aiMOOC

Fertigungs- und Prüftechnik – Aufbereitungsmechaniker

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Einleitung

Dieser aiMOOC richtet sich an Auszubildende im ersten Ausbildungsjahr des Berufs Aufbereitungsmechanikerin beziehungsweise Aufbereitungsmechaniker. Du lernst, wie Werkstücke geplant, gefertigt und geprüft werden. Im Mittelpunkt stehen Messen und Lehren, Toleranzen, Prüfmittel, Trennen, Umformen, Fügen sowie die Verbindung von Produktfunktion, Qualität und Arbeitsplanung.

Der Kurs orientiert sich am KMK-Lerngebiet 1.2 „Fertigungs- und Prüftechnik“ mit einem Zeitrichtwert von 80 Stunden. Der zugrunde liegende Rahmenlehrplan wurde 1992 beschlossen. Die derzeit beim BIBB geführte Ausbildungsordnung stammt vom 9. Februar 2004 und trat am 1. August 2004 in Kraft. Die Ausbildung dauert 36 Monate; im dritten Ausbildungsjahr wird zwischen den Fachrichtungen Naturstein, feuerfeste und keramische Rohstoffe, Sand und Kies, Steinkohle sowie Braunkohle unterschieden. Dieser Kurs behandelt den gemeinsamen Kompetenzbereich des ersten Ausbildungsjahres und behauptet keine amtliche Vollabnahme einer Ausbildungs- oder Prüfungsordnung.

Sicherheit: Maschinen-, Elektro-, Gefahrstoff-, Schweiß-, Klebe- und Gesundheitsarbeiten dürfen nur nach betrieblicher Gefährdungsbeurteilung, Herstellerangaben und qualifizierter Unterweisung ausgeführt werden. Wo diese Voraussetzungen fehlen, arbeitest du mit Zeichnungen, Papier-, Karton- oder Digitalmodellen und synthetischen Messdaten. NOAH bleibt in der Seitenleiste und ist kein Bestandteil des Kursinhalts.

Prüftechnik: Größen, Einheiten und Toleranzen

Prüfen, Messen und Lehren

Prüfen bedeutet festzustellen, ob ein Werkstück eine geforderte Eigenschaft besitzt. Beim Messen wird eine physikalische Größe mit einer Einheit verglichen und als Zahlenwert angegeben, zum Beispiel 49,96 mm. Beim Lehren wird ohne Zahlenwert entschieden, ob ein Merkmal innerhalb festgelegter Grenzen liegt, beispielsweise „Gut“ oder „Ausschuss“.

Vorgehen	Ergebnis	Berufliches Beispiel
Messen	Zahlenwert mit Einheit	Durchmesser einer Welle mit dem Messschieber bestimmen
Lehren	Aussage innerhalb oder außerhalb der Grenze	Bohrung mit Grenzlehrdorn prüfen
Sicht- und Funktionsprüfung	Beobachtung oder Funktionsaussage	Schutzabdeckung auf Beschädigung und sicheren Sitz prüfen

Eine direkte Maßverkörperung stellt das Maß unmittelbar dar, etwa ein Strichmaßstab oder ein Winkelmaß. Eine indirekte Maßverkörperung überträgt ein Maß oder vergleicht Abweichungen, etwa eine Messuhr in einer Prüfvorrichtung. Das Prüfverfahren muss zum Merkmal passen: Länge, Winkel, Form, Oberfläche oder Funktion.

Größen, Größengleichungen und Einheiten

Eine Größe besteht aus Zahlenwert und Einheit. In einer Größengleichung werden Formelzeichen eingesetzt, anschließend werden Werte mit passenden Einheiten eingesetzt. Einheiten dürfen nur dann zusammengeführt werden, wenn sie zueinander passen.

Größe	Formelzeichen	Häufige Einheit	Beispiel
Länge	l	mm, m	Blechlänge
Fläche	A	mm², m²	Blechbedarf
Kraft	F	N	Vorschub- oder Spannkraft
Drehmoment	M	N·m	Anziehmoment
Arbeit	W	J	mechanische Arbeit

Umrechnen: 1 m = 1000 mm, 1 mm = 1000 µm und 1 N·m = 1000 N·mm. Schreibe bei jedem Rechenschritt die Einheit mit. Ein häufiger Fehler ist, Millimeter und Meter ohne Umrechnung in dieselbe Formel einzusetzen.

Beispiel: Ein Blechstreifen ist 0,1544 m lang. In Millimeter gilt: 0,1544 m · 1000 mm/m = 154,4 mm.

Maßsysteme, Toleranzen und Prüfmaße

Ein Nennmaß beschreibt den vorgesehenen Wert. Abmaße legen fest, wie weit das Istmaß nach oben oder unten abweichen darf. Die Differenz zwischen Höchstmaß und Mindestmaß ist die Toleranz.

Beispiel: Für eine Breite gilt 50,0 mm ± 0,3 mm.

Größe	Rechnung	Ergebnis
Höchstmaß	50,0 mm + 0,3 mm	50,3 mm
Mindestmaß	50,0 mm − 0,3 mm	49,7 mm
Toleranz	50,3 mm − 49,7 mm	0,6 mm

Ein Istmaß von 49,8 mm ist maßhaltig. Ein Istmaß von 50,4 mm liegt außerhalb der Toleranz. Toleranz und Messabweichung sind nicht dasselbe: Die Toleranz ist eine Produktanforderung, die Messabweichung gehört zum Messprozess.

Allgemeintoleranzen gelten nur, wenn Zeichnung, Normbezug und betriebliche Vorgaben dies eindeutig festlegen. Verwende keine historische Normangabe ungeprüft. Prüfe stets die aktuelle Zeichnung, die gültige betriebliche Regelung und die passende Normausgabe.

