T9 G - Werkstoffe fachgerecht auswählen
T9 G - Werkstoffe fachgerecht auswählen
T9 G - Werkstoffe fachgerecht auswählen
Zielgruppe: Klasse 9, Technik, G-Niveau, Baden-Württemberg
Kernidee: Ein Werkstoff wird nicht gewählt, weil er „gut“ ist. Er wird gewählt, weil seine Eigenschaften zu den Anforderungen eines Bauteils passen.
Prüfungssatz: „Ich wähle Werkstoff X, weil er Eigenschaft 1 und Eigenschaft 2 besitzt.“
Bildauftrag – beobachten: Schau Dir den zerlegten Kugelschreiber genau an. Markiere gedanklich mindestens drei Bauteile. Vermute für jedes Bauteil einen Werkstoff. Begründe: Warum besteht nicht alles aus demselben Werkstoff?
Einleitung
Technische Produkte bestehen oft aus mehreren Bauteilen. Jedes Bauteil hat eine andere Aufgabe.
Beim Fahrrad muss zum Beispiel die Kette Kräfte übertragen. Der Reifen soll sich verformen und gut auf der Straße haften. Der Rahmen soll stabil sein, aber nicht unnötig schwer.
Darum braucht ein Produkt oft mehrere Werkstoffe.
Bildauftrag – markieren und vergleichen: Suche am Fahrrad Rahmen, Kette, Reifen, Sattel und Bremshebel. Notiere zu drei Bauteilen je eine wichtige Werkstoffeigenschaft.
Lernziele
Du kannst nach diesem aiMOOC:
- Werkstoffe anhand wichtiger Eigenschaften vergleichen.
- die Fachbegriffe Festigkeit, Härte, Elastizität, Dichte, Korrosionsbeständigkeit, Bearbeitbarkeit und Kosten erklären.
- für eine einfache technische Anforderung einen passenden Werkstoff auswählen.
- erklären, warum verschiedene Bauteile desselben Produkts verschiedene Werkstoffe benötigen.
- eine Werkstoffauswahl mit mindestens zwei Eigenschaften fachlich begründen.
- einfache Medien und Werkstoffproben beobachten, vergleichen, messen und Fehler in Begründungen finden.
Sicherheitsregel für alle Praxisaufgaben
Praxis nur nach schulischer Unterweisung, mit Aufsicht und der vorgeschriebenen Schutzausrüstung.
- Benutze Werkzeuge und Maschinen nur, wenn die Lehrkraft sie freigegeben und erklärt hat.
- Nutze keine gefährlichen Maschinen selbstständig.
- Arbeite nicht an Netzspannung.
- Elektrische Versuche dürfen nur mit freigegebenen Schulkomponenten und sicherer Kleinspannung durchgeführt werden.
- Werkstoffprüfungen dürfen nur mit von der Lehrkraft bereitgestellten Proben und Prüfmitteln erfolgen.
- Bei Bruch-, Splitter- oder Spanrisiko gilt die von der Lehrkraft festgelegte Schutzausrüstung.
Der wichtigste Denkweg
Für eine gute Werkstoffauswahl gehst Du immer in fünf Schritten vor.
| Schritt | Frage | Beispiel |
|---|---|---|
| 1. Bauteil erkennen | Was soll das Bauteil tun? | Eine Halterung trägt eine Last. |
| 2. Anforderungen nennen | Welche Eigenschaften sind nötig? | Hohe Festigkeit, niedrige Kosten. |
| 3. Werkstoffe vergleichen | Welcher Werkstoff erfüllt die Anforderungen? | Stahl, Aluminium, Kunststoff vergleichen. |
| 4. Werkstoff auswählen | Welcher Werkstoff passt am besten zur Aufgabe? | Stahl. |
| 5. Mit zwei Eigenschaften begründen | Warum? | Stahl ist fest und vergleichsweise kostengünstig. |
Merksatz: Bauteil → Anforderungen → Eigenschaften → Werkstoff → Begründung
Die sieben Fachbegriffe
Festigkeit
Festigkeit beschreibt, wie gut ein Werkstoff eine Belastung aushält, ohne dauerhaft verformt zu werden oder zu brechen.
