Die Druckversion wird nicht mehr unterstützt und kann Darstellungsfehler aufweisen. Bitte aktualisiere deine Browser-Lesezeichen und verwende stattdessen die Standard-Druckfunktion des Browsers.

T9 M - Werkstoffwahl technisch begründen

Einleitung

T9 M - Werkstoffwahl technisch begründen zeigt Dir, wie technische Werkstoffe passend zu einem Bauteil ausgewählt werden. Du vergleichst nicht nur „Stahl oder Aluminium?“, sondern begründest Deine Entscheidung mit klaren Kriterien.

Im Mittelpunkt stehen fünf Leitfragen:

Funktion: Was muss das Bauteil leisten?
Gewicht: Wie wichtig ist eine geringe Masse?
Fertigung: Wie gut lässt sich der Werkstoff herstellen und bearbeiten?
Wirtschaftlichkeit: Welche Kosten entstehen für Werkstoff, Fertigung und Nutzung?
Umweltwirkung: Welche Folgen haben Rohstoffgewinnung, Herstellung, Nutzung, Reparatur und Recycling?

Der Bildungsplan Technik für die Sekundarstufe I in Baden-Württemberg fordert unter anderem, Werkstoffe fach- und bedarfsgerecht auszuwählen und dabei ökologische und ökonomische Kriterien zu berücksichtigen. Außerdem sollen technische Systeme nach Kriterien eingeschätzt und technische Lösungen reflektiert, geprüft und optimiert werden. Bildungsplan Baden-Württemberg: Technik – Werkstoffe und Produkte

Ziel dieses aiMOOCs: Du kannst am Ende eine Werkstoffentscheidung prüfen, Zielkonflikte benennen und eine begründete Alternative vorschlagen.

Bild: Fahrradrahmen aus Stahl. Untersuche Form, Rohrquerschnitte und Verbindungsstellen.

Medienauftrag – beobachten: Suche drei Stellen, an denen hohe Belastungen zu erwarten sind. Begründe Deine Vermutung mit der Bauteilform.

Sicherheit

Wichtig: Praktische Untersuchungen erfolgen nur nach schulischer Unterweisung, unter Aufsicht und mit erforderlicher Schutzausrüstung.

Keine eigenständige Nutzung gefährlicher Maschinen. Keine Arbeiten an Netzspannung. Elektrische Versuche nur mit freigegebenen Komponenten und sicherer Kleinspannung.

Werkstoffproben werden nur mit Verfahren untersucht, die von der Lehrkraft freigegeben wurden.

Fachbegriffe direkt erklärt

Fachbegriff	Kurze Erklärung	Leitfrage
Anforderungsprofil	Geordnete Liste dessen, was ein Bauteil können und aushalten muss.	Was wird vom Bauteil verlangt?
Eigenschaft	Merkmal eines Werkstoffs, zum Beispiel Dichte, Härte oder Korrosionsbeständigkeit.	Was kann der Werkstoff?
Belastungsart	Art, wie Kräfte auf ein Bauteil wirken.	Wirkt Zug, Druck, Biegung, Scherung oder Torsion?
Wirtschaftlichkeit	Verhältnis von Nutzen und Aufwand über Herstellung und Nutzung.	Ist die Lösung für den Zweck wirtschaftlich?
Fertigbarkeit	Eignung eines Werkstoffs für ein geplantes Herstellungsverfahren.	Lässt sich das Bauteil sinnvoll herstellen?

Merksatz: Eine gute Werkstoffwahl verbindet Anforderungen mit passenden Werkstoffeigenschaften.

Vom Bauteil zur Werkstoffentscheidung

Eine technische Entscheidung beginnt nicht mit einem Lieblingswerkstoff. Sie beginnt mit dem Bauteil.

Schritt	Frage	Beispiel Fahrradrahmen
1. Funktion klären	Was soll das Bauteil tun?	Fahrer und Kräfte sicher tragen
2. Belastungen bestimmen	Welche Kräfte wirken?	Biegung, Zug, Druck, Torsion, Stöße
3. Kriterien festlegen	Was ist wichtig?	Festigkeit, Gewicht, Preis, Fertigung, Umwelt
4. Werkstoffe vergleichen	Welche Eigenschaften passen?	Stahl, Aluminiumlegierung, CFK
5. Zielkonflikte prüfen	Welche Vorteile haben Nachteile?	geringes Gewicht kann höhere Kosten bedeuten
6. Entscheidung begründen	Welcher Werkstoff passt zum Anforderungsprofil?	abhängig vom Einsatzzweck

Belastungsarten erkennen

Skizze: Zug, Druck, Scherung, Biegung und Torsion sind typische mechanische Belastungsarten.