Prüfmittel auswählen und richtig anwenden

Prüfmittel	Typische Aufgabe	Auswahlkriterium	Typischer Fehler
Strichmaßstab	Überschlägige Längenprüfung	Grober Messbereich	Schräges Anlegen
Messschieber	Außen-, Innen- und Tiefenmaß	Vielseitigkeit und passende Auflösung	Verkanten oder zu hohe Messkraft
Messschraube	Präzise Außenmaße	Kleine Toleranz und begrenzter Messbereich	Verschmutzte Messflächen
Messuhr	Kleine Abweichungen und Rundlauf	Vergleichsmessung in Vorrichtung	Falsche Vorspannung
Winkelmesser	Winkel prüfen	Erforderlicher Winkelbereich	Bezugskante nicht gereinigt
Form-, Maß- oder Winkellehre	Gut-Ausschuss-Entscheidung	Schnelle Serienprüfung	Lehre mit Gewalt aufsetzen

Bei der Auswahl beachtest du Maßtoleranz, erforderliche Messgenauigkeit, Auflösung, Messbereich, Einsatzbedingungen und Güteklasse. Als Faustregel muss das Prüfmittel deutlich feiner auflösen als die zu prüfende Toleranz; die konkrete Eignung wird jedoch durch den betrieblichen Prüfplan bestimmt.

Oberflächenbeschaffenheit prüfen

Oberflächen werden zunächst sauber und bei geeignetem Licht betrachtet. Je nach Anforderung folgen Vergleichsmuster, Tastschnittmessung oder andere freigegebene Verfahren. Kratzer, Riefen, Grat, Korrosion und anhaftende Partikel können Funktion, Dichtheit, Verschleiß und Sicherheit beeinflussen. Eine rein visuelle Aussage ersetzt keine zahlenmäßig geforderte Rauheitsmessung.

Zufällige und systematische Prüfabweichungen

Zufällige Abweichungen schwanken unvorhersehbar, etwa durch wechselnden Anpressdruck oder begrenzte Ablesbarkeit. Wiederholungsmessungen und geeignete Mittelwertbildung können ihren Einfluss sichtbar machen. Systematische Abweichungen verschieben Ergebnisse in eine Richtung, etwa durch einen Nullpunktfehler, ungeeignete Temperatur oder ein falsch kalibriertes Prüfmittel.

Maßnahmen zur Begrenzung:

Prüfmittel und Werkstück reinigen und akklimatisieren.
Nullpunkt, Funktionszustand und Prüfmittelfrist kontrollieren.
Messflächen rechtwinklig und mit geeigneter Messkraft ansetzen.
Messung an festgelegten Stellen wiederholen.
Ergebnisse, Prüfmittelkennung und Entscheidung nachvollziehbar dokumentieren.
Auffällige Werte nicht löschen, sondern begründet kennzeichnen und klären.

Digitale Prüfprotokolle verbessern Rückverfolgbarkeit und Auswertung. Speichere nur erforderliche technische Daten. Personenbezogene Daten, Gesichter, private Kontaktdaten und unnötige Standort- oder Fotometadaten gehören nicht in den Lernnachweis.

Trennen: Zerteilen und Spanen

Manuelle und maschinelle Trennverfahren

Trennen verändert die Form eines festen Körpers, indem der Zusammenhalt örtlich aufgehoben wird. Im Lerngebiet werden insbesondere manuelle und maschinelle Verfahren wie Schneiden, Sägen und Bohren betrachtet.

Verfahren	Wirkprinzip	Beispiel	Prüfaspekt
Schneiden	Zerteilen mit Schneidkanten	Blechschere	Grat, Verzug, Maß
Sägen	Spanen mit vielen Schneiden	Metallbandsäge	Rechtwinkligkeit, Schnittbreite
Bohren	Spanen mit rotierendem Werkzeug	Durchgangsbohrung	Durchmesser, Lage, Grat
Feilen	Manuelles Spanen	Kante nacharbeiten	Ebenheit, Maß, Oberfläche

Das Fertigungsverfahren wird nicht allein nach Geschwindigkeit gewählt. Werkstoff, Form, Stückzahl, Toleranz, Oberfläche, Werkzeugzugang, Sicherheit, Energiebedarf und Nacharbeit beeinflussen die Entscheidung.

Keilwirkung, Spanwinkel, Keilwinkel und Freiwinkel

Eine Werkzeugschneide wirkt als Keil. Beim Zerteilen dringt die Schneide ein und trennt den Werkstoff ohne beabsichtigte Spanbildung. Beim Spanen wird Werkstoff als Span abgetrennt. In der Werkzeug-Orthogonalebene werden Freiwinkel, Keilwinkel und Spanwinkel betrachtet.

Der Keilwinkel beeinflusst die Stabilität der Schneide. Ein großer Keilwinkel macht sie meist stabiler, erhöht aber häufig die erforderliche Kraft. Der Freiwinkel verhindert, dass die Freifläche stark am Werkstück reibt. Der Spanwinkel beeinflusst Spanbildung, Kraft und Spanabfluss. Die Winkel werden nicht beliebig gewählt, sondern passend zu Werkstoff, Werkzeug und Verfahren.

Kräfte, Kraftwirkungen und mechanische Arbeit

Kräfte können Bewegungen ändern oder Werkstücke verformen. Sie werden als Pfeile mit Angriffspunkt, Richtung und Betrag dargestellt. Bei der Fertigung treten unter anderem Schnittkraft, Vorschubkraft, Spannkraft, Reibungskraft und Gewichtskraft auf.

Grundbeziehungen:

Resultierende gleichgerichteter Kräfte: F_ges = F_1 + F_2.
Reibungskraft im vereinfachten Modell: F_R = μ · F_N.
Drehmoment: M = F · l.
Mechanische Arbeit bei geradliniger Bewegung: W = F · s.

Rechenbeispiel: Eine konstante Vorschubkraft von 120 N wirkt über 0,25 m. Die idealisierte Arbeit beträgt W = 120 N · 0,25 m = 30 J. Reale Maschinen benötigen wegen Wirkungsgrad, Reibung und Nebenbewegungen mehr Energie.

