest.
Kupfer und Zink	Bilden Messing; Zusammensetzung und Zustand beeinflussen Festigkeit und Verarbeitbarkeit.	Jede gelbliche Legierung sei eine bestimmte Messingsorte.
Aluminium mit Magnesium und Silicium, etwa EN AW-6082	Bei dieser Legierung ermöglicht eine geeignete Wärmebehandlung Ausscheidungshärtung; der Zustand bestimmt die Kennwerte mit.	Alle Aluminiumlegierungen ließen sich mit demselben Wärmebehandlungsverfahren verbessern.

Aluminium kann die Masse einer Abdeckung verringern. Kupfer ist für elektrische und thermische Leitfähigkeit interessant. Kupferlegierungen werden beispielsweise für geeignete Gleitlager verwendet. Für elektrische Anlagen bleibt die Bearbeitung Elektrofachkräften beziehungsweise entsprechend geleiteten und beaufsichtigten Arbeiten vorbehalten. Du vergleichst hier nur Daten und Bauteilfunktionen.

Beispiel für ein NE-Metall: Kupfer lässt sich in geeigneten Anwendungen zu Rohren verarbeiten. Das Foto zeigt eine Anwendung, belegt aber keine allgemeine Beständigkeit gegen beliebige Prozesswässer. Santeri Viinamäki, CC BY-SA 4.0; Rechtebeleg im Medienverzeichnis.

Glühen, Härten, Anlassen und Vergüten unterscheiden

Eine Wärmebehandlung besteht grundsätzlich aus kontrolliertem Erwärmen, Halten und Abkühlen. Bei einer metallischen Wärmebehandlung wird der Werkstoff gewöhnlich nicht geschmolzen. Entscheidend sind Stahlsorte, Ausgangszustand, Bauteilquerschnitt und gewünschtes Ergebnis. Eine Anleitung mit einer einzigen Temperatur für alle Stähle wäre falsch.

Verfahren	Vereinfachtes Wirkprinzip	Typisches Ziel
Glühen	Eine gewählte Temperatur-Zeit-Führung verändert Gefüge beziehungsweise innere Spannungen. Es gibt verschiedene Glüharten.	Beispielsweise besseres Bearbeiten durch Weichglühen oder Verringerung innerer Spannungen durch Spannungsarmglühen
Härten eines geeigneten Stahls	Nach dem Herstellen eines geeigneten Austenitzustands wird ausreichend schnell abgekühlt; dabei kann hartes Martensitgefüge entstehen.	Erhöhte Härte; zugleich können Spannungen und geringe Zähigkeit entstehen.
Anlassen	Gehärteter Stahl wird kontrolliert unterhalb der maßgebenden Umwandlungstemperatur erneut erwärmt.	Härte und Zähigkeit auf den Gebrauch einstellen; Spannungen und Sprödigkeit verringern
Vergüten	Kombination aus Härten und anschließendem ausreichend hohem Anlassen	Eine geeignete Verbindung von Festigkeit und Zähigkeit, etwa für beanspruchte Wellen

Anlassen bedeutet im Grundfall, zugunsten der Zähigkeit einen Teil der maximalen Härte aufzugeben. Einige legierte Stähle zeigen zusätzliche Effekte; maßgebend bleibt ihr konkretes Behandlungsdiagramm. Glühen ist ebenfalls keine pauschale „Härtung“. Temperatur, Haltezeit und Abkühlung werden vom qualifizierten Betrieb festgelegt.

Fehlerbild und Ursache trennen: Zu geringe Härte kann beispielsweise aus ungeeignetem Werkstoff, unvollständiger Erwärmung, zu langsamer Abkühlung oder Entkohlung entstehen. Zu hohe Härte und geringe Zähigkeit können auf ungeeignetes Anlassen hinweisen. Ungleichmäßiges Erwärmen oder Abkühlen kann Verzug und Risse begünstigen; zu starke Erwärmung kann das Gefüge ungünstig verändern. Ein Foto beweist keine dieser Ursachen. Du sperrst in der Simulation den unklaren Befund, prüfst Werkstoff- und Chargendaten und veranlasst fachliche Bewertung. Eigenmächtiges Nachhärten ist keine Fehlerbehebung.

Bezeichnungen, Vorbehandlung und Handelsformen lesen

Für metallische Werkstoffe unterscheidest du Herstellung wie Guss oder Knetverarbeitung, Zusammensetzung wie unlegiert oder legiert und Vorbehandlung beziehungsweise Lieferzustand wie geglüht, kaltverfestigt oder vergütet. Gleicher Kurzname bedeutet ohne Zustandsangabe nicht automatisch gleiche Eigenschaften. In technischen Unterlagen werden Kurzname, gegebenenfalls Werkstoffnummer, Produktnorm und Lieferzustand gemeinsam betrachtet.

Bezeichnungsbeispiel	Was du im Grundsatz erkennst	Was zusätzlich geprüft wird
S235JR	S kennzeichnet einen Baustahl; 235 bezieht sich auf eine festgelegte Mindeststreckgrenze unter den Bedingungen der zugehörigen Produktnorm; JR ist eine Kerbschlagarbeitsklasse.	Die Zahl gilt nicht unabhängig von Dicke, Erzeugnis und Prüfbedingungen.
C45	Bezeichnung eines unlegierten Stahls mit ungefähr 0,45 Masse-% Kohlenstoff	Tatsächliche Zusammensetzungsgrenzen und benötigter Wärmebehandlungszustand
EN-GJL / EN-GJS mit ergänzender Sortenangabe	Gusseisen mit Lamellen- beziehungsweise Kugelgraphit	Vollständige Sorte, Prüfbedingungen und Lieferanforderungen
EN AW-6082 [AlSi1MgMn]	Aluminium-Knetlegierung mit Silicium, Magnesium und Mangan	Zustandskennzeichnung, etwa T6, und Eigenschaften des konkreten Halbzeugs

Handelsformen sind beispielsweise Blech, Band, Rund- oder Flachstab, Profil, Rohr und Gussteil. Bei einer Ersatzplatte gehören daher Material, Zustand, Länge, Breite, Dicke, Toleranzen, Oberflächenzustand und Nachweise in die Bestellung. „Stahl, 8 mm“ ist unvollständig. Veraltete Kurzzeichen aus einer Altzeichnung werden fachlich zugeordnet; du setzt sie nicht ohne Prüfung mit einer heutigen Sorte gleich.

Schneidstoffe passend zur Bearbeitungsaufgabe wählen

Ein Schneidstoff muss die mechanische und thermische Beanspruchung an der Werkzeugschneide aushalten. Schnellarbeitsstahl, HSS, ist ein legierter Werkzeugstahl, der beispielsweise für Bohrer verwendet wird. Hartmetall besteht häufig aus harten Wolframcarbidteilchen in einem metallischen Binder; es wird pulvermetallurgisch hergestellt. Schneidkeramik bietet hohe Warmhärte, besitzt aber je nach Sorte Grenzen bei Stoß- und Temperaturwechselbeanspruchung. Beschichtungen können das Verhalten zusätzlich verändern.

Du begründest eine Auswahl mit dem zu bearbeitenden Werkstoff, der Schnittunterbrechung, der Maschine und der geforderten Oberfläche. Die härteste Sorte ist nicht automatisch die beste. Im Lernfall vergleichst du Datenkarten; reale Schnittwerte und Werkzeugwechsel werden nur nach freigegebenen Vorgaben und Unterweisung durchgeführt.

Kunststoffe, Nichtmetalle und Verbunde einsetzen

Vom Rohstoff zur Molekülstruktur

Ein Polymer besteht aus sehr großen Molekülen, den Makromolekülen. Ihre Bausteine heißen Monomere. Ausgangsstoffe stammen beispielsweise aus petrochemischen oder nachwachsenden Rohstoffen; die Herkunft allein entscheidet nicht über Festigkeit, Haltbarkeit oder Recyclingfähigkeit. Bei der Herstellung verbinden chemische Reaktionen die Bausteine zu Ketten oder Netzwerken. Polymerisation, Polyaddition und Polykondensation sind verschiedene Reaktionswege; bei einer Polykondensation werden zusätzlich kleine Moleküle abgespalten. Im Betrieb begegnet dir meist das fertige Polymer beziehungsweise eine verarbeitbare Mischung.

Die Eigenschaften hängen von Kettenaufbau, Verzweigung, Vernetzung und Zusätzen ab. Vernetzung bedeutet chemische Verbindungen zwischen Ketten. Amorph bezeichnet eine ungeordnete Anordnung; teilkristalline Kunststoffe enthalten geordnete und ungeordnete Bereiche. Füllstoffe, Fasern, Stabilisatoren oder Weichmacher verändern das Verhalten. Deshalb ist die Bezeichnung „Kunststoff“ für eine Bestellung zu ungenau.