Medienauftrag – markieren: Übertrage die fünf Belastungsarten in Dein Heft. Markiere jeweils die Richtung der Kräfte mit Pfeilen.

Belastungsart	Vereinfachte Skizze	Beispiel
Zug	← Bauteil →	Seil, Speiche
Druck	→ Bauteil ←	Stütze, Tischbein
Biegung	↓ auf Balken mit Auflagern	Regalbrett
Scherung	Kräfte wirken parallel gegeneinander	Bolzen in einer Verbindung
Torsion	Bauteil wird verdreht	Antriebswelle, Schraubendreher

Fehler finden: „Ein Fahrradrahmen wird nur auf Druck belastet.“ – Die Aussage ist falsch. Durch Fahrergewicht, Fahrbahnstöße, Bremsen und Antrieb treten an verschiedenen Stellen unterschiedliche und wechselnde Belastungen auf.

Eigenschaften passend auswählen

Nicht jede Eigenschaft ist für jedes Bauteil gleich wichtig.

Eigenschaft	Bedeutung für die Werkstoffwahl	Typische Frage
Dichte	beeinflusst die Masse bei gleichem Volumen	Soll das Bauteil leicht sein?
Festigkeit	Widerstand gegen Versagen bei Belastung	Hält es die Last sicher aus?
Steifigkeit	Widerstand gegen elastische Verformung	Darf es sich stark durchbiegen?
Härte	Widerstand gegen Eindringen oder Verschleiß	Wird die Oberfläche stark beansprucht?
Zähigkeit	Fähigkeit, Energie aufzunehmen, bevor ein Bruch entsteht	Gibt es Stöße?
Korrosionsbeständigkeit	Widerstand gegen schädigende Umwelteinflüsse	Wird das Bauteil nass?
Wärmeleitfähigkeit	Fähigkeit, Wärme zu leiten	Soll Wärme abgeleitet werden?
Fertigbarkeit	Eignung zum Trennen, Fügen, Umformen oder Urformen	Welche Fertigung ist möglich?

Wichtig: Werkstoffkennwerte hängen von genauer Werkstoffsorte, Zustand, Temperatur und Herstellungsweise ab. Ein Tabellenwert allein entscheidet nicht.

Werkstoffgruppen im Vergleich

Werkstoffgruppe	Typische Beispiele	Dichte grob	Typische Stärken	Typische Grenzen
Stahl	Baustahl, Edelstahl	etwa 7,8 g/cm³	fest, gut verfügbar, oft gut füge- und bearbeitbar	relativ hohe Dichte; Korrosionsschutz kann nötig sein
Aluminiumlegierungen	Konstruktionsaluminium	etwa 2,7 g/cm³	geringe Dichte, gute Korrosionsbeständigkeit vieler Legierungen	geringere Steifigkeit als Stahl; Fertigung braucht passende Verfahren
Thermoplaste	PP, PE, PA	oft etwa 0,9–1,4 g/cm³	leicht, gut formbar, große Stückzahlen gut herstellbar	Temperatur und Dauerbelastung beachten
Holz	Buche, Fichte	je nach Art grob etwa 0,4–0,8 g/cm³	nachwachsender Rohstoff, gut bearbeitbar, gutes Verhältnis von Masse und Tragfähigkeit	Eigenschaften richtungsabhängig; Feuchtigkeit beachten
Faserverbund	CFK, GFK	häufig etwa 1,5–2,0 g/cm³	sehr hohe spezifische Festigkeit möglich	aufwendige Herstellung; Reparatur und Recycling oft anspruchsvoller

Achtung beim Vergleichen: „leichter Werkstoff“ bedeutet nicht automatisch „leichteres Bauteil“. Wandstärke, Form und Sicherheitsanforderungen verändern das Ergebnis.

Fallbeispiel Fahrradrahmen

Für denselben Zweck können unterschiedliche Werkstoffe technisch sinnvoll sein.

Stahlrahmen: Beobachte die schlanken Rohre und die Fügestellen.

Aluminiumrahmen: Vergleiche Rohrformen und Querschnitte mit dem Stahlrahmen.