Bohren als berufstypisches Beispiel

Beim Bohren werden Werkstück, Bohrer, Drehzahl, Vorschub, Kühlung und Spannmittel aufeinander abgestimmt. Das Werkstück wird gegen Mitdrehen sicher gespannt. Die Bohrung wird angekörnt oder anderweitig positionsgerecht vorbereitet, mit geeigneter Drehzahl gefertigt, entgratet und anschließend geprüft.

Typische Fehler: falsche Drehzahl, unzureichende Spannung, stumpfes Werkzeug, fehlende Spanabfuhr, zu hoher Vorschub, falsche Bezugskante und Prüfung vor dem Entgraten.

Sicherheitsregel: Bohren an Maschinen erfolgt ausschließlich unter qualifizierter Anleitung. Schutzvorrichtungen bleiben wirksam. Lange Haare, Schmuck und lose Kleidung werden gesichert. In der Nähe rotierender Teile werden keine ungeeigneten Handschuhe getragen. Späne werden nur bei Stillstand mit geeignetem Hilfsmittel entfernt. Maßgeblich sind Gefährdungsbeurteilung, Betriebsanweisung und Herstellerangaben.

Umwelt- und Qualitätsaspekte beim Trennen

Verschnitt und Späne werden sortenrein gesammelt, soweit der Betrieb dies vorsieht. Kühlschmierstoffe dürfen nicht unkontrolliert verschleppt oder entsorgt werden. Eine passende Schnittfolge, richtige Rohteilgröße und frühzeitige Qualitätsprüfung verringern Ausschuss, Energieverbrauch und Nacharbeit. Digitale Fertigungsdaten müssen versionssicher sein; veraltete Zeichnungen sind zu sperren.

Umformen: Druckumformen und Biegeumformen

Elastisches und plastisches Werkstoffverhalten

Beim Umformen wird die Form geändert, ohne den Werkstoff absichtlich zu trennen. Eine elastische Verformung geht nach Entlastung weitgehend zurück. Eine plastische Verformung bleibt bestehen. Beim Biegen tritt deshalb Rückfederung auf: Das Werkstück öffnet sich nach Entlastung etwas. Werkzeug, Werkstoff, Blechdicke und Biegeradius beeinflussen diesen Effekt.

Druckumformen umfasst Verfahren, bei denen überwiegend Druckspannungen wirken, beispielsweise Stauchen oder Walzen. Biegeumformen verändert die Richtung eines Werkstückabschnitts, beispielsweise beim Abkanten eines Haltewinkels.

Massivumformen und Blechumformen

Beim Massivumformen werden kompakte Werkstücke mit vergleichsweise großem Querschnitt umgeformt. Beim Blechumformen ist eine Abmessung, die Dicke, deutlich kleiner als Länge und Breite. Beide Bereiche verlangen geeignete Werkstoffe, Werkzeuge, Radien und Kräfte.

Merkmal	Massivumformen	Blechumformen
Typisches Halbzeug	Stab, Block, Knüppel	Blech, Band
Beispiel	Stauchen, Schmieden	Biegen, Tiefziehen
Wichtige Größe	Volumen und Fließverhalten	Blechdicke, Radius, Faserrichtung
Typischer Fehler	Riss oder unvollständige Formfüllung	Rückfederung, Riss, Falten, Maßabweichung

Neutrale Faser, Biegeradius und Biegequerschnitt

Beim Biegen werden äußere Fasern gedehnt und innere Fasern gestaucht. Dazwischen liegt eine Zone, deren Länge sich näherungsweise nicht ändert: die neutrale Faser. Ihre Lage hängt vom Werkstoff und vom Verhältnis zwischen Biegeradius und Blechdicke ab. Ein zu kleiner Radius kann zu Rissen führen; ein unnötig großer Radius kann die Bauteilfunktion beeinträchtigen.

Der Biegequerschnitt muss so gewählt werden, dass das Werkstück die geforderte Funktion erfüllt und sicher hergestellt werden kann. Tabellenwerte, Werkzeugdaten und betriebliche Erfahrungswerte sind verbindlicher als eine vereinfachte Schulformel.

Kalt- und Warmumformen

Beim Kaltumformen liegt die Werkstücktemperatur unterhalb der für Rekristallisation maßgeblichen Temperatur. Festigkeit und Härte können steigen, die Umformbarkeit kann sinken. Beim Warmumformen lässt sich der Werkstoff häufig stärker verformen; gleichzeitig verändern sich Gefüge, Oberfläche, Maßgenauigkeit und Energiebedarf.

Erwärmen, Schmieden oder Heißarbeiten sind keine Selbstversuche. Im Kurs werden Gefügeänderungen und Prozessfolgen anhand von Bildern, Tabellen und sicheren Simulationen betrachtet.

Gestreckte Länge, Umfang und Blechbedarf

Für eine Kreislinie gilt U = π · d. Für einen Kreisbogen mit Winkel α gilt näherungsweise l_Bogen = π · α/180° · r. Bei Blechbiegungen wird statt des Innenradius ein Radius der neutralen Faser verwendet.

Für Lernrechnungen kann gelten:

Biegezugabe l_B = π · α/180° · (r + k · s)

Dabei sind α der Biegewinkel, r der Innenradius, s die Blechdicke und k ein vereinbarter Lagefaktor. Der Faktor ist prozessabhängig und wird in der Praxis aus gültigen Tabellen oder Versuchen übernommen.

Beispiel: α = 90°, r = 2,0 mm, s = 2,0 mm und für die Simulation k = 0,4.

l_B = π · 90/180 · (2,0 mm + 0,4 · 2,0 mm) = 1,5708 · 2,8 mm ≈ 4,4 mm.

Bei zwei geraden Tangentenlängen von 40,0 mm und 110,0 mm ergibt sich eine vereinfachte gestreckte Länge von 154,4 mm.