Einfach gesagt: Wie viel Belastung hält der Werkstoff aus?
Bildauftrag – beobachten: Die Aluminiumprobe wurde im Zugversuch belastet. Suche die Stelle, an der sich die Probe vor dem Bruch verengt hat. Das zeigt: Werkstoffprüfungen machen Eigenschaften messbar.
Härte
Härte beschreibt den Widerstand eines Werkstoffs gegen Eindringen, Kratzen oder Verschleiß.
Einfach gesagt: Wie gut widersteht die Oberfläche einem härteren Gegenstand?
Wichtig: Härte und Festigkeit sind nicht dasselbe. Ein Werkstoff kann hart sein, ohne für jede Belastung besonders fest zu sein.
Elastizität
Elastizität bedeutet: Ein Werkstoff verformt sich unter Belastung und kehrt nach dem Entlasten möglichst in seine ursprüngliche Form zurück.
Einfach gesagt: Kommt der Werkstoff wieder zurück?
Bildauftrag – simulieren: Zeichne die Feder einmal unbelastet und einmal gedehnt. Markiere mit Pfeilen die Belastungsrichtung. Erkläre, warum für eine Feder Elastizität wichtig ist.
Dichte
Dichte sagt, wie viel Masse in einem bestimmten Volumen steckt.
Einfach gesagt: Bei gleichem Volumen ist ein Werkstoff mit hoher Dichte schwerer.
Für einfache Vergleiche gilt:
Dichte = Masse geteilt durch Volumen
| Werkstoff | typische Dichte ungefähr | Bedeutung für gleiche Bauteilgröße |
|---|---|---|
| Fichtenholz | etwa 0,4 bis 0,5 g/cm³ | leicht |
| Polyethylen | etwa 0,9 bis 1,0 g/cm³ | leicht |
| Aluminium | etwa 2,7 g/cm³ | deutlich leichter als Stahl |
| Stahl | etwa 7,8 g/cm³ | vergleichsweise schwer |
Hinweis: Dichtewerte können je nach genauer Werkstoffsorte schwanken.
Videoauftrag – messen und prüfen: Stoppe das Video vor einem Rechenschritt. Notiere Masse und Volumen. Berechne selbst die Dichte. Vergleiche danach mit dem Lösungsweg.
Korrosionsbeständigkeit
Korrosionsbeständigkeit beschreibt, wie gut ein Werkstoff schädigenden Reaktionen mit seiner Umgebung widersteht.
Bei ungeschütztem Stahl kann Feuchtigkeit zusammen mit Sauerstoff zu Rost führen.
Bildauftrag – Fehler finden: Eine Person sagt: „Metall rostet immer.“ Erkläre den Fehler. Nicht jedes Metall verhält sich gleich. Auch Beschichtungen und Legierungen verändern die Korrosionsbeständigkeit.
Videoauftrag – beobachten: Notiere zwei Bedingungen, die Korrosion von Eisen fördern können, und eine Möglichkeit des Korrosionsschutzes.
Bearbeitbarkeit
Bearbeitbarkeit bedeutet, wie gut ein Werkstoff mit einem passenden Verfahren geformt, getrennt, gebohrt, gefeilt oder anders bearbeitet werden kann.
Einfach gesagt: Wie gut lässt sich der Werkstoff fachgerecht bearbeiten?
Wichtig: Eine gute Bearbeitbarkeit hängt auch vom Werkzeug, vom Fertigungsverfahren und von der genauen Werkstoffsorte ab.
Kosten
Kosten sind mehr als nur der Preis pro Kilogramm.
Bei einer einfachen Werkstoffauswahl können wichtig sein:
- Materialkosten
- Bearbeitungskosten
- Schutz- oder Beschichtungskosten
- mögliche Wartungs- und Austauschkosten
Prüfungstipp: Schreibe nicht nur „billig“. Schreibe genauer: „vergleichsweise geringe Materialkosten“ oder „geringer Bearbeitungsaufwand“.