Carbonrahmen: Die Faserrichtung und der Lagenaufbau können gezielt an Belastungen angepasst werden.

Medienauftrag – vergleichen: Notiere zu jedem Rahmen zwei sichtbare Unterschiede. Trenne dabei Beobachtung und Vermutung.

Anforderungsprofil Fahrradrahmen

Kriterium	Anforderung	Bedeutung
Sicherheit	Belastungen zuverlässig aufnehmen	sehr hoch
Gewicht	möglichst gering	hoch
Steifigkeit	kontrollierte Verformung	hoch
Fertigbarkeit	wirtschaftliche Serienfertigung	hoch
Preis	für Zielgruppe passend	mittel bis hoch
Reparatur	Schäden möglichst erkennbar und reparierbar	je nach Nutzung
Umweltwirkung	Material- und Energieeinsatz sowie Lebensdauer berücksichtigen	hoch

Kriterienmatrix: drei Werkstoffe für dasselbe Bauteil

Bewertung: ++ sehr günstig, + günstig, 0 mittel/abhängig, − ungünstig. Die Matrix ist eine vereinfachte Lernmatrix. Reale Produkte benötigen genaue Werkstoffdaten, Geometrien und Herstellungsdaten.

Kriterium	Stahl	Aluminiumlegierung	CFK
geringe Dichte	−	+	++
hohe Steifigkeit bei gleicher Geometrie	++	0	abhängig von Faserrichtung
einfache Reparatur in geeigneter Fachwerkstatt	+	0	−
Fertigungskosten bei üblichen Serien	+	+	−
Korrosionsverhalten ohne zusätzliche Maßnahmen	0	+	++
Recycling etablierter Werkstoffströme	++	++	−
Gestaltungsfreiheit durch gerichteten Materialaufbau	0	0	++

Selbstkontrolle: Gibt es einen eindeutigen Sieger? Nein. Die passende Entscheidung hängt vom Anforderungsprofil und von der Gewichtung der Kriterien ab.

Zielkonflikte

Ein Zielkonflikt entsteht, wenn die Verbesserung eines Ziels ein anderes Ziel verschlechtert.

Ziel A	Ziel B	Typischer Konflikt
geringes Gewicht	niedriger Preis	Leichtbaulösungen können teurer sein
hohe Festigkeit	einfache Bearbeitung	sehr feste Werkstoffe können anspruchsvoller zu bearbeiten sein
geringe Herstellungskosten	gute Reparierbarkeit	stark integrierte Bauteile können billig in Serie, aber schwer reparierbar sein
geringe Umweltwirkung in der Nutzung	geringe Umweltwirkung in der Herstellung	Leichtbau kann Energie in der Nutzung sparen, aber die Herstellung kann aufwendiger sein
lange Lebensdauer	geringer Materialeinsatz	sehr knappe Dimensionierung kann Reserven reduzieren

Prüfungssatz: „Werkstoff A ist besser“ reicht nicht. Besser ist: „Werkstoff A passt für dieses Anforderungsprofil besser, weil …; nachteilig ist …“

Fallbeispiel Hammerstiel

Bauteilfoto: Hammerkopf und Holzstiel erfüllen unterschiedliche Aufgaben und bestehen deshalb aus unterschiedlichen Werkstoffen.

Beobachten: Wo liegen die Hände? Wo treten Stöße auf? Wo muss das Bauteil besonders hart sein?

Werkstoff für den Stiel	Vorteile	Nachteile	Typische Fertigung
Holz	leicht, schwingungsdämpfend, gut formbar	Feuchtigkeit und Faserrichtung beachten	Sägen, Fräsen, Schleifen
Stahlrohr	hohe Festigkeit, robust	höhere Dichte, geringe Dämpfung ohne Griff	Rohrumformen, Fügen
glasfaserverstärkter Kunststoff	leicht, korrosionsbeständig, Form gut integrierbar	Recycling und Reparatur schwieriger	Formverfahren für Verbund/Kunststoff

Transfer: Warum besteht der Hammerkopf nicht aus demselben Werkstoff wie der Stiel? Formuliere die Antwort mit Funktion, Belastung und Eigenschaft.

Fallbeispiel Kunststoffstuhl

Ein Kunststoffstuhl nutzt Rippen, Rundungen und Querschnitte, um mit wenig Material ausreichend steif zu werden.

