T9 E - Komplexe technische Aufgabe bearbeiten

Einleitung

Zielgruppe: Klasse 9, E-Niveau, Technik, Baden-Württemberg.

Kernidee: Du bearbeitest eine offene technische Aufgabe wie in einer prüfungsnahen Situation. Es gibt mehrere vertretbare Lösungen. Entscheidend ist nicht, ob Deine Lösung genauso aussieht wie ein Beispiel, sondern ob Du sie fachlich begründen, planen, prüfen und verbessern kannst.

Du trainierst:

1. Anforderungen analysieren: Aus Wünschen werden prüfbare Kriterien.
2. Lösungen entwickeln: Du erzeugst mehrere Varianten und vergleichst sie.
3. Werkstoffe auswählen: Du verknüpfst Werkstoffeigenschaften mit Anforderungen.
4. Zeichnungen erstellen: Du kommunizierst Form, Maße und Funktion eindeutig.
5. Bauteile und Halbzeuge festlegen: Du planst, was benötigt wird.
6. Arbeitsabläufe planen: Du legst Reihenfolge, Hilfsmittel, Prüfstellen und Sicherheit fest.
7. Tests planen: Du bestimmst Messgröße, Messmittel, Sollwert und Wiederholung.
8. Testdaten auswerten: Du vergleichst Soll und Ist.
9. Optimierungen begründen: Du leitest Änderungen aus Daten ab.

E-Niveau: Du sollst nicht nur nennen oder beschreiben. Du sollst beurteilen, begründen, vergleichen, planen, auswerten und optimieren.

Sicherheitsrahmen

Bereich	Verbindliche Regel
Praxis	Praktische Arbeiten erfolgen erst nach schulischer Unterweisung, mit Aufsicht und der erforderlichen Schutzausrüstung.
Werkzeuge und Maschinen	Gefährliche Maschinen werden nicht selbstständig benutzt. Es gelten die Anweisungen der Lehrkraft und die Regeln des Technikraums.
Elektrik	Keine Netzspannung. Elektrische Versuche nur mit von der Schule freigegebenen Komponenten und sicherer Kleinspannung. In diesem aiMOOC wird für optionale Versuche ausschließlich ein freigegebenes 5-V-Gleichspannungs-System vorgesehen.
Prüfung	Belastungs-, Kipp- und Funktionsversuche werden so geplant, dass Personen nicht durch fallende Teile, scharfe Kanten oder unkontrollierte Bewegungen gefährdet werden.
Änderung	Vor jeder Änderung am elektrischen Aufbau wird die Spannungsquelle getrennt.

Merksatz: Sicherheit ist keine Zusatzaufgabe. Sie gehört in Anforderungsliste, Arbeitsplan und Prüfplan.

Curriculare Orientierung

Der aiMOOC orientiert sich am aktuellen Bildungsplan Technik für die Sekundarstufe I in Baden-Württemberg. Für die Aufgabe besonders wichtig sind das Entwickeln und Konstruieren, technische Zeichnungen, Planungshilfen, Stücklisten und Arbeitspläne, die Auswahl von Holz, Kunststoff und Metall, die Dokumentation des Problemlösungsprozesses sowie die kriterienbasierte Bewertung und Optimierung eines Produkts.

Bildungsplan Baden-Württemberg – Technik, Wahlpflichtfach, V3.0

Prüfungsnahe Komplexaufgabe

Ausgangssituation

Im Technikraum werden digitale Arbeitsanweisungen auf einem Smartphone-Dummy gezeigt. Die bisherige Ablage ist instabil, schlecht einstellbar und rutscht auf glatten Tischen.

Dein Auftrag: Entwickle eine kompakte, standsichere und verstellbare Smartphone-Arbeitsstation. Sie soll aus schulgeeigneten Werkstoffen und Bauteilen bestehen, reparierbar sein und sich mit vertretbarem Materialeinsatz herstellen lassen.

Prüfkörper:

Merkmal	Vorgabe
Smartphone-Dummy	160 mm × 80 mm × 10 mm
Masse des Dummys	220 g
Einsatz	Tisch im Technikraum
Orientierung	Hoch- oder Querformat muss möglich sein

Wichtig: Die Aufgabe ist absichtlich offen. Eine Konstruktion mit Holz, eine Mischkonstruktion aus Holz und Metall oder eine geeignete Kunststofflösung können gleichermaßen vertretbar sein.