Werkstoffe vergleichen
Die folgenden Tabellen sind vereinfachte Orientierungstabellen für den Unterricht. Genaue Eigenschaften hängen immer von der Werkstoffsorte, der Form und der Verarbeitung ab.
Legende: ++ sehr günstig für die Eigenschaft, + günstig, o mittel, − eher ungünstig
Stahl
| Eigenschaft | vereinfachte Einordnung | kurze Erklärung |
|---|---|---|
| Festigkeit | ++ | viele Stähle können hohe Belastungen tragen |
| Härte | + bis ++ | je nach Stahlsorte und Wärmebehandlung |
| Elastizität | + | kann sich im elastischen Bereich zurückformen; Federstahl ist dafür besonders geeignet |
| Dichte | − | etwa 7,8 g/cm³, also relativ schwer |
| Korrosionsbeständigkeit | − bis ++ | unlegierter Stahl kann rosten; Edelstahl kann deutlich beständiger sein |
| Bearbeitbarkeit | o bis + | gut möglich, aber passende Werkzeuge und Verfahren nötig |
| Kosten | + bis o | viele Baustähle vergleichsweise günstig; spezielle Stähle teurer |
Typische Bauteile: Schrauben, Halterungen, Wellen, Ketten, Werkzeuge, Federn.
Bildauftrag – vergleichen: Warum braucht eine Fahrradkette eine hohe Festigkeit? Welche zweite Eigenschaft könnte für die Lebensdauer wichtig sein?
Aluminium
| Eigenschaft | vereinfachte Einordnung | kurze Erklärung |
|---|---|---|
| Festigkeit | + | Legierungen können für viele leichte Bauteile ausreichend fest sein |
| Härte | o | meist weicher als viele Stähle |
| Elastizität | o | verformt sich unter gleicher Geometrie leichter als Stahl |
| Dichte | ++ | etwa 2,7 g/cm³, deutlich leichter als Stahl |
| Korrosionsbeständigkeit | + | schützende Oxidschicht verbessert die Beständigkeit |
| Bearbeitbarkeit | + | viele Aluminiumlegierungen lassen sich gut bearbeiten |
| Kosten | o | meist teurer als einfacher Baustahl |
Typische Bauteile: leichte Profile, Gehäuse, Bleche, Fahrradteile.
Bildauftrag – untersuchen: Ein Bremshebel muss Kräfte übertragen und soll leicht sein. Nenne zwei Eigenschaften, die bei der Werkstoffauswahl wichtig sein können.
Holz
| Eigenschaft | vereinfachte Einordnung | kurze Erklärung |
|---|---|---|
| Festigkeit | o bis + | stark abhängig von Holzart und Faserrichtung |
| Härte | − bis + | Weichholz und Hartholz unterscheiden sich deutlich |
| Elastizität | o bis + | dünne Holzbauteile können sich elastisch biegen |
| Dichte | + | viele Holzarten sind deutlich leichter als Stahl |
| Korrosionsbeständigkeit | nicht zutreffend wie bei Metall | Holz rostet nicht, kann aber durch Feuchtigkeit geschädigt werden |
| Bearbeitbarkeit | ++ | mit passenden Handwerkzeugen oft gut bearbeitbar |
| Kosten | + bis o | abhängig von Holzart, Qualität und Herkunft |
Typische Bauteile: Griffe, Möbelteile, Leisten, Gehäuse, Konstruktionsteile.
Bildauftrag – Bauteile zuordnen: Hammerkopf und Griff haben verschiedene Aufgaben. Begründe mit zwei Eigenschaften, warum Kopf und Griff nicht aus demselben Werkstoff bestehen müssen.