Blechbedarf: Benötigte Fläche = Länge · Breite. Für 154,4 mm · 50,0 mm ergibt sich 7720 mm². Zuschnittplan, Schnittfuge und notwendige Randabstände müssen zusätzlich berücksichtigt werden. Verschnittquote = Verschnittfläche / Ausgangsfläche · 100 %. Ein optimierter Zuschnitt senkt Materialbedarf und Kosten.

Fügen: Verbindungen und ihre Wirkprinzipien

Lösbare und unlösbare Verbindungen

Lösbare Verbindungen können in der Regel ohne Zerstörung der Verbindungsteile getrennt werden. Beispiele sind Schraub-, Stift- und Federverbindungen. Unlösbare Verbindungen werden beim Trennen meist zerstört oder wesentlich verändert. Beispiele sind Schweiß-, Klebe-, Haken- und Vulkanisationsverbindungen.

Verbindung	Lösbarkeit	Typische Anwendung	Prüfaspekt
Schraubverbindung	Lösbar	Wartungszugang und Schutzabdeckung	Anziehmoment, Sicherung, Sitz
Stiftverbindung	Meist lösbar	Positionierung	Passung und Lage
Schweißverbindung	Unlösbar	Tragende Stahlkonstruktion	Naht, Verzug, Freigabe
Klebeverbindung	Meist unlösbar	Flächige Verbindung verschiedener Werkstoffe	Oberfläche, Aushärtung, Gefahrstoffschutz
Vulkanisation	Unlösbar	Gummi-Metall- oder Gummiverbindung	Prozessparameter und Haftung

Kraftschluss, Formschluss und Stoffschluss

Beim Kraftschluss verhindert Reibung die Relativbewegung. Die erforderliche Reibung entsteht beispielsweise durch Vorspannkraft einer Schraube. Beim Formschluss greifen Formen ineinander, etwa Passfeder und Nut oder Stift und Bohrung. Beim Stoffschluss sind die Teile durch stoffliche Bindung verbunden, etwa beim Schweißen, Kleben oder Vulkanisieren. Viele reale Verbindungen kombinieren mehrere Wirkprinzipien.

Reibung, Schubkraft, Drehmoment und Gewindearbeit

Im vereinfachten Modell gilt für die maximal übertragbare Reibungskraft F_R = μ · F_N. Steigt die Anpresskraft F_N, kann bei gleichbleibender Reibungszahl μ mehr tangentiale Kraft übertragen werden. Verschmutzung, Schmierung, Oberflächenzustand und Setzerscheinungen beeinflussen die reale Verbindung.

Das Drehmoment berechnet sich mit M = F · l. Wirkt eine Handkraft von 100 N an einem Hebelarm von 0,20 m, beträgt das idealisierte Drehmoment 20 N·m.

Für eine Drehbewegung über n Umdrehungen kann die idealisierte mechanische Arbeit mit W = 2 · π · M · n beschrieben werden. Bei M = 20 N·m und n = 2 ergibt sich W ≈ 251 J. Diese Rechnung beschreibt die zugeführte Drehenergie, nicht unmittelbar die Vorspannkraft. Für reale Schrauben gelten Herstellerangaben, Reibbedingungen, Festigkeitsklasse und betriebliche Vorgaben.

Schubkraft wirkt parallel zu einer Fläche und kann Stifte, Schrauben oder Klebschichten beanspruchen. Bei einer Verbindung ist zu klären, ob die Last durch Reibung, durch Formkontakt oder durch den Stoffverbund übertragen wird.

Vorgänge an stoffschlüssigen Fügestellen

Beim Schmelzschweißen werden Fügebereiche aufgeschmolzen und erstarren gemeinsam. Beim Kleben benetzt ein Klebstoff vorbereitete Oberflächen und härtet aus. Bei der Vulkanisation entstehen oder verändern sich Vernetzungen im Elastomer. Temperatur, Sauberkeit, Zeit, Druck und Werkstoffpaarung bestimmen die Qualität.

Schweißen, Kleben mit Gefahrstoffen und Vulkanisieren erfolgen ausschließlich in zugelassenen Bereichen unter qualifizierter Anleitung. Eine sichere Lernalternative ist der Vergleich von Verbindungsprinzipien mit Papierlaschen, Steckmodellen, Klettpunkten oder digitalen Schnittbildern.

Auswahl einer Verbindung

Eine geeignete Verbindung erfüllt Funktion, Sicherheit, Instandhaltbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Berücksichtige Lastart, Schwingung, Korrosion, Temperatur, Demontagebedarf, verfügbare Werkzeuge, Prüfbarkeit, Reparaturfähigkeit, Materialtrennung beim Recycling und Arbeitsschutz.

Ein typischer Fehler ist, nur die Anfangsfestigkeit zu betrachten. In Aufbereitungsanlagen wirken Staub, Feuchte, Vibration und wechselnde Lasten. Deshalb müssen Sicherung, Inspektion und Austausch mitgeplant werden.

Arbeitsplanung, Produktbezug und berufstypischer Modellfall

Arbeitsplanung für eine Fertigungsaufgabe

Eine vollständige Arbeitsplanung verbindet Zeichnung, Reihenfolge, Fertigungsverfahren, Werkzeug- und Maschinenauswahl, Werk- und Hilfsstoffe, Spannmittel, Fertigungsdaten, Prüfmerkmale, Sicherheitsmaßnahmen und Entsorgung.