Medienauftrag – Fehler finden: Suche drei Stellen, an denen ein zu dünner Querschnitt wahrscheinlich problematisch wäre.

Vereinfachte Darstellung des Spritzgießens. Das Verfahren eignet sich besonders für große Stückzahlen komplexer Kunststoffteile.

Fertigbarkeit bedeutet hier: Form, Wanddicke, Entformung und Werkzeug müssen zusammenpassen. Ein Werkstoff kann gute Eigenschaften haben und trotzdem für das geplante Verfahren ungeeignet sein.

Fertigung und Stückzahl

Situation	Technische Folge
Einzelstück	einfache Werkzeuge und flexible Bearbeitung können wirtschaftlich sein
Kleinserie	Rüstaufwand und Fertigungszeit werden wichtiger
Großserie	teure Werkzeuge können sich durch viele gleiche Teile verteilen
komplexe Form	Werkstoff und Fertigungsverfahren müssen die Geometrie ermöglichen
spätere Reparatur	lösbare Verbindungen und zugängliche Bauteile können Vorteile haben

Merksatz: Wirtschaftlichkeit ist mehr als Materialpreis.

Umweltwirkung mitdenken

Aluminiumdosen in einer Recyclinganlage. Recycling ist ein Teil des Lebenswegs eines Werkstoffs.

Metallschrott: Werkstoffwahl beeinflusst auch Trennung, Wiederverwendung und Recycling.

Medienauftrag – vergleichen: Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit ein Bauteil gut recycelt werden kann? Denke an Materialtrennung, Verbindungen und Kennzeichnung.

Bei der Umweltwirkung zählt der gesamte Lebensweg:

Rohstoffgewinnung: Welche Rohstoffe und Flächen werden benötigt?
Herstellung: Wie hoch sind Energie- und Materialaufwand?
Transport: Welche Masse und Wege entstehen?
Nutzung: Beeinflusst das Bauteil Energieverbrauch, Wartung oder Lebensdauer?
Reparatur: Kann das Produkt weiter genutzt werden?
Recycling: Lassen sich Werkstoffe trennen und wiederverwenden?

Wichtig: Eine pauschale Aussage wie „Aluminium ist umweltfreundlich“ oder „Kunststoff ist immer schlecht“ ist fachlich zu grob. Entscheidend sind Werkstoffsorte, Herstellungsweg, Lebensdauer, Einsatz und Verwertung.

Ein einfacher Entscheidungsweg

Nutze die Reihenfolge A–B–V–E:

Schritt	Bedeutung	Prüffrage
A	Anforderungen	Was muss das Bauteil können?
B	Belastungen	Welche Kräfte und Umwelteinflüsse wirken?
V	Vergleich	Welche Werkstoffe erfüllen die Kriterien?
E	Entscheidung	Welche Lösung ist für diesen Einsatz begründet?

Kurzform für eine Prüfungsantwort:

„Für das Bauteil sind … besonders wichtig. Werkstoff A erfüllt … gut, hat aber den Nachteil …. Werkstoff B bietet dagegen …. Deshalb würde ich für den genannten Einsatzzweck … wählen.“

Prüfungsnahes Beispiel: Entscheidung bewerten

Vorgabe: Für einen leichten Fahrrad-Gepäckträger wurde massiver Baustahl gewählt. Begründung: „Stahl ist fest und günstig.“

Aufgabe: Bewerte die Entscheidung. Nenne mindestens drei Kriterien und begründe eine Alternative.

Prüfschritt	Leitfrage	Möglicher Gedanke
Anforderung	Was muss der Gepäckträger leisten?	Last tragen, leicht sein, wetterbeständig sein
Belastung	Welche Belastungen treten auf?	Biegung, Schwingung, Stöße
Kritik	Was wurde in der Vorgabe übersehen?	Gewicht, Korrosion, Geometrie, Herstellung
Alternative	Welcher Werkstoff ist denkbar?	zum Beispiel Aluminiumlegierung
Abwägung	Welche Nachteile hat die Alternative?	Fertigung, Dimensionierung und Kosten beachten

Lösungshinweis anzeigen

Die Entscheidung ist nur teilweise begründet. Festigkeit und Preis sind relevante Kriterien, aber das Anforderungsprofil umfasst mehr. Massiver Stahl kann für einen leichten Gepäckträger unnötig schwer sein. Eine geeignete Aluminiumlegierung kann wegen der geringeren Dichte eine Alternative sein. Dafür müssen Querschnitt, Fügeverfahren, Dauerbelastung und Kosten passend ausgelegt werden. Eine gute Antwort nennt also Vorteil, Nachteil und Einsatzbezug.