Kunststoffe
Kunststoff ist keine einzelne Werkstoffsorte. Kunststoffe können sehr unterschiedliche Eigenschaften besitzen.
| Beispiel | Festigkeit | Härte | Elastizität | Dichte | Korrosionsbeständigkeit | Bearbeitbarkeit | Kosten |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Polyethylen PE | o | − | + | sehr niedrig | ++ | + | + |
| ABS | + | o | o | niedrig | ++ | + | + |
Typische Bauteile: Gehäuse, Griffe, Abdeckungen, Behälter, Abstandhalter.
Bildauftrag – beobachten und bewerten: Welche Eigenschaften machen Kunststoff für einen Stuhl interessant? Nenne zwei Vorteile. Nenne auch eine mögliche Grenze.
Ein Produkt – mehrere Werkstoffe
Beispiel Fahrrad
| Bauteil | mögliche Werkstoffe | wichtige Eigenschaften |
|---|---|---|
| Rahmen | Aluminium oder Stahl | Festigkeit, Dichte, Korrosionsbeständigkeit |
| Kette | Stahl | Festigkeit, Härte, Verschleißbeständigkeit |
| Reifen | Gummiwerkstoffe | Elastizität, Haftung, Verschleißbeständigkeit |
| Bremshebel | Aluminium, Stahl oder Kunststoff je nach Bauart | Festigkeit, Dichte, Bearbeitbarkeit |
| Schutzblech | Kunststoff oder Metall | Korrosionsbeständigkeit, Dichte, Kosten |
Merksatz: Das Produkt hat eine Gesamtfunktion. Aber jedes Bauteil hat eigene Anforderungen.
Beispiel Kugelschreiber
| Bauteil | mögliche Anforderung | passender Werkstofftyp |
|---|---|---|
| Feder | elastisch und dauerhaft | Federstahl |
| Gehäuse | leicht, formbar, günstig | Kunststoff |
| Spitze | hart und verschleißfest | Metall |
| Griffzone | angenehm und rutschhemmend | weicher Kunststoff oder Elastomer |
Medienauftrag – Fehler finden: Jemand schlägt für alle vier Bauteile denselben Werkstoff vor. Erkläre, warum diese Entscheidung technisch ungünstig sein kann.
Werkstoffauswahl mit einer Entscheidungsmatrix
Eine Entscheidungsmatrix hilft, Anforderungen systematisch zu vergleichen.
Beispiel: Eine einfache Halterung für den Innenraum soll fest, günstig und leicht zu bearbeiten sein. Niedrige Dichte ist nur mittel wichtig.
| Werkstoff | Festigkeit | Bearbeitbarkeit | Kosten | Dichte | Ergebnis |
|---|---|---|---|---|---|
| Stahl | sehr gut | mittel | gut | ungünstig | passend, wenn Gewicht nicht entscheidend ist |
| Aluminium | gut | gut | mittel | sehr gut | passend, wenn geringes Gewicht wichtig wird |
| PE-Kunststoff | eher gering | gut | gut | sehr gut | für stark belastete Halterung meist ungeeignet |
| Holz | mittel | sehr gut | gut | gut | je nach Form und Belastung möglich |
Wichtig: Es gibt nicht immer nur eine einzig mögliche Lösung. Entscheidend ist, ob Deine Wahl zu den vorgegebenen Anforderungen passt und fachlich begründet ist.
Prüfungsstrategie
Aufgabe lesen
Markiere zuerst Wörter wie:
- hohe Belastung
- geringes Gewicht
- feuchte Umgebung
- niedrige Kosten
- leicht zu bearbeiten
- elastisch
- verschleißfest
Anforderungen in Eigenschaften übersetzen
| Anforderung | passende Eigenschaft |
|---|---|
| soll hohe Kräfte tragen | hohe Festigkeit |
| Oberfläche soll wenig verkratzen | hohe Härte |
| soll nach Verformung zurückfedern | hohe Elastizität |
| soll leicht sein | niedrige Dichte |
| Einsatz draußen oder feucht | hohe Korrosionsbeständigkeit |
| einfache Herstellung | gute Bearbeitbarkeit |
| preisgünstiges Produkt | niedrige Kosten |
Begründungssatz bauen
Schwach: „Ich nehme Stahl, weil Stahl gut ist.“
Besser: „Ich wähle Stahl, weil er eine hohe Festigkeit besitzt und vergleichsweise geringe Materialkosten haben kann.“
Prüfungsnah: „Für die stark belastete Innenraumhalterung wähle ich Stahl. Er besitzt eine hohe Festigkeit und ist als einfacher Baustahl vergleichsweise kostengünstig.“
Werkstoffe sicher untersuchen
Die folgenden Untersuchungen werden nur nach Freigabe durch die Lehrkraft durchgeführt.