Planungsfrage	Beispiel
Was soll das Produkt leisten?	Halterung fixiert eine nicht elektrische Schutzleiste an einem Übungsrahmen
Welche Merkmale sind kritisch?	Lochlage, Biegewinkel, Gratfreiheit, sichere Schraubverbindung
Welche Reihenfolge ist sinnvoll?	Prüfen, Anreißen, Zuschneiden, Bohren, Entgraten, Biegen, Fügen, Endprüfen
Welche Ressourcen werden benötigt?	Zeichnung, Messmittel, Rohteil, Spannmittel, freigegebene Werkzeuge
Wie wird Qualität nachgewiesen?	Prüfplan, Messwerte, Gut-Ausschuss-Entscheidung, Abweichungsbegründung
Wie werden Umwelt und Datenschutz berücksichtigt?	Verschnitt trennen, Energie minimieren, nur technische synthetische Daten speichern

Zusammenhang zwischen Produkt und Fertigung

Die Funktion eines Produkts bestimmt Werkstoff, Form, Toleranz, Oberfläche und Verbindung. Gleichzeitig begrenzen Fertigungsverfahren, Kosten und Arbeitsschutz die Gestaltung.

Subjektive Anforderungen betreffen zum Beispiel Bedienbarkeit und wahrgenommene Qualität. Technische Anforderungen betreffen Festigkeit, Maßhaltigkeit und Lebensdauer. Wirtschaftliche Anforderungen betreffen Material, Zeit, Energie und Instandhaltung. Gesellschaftliche Anforderungen umfassen Sicherheit, Umweltwirkung, Barrierearmut, faire Arbeitsbedingungen und Datenschutz.

Gute Gestaltung vermeidet unnötige Toleranzschärfe. Eine Toleranz soll so eng wie funktional nötig, aber so weit wie technisch und wirtschaftlich vertretbar sein.

Modellfall: Haltewinkel für einen Übungsrahmen

Auftrag: Für einen nicht elektrischen Schulungsrahmen einer Aufbereitungsanlage soll ein Haltewinkel gefertigt werden. Er trägt eine leichte Schutzleiste in einem sicheren Demonstrationsmodell. Alle Daten sind synthetisch. Ein realer Einsatz an einer Maschine ist ausgeschlossen.

Vorgaben:

Merkmal	Sollwert	Toleranz oder Forderung
Werkstoff	Übungsblech aus geeignetem Metall oder Kartonmodell	Freigabe durch Lehrkraft beziehungsweise Ausbildende
Blechdicke	2,0 mm	nur für die Rechensimulation
Gestreckte Länge	154,4 mm	± 0,5 mm
Breite	50,0 mm	± 0,3 mm
Biegung	90°	± 1°
Innenradius	2,0 mm	passend zum freigegebenen Werkzeug
Bohrungen	zwei Bohrungen mit 9,0 mm	gratfrei
Lochabstand	70,0 mm	± 0,2 mm
Verbindung	zwei geeignete Schrauben im Modell	sicherer Sitz ohne Beschädigung

Sichere Durchführung: Ohne Werkstattfreigabe wird der Auftrag als Kartonmodell, CAD-Skizze oder digitale Simulation bearbeitet. Maschinelles Schneiden, Bohren und Biegen erfolgt ausschließlich unter qualifizierter Anleitung mit wirksamen Schutz- und Spannvorrichtungen.

Lösung des Modellfalls: Rechen- und Arbeitsweg

1. Prüfmaße berechnen:

Länge: Mindestmaß 153,9 mm, Höchstmaß 154,9 mm.
Breite: Mindestmaß 49,7 mm, Höchstmaß 50,3 mm.
Winkel: Mindestwinkel 89°, Höchstwinkel 91°.
Lochabstand: Mindestmaß 69,8 mm, Höchstmaß 70,2 mm.

2. Gestreckte Länge prüfen: Mit α = 90°, r = 2,0 mm, s = 2,0 mm und k = 0,4 beträgt die simulierte Biegezugabe rund 4,4 mm. Zusammen mit 40,0 mm und 110,0 mm geraden Längen ergibt sich 154,4 mm.

3. Arbeitsfolge:

Nr.	Arbeitsschritt	Werkzeug oder Verfahren	Qualitätsprüfung	Sicherheit und Umwelt
1	Unterlagen prüfen und Rohteil identifizieren	Zeichnung, Prüfplan	Version und Werkstofffreigabe	Keine personenbezogenen Daten
2	Rohteil messen und anreißen	Messschieber, Reißwerkzeug oder Schablone	Länge, Breite, Lochlage	Scharfe Kanten beachten
3	Zuschneiden	Freigegebenes manuelles oder maschinelles Verfahren	Maßzugabe und Rechtwinkligkeit	Nur unter Unterweisung; Verschnitt trennen
4	Bohrungen herstellen	Bohrmaschine und Spannmittel oder sichere Simulation	Durchmesser und Abstand	Werkstück sicher spannen; Späne bei Stillstand entfernen
5	Entgraten	Freigegebenes Entgratwerkzeug	Kanten fühl- und sichtprüfen	Schnittschutz nach betrieblicher Vorgabe
6	Biegen	Abkantwerkzeug oder Kartonmodell	Winkel und Schenkellage	Quetschstellen vermeiden
7	Schraubverbindung montieren	Passendes Werkzeug	Sitz und Sicherung	Vorgaben zum Anziehmoment beachten
8	Endprüfung und Dokumentation	Messmittel, Prüfprotokoll	Alle Prüfmerkmale	Technische Daten sparsam speichern

4. Synthetisches Prüfprotokoll:

Merkmal	Messwert	Grenzwerte	Entscheidung
Länge	154,2 mm	153,9 bis 154,9 mm	Gut
Breite	50,1 mm	49,7 bis 50,3 mm	Gut
Biegewinkel	91°	89 bis 91°	Gut
Lochabstand	70,3 mm	69,8 bis 70,2 mm	Nicht gut
Gratfreiheit	leichter Grat an Bohrung 2	gratfrei	Nicht gut

Bewertung der Abweichung: Das Werkstück wird nicht freigegeben. Lochabstand und Gratfreiheit sind zu korrigieren, soweit eine fachlich zulässige Nacharbeit möglich ist. Danach wird erneut geprüft. Eine Messwertänderung ohne tatsächliche Nachprüfung ist unzulässig.