Herstellungsschema: Rohstoff → Ausgangsbausteine → Polymeraufbau → Mischen mit Zusätzen → Formgebung und gegebenenfalls Vernetzung → Qualitätsprüfung. Dies erklärt das Prinzip; chemische Versuche sind nicht vorgesehen.

Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere vergleichen

Die älteren Begriffe des Lernplans Plastomere und Duromere entsprechen hier den üblichen Gruppen Thermoplaste und Duroplaste. Die folgenden Bilder zeigen idealisierte Molekülstrukturen, keine maßstäblichen Bauteilschnitte.

Gruppe	Struktur und Wärmeverhalten	Anwendung und Grenze
Thermoplast / Plastomer	Überwiegend unvernetzte Ketten; bei geeigneter Erwärmung erweichbar und formbar. Zu hohe Temperatur kann den Stoff zersetzen.	PE-Gleit- oder Auskleidungsplatte; Temperatur, Kriechen und Verschleiß müssen zum Einsatz passen.
Duroplast / Duromer	Engmaschig vernetztes Netzwerk; nach Aushärtung nicht erneut schmelzformbar.	Ausgehärtete Harzmatrix in einem Faserverbund; Überhitzung führt zu Schädigung, nicht zu einer nutzbaren Schmelze.
Elastomer	Weitmaschig vernetzte Ketten; große, überwiegend rückstellbare Verformungen im geeigneten Temperaturbereich.	Gummidichtung oder elastische Siebkomponente; Medium und Temperatur können sie quellen, verhärten oder verspröden lassen.

Schema 1: Unvernetzte Ketten erklären die grundsätzliche Umformbarkeit geeigneter Thermoplaste. Roland.chem, CC0.

Schema 2: Enge Vernetzung schränkt die Beweglichkeit stark ein. Ein ausgehärteter Duroplast lässt sich durch Erwärmen nicht einfach wieder umformen. Roland.chem, CC0.

Schema 3: Bei einem gedehnten Elastomer werden Kettenabschnitte gestreckt; die Vernetzung unterstützt die Rückstellung. Überdehnung oder Alterung kann bleibende Schäden verursachen. Roland.chem, CC0. Vollständige Bildquellen stehen im Medienverzeichnis.

Eigenschaften und Verarbeitung aus dem Einsatz ableiten

Kunststoffe besitzen je nach Sorte sehr unterschiedliche Festigkeit und Zähigkeit. Viele sind leichter als Stahl und leiten Wärme sowie elektrischen Strom schlecht. Leitfähige Füllstoffe können das elektrische Verhalten jedoch verändern. Eine notwendige Ableitung statischer Ladung wird deshalb über eine geeignete freigegebene Ausführung und deren Nachweis geplant. Sichtbare Farbe oder der Gruppenname liefern keinen Nachweis.

Unter dauernder Last kann die Verformung mit der Zeit wachsen: Das heißt Kriechen. Temperatur und Feuchtigkeit beeinflussen häufig die Kennwerte. UV-Licht, Sauerstoff, Wärme und Medien können Alterung bewirken. Ein kurzfristiger Zugwert bei Raumtemperatur reicht für eine dauerhaft warme, feuchte Belastung nicht aus.

Verfahren	Fachliche Überlegung	Häufiger Fehler
Umformen	Bei geeigneten Thermoplasten innerhalb eines festgelegten Temperaturfensters möglich; vernetzte Werkstoffe verhalten sich anders.	Alle Kunststoffe für wiederholt schmelzbar halten.
Zerspanen	Werkzeuggeometrie, Wärmeentwicklung, Spanabfuhr und Staubschutz an den Werkstoff anpassen.	Metall-Einstellwerte ungeprüft übernehmen; Schmelzen oder Ausbrechen übersehen.
Schweißen	Bei geeigneten, kompatiblen Thermoplasten möglich; Verfahren, Sauberkeit und Bedingungen sind festgelegt.	Einen Elastomer-Gurt ohne freigegebenes Verbindungssystem beliebig „verschweißen“.
Kleben	Oberflächenzustand, Klebstoff, Medium, Temperatur und Belastungsrichtung gemeinsam prüfen. PE ist ohne geeignete Vorbehandlung oft schwierig zu kleben.	Einen sofortigen Halt mit dauerhafter Tragfähigkeit gleichsetzen.

Reale Bearbeitung, Klebstoffanwendung und Fügen benötigen qualifizierte Anleitung und Gefährdungsbeurteilung. Hier vergleichst du Datenblätter. Unbekannte Kunststoffreste werden weder erhitzt noch verbrannt.

Nichtmetalle und Verbunde im Aufbereitungsbetrieb

Technische Keramik kann eine hohe Härte sowie gute Abrieb- und Temperaturbeständigkeit bieten, ist aber häufig empfindlich gegen ungünstige Schlag- oder Zugbeanspruchung. Glas ist für Sicht- und Schutzaufgaben je nach Ausführung geeignet, aber kein beliebig austauschbarer schlagfester Werkstoff. Graphit ist ein nichtmetallischer Werkstoff, der dennoch elektrischen Strom leiten kann. Damit wird deutlich: „Nichtmetall“ bedeutet nicht automatisch „Isolator“.

In einem Verbund tragen unterschiedliche Bestandteile gemeinsam zur Funktion bei. Bei einer keramikbestückten Gummiauskleidung begrenzen harte Elemente den Abrieb; das Elastomer kann Stöße dämpfen und die Einbindung unterstützen. Die Verbindung der Bestandteile ist selbst eine mögliche Schadensstelle. Ein Fördergurt verbindet beispielsweise eine schützende Elastomerdecke mit einer zugtragenden Textil- oder Stahleinlage. Bei modularen Siebbelägen kommen je nach Einsatz Gummi oder Polyurethan infrage; Auswahlkriterien sind unter anderem Kornform, Öffnungsgröße, Belastung und Medium.

Auswahlbeispiel: Ein synthetischer Abstreifer soll nachgiebig, abriebfest und medienverträglich sein. Geeignete Elastomer- oder PU-Ausführungen kommen infrage. Rezeptur, Härte, Temperaturgrenzen, Verbindung und Herstellerfreigabe müssen passen. Bei Dichtungen zählen zusätzlich Druck, Kontaktflächen und Einbausituation. Ein alterungsbedingt harter, rissiger Ring wird nicht durch stärkeres Anziehen repariert.

Nachhaltigkeit: Sortenreinheit und Kennzeichnung erleichtern oft die Verwertung. Verbunde können durch längere Nutzungsdauer sinnvoll sein. Vergleiche Lebensdauer, Austauschbarkeit, Reparatur und verfügbare Verwertungswege; „biobasiert“ oder „recycelt“ ersetzt diese Prüfung nicht.

Korrosion verstehen und Schutz auswählen

Chemische und elektrochemische Vorgänge unterscheiden

Korrosion entsteht durch eine Wechselwirkung zwischen Werkstoff und Umgebung, bei der sich der Werkstoff verändert und eine Funktion beeinträchtigt werden kann. Die Beständigkeit hängt deshalb auch vom Medium, der Temperatur und dem konstruktiven Umfeld ab. Bei chemischer Korrosion kann beispielsweise eine Metalloberfläche mit heißen Gasen reagieren. Für die Erklärung ist kein flüssiger Elektrolyt erforderlich. Beim Verzundern von Stahl entstehen Oxidschichten.

Bei elektrochemischer Korrosion sind Metallauflösung und eine weitere Reaktion über Ladungstransport gekoppelt. An der Anode gibt Metall Elektronen ab und geht als Ion in die Umgebung. An der Kathode werden Elektronen aufgenommen, beispielsweise bei der Reaktion von gelöstem Sauerstoff. Elektronen bewegen sich im leitenden Metall, Ionen im Elektrolyten, einer ionenleitenden Umgebung wie einem Wasserfilm. Anoden- und Kathodenbereiche können auf demselben Bauteil liegen; zwei verschiedene Metalle sind dafür nicht zwingend notwendig. Gelöste Salze können die Leitfähigkeit erhöhen und den Angriff verstärken.

Ablaufschema am feuchten Stahl: örtliche Metallauflösung → gekoppelte Reaktion mit Sauerstoff im Wasserfilm → weitere Reaktionen zu Rostbestandteilen. Gewöhnlicher Rost auf unlegiertem Stahl schützt die Oberfläche meist nicht dauerhaft. Ein nichtrostender Stahl kann eine schützende Passivschicht bilden, ist aber nicht gegen jedes Medium beständig.

Bild auswerten: Die Rostfarbe zeigt eine Oberflächenveränderung. Aus dem Foto lassen sich weder Restdicke noch Tragfähigkeit sicher bestimmen. Fumikas Sagisavas, CC0; Dateiquelle im Medienverzeichnis.