| Untersuchung | Was wird geprüft? | sichere Durchführung im Unterricht |
|---|---|---|
| Sichtprüfung | Oberfläche, Farbe, Korrosionsspuren | vorbereitete Proben ansehen und vergleichen |
| Wiegen und Messen | Dichte | Schulwaage und vorgegebene Proben nutzen |
| Biegevergleich | elastisches Verhalten | nur freigegebene dünne Proben nach Anweisung |
| Oberflächenvergleich | relative Härte | nur mit vorgesehenem schulischem Prüfmittel |
| Bearbeitungsprobe | Bearbeitbarkeit | nur nach Unterweisung und mit freigegebenem Werkzeug |
Keine eigenständigen Belastungs-, Bruch-, Hitze-, Maschinen- oder Netzspannungsversuche.
Mini-Messauftrag Dichte
Die Lehrkraft stellt zwei gleich große Proben bereit.
- Beobachte: Welche Probe wirkt schwerer?
- Wiege beide Proben.
- Miss das Volumen nach der vorgegebenen Methode.
- Berechne die Dichte.
- Vergleiche Deine Vermutung mit dem Messwert.
- Erkläre: Welche Probe wäre für ein besonders leichtes Bauteil eher interessant?
Interaktive Entscheidungskarten
Ziehe den passenden Werkstoff zur jeweiligen technischen Anforderung. Danach erhältst Du eine direkte Rückmeldung.
| Entscheidungskarte | passende Werkstoffwahl |
|---|---|
| Feder: hohe Elastizität und hohe Festigkeit | Federstahl |
| leichte, korrosionsbeständige Abdeckung | Kunststoff |
| stark belastete, kostengünstige Innenraumhalterung | Baustahl |
| leichter Metallwinkel für feuchte Umgebung | Aluminium |
| gut von Hand bearbeitbarer Griff | Holz |
Hilfe anzeigen
Gehe immer in dieser Reihenfolge vor: Funktion des Bauteils → zwei wichtigste Anforderungen → passende Eigenschaften → Werkstoff.
Entscheidungskarte: zwei Eigenschaften begründen
| Bauteil | passende Begründung |
|---|---|
| Schraubendreherklinge | hohe Festigkeit und hohe Härte |
| Fahrradschutzblech aus Kunststoff | geringe Dichte und hohe Korrosionsbeständigkeit |
| Feder | hohe Elastizität und hohe Festigkeit |
| Aluminiumprofil | geringe Dichte und gute Korrosionsbeständigkeit |
| Holzgriff | gute Bearbeitbarkeit und geringe Dichte |
Fehlerwerkstatt
Finde den Fehler und verbessere die Aussage.