Arbeitsprodukt und fachliches Bewertungsraster

Arbeitsprodukt: Abzugeben sind eine bemaßte Skizze, die Berechnung der Prüfgrenzen und Biegezugabe, ein Arbeitsplan, ein ausgefülltes synthetisches Prüfprotokoll, eine begründete Gut-Ausschuss-Entscheidung sowie eine kurze Material- und Energiebetrachtung. Ein Foto darf nur das Werkstück zeigen und muss unnötige Metadaten sowie Personen vermeiden.

Kriterium	4 Punkte	3 Punkte	2 Punkte	1 oder 0 Punkte	Gewicht
Fachliche Planung	Vollständig, logisch und begründet	Weitgehend vollständig	Teilweise schlüssig	Wesentliche Schritte fehlen	20 %
Rechnen und Toleranzen	Alle Rechnungen korrekt mit Einheiten	Kleine, nicht folgenschwere Fehler	Mehrere Fehler, Ansatz erkennbar	Ansatz fehlt oder ist unbrauchbar	20 %
Fertigungs- und Prüfmittelauswahl	Passend und fachlich begründet	Passend mit kleinen Lücken	Teilweise passend	Ungeeignet oder unbegründet	20 %
Qualität und Dokumentation	Vollständig, nachvollziehbar, rückverfolgbar	Weitgehend nachvollziehbar	Lückenhaft	Entscheidung nicht belegt	20 %
Sicherheit, Umwelt und Datenschutz	Konkret in allen Schritten berücksichtigt	Überwiegend berücksichtigt	Nur allgemein genannt	Fehlend oder riskant	20 %

Die Gesamtbewertung entsteht aus den gewichteten Kriterien. Das Raster ist ein didaktisches Modell und keine amtliche Prüfungsfreigabe.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Prüfe dein Wissen

Was unterscheidet Messen vom Lehren? (Messen liefert einen Zahlenwert mit Einheit) (!Messen liefert nur eine Gut-Ausschuss-Aussage) (!Lehren liefert immer einen exakten Zahlenwert) (!Lehren ersetzt jede Funktionsprüfung)

Rückmeldung: Beim Messen entsteht ein Messwert; beim Lehren wird geprüft, ob ein Merkmal innerhalb vorgegebener Grenzen liegt.

Welche Grenzmaße gelten für 50,0 mm plus oder minus 0,3 mm? (49,7 mm bis 50,3 mm) (!49,3 mm bis 50,7 mm) (!49,97 mm bis 50,03 mm) (!50,0 mm bis 50,6 mm)

Rückmeldung: Unteres und oberes Abmaß werden jeweils vom Nennmaß abgezogen beziehungsweise addiert.

Welches Prüfmittel ist für einen kleinen Außendurchmesser mit enger Toleranz besonders geeignet? (Messschraube) (!Strichmaßstab) (!Winkellehre) (!Formschablone)

Rückmeldung: Die Messschraube bietet für kleine Außenmaße eine feine Auflösung und definierte Messflächen.

Welche Maßnahme hilft besonders gegen zufällige Messabweichungen? (Wiederholungsmessungen unter gleichen Bedingungen) (!Absichtliches Verstellen des Nullpunkts) (!Verwenden einer ungeprüften Lehre) (!Runden jedes Messwerts auf ganze Millimeter)

Rückmeldung: Wiederholungen machen Streuung sichtbar; systematische Ursachen müssen zusätzlich gezielt beseitigt werden.

Welche Aufgabe hat der Freiwinkel an einer Werkzeugschneide? (Er vermindert das Reiben der Freifläche am Werkstück) (!Er legt allein den Werkstoff fest) (!Er ersetzt die sichere Werkstückspannung) (!Er bestimmt die Länge des Messschiebers)

Rückmeldung: Der Freiwinkel schafft Abstand zwischen Freifläche und erzeugter Werkstückoberfläche.

Welches Verfahren gehört zum Spanen? (Bohren) (!Biegen) (!Stauchen) (!Kleben)

Rückmeldung: Beim Bohren wird Werkstoff in Form von Spänen abgetrennt.

Was kennzeichnet die neutrale Faser beim Biegen näherungsweise? (Ihre Länge ändert sich kaum) (!Sie liegt immer auf der Außenkante) (!Sie wird vollständig aufgeschmolzen) (!Sie bestimmt allein die Blechbreite)

Rückmeldung: Zwischen gedehntem Außenbereich und gestauchtem Innenbereich liegt die annähernd längenkonstante Zone.

Wodurch wird bei einer kraftschlüssigen Verbindung die Relativbewegung verhindert? (Durch Reibung infolge einer Anpresskraft) (!Durch vollständiges Aufschmelzen beider Teile) (!Durch eine reine Farbkennzeichnung) (!Durch einen größeren Messbereich)

Rückmeldung: Kraftschluss nutzt Reibung; Vorspannung kann die notwendige Anpresskraft erzeugen.

Welche Reihenfolge ist für den Modellfall fachlich sinnvoll? (Planen, fertigen, prüfen, dokumentieren) (!Fertigen, Zeichnung ändern, prüfen, planen) (!Prüfen, ohne zu messen freigeben, danach fertigen) (!Dokumentieren, Messwerte erfinden, anschließend planen)

Rückmeldung: Eine geprüfte Unterlage und Arbeitsplanung stehen vor der Fertigung; die Endprüfung belegt das Ergebnis.

Welche digitale Dokumentation ist datenschutzgerecht? (Nur erforderliche technische Messdaten ohne unnötige Personendaten) (!Private Telefonnummern aller Beteiligten) (!Fotos mit sichtbaren Ausweisen und Standortdaten) (!Ungeprüfte Messwerte unter fremdem Namen)

Rückmeldung: Technische Nachweise sollen nachvollziehbar sein, aber keine unnötigen personenbezogenen Informationen enthalten.