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Fachvideo: Max-Planck-Gesellschaft, „Korrosion – verletzlicher Stahl“, etwa vier Minuten. Verfolge die Rolle von Wasser, Sauerstoff und Salz. Formuliere anschließend die Erklärung ohne die falsche Schlussfolgerung, Rost könne ausschließlich in Salzwasser entstehen. Der Text dieses Kapitels bietet die Erklärung auch ohne Player.

Schadensformen und Schutzprinzipien verbinden

Flächenkorrosion verteilt sich vergleichsweise gleichmäßig; Lochkorrosion konzentriert den Angriff örtlich. Eine kleine sichtbare Stelle kann deshalb einen tiefen Angriff verbergen. Bei Kontaktkorrosion können leitend verbundene unterschiedliche Werkstoffe in einem gemeinsamen Elektrolyten ein ungünstiges Korrosionspaar bilden. Auch Flächenverhältnisse und die konkrete Umgebung beeinflussen die Wirkung. Eine pauschale Rangliste „edel ist immer besser“ genügt nicht.

Schutzprinzip	Wirkung und berufliche Anwendung	Zu prüfende Grenze
Beschichten	Geeignete Lack-, Kunststoff- oder Metallschichten begrenzen den Kontakt zur Umgebung.	Untergrund, Haftung, Kanten und Beschädigungen berücksichtigen; eine abgeriebene Beschichtung schützt nicht zuverlässig.
Werkstoffe passend paaren	Für Medium und Beanspruchung geeignete Kombinationen vermindern ungünstige Kontaktkorrosion.	Tatsächliche Werkstoffe, Oberflächenzustände und Flächenverhältnisse prüfen.
Isolieren	Geeignete Zwischenlagen oder Hülsen können den elektrischen Kontakt einer Paarung unterbrechen.	Keine leitenden Brücken über Schrauben oder Schmutz übersehen; die mechanische Verbindung muss geeignet bleiben.
Legieren	Ein geeigneter legierter Werkstoff kann in der vorgesehenen Umgebung eine beständigere Oberfläche bilden.	„Nichtrostend“ bedeutet nicht unbegrenzt beständig; Medium und Temperatur gehören zur Auswahl.
Kathodisch schützen	Das zu schützende Metall wird zur Kathode gemacht, etwa durch eine geeignete Opferanode oder ein geregeltes Fremdstromsystem.	Schutzkonzept, elektrische Sicherheit und Wirksamkeitskontrolle gehören in qualifizierte Hände; kein Selbstbauversuch.

Zusätzlich hilft eine geeignete Konstruktion: Wasserablauf ermöglichen, schlecht zugängliche Schmutznester vermeiden und Prüfstellen erreichbar halten. In einer Rutsche kann Abrasion eine Schutzschicht wiederholt entfernen. Dann müssen Verschleißschutz und Korrosionsschutz zusammen geplant werden.

Einen Befund sicher bewerten

Textlich simulierter Bildbefund: Rost liegt an einer beschädigten Lackkante; eine blanke Spur folgt dem Materialstrom. Die erste Beobachtung spricht für Korrosion, die zweite für mechanischen Abtrag. Beide können zusammenwirken. Dokumentiere Befund und Lage, veranlasse die fachlich festgelegte Schadensprüfung und beurteile passende Schutzlösungen.

Vorschlag: Eine qualifizierte Stelle prüft Material, Restfunktion und kompatiblen Schichtaufbau, gegebenenfalls mit austauschbarem Verschleißelement. Der Kurs nutzt Bilder und Daten. Reales Entrosten, Strahlen, Beschichten oder Prüfen erfordert Gefährdungsbeurteilung und Unterweisung. Unbekannte Altbeschichtungen werden nicht abgeschliffen. Verwechsle Rostfarbe nicht mit Schädigungstiefe; übersehe keine leitende Verbindung trotz isolierender Zwischenlage.

Reibung, Schmierung und Verschleiß beherrschen

Hier analysierst du Reibung und Verschleiß ausschließlich in Dokumentensimulationen mit synthetischen Daten.

Haften, Gleiten und Rollen unterscheiden

Haftreibung verhindert relatives Gleiten, etwa zwischen Trommel und Fördergurt; sie passt sich bis zu einer Grenze an. Gleitreibung wirkt bei gleitenden Flächen, etwa Schüttgut auf einer Rutsche. Beim Rollen entstehen Widerstände etwa durch Verformung; auch Wälzlager sind nicht reibungsfrei.

Vereinfachtes Gleitreibmodell: F_R = µ · F_N, mit Reibkraft, dimensionslosem Reibwert und Normalkraft senkrecht zur Fläche. Beispiel: 0,15 · 1.000 N = 150 N. µ hängt vom Kontaktzustand ab; kg darf nicht als Kraft eingesetzt werden.

Schmierzustand	Lastübertragung und Bedeutung
Grenzreibung	Dünne Grenzschichten; Rauheitsspitzen tragen wesentlich mit. Additive können Kontaktfolgen mindern.
Mischreibung	Schmierfilm und Kontakte der Rauheitsspitzen tragen gemeinsam.
Flüssigkeitsreibung	Ein tragender Flüssigkeitsfilm trennt die Flächen; innere Reibung im Schmierstoff bleibt.

Last, Geschwindigkeit, Temperatur und Oberfläche beeinflussen den Schmierzustand.

Schmierstoffe und Kühlschmierstoffe auswählen

Öl versorgt Schmierstellen und führt Wärme ab. Fett enthält Grundöl und Verdicker und bleibt an der Schmierstelle; Konsistenz und Grundölviskosität sind verschieden. Festschmierstoffe wie Graphit, MoS₂ oder PTFE dienen dafür ausgelegten Anwendungen.

Viskosität ist der Fließwiderstand. Übliche Öle werden warm dünnflüssiger: Zu geringe Viskosität gefährdet den Film, zu hohe erhöht Verluste. Temperatur, Last, Drehzahl, Staub, Wasser sowie Verträglichkeit mit Dichtungen und anderen Schmierstoffen zählen. Herstellerfreigabe, Schmierplan und Sicherheitsdatenblatt bestimmen die Auswahl. Farbe beweist keine Austauschbarkeit; Mischen kann schaden. Brems- und Haftflächen nicht wahllos schmieren.

Kühlschmierstoffe (KSS) kühlen, schmieren, transportieren Partikel und unterstützen Korrosionsschutz. Wassergemischte KSS unterscheiden sich von nichtwassermischbaren Schneidölen. Erforderlich sind Werkstoffverträglichkeit, passende Kühl-/Schmierwirkung, geringe Schaumbildung und Gebrauchsstabilität.

Dokumentenrechnung: Fiktiver Refraktometerwert 3,0 × Produktfaktor 1,5 = 4,5 % Gebrauchskonzentration. 3,0 allein ist keine Konzentration. Fremdöl oder instabile Emulsion können den Wert verfälschen. Ohne Sollbereich und weitere Befunde entsteht keine Einsatzfreigabe.

Für wassergemischte KSS umfasst der Prüfplan auch pH-Wert, Nitrit, Ansetzwasser und nötigenfalls Temperatur. Schaum, Emulsionstrennung und Fremdöl werden dokumentiert. Konzentration allein belegt weder sicheren Zustand noch Bearbeitungsqualität.

Schutz, Lagerung und Entsorgung planen

Reale Arbeiten erfordern Gefährdungsbeurteilung, Unterweisung und qualifizierte Anleitung. STOP: Substitution, technische Abschirmung/Absaugung, organisatorische Regeln, persönliche Schutzausrüstung. Vor Eingriffen den freigegebenen sicheren Anlagenzustand herstellen. Hautkontakt/Aerosole vermeiden. Chemikalienkontakt kann geeignete Handschuhe erfordern; bei rotierenden Teilen mit Erfassungsgefahr sind Handschuhe verboten. Niemals hineingreifen.

Gebinde geschlossen, gekennzeichnet und nach Lager-/Auffangkonzept lagern; keine Getränkeflaschen. Produkt, Charge und Haltbarkeit erhalten, unverträgliche Stoffe trennen. Altöl, KSS und belastete Bindemittel getrennt sammeln und fachgerecht entsorgen; niemals in Boden oder Abfluss. „Biologisch abbaubar“ hebt dies nicht auf.

Verschleiß erkennen und wirtschaftlich begrenzen

Verschleißformen überlagern sich häufig; ein Foto allein beweist die Ursache nicht.

Form und Beispiel	Ursache und mögliche Gegenmaßnahme
Abrasion: Riefen an Rutschen	Harte Partikel ritzen oder pflügen; geeignete austauschbare Auskleidung, Belastung prüfen.
Adhäsion: Fressen am Gleitkontakt	Lokale Bindungen und Materialübertragung; Schmierzustand, Paarung und Belastung prüfen.
Oberflächenzerrüttung: Abplatzungen am Wälzkontakt	Wiederholte Beanspruchung erzeugt Ermüdungsrisse; Last, Ausrichtung, Oberfläche und Schmierung prüfen.
Erosion: Abtrag im Rohrbogen	Auftreffende Partikel im Förderstrom; Strömungsführung und passende Auskleidung beurteilen.