| Aussage | Fehler | Verbesserung |
|---|---|---|
| „Der härteste Werkstoff ist immer der beste.“ | Härte ist nur eine Eigenschaft. | Anforderungen des Bauteils entscheiden. |
| „Aluminium ist immer besser als Stahl, weil es leichter ist.“ | Dichte allein reicht nicht. | Auch Festigkeit, Kosten, Bearbeitung und Einsatzumgebung prüfen. |
| „Kunststoff kann nicht fest sein.“ | Kunststoffe haben sehr unterschiedliche Eigenschaften. | Die genaue Kunststoffsorte muss betrachtet werden. |
| „Holz korrodiert wie Stahl.“ | Korrosion von Metallen und Feuchteschäden bei Holz sind nicht gleich. | Holz kann durch Feuchtigkeit geschädigt werden, rostet aber nicht. |
| „Ein Produkt braucht nur einen Werkstoff.“ | Bauteile haben unterschiedliche Aufgaben. | Verschiedene Bauteile können unterschiedliche Werkstoffe benötigen. |
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Welche Eigenschaft beschreibt den Widerstand gegen hohe Belastung? (Festigkeit) (!Dichte) (!Kosten) (!Korrosionsbeständigkeit)
Welche Eigenschaft beschreibt den Widerstand einer Oberfläche gegen Kratzen oder Eindringen? (Härte) (!Dichte) (!Kosten) (!Elastizität)
Welche Eigenschaft ist für eine Feder besonders wichtig? (Elastizität) (!Dichte) (!Korrosion) (!Farbe)
Was bedeutet eine niedrige Dichte bei gleicher Bauteilgröße? (Das Bauteil ist vergleichsweise leicht) (!Das Bauteil ist automatisch härter) (!Das Bauteil ist automatisch billiger) (!Das Bauteil rostet nicht)
Welche Eigenschaft ist bei einem Bauteil im feuchten Außenbereich besonders wichtig? (Korrosionsbeständigkeit) (!Farbe) (!Länge) (!Glanz)
Was beschreibt die Bearbeitbarkeit? (Wie gut ein Werkstoff mit passenden Verfahren bearbeitet werden kann) (!Wie schwer ein Werkstoff ist) (!Wie viel ein Produkt kostet) (!Wie stark ein Werkstoff glänzt)
Warum bestehen Fahrradreifen und Fahrradkette aus unterschiedlichen Werkstoffen? (Die Bauteile haben unterschiedliche Anforderungen) (!Ein Fahrrad darf nur zwei Werkstoffe enthalten) (!Metall ist immer billiger als Gummi) (!Kunststoff ist immer härter als Stahl)
Welche Begründung ist prüfungsnah? (Ich wähle Aluminium wegen der niedrigen Dichte und der guten Korrosionsbeständigkeit) (!Ich wähle Aluminium weil es gut ist) (!Ich wähle Aluminium weil es schön aussieht) (!Ich wähle Aluminium weil ich es kenne)
Welcher Werkstoff ist für eine stark belastete und kostengünstige Innenraumhalterung oft geeignet? (Baustahl) (!weiches Gummi) (!Papier) (!Schaumstoff)
Was solltest Du vor der Werkstoffwahl zuerst klären? (Die Anforderungen des Bauteils) (!Die Lieblingsfarbe) (!Den Namen des Herstellers) (!Die Verpackungsgröße)
Memory
| Festigkeit | Widerstand gegen hohe Belastung |
| Härte | Widerstand gegen Eindringen und Kratzen |
| Elastizität | Rückkehr in die Ausgangsform |
| Dichte | Masse bezogen auf Volumen |
| Korrosionsbeständigkeit | Widerstand gegen schädigende Umgebungsreaktionen |
| Bearbeitbarkeit | Eignung für Fertigungsverfahren |
| Kosten | wirtschaftlicher Aufwand |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Thema |
|---|---|
| Festigkeit | stark belastete Halterung |
| Härte | verschleißbeanspruchte Oberfläche |
| Elastizität | Feder |
| Korrosionsbeständigkeit | Außenbauteil |
| Dichte | Leichtbau |
Kreuzworträtsel
| Festigkeit | Welche Eigenschaft ist wichtig, wenn ein Bauteil hohe Kräfte tragen soll? |
| Haerte | Welche Eigenschaft beschreibt Widerstand gegen Kratzen und Eindringen? |
| Elastizitaet | Welche Eigenschaft braucht eine Feder zum Zurückformen? |
| Dichte | Welche Eigenschaft verbindet Masse und Volumen? |
| Korrosion | Wie heißt die schädigende Reaktion eines Metalls mit seiner Umgebung? |
| Aluminium | Welches leichte Metall wird häufig für Profile und leichte Bauteile eingesetzt? |
LearningApps
Lückentext
Prüfungsnahe Aufgaben
Aufgabe 1: Halterung
Eine Halterung im Innenraum trägt eine hohe Last. Das Gewicht ist wenig wichtig. Die Kosten sollen niedrig bleiben.