Memory

Messen	Bestimmen eines Zahlenwerts mit Einheit
Lehren	Gut-Ausschuss-Entscheidung ohne Zahlenwert
Messschieber	Außen-, Innen- und Tiefenmaße prüfen
Messuhr	Kleine Abweichungen vergleichend anzeigen
Biegeradius	Krümmungsmaß an einer Biegestelle
Stoffschluss	Verbindung durch stoffliche Bindung

Drag-and-drop

Ordne die passenden Begriffe zu.	Beschreibung
Systematische Abweichung	Verschiebt Messwerte wiederholt in dieselbe Richtung
Spanen	Trennt Werkstoff unter Bildung von Spänen
Biegeumformen	Ändert die Form durch Biegemoment
Kraftschluss	Überträgt Kräfte durch Reibung
Prüfplan	Legt Merkmal, Verfahren, Prüfmittel und Entscheidung fest

Kreuzworträtsel

Toleranz	Wie heißt die Differenz zwischen Höchstmaß und Mindestmaß?
Messschieber	Welches Prüfmittel misst Außen-, Innen- und Tiefenmaße?
Nonius	Welche Hilfsskala ermöglicht eine feinere Ablesung am analogen Messschieber?
Spanen	Wie heißt Trennen mit beabsichtigter Spanbildung?
Biegeradius	Wie heißt das Krümmungsmaß an der Biegestelle?
Reibung	Welche Wirkung ermöglicht einen Kraftschluss?

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Prüfmittel erkennen: Ordne Messschieber, Messschraube, Messuhr und Winkellehre jeweils einer geeigneten Prüfaufgabe zu und begründe jede Zuordnung in einem Satz.
Einheiten umrechnen: Rechne 0,245 m in Millimeter, 3750 µm in Millimeter und 2,4 N·m in N·mm um.
Toleranzband bestimmen: Berechne Mindestmaß, Höchstmaß und Toleranz für 80,0 mm ± 0,4 mm.
Sicherheitskarte erstellen: Gestalte eine kompakte Sicherheitskarte für eine sichere Bohrsimulation ohne reale Maschine und nenne zusätzlich drei Bedingungen für eine angeleitete Maschinenarbeit.

Standard

Prüfmittel auswählen: Wähle für fünf vorgegebene Merkmale des Modellwinkels geeignete Prüfmittel und begründe Messbereich, Auflösung und Einsatzbedingung.
Messreihe auswerten: Werte die synthetische Messreihe 49,9 mm, 50,0 mm, 50,1 mm, 50,0 mm und 50,5 mm aus und unterscheide Streuung, möglichen Ausreißer und Freigabeentscheidung.
Schneidengeometrie modellieren: Baue ein Papiermodell aus Span-, Keil- und Freiwinkel, beschrifte die Winkel und erkläre zwei Folgen einer ungeeigneten Geometrie.
Biegeabwicklung berechnen: Berechne mit α = 90°, r = 3 mm, s = 2 mm und k = 0,4 die Biegezugabe und die gestreckte Länge bei geraden Abschnitten von 35 mm und 90 mm.

Schwer

Verbindung bewerten: Vergleiche Schrauben, Kleben und Schweißen für eine schwingungsbeanspruchte Schutzabdeckung und entwickle eine begründete Entscheidungsmatrix.
Arbeitsplan entwickeln: Erstelle für den Modellwinkel einen vollständigen Arbeitsplan mit Fertigungsdaten, Prüfmerkmalen, Spannmitteln, Sicherheitsmaßnahmen und Entsorgungsweg.
Digitales Prüfprotokoll entwerfen: Entwickle eine datensparsame Tabellenstruktur für zehn Werkstücke mit Prüfmittelkennung, Grenzwerten, Messwerten, Entscheidung und begründeter Nacharbeit.
Fertigung optimieren: Überarbeite den Modellfall so, dass Materialeinsatz, Energie, Demontierbarkeit und Prüfbarkeit verbessert werden, ohne die Funktion zu verschlechtern.

Nachvollziehbare Lösungshinweise

Aufgabe	Lösungshinweis
Prüfmittel erkennen	Messschieber für Außen-, Innen- und Tiefenmaße; Messschraube für kleine präzise Außenmaße; Messuhr für Vergleichsabweichungen; Winkellehre für Winkelentscheidungen.
Einheiten umrechnen	245 mm; 3,75 mm; 2400 N·mm.
Toleranzband bestimmen	Mindestmaß 79,6 mm; Höchstmaß 80,4 mm; Toleranz 0,8 mm.
Sicherheitskarte erstellen	Simulation mit Papier oder CAD; reale Arbeit erst nach Unterweisung, wirksamer Schutzeinrichtung und sicherer Werkstückspannung.
Prüfmittel auswählen	Länge und Breite mit Messschieber, Winkel mit Winkelmesser, kleine Abweichung gegebenenfalls mit Messuhr, Grat visuell und taktil nach freigegebener Methode.
Messreihe auswerten	Vier Werte liegen nahe 50,0 mm; 50,5 mm ist auffällig und muss nachgeprüft werden. Eine Freigabe erfolgt nur anhand festgelegter Grenzwerte und bestätigter Messung.
Schneidengeometrie modellieren	Die drei Winkel werden an der Schneide gezeigt; zu kleiner Freiwinkel erhöht Reibung, ungeeigneter Keil- oder Spanwinkel kann Kraft, Verschleiß oder Schneidenbruch erhöhen.
Biegeabwicklung berechnen	Biegezugabe = 1,5708 · 3,8 mm ≈ 6,0 mm; gestreckte Länge ≈ 35 mm + 90 mm + 6,0 mm = 131,0 mm.
Verbindung bewerten	Schrauben sind demontierbar und prüfbar, benötigen Sicherung; Kleben erfordert Oberflächen- und Gefahrstoffkontrolle; Schweißen ist dauerhaft, aber nur qualifiziert auszuführen und schwer demontierbar.
Arbeitsplan entwickeln	Erwartet werden geordnete Schritte von Unterlagenprüfung bis Endprüfung, passende Mittel, Qualitätsmerkmale und konkrete Schutzmaßnahmen.
Digitales Prüfprotokoll entwerfen	Technische Werkstücknummer statt Personenname; Pflichtfelder für Soll, Grenzwerte, Ist, Prüfmittel, Zeit, Entscheidung und Abweichungsgrund.
Fertigung optimieren	Geeignete Toleranzen, verschachtelter Zuschnitt, lösbare Verbindung, gut zugängliche Prüfpunkte und dokumentierte Wiederverwertung verbessern die Lösung.