Prüfungsnahes Beispiel: Zielkonflikt erklären

Vorgabe: Eine Firma ersetzt einen Stahlrahmen durch CFK, um Gewicht zu sparen.

Aufgabe: Erkläre zwei mögliche Zielkonflikte.

Musterlösung anzeigen

Gewicht gegen Kosten: CFK kann sehr leichte Konstruktionen ermöglichen, aber Material und Herstellung können teurer sein. Gewicht gegen Kreislauffähigkeit: CFK kann im Betrieb Vorteile durch geringe Masse bieten, während Reparatur, Trennung und Recycling anspruchsvoller sein können.

Medienanalyse: Werkstoffwahl sehen statt nur lesen

Videoauftrag: Vergleiche die Aussagen zu Aluminium und Carbon. Erstelle eine Tabelle mit den Spalten Eigenschaft, Vorteil, Nachteil und Einsatzbezug. Prüfe anschließend, ob jede Aussage wirklich allgemein gilt oder von Bauweise und Produkt abhängt.

Videoauftrag: Beobachte den Zugversuch. Notiere, welche Messgrößen erfasst werden und welche Werkstoffeigenschaften daraus abgeleitet werden können. Der Versuch selbst wird im Unterricht nur an dafür vorgesehenen Prüfständen und unter fachlicher Aufsicht durchgeführt.

Mini-Simulation: Kriterien gewichten

Stell Dir vor, Du vergibst je Kriterium eine Gewichtung von 1 bis 3.

Kriterium	Gewichtung Citybike	Gewichtung Rennrad	Warum verschieden?
Gewicht	2	3	Rennrad stärker auf geringe Masse ausgelegt
Preis	3	2	Zielgruppe und Produktklasse unterscheiden sich
Reparierbarkeit	3	2	Alltagsnutzung kann schnelle Reparatur wichtiger machen
Fertigbarkeit	3	3	beide müssen zuverlässig herstellbar sein
Umweltwirkung	3	3	Lebensweg soll berücksichtigt werden

Simulieren: Ändere zwei Gewichtungen. Prüfe, ob sich Deine bevorzugte Werkstofflösung ändert. So erkennst Du: Eine Matrix liefert keine „Wahrheit“, sondern macht eine begründete Entscheidung nachvollziehbar.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Diesen aiMOOC als Battle spielen

Was ist ein Anforderungsprofil? (Eine geordnete Liste der Anforderungen an ein Bauteil) (!Ein Verzeichnis aller Maschinen einer Werkstatt) (!Eine Liste nur mit Werkstoffpreisen) (!Eine Zeichnung ohne technische Kriterien)

Welche Aussage beschreibt eine Werkstoffeigenschaft? (Die Dichte ist ein Merkmal eines Werkstoffs) (!Die Stückzahl ist eine Werkstoffeigenschaft) (!Die Lieferzeit ist eine Belastungsart) (!Die Bauteilform ist immer eine Stoffeigenschaft)

Welche Belastungsart liegt beim Verdrehen einer Welle vor? (Torsion) (!Druck) (!Zug) (!Biegung)

Was bedeutet Fertigbarkeit? (Eignung eines Werkstoffs für das geplante Herstellungsverfahren) (!Nur die Festigkeit eines Werkstoffs) (!Nur die Farbe einer Oberfläche) (!Die Anzahl der Werkzeuge im Raum)

Welche Aussage zur Wirtschaftlichkeit ist richtig? (Sie berücksichtigt mehr als nur den Materialpreis) (!Sie hängt nur vom billigsten Rohstoff ab) (!Sie spielt bei technischen Entscheidungen keine Rolle) (!Sie beschreibt ausschließlich die Dichte)

Warum gibt es bei der Werkstoffwahl Zielkonflikte? (Weil die Verbesserung eines Ziels ein anderes Ziel verschlechtern kann) (!Weil nur ein Werkstoff technisch nutzbar ist) (!Weil alle Kriterien gleich wichtig sind) (!Weil Werkstoffe keine messbaren Eigenschaften besitzen)