Härte allein bestimmt die Standzeit nicht; Zähigkeit und Beanspruchungsart zählen mit. Korrosion kann Verschleiß verstärken.

Qualität, Verfügbarkeit und Lebenszyklus verbinden

Siebverschleiß gefährdet Trennqualität, Lagerausfall die Verfügbarkeit. Vergleiche Anschaffung, Energie, Schmierstoff, Wartung, Ersatz, Ausfall und Entsorgung über denselben Zeitraum. Längere Standzeit kann Mehrkosten ausgleichen. Wiederverwendung erfordert nachgewiesene Restfunktion; Sicherheit bleibt Voraussetzung.

Datenweg: Bauteilkennung → Messwert/Einheit/Datum → Grenzvergleich → Entscheidung → Wirksamkeitskontrolle. Digitale Trends unterstützen Wartung; Sensor- und Datenqualität prüfen. Der Kurs nutzt erfundene Kennungen und Messreihen; keine vertraulichen Betriebs- oder Personendaten veröffentlichen.

Beruflicher Modellfall: eine verschlissene Rutsche beurteilen

Situation und Arbeitsauftrag

LernKies beurteilt die Auskleidung seiner Rutsche R17: feuchtes abrasives Fördergut, mäßige Stöße, 20–35 °C. Simulierter Bildbefund: Längsriefen und braune Bereiche. Beurteile den Zustand und erstelle ein Prüf- und Auswahlblatt mit Ersatzvorschlag.

Sichere Simulation: Betrieb und Daten sind erfunden. Keine Anlagenbedienung, Probenentnahme oder Bearbeitung. Praktische Arbeiten und Entscheidungen bleiben bei qualifizierten Verantwortlichen; die Auftragskarte ersetzt keine Herstelleranweisung.

Auftragskarte und Vergleichsdaten

Ausgangsmaß der rechteckigen Platte: 400 × 250 × 8 mm. Dichten: Stahl 7,85 g/cm³; Aluminiumvergleich 2,70 g/cm³. Fiktive Mindestdicke: 6,0 mm an jeder kontrollierten Stelle. Messwerte: 6,2; 6,0; 5,8 mm, jeweils mit dem vorgegebenen Unsicherheitsbereich ± 0,1 mm. Weitere Stellen sind ungeprüft.

Zuerst gelten zwei Pflichtanforderungen: Abrasion mindestens 4 und Stoßverträglichkeit mindestens 3 Punkte. Erst geeignete Kandidaten werden gewichtet. Skala: 1 bis 5, höher ist günstiger. Alle Werte sind fiktiv, keine Herstellerdaten oder allgemeingültigen Werkstoffranglisten.

Kandidat	Abrasion	Stoßverträglichkeit	Verarbeitbarkeit	Kostenbewertung
A: unlegierter Stahl	2	4	5	5
B: zäher Verschleißstahl	4	4	4	4
C: monolithische Keramik	5	1	2	2
D: PE-Kunststoff	3	4	3	3

Gewichte: Abrasion 4, Stoßverträglichkeit 3, Verarbeitbarkeit 2, Kosten 1. Vorgegebene Gesamtkosten je Austauschzyklus: A 120 Euro/300 h; B 200 Euro/800 h. Die Betriebsstunden sind Übungsannahmen, keine garantierten Standzeiten.

Dein Bearbeitungsweg

Erfasse Identifikation, Einheiten und Messgrenzen. Prüfe jeden Dickenwert, berechne Volumen und Massen. Prüfe die Pflichtkriterien vor der Gewichtung, berechne Kosten je Betriebsstunde. Dokumentiere Begründung, offene Nachweise und Übergabeweg.

Musterlösung mit überprüfbaren Rechnungen

Geometrie und Masse: 400 mm = 40 cm; 250 mm = 25 cm; 8 mm = 0,8 cm. V = 40 × 25 × 0,8 = 800 cm³. Stahl: m = 800 × 7,85 = 6 280 g = 6,28 kg. Aluminiumvergleich: m = 800 × 2,70 = 2 160 g = 2,16 kg. Berechnet ist die Ausgangsgeometrie ohne Bohrungen, nicht die ungleichmäßig verschlissene Restplatte. Die geringere Aluminiummasse beweist keine Eignung für Abrasion, Stöße oder Befestigung.

Dickenbewertung: Mittelwert = (6,2 + 6,0 + 5,8) / 3 = 6,0 mm. Die Grenze gilt jedoch örtlich. Beim schlechtesten Wert reicht der Unsicherheitsbereich von 5,7 bis 5,9 mm; selbst sein oberer Rand unterschreitet 6,0 mm. Auch 6,0 ± 0,1 mm belegt keine sichere Einhaltung. Ergebnis: Abweichung melden; keine Freigabe ableiten. Zusätzliche Messungen dürfen den örtlichen Mangel nicht wegmitteln.

Auswahlrechnung: S = 4 × Abrasion + 3 × Stoßverträglichkeit + 2 × Verarbeitbarkeit + Kostenbewertung. Der größte mögliche Wert ist 50 Punkte.

Kandidat	Pflichtprüfung	Kontrollrechnung	Ergebnis
A	Abrasion 2 unterschreitet 4.	4×2 + 3×4 + 2×5 + 5 = 35	Ausgeschlossen
B	Abrasion 4 und Stoßverträglichkeit 4 genügen.	4×4 + 3×4 + 2×4 + 4 = 40	Geeignet
C	Stoßverträglichkeit 1 unterschreitet 3.	4×5 + 3×1 + 2×2 + 2 = 29	Ausgeschlossen
D	Abrasion 3 unterschreitet 4.	4×3 + 3×4 + 2×3 + 3 = 33	Ausgeschlossen

Ausgeschlossene Kandidaten werden nur zur Rechenkontrolle gewichtet. B ist ein Vorschlag, keine Freigabe. Sorte, Normbezeichnung, Herstellerdaten und Lieferzustand sind offen.

Kostenrechnung: A: 120 Euro / 300 h = 0,40 Euro/h; B: 200 Euro / 800 h = 0,25 Euro/h. B liegt rechnerisch 0,15 Euro/h niedriger. A bleibt ausgeschlossen. Reale Standzeiten, Stillstand und Folgekosten müssten belegt werden. Sicherheit und Eignung stehen vor Kosten.

Ausgefülltes Arbeitsprodukt: digitales Prüf- und Auswahlblatt

Feld	Musterinhalt
Identifikation	LernKies; R17; LK-R17-WT-001; Revision 1.0; Übungsdatum 31.10.2026; Lernteam Simulation; Status: Vorschlag, Freigabe offen	Datenbasis	Synthetische Auftragskarte; 400×250×8 mm; Mindestdicke 6,0 mm; 20–35 °C; feuchtes abrasives Fördergut, mäßige Stöße	Befund	Riefen: abrasiver Verschleiß wahrscheinlich. Braune Bereiche: Korrosion möglich, Ursache ungeklärt. Beides kann gemeinsam auftreten; der Bildbefund ersetzt keine Untersuchung.	Messbewertung	6,2/6,0/5,8 mm ±0,1 mm; schlechteste Stelle selbst am oberen Rand unter Mindestdicke; Abweichung melden, keine Weiterbetriebsfreigabe	Rechenergebnisse	800 cm³; Stahl 6,28 kg; Aluminiumvergleich 2,16 kg; B erfüllt Pflichtkriterien: 40/50 Punkte, 0,25 Euro/h	Materialnachweise	B, zäher Verschleißstahl; Blechlieferform prüfen. Normbezeichnung, Legierungszusammensetzung, Herstellerdaten und Werkstoffzeugnis fehlen. Herstellungsweg, Gefüge, Wärmebehandlung, Lieferzustand und mögliche Behandlungsfehler klären. Härte allein belegt keine ausreichende Zähigkeit.	Verbindung und Schutz	Lösbare Befestigung nach freigegebener Konstruktion prüfen; Lochbild und Montagevorgaben offen. Kein eigenständiges Schweißen/Erwärmen. Beschichtung schützt im Abriebbereich nicht automatisch dauerhaft. Feuchtenester, Werkstoffpaarung und gegebenenfalls Isolierung fachlich beurteilen lassen.	Hilfsstoffe	Kein beliebiges Schmiermittel auf die Förderfläche. Für vorgeschriebene Schmierstellen: freigegebener Plan, Kennzeichnung, Lagerung, Entsorgung. Dichtungen nach Vernetzung und Medienbeständigkeit prüfen; Schneidstoffe an das freigegebene Verfahren anpassen.	Qualität und Sicherheit	Identität, Zustand, Maße, Prüfmittel und Grenzwerte dokumentieren. Abweichung qualifizierten Verantwortlichen melden. Reale Arbeiten nur mit Freigabe, Unterweisung und Schutzmaßnahmen; hier ausschließlich Datenauswertung.	Kreislauf und Datenschutz	Verschmutzung und Beschichtung vor Wiederverwendung/Recycling bewerten; Hilfsstoffreste getrennt entsorgen lassen. Nur synthetische IDs; keine vertraulichen Daten in externe Dienste. Änderungen mit Revision und Begründung erfassen.	Offene Entscheidung	Verantwortliche prüfen Materialnachweise, Beanspruchung, Montage, Schutz und Kontrollplan. Anlagen- und Bauteilfreigabe bleiben offen.