Lernkontrolle

Prüfstrategie begründen: Für ein Werkstück mit enger Längentoleranz, Winkelanforderung und Oberflächenforderung ist eine vollständige Prüfstrategie mit Reihenfolge und Auswahlgründen zu entwickeln.
Fehleranalyse durchführen: Ein Messschieber zeigt an einem Prüfkörper stets 0,2 mm zu viel; erläutere Fehlerart, Nachweis und geeignete Maßnahmen.
Verfahren vergleichen: Vergleiche Sägen, Schneiden und Bohren hinsichtlich Wirkprinzip, Spanbildung, typischer Kräfte, Qualität und Arbeitsschutz.
Umformrechnung übertragen: Erkläre, warum eine Biegezugabe aus einem anderen Werkstoff oder Werkzeug nicht ungeprüft übernommen werden darf, und nenne erforderliche Daten.
Verbindung auslegen: Entscheide für eine häufig zu öffnende, vibrierende Abdeckung zwischen Schraub-, Klebe- und Schweißverbindung und begründe Sicherung und Prüfplan.
Modellfall beurteilen: Bewerte das synthetische Prüfprotokoll des Haltewinkels, entscheide über Nacharbeit oder Ausschuss und formuliere einen nachvollziehbaren Freigabevermerk.

Lernnachweis

Ein überzeugender Lernnachweis zeigt:

Bereich	Nachweis
Wissen	Begriffe Prüfen, Messen, Lehren, Toleranz, Spanen, Umformen und Fügen fachlich korrekt erklären
Rechnen	Einheiten, Grenzmaße, Toleranzen, Kräfte, Drehmomente, Arbeiten und Biegeabwicklungen nachvollziehbar berechnen
Handeln	Prüfmittel, Fertigungsverfahren und Verbindungen passend auswählen und sicher begründen
Qualität	Prüfplan und synthetisches Prüfprotokoll mit Gut-Ausschuss-Entscheidung erstellen
Arbeitsprodukt	Bemaßte Skizze, Arbeitsplan, Modell oder Simulation sowie Bewertungsraster vollständig bearbeiten
Transfer	Sicherheit, Umwelt, Nachhaltigkeit, Digitalisierung und Datenschutz auf eine neue Fertigungsaufgabe übertragen

Der Lernnachweis ersetzt keine betriebliche Unterweisung, Maschinenberechtigung oder amtliche Prüfung.

OER und Wikipedia

Fach- und Rechtsquellen:

KMK-Rahmenlehrplan Aufbereitungsmechaniker – Lerngebiet 1.2 als fachlicher Ausgangspunkt.
BIBB-Berufsprofil Aufbereitungsmechaniker – aktuelle Berufsstruktur, Ausbildungsdauer und Fachrichtungen.
Aufbereitungsmechaniker-Ausbildungsverordnung – geltende Ausbildungsordnung mit Inkrafttreten am 1. August 2004.
BERUFENET Aufbereitungsmechaniker Naturstein – Berufsbild und typische Tätigkeiten.

Bildquellen und Rechte:

Eingebundene Datei	Quelle	Urheber	Lizenz
File:Vernier caliper.svg	Commons-Dateiseite	Joaquim Alves Gaspar, bearbeitet von ed g2s	CC BY-SA 3.0, CC BY 2.5 und GFDL gemäß Dateiseite
File:Micrometer screw gauge.jpg	Commons-Dateiseite	Stephanie cheks	CC BY-SA 4.0
File:Rauigkeit.png	Commons-Dateiseite	Barbarossa	CC BY-SA 3.0 und GFDL gemäß Dateiseite
File:Winkel in der Werkzeug-Orthogonalebene.png	Commons-Dateiseite	Der-Wir-Ing	CC BY-SA 4.0
File:Sheetmetal Sketch 02 pseudo neutral.svg	Commons-Dateiseite	Dr.ai.Miles	CC BY-SA 3.0
File:Bolted joint.svg	Commons-Dateiseite	Yuri Raysper	Gemeinfrei gemäß Dateiseite
File:SchraubeKräfte.jpg	Commons-Dateiseite	Dr.-Ing. S. Wetzel	CC BY-SA 3.0 DE, CC BY-SA 3.0 und GFDL gemäß Dateiseite

Videos:

Video	Kanal	Didaktischer Einsatz
Messen mit Messschiebern – häufige Fehler	DICTUM GmbH	Messmethoden, Nonius, Anwendungs- und Ablesefehler
Bohren – Video von und für Industriemechaniker-Auszubildende	Oberklassenlehrer	Grundlagen, Werkzeuge, Schnittgeschwindigkeit und Arbeitsplanung

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Verknüpfte Lernbereiche

Fertigungs- und Prüftechnik

Der Kurs verknüpft Mathematik mit Einheiten, Formeln und Toleranzen, Physik mit Kräften, Reibung und Arbeit, Technische Kommunikation mit Zeichnung und Prüfprotokoll, Werkstofftechnik mit elastischem und plastischem Verhalten sowie Digitalisierung mit Messdatenerfassung, Rückverfolgbarkeit und Datenschutz. Berufsbezogene Anschlüsse bestehen zu Maschinen- und Gerätetechnik, Instandhaltung und Aufbereitungstechnik.