Warum kann Aluminium für Leichtbau interessant sein? (Es besitzt eine deutlich geringere Dichte als Stahl) (!Es ist immer fester als jeder Stahl) (!Es ist immer billiger als Kunststoff) (!Es kann nicht korrodieren)

Was ist bei einer Kriterienmatrix wichtig? (Die Kriterien müssen zum Anforderungsprofil passen) (!Es genügt nur das Kriterium Preis) (!Die erste Tabellenzeile bestimmt automatisch den Sieger) (!Alle Kriterien müssen immer gleich gewichtet werden)

Welche Aussage zur Umweltwirkung ist fachlich angemessen? (Der gesamte Lebensweg eines Produkts sollte betrachtet werden) (!Nur das Recycling entscheidet) (!Nur das Gewicht entscheidet) (!Eine Werkstoffgruppe ist immer umweltfreundlich)

Was gehört zu einer guten Prüfungsbegründung? (Vorteile, Nachteile und Bezug zum Einsatzzweck) (!Nur der Name des Werkstoffs) (!Nur eine persönliche Vorliebe) (!Nur der niedrigste Preis)

Memory

Anforderungsprofil	Anforderungen an ein Bauteil
Dichte	Masse pro Volumen
Torsion	Verdrehbeanspruchung
Fertigbarkeit	Eignung für ein Herstellungsverfahren
Wirtschaftlichkeit	Nutzen und Aufwand abwägen
Zielkonflikt	Verbesserung eines Ziels verschlechtert ein anderes

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Zug	Seil unter Last
Druck	Stütze unter Last
Biegung	belastetes Regalbrett
Torsion	verdrehte Antriebswelle
Scherung	quer belasteter Verbindungsbolzen
Fertigbarkeit	Werkstoff passt zum Herstellungsverfahren

Kreuzworträtsel

Dichte	Welche Eigenschaft beschreibt Masse pro Volumen?
Torsion	Wie heißt die Belastung durch Verdrehen?
Biegung	Wie heißt die typische Belastung eines Regalbretts?
Stahl	Welcher metallische Werkstoff hat typischerweise eine höhere Dichte als Aluminium?
Recycling	Wie heißt die Rückführung von Materialien in einen Verwertungskreislauf?
Fertigung	Wie heißt der Prozess der Herstellung eines Bauteils?

LearningApps

Lückentext

Vor der Werkstoffwahl wird zuerst ein

erstellt. Eine wichtige Werkstoffeigenschaft für Leichtbau ist die

. Beim Verdrehen eines Bauteils spricht man von

. Die Eignung eines Werkstoffs für ein geplantes Herstellungsverfahren heißt

. Bei einer technischen Entscheidung müssen neben der Funktion auch Gewicht, Herstellung, Preis und

betrachtet werden. Wenn ein Vorteil gleichzeitig einen Nachteil bei einem anderen Ziel erzeugt, liegt ein

vor. Eine gute Prüfungsantwort nennt Kriterien, vergleicht Werkstoffe und formuliert eine begründete

.

Selbstkontrolle: Fehler finden

Aussage 1: „Der billigste Werkstoff ist immer die wirtschaftlichste Lösung.“

Feedback

Falsch. Wirtschaftlichkeit umfasst auch Herstellung, Lebensdauer, Wartung, Ausschuss und gegebenenfalls Recycling.

Aussage 2: „Ein Werkstoff mit kleiner Dichte ergibt automatisch das leichteste Bauteil.“

Feedback

Falsch. Auch Geometrie, Wandstärke, Steifigkeit, Festigkeit und Sicherheitsanforderungen bestimmen die Bauteilmasse.

Aussage 3: „Eine Werkstoffentscheidung kann mehrere technisch sinnvolle Lösungen haben.“

Feedback

Richtig. Unterschiedliche Anforderungsprofile und Gewichtungen können zu unterschiedlichen begründeten Lösungen führen.

Offene Aufgaben

Leicht

Bauteilfoto analysieren: Wähle ein ungefährliches Alltagsbauteil. Fotografiere oder skizziere es. Markiere Funktion, mögliche Belastungsarten und sichtbare Fertigungsmerkmale.
Anforderungsprofil erstellen: Erstelle für einen Handyhalter fünf kurze Anforderungen. Ordne sie nach „sehr wichtig“, „wichtig“ und „weniger wichtig“.
Werkstoffvergleich: Vergleiche Holz, Stahl und Kunststoff für einen einfachen Griff. Nenne je einen Vorteil und Nachteil.
Fehler finden: Suche in einer Produktbeschreibung eine Aussage wie „extrem leicht“ oder „besonders stabil“. Formuliere zwei technische Rückfragen, die für eine echte Bewertung nötig wären.