Fachliches Bewertungsraster

100 Lernpunkte; Teilpunkte nur für nachvollziehbare, richtige Aussagen. Das Unterrichtsraster ist kein amtliches Prüfungszertifikat.

Bereich	Teilpunkte und erwarteter Nachweis
Werkstoffentscheidung: 20	Pflichtprüfung 8; B begründen 6; Norm-, Zustands- und Gefügenachweise benennen 6	Rechnungen: 20	Volumen mit Umrechnung 4; beide Massen 6; gewichtete Werte 6; Kosten je Betriebsstunde 4	Qualitätssicherung: 20	Örtliche Dicke statt Mittelwert bewerten 8; Unsicherheit auswerten 6; Prüf- und Freigabegrenzen nennen 6	Sicherheit: 15	Simulation und Zuständigkeit trennen 5; Abweichung sicher übergeben 5; Arbeiten nur qualifiziert/freigegeben vorsehen 5	Umwelt und Wirtschaft: 15	Verschmutzung und Materialkreislauf beurteilen 5; Hilfsstoffe verantworten 5; Kosten mit Sicherheitsvorrang bewerten 5	Dokumentation: 10	Identifikation, Einheiten und Revision vollständig 4; Beobachtung und Deutung unterscheiden 3; nur synthetische Daten und offene Entscheidungen kennzeichnen 3

Die Musterlösung zeigt die erwarteten Nachweise. Eine aus Mittelwert oder Auswahlpunkten abgeleitete Betriebsfreigabe muss korrigiert werden. Der Fall ersetzt keine vollständige Ausbildungs- oder Prüfungsabnahme.

Interaktive Aufgaben

Du arbeitest mit synthetischen Daten, Modellen und beschriebenen Beobachtungen. Keine Aufgabe verlangt Maschinenbedienung, Brennproben, Gefahrstoffanwendung oder elektrische Arbeiten. Vergleiche Deine Überlegungen mit den Rückmeldungen.

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Aussage unterscheidet Werkstoffeigenschaften richtig? (Härte ist Eindringwiderstand und Zähigkeit betrifft Energieaufnahme bis zum Bruch) (!Hohe Härte beweist stets hohe Zähigkeit) (!Härte und Zugfestigkeit sind dieselbe Messgröße) (!Dichte ist gleichbedeutend mit Festigkeit)

Rückmeldung: Du unterscheidest drei Eigenschaften. Eine harte Oberfläche kann bei Stoß spröde versagen. Für eine Auswahl brauchst Du zum Belastungsfall passende Kennwerte; Dichte oder Härte ersetzen keinen Zähigkeitsnachweis.

Welche Aussage beschreibt den Aufbau vieler Metalle richtig? (Viele unterschiedlich orientierte Kristallkörner bilden das Gefüge) (!Jedes Metall besteht aus nur einem Korn) (!Alle Korngrenzen sind Risse) (!Metallatome besitzen keine Bindung)

Rückmeldung: Im Modell halten bewegliche Elektronen die Atomrümpfe zusammen. Innerhalb der Körner sind Atome regelmäßig angeordnet. Korngröße und Phasen beeinflussen Eigenschaften; Korngrenzen sind nicht automatisch Risse.

Welche Aussage zur Stahl- und Gusseisenherstellung trifft zu? (Frischen vermindert unter anderem Kohlenstoff im flüssigen Roheisen) (!Beim Frischen wird der Kohlenstoffgehalt stets bis zum Gusseisen erhöht) (!Roheisen wird ohne Raffination unmittelbar zu jedem Stahlprodukt) (!Gusseisen entsteht durch Abschrecken fertiger Stahlbleche)

Rückmeldung: Bei der Hochofenroute wird Roheisen anschließend zu Stahl gefrischt; daneben existieren Elektrostahlrouten. Gusseisen wird aus geeigneten Einsatzstoffen erschmolzen und vergossen. Zusammensetzung und Erstarrung bestimmen sein Gefüge mit.

Was bedeutet Vergüten bei geeignetem Stahl? (Härten und anschließendes hohes Anlassen zur Einstellung von Festigkeit und Zähigkeit) (!Glühen mit anschließendem langsamem Abkühlen) (!Beschichten eines fertigen Werkstücks) (!Schrittweises Legieren einer Metallschmelze)

Rückmeldung: Vergüten verbindet Härten und hohes Anlassen. Legieren verändert dagegen die Zusammensetzung. Temperatur, Haltezeit und Abkühlung sind werkstoffabhängig; Fehler können Risse, Verzug oder unpassende Eigenschaften verursachen.

Was unterscheidet Werkstoffbezeichnung und Handelsform? (Die Bezeichnung nennt die Sorte und Blech benennt eine Lieferform) (!Die Handelsform bestimmt den Legierungsgehalt) (!Die Sorte legt sämtliche Bauteilabmessungen fest) (!Jeder Rundstab hat denselben Wärmebehandlungszustand)

Rückmeldung: Du unterscheidest Sorte, Lieferzustand, Abmessungen und Form. Ein Rundstab kann aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Bestellung, Kennzeichnung und Nachweis müssen zusammenpassen; Form oder Farbe allein genügen nicht.

Welche Zuordnung der Kunststoffgruppen stimmt? (Plastomere sind Thermoplaste und Duromere sind nach Aushärtung engmaschig vernetzt) (!Duromere sind beliebig wieder aufschmelzbar) (!Elastomere sind gegen jedes Öl beständig) (!Alle Kunststoffe besitzen dieselbe Temperaturgrenze)

Rückmeldung: Plastomere können passend temperiert erweichen. Ausgehärtete Duromere sind dauerhaft vernetzt; Elastomere typischerweise weitmaschig. Grundstoffe, Molekülbildung und Vernetzung prägen das Verhalten. Die konkrete Sorte bleibt entscheidend.

Woraus besteht ein üblicher Hartmetall-Schneidstoff? (Aus harten Körnern und einem metallischen Binder) (!Aus gehärtetem Schnellarbeitsstahl) (!Ausschließlich aus polykristallinem Diamant) (!Aus reiner Aluminiumoxidkeramik)

Rückmeldung: Hartmetall ist ein Verbundwerkstoff. Du vergleichst Warmhärte, Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit. Große Härte bedeutet keine unbegrenzte Stoßfestigkeit. Werkstück, Verfahren und Herstellerangaben bestimmen die Auswahl.

Welche Maßnahme unterbricht bei geeigneter Ausführung die leitende Verbindung zwischen den Metallen? (Eine geeignete elektrische Trennung der Metalle) (!Zusätzliche Benetzung mit Salzwasser) (!Beliebiger Austausch gegen ein edleres Metall) (!Entfernen aller Schutzschichten)

Rückmeldung: Kontaktkorrosion benötigt eine geeignete elektrochemische Konstellation, leitende Verbindung und Elektrolyt. Isolation kann diesen Weg unterbrechen. Du berücksichtigst dennoch Werkstoffpaarung, Flächenverhältnis und Umgebung.

Welche Aussage zur Schmierung stimmt? (Ein geeigneter Schmierfilm kann direkten Kontakt und Verschleiß vermindern) (!Jedes Öl passt zu jedem Lager) (!Mehr Schmierstoff verhindert jeden Schaden) (!Rollreibung ist dasselbe wie Gleitreibung)

Rückmeldung: Du unterscheidest Haft-, Gleit- und Rollreibung sowie verschiedene Schmierungszustände. Schmierstoffe können auch Wärme abführen und Korrosion mindern. Ein falsches Produkt oder Verschmutzung kann dagegen Schäden fördern.

Bei einem fiktiven KSS-Produkt ergibt sich die Konzentration in Prozent aus Refraktometeranzeige mal Produktfaktor. Was ergeben Anzeige 3,0 und Faktor 1,5? (4,5 Prozent unter den vorgegebenen Bedingungen) (!2,0 Prozent unabhängig vom Produkt) (!3,0 Prozent ohne Berücksichtigung des Faktors) (!45 Prozent durch zusätzliches Verzehnfachen)

Rückmeldung: Du rechnest 3,0 · 1,5 = 4,5 %. Der Faktor gilt nur für dieses fiktive Produkt. Reale Auswertung verlangt Herstellerangaben und passende Messbedingungen. Das Ergebnis ist weder Hygiene-Freigabe noch Mischanweisung.