Auftrag: Wähle zwischen Baustahl, Aluminium und PE-Kunststoff. Begründe mit zwei Eigenschaften.
Lösungsweg anzeigen
Baustahl ist eine passende Wahl. Begründung: hohe Festigkeit und vergleichsweise geringe Materialkosten. Die hohe Dichte ist hier weniger wichtig, weil geringes Gewicht keine Hauptanforderung ist.
Aufgabe 2: Außenabdeckung
Eine kleine Abdeckung wird draußen verwendet. Sie soll leicht sein und darf nicht rosten.
Auftrag: Entscheide Dich für Aluminium oder einfachen unbeschichteten Baustahl. Begründe mit zwei Eigenschaften.
Lösungsweg anzeigen
Aluminium passt gut, weil es eine niedrige Dichte und eine gute Korrosionsbeständigkeit besitzt.
Aufgabe 3: Feder
Ein Bauteil wird immer wieder leicht zusammengedrückt und soll danach in seine Ausgangsform zurückkehren. Es muss viele Belastungen aushalten.
Auftrag: Nenne einen passenden Werkstofftyp und begründe mit zwei Eigenschaften.
Lösungsweg anzeigen
Federstahl ist passend, weil hohe Elastizität im vorgesehenen Belastungsbereich und hohe Festigkeit wichtig sind.
Aufgabe 4: Produktanalyse Fahrrad
Wähle drei Bauteile eines Fahrrads. Nenne für jedes Bauteil eine wichtige Anforderung und eine passende Werkstoffgruppe.
Zusatz: Erkläre an einem Beispiel, warum verschiedene Bauteile desselben Produkts unterschiedliche Werkstoffe brauchen.
Selbstkontrolle vor der Abgabe
| Prüffrage | Ja | Noch verbessern |
|---|---|---|
| Habe ich das Bauteil genannt? | □ | □ |
| Habe ich die wichtigsten Anforderungen erkannt? | □ | □ |
| Habe ich einen konkreten Werkstoff oder eine sinnvolle Werkstoffgruppe gewählt? | □ | □ |
| Habe ich zwei passende Eigenschaften genannt? | □ | □ |
| Habe ich nicht nur „gut“, „stabil“ oder „billig“ geschrieben? | □ | □ |
| Passt meine Begründung wirklich zur Aufgabenstellung? | □ | □ |
Offene Aufgaben
Leicht
- Werkstoffdetektiv: Suche zu Hause oder im Klassenraum fünf ungefährliche Alltagsprodukte. Notiere Produkt, Bauteil, vermuteten Werkstoff und eine passende Eigenschaft.
- Bildanalyse: Wähle ein Bild aus diesem aiMOOC. Markiere auf einem Ausdruck oder Screenshot drei Bauteile und beschrifte ihre vermuteten Werkstoffe.
- Fachbegriffe: Erstelle sieben Lernkarten zu Festigkeit, Härte, Elastizität, Dichte, Korrosionsbeständigkeit, Bearbeitbarkeit und Kosten.
- Fehler finden: Formuliere drei falsche Werkstoffbegründungen und verbessere sie anschließend fachlich.
Standard
- Werkstoffvergleich: Vergleiche Stahl, Aluminium, Holz und Kunststoff für eine kleine Halterung. Nutze mindestens vier Eigenschaften.
- Produktanalyse: Zerlege kein Gerät selbst. Nutze stattdessen ein freigegebenes Produktbild und erstelle eine Bauteil-Werkstoff-Tabelle.
- Messprojekt Dichte: Bestimme unter Anleitung die Dichte von zwei bereitgestellten Werkstoffproben und bewerte, welcher Werkstoff für Leichtbau günstiger ist.