Standard

Belastungsskizze: Zeichne einen Fahrrad-Gepäckträger und trage Zug-, Druck- oder Biegebelastungen mit Pfeilen ein. Begründe drei Einträge.
Kriterienmatrix: Vergleiche Stahl, Aluminium und Kunststoff für einen Werkzeugkasten-Griff. Nutze Funktion, Gewicht, Fertigung, Preis und Umweltwirkung.
Messen und vergleichen: Untersuche nur nach Freigabe durch die Lehrkraft sichere Werkstoffproben gleicher Größe. Bestimme Masse und Maße und vergleiche daraus die Dichte qualitativ oder rechnerisch. Keine gefährlichen Maschinen verwenden.
Fertigungsverfahren zuordnen: Untersuche drei Bauteile im Klassenraum. Vermute ein geeignetes Fertigungsverfahren und begründe anhand sichtbarer Merkmale.

Schwer

Technische Entscheidung bewerten: Eine Firma verwendet für einen tragbaren Geräteständer massiven Stahl. Prüfe die Entscheidung mit mindestens fünf Kriterien und begründe eine Alternative.
Zielkonflikt untersuchen: Entwickle zwei unterschiedliche Anforderungsprofile für dasselbe Bauteil, zum Beispiel Citybike und Rennrad. Zeige, warum sich die Werkstoffwahl ändern kann.
Lebensweg vergleichen: Vergleiche zwei Werkstofflösungen für dasselbe Bauteil vom Rohstoff bis zum Recycling. Kennzeichne Daten, Annahmen und offene Fragen getrennt.
Mini-Präsentation: Erstelle eine dreiminütige technische Entscheidungsvorlage. Zeige Bauteil, Belastungsskizze, Kriterienmatrix, Zielkonflikte und eine begründete Alternative.

Lernkontrolle

Transferaufgabe Fahrradständer: Ein Fahrradständer im Außenbereich soll langlebig, preisgünstig und wartungsarm sein. Vergleiche verzinkten Stahl, Aluminium und Kunststoff. Begründe eine Auswahl und nenne einen Zielkonflikt.
Kritik an einer Werkstoffentscheidung: „Für eine leichte Schultasche sind Metallplatten ideal, weil Metall stabil ist.“ Bewerte diese Aussage fachlich und entwickle eine bessere Lösung.
Anforderungsprofil ändern: Ein Bauteil wird statt im Innenraum dauerhaft im Freien eingesetzt. Erkläre, welche Kriterien dadurch wichtiger werden und wie sich die Werkstoffwahl ändern kann.
Fertigung und Stückzahl: Ein Kunststoffgehäuse soll zuerst zehnmal, später 100.000-mal hergestellt werden. Erkläre, warum für beide Stückzahlen unterschiedliche Fertigungsverfahren wirtschaftlich sein können.
Zielkonflikt Leichtbau: Ein Unternehmen reduziert das Gewicht eines Bauteils um 30 Prozent, die Herstellung wird aber aufwendiger. Erkläre, welche zusätzlichen Daten Du für eine Umwelt- und Wirtschaftlichkeitsbewertung brauchst.
Prüfungsaufgabe Alternative: Vorgegeben ist ein Fahrradrahmen aus Aluminium. Bewerte die Entscheidung für ein robustes, preisbewusstes Alltagsrad und begründe eine mögliche Alternative aus Stahl oder CFK, ohne einen Werkstoff pauschal als „besten“ zu bezeichnen.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

ein Anforderungsprofil aus einer technischen Aufgabe ableiten kannst,
mindestens drei Belastungsarten sicher erkennst,
Werkstoffe anhand passender Eigenschaften vergleichst,
Funktion, Gewicht, Herstellung, Preis und Umweltwirkung gemeinsam berücksichtigst,
Fertigbarkeit und Stückzahl in die Entscheidung einbeziehst,
eine Kriterienmatrix sinnvoll aufbaust und erklärst,
Zielkonflikte erkennst und benennst,
eine vorgegebene Werkstoffentscheidung fachlich bewertest,
eine Alternative mit mindestens drei Kriterien begründest,
Beobachtungen, Annahmen und gesicherte Daten voneinander trennst.