Memory

Ordne jedem Begriff seine passende Erklärung zu.

Gefüge	Räumliche Anordnung von Körnern und Phasen im Werkstoff
Legierung	Metallischer Werkstoff aus mehreren chemischen Elementen
Plastomer	Andere Bezeichnung für einen Thermoplast
Duromer	Nach Aushärtung engmaschig vernetzter Kunststoff
Elastomer	Typischerweise weitmaschig vernetzter elastischer Kunststoff
Viskosität	Maß für den Fließwiderstand einer Flüssigkeit

Drag-and-drop

Ordne die Verfahren den Beschreibungen zu. Die Zuordnung beschreibt Prinzipien und keine praktische Arbeitsanleitung.

Ordne das Verfahren zu.	Beschreibung
Glühen	Gezieltes Erwärmen und Abkühlen zur Änderung des Gefüges oder zum Spannungsabbau
Härten	Geeigneten Stahl erwärmen und so abkühlen dass ein harter Zustand entsteht
Anlassen	Gehärteten Stahl erneut unterhalb des Umwandlungsbereichs erwärmen
Vergüten	Härten und anschließendes hohes Anlassen zur Einstellung von Festigkeit und Zähigkeit kombinieren
Legieren	Die chemische Zusammensetzung gezielt durch weitere Elemente beeinflussen

Kreuzworträtsel

Finde die Fachbegriffe. Schreibe Umlaute als Umlaute.

KORN	Wie heißt ein einzelner Kristallbereich mit weitgehend einheitlicher Orientierung?
GEFÜGE	Wie heißt die räumliche Anordnung der Körner und Phasen?
HÄRTEN	Wie heißt die Wärmebehandlung zur Erzeugung eines harten Zustands bei geeignetem Stahl?
ANLASSEN	Wie heißt das gezielte Wiedererwärmen gehärteten Stahls unterhalb des Umwandlungsbereichs?
KORROSION	Wie heißt die schädigende Werkstoffveränderung durch Reaktion mit der Umgebung?
VISKOSITÄT	Welche Flüssigkeitseigenschaft beschreibt den Fließwiderstand?

LearningApps

Die Einbettung zeigt eine dynamische Suche zum Kursthema. Passende Treffer sind nicht garantiert; prüfe jeweils die fachliche Passung. Die Kursaufgaben bleiben auch ohne externe Treffer nutzbar.

Lückentext

Ergänze die Fachbegriffe im Zusammenhang.

Im vereinfachten Modell der Metallbindung wirken bewegliche zwischen positiv geladenen Atomrümpfen. Einen Kristallbereich mit weitgehend gleicher Orientierung bezeichnest Du als . Die Anordnung der Körner und vorhandenen Phasen heißt . Eine gezielte Änderung der Zusammensetzung durch weitere Elemente erreichst Du durch . Die Verbindung aus Härten und hohem Anlassen nennt man . Erneut erweichbare Kunststoffe heißen im älteren Sprachgebrauch des Lehrplans auch . Engmaschig vernetzte Kunststoffe nach dem Aushärten gehören zu den . Weitmaschig vernetzte, elastisch verformbare Kunststoffe ordnest Du den zu. Eine schädigende Werkstoffreaktion mit der Umgebung ist . Zum Vermindern von Reibung und Verschleiß werden passende eingesetzt. Ihre Auswahl richtet sich nach Einsatzfall und Herstellerangaben. Eine Lagerung mit eindeutiger Kennzeichnung verhindert Verwechslungen. Auch Entsorgung und Wiederverwendung gehören zur Werkstoffentscheidung. Einzelne Kennwerte oder eine auffällige Oberfläche ersetzen keine fachliche Gesamtbewertung.

Offene Aufgaben

Erstelle die zwölf Produkte auf Papier, digital oder als Rollenspiel mit synthetischen Daten. Vergleiche erst nach einem eigenen Versuch mit den Musterlösungen.

Leicht

1. L1 – Werkstoffkarten: Ordne Stahl, Gusseisen, Aluminium, Kupfer, PE, EPDM, Keramik und glasfaserverstärkten Kunststoff in Werkstoffgruppen. Unterscheide zusätzlich Eisen-/Nichteisen- und Leicht-/Schwermetalle. Ergänze einen beruflichen Verwendungsbezug.
2. L2 – Vom Atom zum Gefüge: Zeichne Metallbindung, Kristallgitter, Korn und Gefüge als vereinfachtes Modell. Beschrifte die Ebenen und erkläre, warum verschieden orientierte Körner gemeinsam ein zusammenhängendes Bauteil bilden.
3. L3 – Dichte auswerten: Berechne mit Rechenweg und Einheit die Dichte einer synthetischen Probe mit 157 g Masse und 20 cm³ Volumen. Erkläre, weshalb das Ergebnis keine bestimmte Legierung identifiziert.
4. L4 – Bestellung lesen: Ordne S235JR, EN-GJL-200, Blech, Rundstab, Rohr und Gussteil den Werkstoffbezeichnungen beziehungsweise Formen zu. Nenne weitere benötigte Bestellangaben und die Grenze einer Identifikation nach der Form.

Standard

1. S1 – Zugversuch auswerten: Berechne Zugfestigkeit und Bruchdehnung aus Fm = 18 kN, S0 = 60 mm², L0 = 50 mm und Lu = 60 mm. Zeige Rechenwege und erläutere Aussage sowie Anwendungsgrenzen dieser synthetischen Daten.
2. S2 – Herstellungswege darstellen: Erstelle Ablaufschemata für Hochofen-Konverterroute, Elektrostahlroute und Gusseisenherstellung. Markiere Einsatzstoffe, wesentliche Umwandlungsschritte und Formgebung. Erläutere Unterschiede zwischen Stahl- und Gusseisenerzeugung.
3. S3 – Moleküle und Eigenschaften: Vergleiche Plastomere, Duromere und Elastomere: Grundstoffe, Molekülbildung, Vernetzung, Verformung und Anwendung. Leite Grenzen für Wärme, Alterung, Schweißen oder Kleben ab. Nutze Modelle und Datenblätter, keine Brennprobe.
4. S4 – Hilfsstoffe im Betrieb: Erstelle eine fiktive Unterrichtskarte zu Schmieröl, Schmierfett, Festschmierstoff und wassermischbarem KSS. Verknüpfe Aufgaben, Reibungsart, Schmierzustand und Verschleiß. Ergänze anhand Kapitel 5 Kennzeichnung, Lagerung, Gesundheitsschutz und Entsorgung; markiere Angaben, die noch produktbezogen geklärt werden müssen.

Schwer

1. H1 – Wärmebehandlung beurteilen: Ein behandeltes synthetisches Stahlteil ist hart, zeigt aber Risse und Verzug. Erkläre Glühen, Härten, Anlassen, Vergüten und den Unterschied zum Legieren. Begründe mögliche Fehlerursachen und einen Klärplan ohne Temperaturrezepte oder Nachbehandlung.
2. H2 – Korrosionsschutz auswählen: Vergleiche chemische Korrosion in heißer, trockener Umgebung mit elektrochemischer Korrosion einer feuchten Metallpaarung. Bewerte Wirkansatz und Grenzen von Beschichtung, Werkstoffpaarung, Isolation, Legierung und kathodischem Schutz.
3. H3 – Lebensdauer und Kosten: Vergleiche 24 Monate: Teil A kostet 120 Euro und hält 6 Monate; B kostet 180 Euro und hält 12 Monate. Jedes verbrauchte Teil verursacht weitere 20 Euro für Ausbau und Entsorgung, auch am Zeitraumende. Berechne Stückzahlen und Kosten; ergänze Verfügbarkeit, Wiederverwendung und Umweltfolgen.
4. H4 – Schneidstoffe vergleichen: Erstelle eine Auswahlmatrix für Schnellarbeitsstahl, Hartmetall und Schneidkeramik: Warmhärte, Verschleißbeständigkeit und Zähigkeit. Begründe eine vorläufige Auswahl bei wechselnder Belastung und benenne fehlende Einsatz- und Freigabeangaben.

Musterlösungen zu den offenen Aufgaben

Die Kennungen beziehen sich auf die zwölf Aufgaben oben. Fachlich gleichwertige, begründete Lösungen sind zulässig.