- Entscheidungsmatrix: Entwickle eine Entscheidungsmatrix für ein kleines Gehäuse. Lege vier Kriterien fest und begründe Deine Auswahl.
Schwer
- Werkstoffberatung: Entwickle für ein Fahrrad drei Werkstoffentscheidungen. Begründe jede Entscheidung mit mindestens zwei Eigenschaften und nenne einen möglichen Nachteil.
- Zielkonflikt: Vergleiche Stahl und Aluminium für dasselbe Bauteil. Erkläre den Zielkonflikt zwischen Festigkeit, Dichte, Kosten und Korrosionsbeständigkeit.
- Medienprüfung: Suche ein frei lizenziertes Produktbild auf Wikimedia Commons. Analysiere fünf Bauteile und formuliere zu jedem eine technisch begründete Werkstoffvermutung.
- Prüfungsaufgabe erstellen: Entwirf selbst eine prüfungsnahe Werkstoffauswahl-Aufgabe mit drei Werkstoffen, klaren Anforderungen, Hilfekarte und Musterlösung.
|
|
Lernkontrolle
- Werkstoffwahl begründen: Für einen leichten Außenwinkel stehen Baustahl, Aluminium und PE zur Wahl. Entscheide Dich und begründe mit zwei passenden Eigenschaften. Erkläre zusätzlich einen Nachteil Deiner Wahl.
- Zielkonflikt erkennen: Ein Bauteil soll gleichzeitig sehr fest, sehr leicht und sehr günstig sein. Erkläre, warum diese Anforderungen zu einem Zielkonflikt führen können.
- Produkt zerlegen im Kopf: Wähle ein Alltagsprodukt mit mindestens vier Bauteilen. Erkläre, warum mindestens zwei verschiedene Werkstoffe sinnvoll sein können.
- Fehleranalyse: Beurteile die Aussage „Für alle belasteten Teile ist Stahl automatisch die beste Wahl.“ Formuliere eine fachlich bessere Regel.
- Eigenschaften übertragen: Ein neues Bauteil soll draußen eingesetzt werden und regelmäßig bewegt werden. Leite daraus mindestens drei wichtige Werkstoffeigenschaften ab.
- Entscheidungsmatrix anwenden: Erstelle für eine kleine Schutzabdeckung eine Matrix mit Festigkeit, Dichte, Korrosionsbeständigkeit, Bearbeitbarkeit und Kosten. Begründe Deine Entscheidung.
- Prüfungsantwort verbessern: Überarbeite den Satz „Ich nehme Aluminium, weil es leicht und gut ist“ zu einer präzisen technischen Begründung.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig:
- Du erklärst Festigkeit, Härte, Elastizität, Dichte, Korrosionsbeständigkeit, Bearbeitbarkeit und Kosten mit eigenen Worten.
- Du erkennst aus einer technischen Aufgabe die wichtigsten Anforderungen an ein Bauteil.
- Du vergleichst mindestens zwei Werkstoffe anhand passender Eigenschaften.
- Du triffst eine nachvollziehbare Werkstoffauswahl.
- Du begründest Deine Wahl mit mindestens zwei fachlich passenden Eigenschaften.
- Du kannst erklären, warum mehrere Bauteile eines Produkts unterschiedliche Werkstoffe benötigen.
- Du erkennst einfache Zielkonflikte, zum Beispiel zwischen geringem Gewicht, hoher Festigkeit und niedrigen Kosten.
- Du hältst bei praktischen Untersuchungen die schulischen Sicherheitsregeln ein.
OERs zum Thema
Weitere frei nutzbare Medien im aiMOOC: Die eingebundenen Produkt- und Werkstoffbilder stammen aus Wikimedia Commons. Lizenz und Urheberangaben können jeweils über die Dateibeschreibungsseite geprüft werden.
Bildungsplanbezug: Technik in der Sekundarstufe I in Baden-Württemberg, Schwerpunkt Produktentwicklung und Produktion sowie begründete Auswahl und Beurteilung von Werkstoffen.