Aufgabe	Musterlösung
L1	Stahl und Gusseisen: Eisenwerkstoffe der Schwermetallgruppe. Aluminium: NE-Leichtmetall; Kupfer: NE-Schwermetall. PE: Plastomer; EPDM: Elastomer. Keramik: anorganischer Nichtmetallwerkstoff; glasfaserverstärkter Kunststoff: Verbundwerkstoff. Anwendungen in derselben Reihenfolge: Träger, Gehäuse, Profile, Leitungen, Gleitplatten, Dichtungen, keramische Verschleißplatten und GFK-Profile. Die Dichteklasse Schwermetall besagt nicht, dass alle Vertreter gleich giftig sind.
L2	Du zeichnest Atomrümpfe und bewegliche Elektronen als Bindungsmodell. Im Korn sind Atome regelmäßig angeordnet; benachbarte Körner können verschieden orientiert sein. Körner und Phasen bilden das Gefüge. Korngrenzen sind Übergänge im verbundenen Werkstoff und nicht automatisch Risse.
L3	ρ = m / V = 157 g / 20 cm³ = 7,85 g/cm³. Ähnliche Dichten können zu unterschiedlichen Eisenwerkstoffen gehören. Du brauchst Kennzeichnung und passende Nachweise; Dichte allein identifiziert weder Legierung noch Wärmebehandlungszustand.
L4	S235JR bezeichnet einen Baustahl, EN-GJL-200 Gusseisen mit Lamellengraphit. Blech, Rundstab und Rohr benennen Handelsformen; Gussteil die gegossene Bauteilform. Weitere Angaben sind etwa Abmessungen, Lieferzustand, Stückzahl und Nachweiszuordnung. Kennwerte und Grenzen liest Du aus passenden aktuellen Unterlagen.
S1	18 kN = 18 000 N; Rm = Fm / S0 = 18 000 / 60 = 300 N/mm². Verlängerung: 60 − 50 = 10 mm; A = 10 / 50 · 100 % = 20 %. Rm ist ein Festigkeitskennwert, A beschreibt bleibendes Dehnvermögen. Die dokumentierten Prüfbedingungen begrenzen Vergleiche; eine Bauteilauslegung ersetzen die Werte nicht.
S2	Hochofenroute: Erzreduktion zu Roheisen, Frischen im Konverter, Einstellung und Gießen des Stahls. Elektrostahlroute: geeigneter Schrott und gegebenenfalls weitere eisenhaltige Einsatzstoffe elektrisch erschmelzen und einstellen. Gusseisen: geeignete Einsatzstoffe erschmelzen, Zusammensetzung einstellen, in Formen gießen und erstarren lassen. Zusammensetzung und Abkühlung prägen das Gefüge; Gusseisen entsteht nicht durch Härten eines Stahlteils.
S3	Grundbausteine reagieren zu Makromolekülen; PE entsteht beispielsweise durch Polymerisation von Ethen. Plastomere besitzen überwiegend unvernetzte Ketten und können erweichen; ausgehärtete Duromere sind engmaschig, Elastomere typischerweise weitmaschig vernetzt. Vernetzung und Zusätze beeinflussen Eigenschaften. Schweißen, Kleben, Wärme- und Alterungsbeständigkeit bleiben sorten- und verfahrensabhängig.
S4	Öle schmieren und führen gegebenenfalls Wärme ab; Fette halten Schmierstoff an geeigneten Stellen; Festschmierstoffe dienen dafür freigegebenen Kontakten. KSS können kühlen, schmieren und spülen. Ein passender Schmierfilm vermindert Grenz- und Mischkontakt; Fremdpartikel können dennoch Abrasion verursachen. Du verlangst Produktkennzeichnung, Herstellerfreigabe, Betriebsanweisung und erforderliche Sicherheitsinformationen. Lagern und getrenntes Sammeln zur Entsorgung erfolgen produktgerecht. Getränkeflaschen, Vermischen auf Verdacht oder Einleiten in die Kanalisation sind ungeeignet.
H1	Glühen verändert Gefüge oder Spannungen. Härten geeigneter Stähle erzeugt einen harten Zustand; Anlassen ist gezieltes Wiedererwärmen. Vergüten verbindet Härten und hohes Anlassen zur Einstellung von Festigkeit und Zähigkeit; Legieren verändert die Zusammensetzung. Falscher Werkstoff, unpassende Temperatur, Haltezeit oder Abkühlung sowie ungleichmäßige Erwärmung sind mögliche Fehler. Du sicherst Nachweise, meldest die Abweichung und lässt Risse und Zustand fachlich prüfen. Härte legitimiert keine Freigabe.
H2	Chemische Korrosion kann durch heiße Gase entstehen; elektrochemische Korrosion verbindet anodische und kathodische Vorgänge mit Ladungstransport. Beschichtung trennt die Umgebung ab; Paarung und Isolation können Kontaktkorrosion vermindern. Geeignete Legierungen erhöhen die Beständigkeit. Kathodischer Schutz verändert kontrolliert die elektrochemische Rolle des Bauteils. Wirkung und Grenzen hängen vom Gesamtsystem ab; Du bewertest Konzepte und führst keine Installation durch.
H3	A: 24 / 6 = 4 Teile; 4 · 120 + 4 · 20 = 560 Euro. B: 24 / 12 = 2 Teile; 2 · 180 + 2 · 20 = 400 Euro. B ist im Modell 160 Euro günstiger. Zusätzlich prüfst Du Lieferbarkeit, Einsatzbeständigkeit, Aufarbeitung, Recycling, Herstellungsaufwand und Ausfallfolgen. Modellkosten allein beweisen weder Nachhaltigkeit noch Eignung.
H4	Schnellarbeitsstahl verbindet Härte mit vergleichsweise guter Zähigkeit; Hartmetall bietet hohe Warmhärte und Verschleißbeständigkeit. Schneidkeramik ist für geeignete Anwendungen sehr warm- und verschleißbeständig, aber empfindlich gegen ungünstige Stoß- und Temperaturbelastung. Sorten unterscheiden sich. Bei Lastwechseln gewichtest Du Zähigkeit und Ausbruchsrisiko. Werkstück, Schnittunterbrechung, Maschine, Kühlung und Herstellerempfehlung müssen passen.

Lernkontrolle

Bearbeite die sechs synthetischen Transferfälle zunächst ohne Lösungstabelle und begründe Deine Entscheidungen.

1. K1: Entwirf für ein Bauteil mit Stößen, Feuchtigkeit und anschließender Bearbeitung ein Anforderungsprofil. Ordne mechanisch-physikalische, chemische und technologische Eigenschaften zu.
2. K2: Eine Charge wurde anders wärmebehandelt als bestellt. Beurteile die Freigabe allein wegen gleicher Zusammensetzung. Erkläre den Zusammenhang zwischen Gefüge, Zustand und Eigenschaften.
3. K3: Eine Kunststoffkomponente soll künftig bei 90 statt 40 °C und mit einem neuen Medium eingesetzt werden. Nenne erforderliche Struktur-, Eigenschafts- und Herstellerangaben und begründe sie.
4. K4: Ordne zu: harte Teilchen ziehen Riefen; haftende Oberflächen übertragen Material; wiederholte Kontaktlast erzeugt Ausbrüche. Benenne mögliche Verschleißmechanismen und passende Vorbeugungsfragen.
5. K5: Erkläre einen möglichen Korrosionsweg an einer ungeschützten feuchten Verbindung zweier Metalle. Vergleiche zwei Schutzansätze und begründe die Grenzen einer beliebigen Lackschicht.
6. K6: Entwirf eine digitale Entscheidungsvorlage für ein langlebigeres Verschleißteil. Verbinde Nachweise, Kosten, Verfügbarkeit, Recycling, Quellenprüfung und Schutz vertraulicher Informationen.

Lösungen und Bewertungsraster zur Lernkontrolle

Du kannst 18 Punkte erreichen. Je Aufgabe: 1 Punkt für das richtige Fachprinzip, 1 Punkt für die begründete Anwendung auf den Fall, 1 Punkt für passende Grenzen oder erforderliche Nachweise. Gleichwertige Lösungen zählen. Das Übungsraster erteilt keine betriebliche Freigabe.

Aufgabe	Erwartete Lösung
K1	Du verlangst etwa Festigkeit, Zähigkeit und Härte; dazu Korrosions- und Alterungsbeständigkeit sowie passende Zerspanbarkeit, Umformbarkeit oder Schweißbarkeit. Leitfähigkeit, Elastizität und Plastizität sind je nach Funktion relevant. Gesundheitsgefahren beurteilst Du produktbezogen. Hohe Härte allein genügt nicht.
K2	Gleiche Zusammensetzung bedeutet keinen gleichen Zustand: Wärmebehandlung kann Phasen, Kornstruktur und Spannungen verändern. Du verlangst Behandlungs- und Prüfnachweise, dokumentierst die Abweichung und hältst die Freigabe bis zur fachlichen Klärung offen.
K3	Du brauchst Sorte und Gruppe, Vernetzung, Einsatztemperatur unter vorgesehener Last sowie Medien- und Alterungsbeständigkeit. Thermoplaste können erweichen, Elastomere altern oder quellen; auch Duromere sind nicht beliebig temperaturfest. Maßgeblich sind konkrete Produkt- und Einsatzdaten.
K4	Riefen durch Teilchen: Abrasion; Materialübertragung: Adhäsion; kontaktbedingte Ausbrüche: mögliche Oberflächenermüdung. Du fragst nach Verschmutzung, Filterung, Produktfreigabe, Schmierfilm und Lasten. Tribochemische Reaktionen können hinzukommen. Beobachtungen allein ergeben noch keine vollständige Diagnose.
K5	Bei geeigneter Paarung und leitender Verbindung ermöglicht Feuchtigkeit elektrochemische Vorgänge; das anodisch beanspruchte Metall kann angegriffen werden. Passende Paarung, Isolation oder abgestimmte Beschichtung sind Ansätze. Spalte, Flächenverhältnisse und Beschichtungsschäden begrenzen ihre Wirkung.
K6	Du ordnest Empfehlungen nachvollziehbaren Werkstoff- und Einsatzdaten zu, kennzeichnest synthetische Zahlen und offene Annahmen und vergleichst die Nutzungsdauer. Lieferbarkeit, Aufarbeitung und Entsorgungsweg gehören dazu. Die öffentliche Fassung enthält keine echten Personen- oder Betriebsgeheimnisse; Werbung und KI-Ausgaben sind keine ungeprüft gültigen Nachweise.

Lernnachweis

Dein Lernportfolio enthält das ausgefüllte Prüf- und Auswahlblatt zu R17, die Rechenwege, Werkstoff- und Prozessschemata sowie bearbeitete Aufgaben mit begründeten Korrekturen. Eine richtige Auswahl ohne Begründung reicht nicht. Du erläuterst, welche Anforderung ein Kennwert beantwortet und welche Entscheidung weiterhin Fachprüfung benötigt.

Detailziel des KMK-Lerngebiets 1.3	Erklärung im Kurs	Überprüfbares Lernprodukt
Werkstoffe, Schneid- und Hilfsstoffe einteilen; Normbezeichnungen lesen	Kapitel 1, 2 und 5	L1, L4, H4: Karten, Bestellangaben und Schneidstoffvergleich	Stahl- und Gusseisenherstellung erklären	Kapitel 2	S2: drei beschriftete Prozessschemata	Physikalisch-mechanische, chemische und technologische Eigenschaften ermitteln und nutzen	Kapitel 1, 3 und 6	L3, S1, K1: Rechnung und Anforderungsprofil mit Grenzen	Metallbindung, Kristalle, Körner und Gefüge beschreiben	Kapitel 2	L2: Modellskizze vom Atom zum Gefüge	Legieren sowie Glühen, Härten, Anlassen, Vergüten und Fehler erklären	Kapitel 2	H1 und K2: Ursachenhypothesen, Prüfnachweise und Klärplan	Metalle nach Herstellung, Zusammensetzung, Vorbehandlung und Form unterscheiden	Kapitel 2	L4 und R17-Blatt: vollständige, prüfbare Bestellmerkmale	Korrosionsarten und fünf Schutzansätze erklären	Kapitel 4	H2 und K5: begründeter Schutzvergleich	Kunststoffherstellung, Struktur, Gruppen, Eigenschaften und Verarbeitung verknüpfen	Kapitel 3	S3 und K3: Strukturvergleich mit Einsatzgrenzen	Reibung, Schmierung, Hilfsstoffumgang und Verschleiß beurteilen	Kapitel 5	S4 und K4: Informationskarte und begründete Mechanismenzuordnung	Kosten, Verfügbarkeit, Gesundheit, Umwelt, Entsorgung und Wiederverwendung berücksichtigen	Kapitel 1, 3, 5 und 6	H3, K6 und R17-Blatt: Lebenszyklusvergleich und nachvollziehbare Dokumentation

Auswertung: Nutze das 100-Punkte-Raster des Modellfalls und das getrennte 18-Punkte-Raster der Lernkontrolle. Halte zu jedem überarbeiteten Fehler fest: ursprüngliche Annahme, fachliche Korrektur, begründete Entscheidung. Besprich offene Punkte mit deiner Lehr- oder Ausbildungsperson. Der Lernnachweis dokumentiert diesen Lernbereich; er ist weder eine amtliche Prüfungsfreigabe noch eine vollständige Abnahme der Ausbildungsordnung.

OER und Wikipedia

Die acht Commons-Abbildungen mit ihren jeweiligen freien Lizenzen eignen sich zur Nachnutzung unter den angegebenen Bedingungen. Für ein eigenes Lernplakat dokumentierst du Urheber, Quelldatei, Lizenz und gegebenenfalls Änderungen. Die Videos bleiben externe Angebote mit eigenen Rechten; ihre Einbettung macht sie nicht zu OER. Es werden keine persönlichen Lern- oder Betriebsdaten an externe Angebote eingegeben.

Als ergänzender Überblick dient der geprüfte deutschsprachige Wikipedia-Artikel Werkstoff. Beachte dort Versionsgeschichte, Quellen und Lizenzhinweise; technische Einsatzfreigaben folgen aus diesem Überblick nicht.

Fachquellen und Quellenkritik

Die vollständige KMK-Quelle wurde einschließlich der Detailseiten 5–6 ausgewertet. Die historische Lehrplanstruktur wird von der aktuell geprüften Ausbildungsordnung und heutigen Schutzvorgaben getrennt. Herstellerunterlagen erklären reale Verfahren und Produkte; ihre Angaben gelten für den beschriebenen Kontext. Für konkrete Bestellungen werden aktuelle Produktnorm, Lieferzustand und Freigaben gesondert geprüft. Quellen- und Medienprüfung: 31.10.2026. Eigene Beispiele, Auswahlwerte, Messreihen und Rechenfälle sind synthetisch.

Medienquellen und Nutzungsrechte

Die Commons-Dateien sind inhaltlich unverändert eingebunden und lediglich für die Anzeige skaliert. Die Tabelle nennt die Urheber und belegten Lizenzen. Videotitel, Anbieter und Quellen wurden am 31.10.2026 geprüft. Falls ein externer Player nicht verfügbar ist, ermöglichen die Begleittexte und Aufgaben weiterhin das Lernen.

Medium	Quelle	Urheber	Nutzungsrechte
File:Stress v strain A36 2 de.svg	Dateibeschreibung	David Richfield / Slashme; deutsche Bearbeitung Leyo	CC BY-SA 3.0
File:BrinellHardness.svg	Dateibeschreibung	Lokilech; SVG-Bearbeitung Nerdture	CC BY-SA 2.5
File:Gusseisen mit Lamellengraphit.jpg	Dateibeschreibung	Hb tuw	CC BY-SA 4.0
File:Copper water pipes.jpg	Dateibeschreibung	Santeri Viinamäki	CC BY-SA 4.0
File:Polymerstruktur-linear.svg	Dateibeschreibung	Roland.chem	CC0 1.0
File:Polymerstruktur-engmaschig vernetzt.svg	Dateibeschreibung	Roland.chem	CC0 1.0
File:Polymerstruktur-weitmaschig vernetzt-gestreckt.svg	Dateibeschreibung	Roland.chem	CC0 1.0
File:Rusty steel bars.jpg	Dateibeschreibung	Fumikas Sagisavas	CC0 1.0
https://www.youtube.com/watch?v=KxLa6IcaQGM	Korrosion – verletzlicher Stahl	Max-Planck-Gesellschaft / MaxPlanckSociety	Keine offene Lizenz nachgewiesen; externer Originalplayer/Link gemäß YouTube-Nutzungsbedingungen. Rechte beim Anbieter.
https://www.youtube.com/watch?v=6LZjsmc0OyY	Härteprüfung nach Brinell	Werkstofftechnik – HTW Berlin	Keine offene Lizenz nachgewiesen; externer Originalplayer/Link gemäß YouTube-Nutzungsbedingungen. Rechte beim Anbieter.
https://www.youtube.com/watch?v=O2KKHtQRt-k	Zugversuch einfach erklärt	Andreas Höfler	Keine offene Lizenz nachgewiesen; externer Originalplayer/Link gemäß YouTube-Nutzungsbedingungen. Rechte beim Anbieter.

Verknüpfte Lernbereiche

Die verlinkten vorhandenen Lernbereiche vertiefen Werkstoffaufbau, Prüfmethoden, sichere Arbeitsgestaltung, Qualität und Stoffkreisläufe. Für praktische Tätigkeiten gelten weiterhin die hier beschriebenen Ausbildungs- und Freigabebedingungen.

Ausbildung – Aufbereitungsmechaniker Werkstoffe auswählen und Eigenschaften begründen Metallaufbau, Herstellung und Behandlung Kunststoffstruktur, Verarbeitung und Anwendung Mess- und Prüfverfahren auswerten Arbeits- und Gesundheitsschutz berücksichtigen Prüfen, dokumentieren und verbessern Nutzungsdauer und Ressourcen beurteilen Stoffkreisläufe und Verwertung planen

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