Anforderungsliste

Nr.	Anforderung	Prüfkriterium	Muss / Wunsch
A1	Dummy sicher aufnehmen	Dummy bleibt bei normaler Bedienung in der Halterung	Muss
A2	Verstellbarer Betrachtungswinkel	Mindestens zwei nutzbare Positionen zwischen 55° und 75°	Muss
A3	Kompakte Bauform	Grundfläche höchstens 160 mm × 120 mm	Muss
A4	Kippsicherheit	Bei 2,5 N horizontaler Prüfkraft in 120 mm Höhe kein Umkippen	Muss
A5	Rutschhemmung	Bei definierter Schubprüfung höchstens 5 mm Verschiebung	Muss
A6	Sichere Oberfläche	Keine scharfen Kanten, Splitter oder gefährlichen Quetschstellen	Muss
A7	Reparierbarkeit	Mindestens eine lösbare Verbindung an einem funktionswichtigen Teil	Muss
A8	Begrenzte Masse	Arbeitsstation ohne Dummy höchstens 350 g	Wunsch
A9	Materialeffizienz	Zuschnitt und Bauteilzahl begründet; vermeidbare Materialreste werden reduziert	Wunsch
A10	Bedienbarkeit	Dummy kann ohne Werkzeug eingesetzt und entnommen werden	Wunsch

Prüfungsimpuls: Suche mindestens zwei Zielkonflikte. Beispiel: Eine größere Grundplatte verbessert oft die Standsicherheit, erhöht aber Materialbedarf und Masse.

Optionale Erweiterung: sichere Kleinspannungsanzeige

Für eine Erweiterung kann eine freigegebene 5-V-LED-Anzeige vorgesehen werden. Sie zeigt zum Beispiel an, dass der Arbeitsplatz für eine Messung vorbereitet ist.

Zusatzanforderung	Prüfkriterium
Versorgung	Nur freigegebene 5-V-Gleichspannungsquelle
LED-Strom	Zielbereich 8 mA bis 15 mA
Änderung am Aufbau	Nur spannungsfrei
Bauteile	LED und passender Vorwiderstand werden nach Datenblatt oder schulischer Vorgabe ausgewählt

Die Erweiterung ist kein Arbeiten an Netzspannung.

Fachbegriffe direkt erklärt

Fachbegriff	Kurze Erklärung
Anforderung	Eine Eigenschaft, die eine technische Lösung erfüllen soll.
Kriterium	Ein Merkmal, mit dem Du prüfen kannst, ob eine Anforderung erfüllt ist.
Variante	Eine mögliche Lösung mit eigenem Funktions- oder Konstruktionsprinzip.
Werkstoff	Material, aus dem ein Teil hergestellt wird, zum Beispiel Holz, Aluminium oder Kunststoff.
Halbzeug	Vorgefertigte Werkstoffform, zum Beispiel Platte, Stab, Profil oder Leiste.
Bauteil	Einzelnes Teil mit einer Funktion, zum Beispiel Schraube, Winkel, Scharnier oder Gummifuß.
Fügen	Bauteile verbinden, zum Beispiel durch Schrauben, Stecken oder Kleben.
Stückliste	Übersicht über benötigte Teile, Werkstoffe, Maße und Mengen.
Arbeitsplan	Geordnete Folge der Herstellungsschritte mit Hilfsmitteln, Prüfstellen und Sicherheit.
Prüfplan	Festlegung von Messgröße, Messmittel, Prüfablauf und Bestehensgrenze.
Sollwert	Geforderter Zielwert.
Istwert	Tatsächlich gemessener Wert.
Toleranz	Zulässige Abweichung von einem Sollmaß oder Sollwert.
Optimierung	Gezielte Verbesserung einer Lösung anhand von Kriterien und Daten.
CAD	Computerunterstütztes Konstruieren und Zeichnen.

Medienlabor: untersuchen statt nur anschauen

Medium 1: Technische Zeichnung lesen und Fehler finden

Bildlegende: Beispiel einer technischen Zeichnung. Die Farben dienen in dieser Abbildung zur Unterscheidung verschiedener Linienarten.

Arbeitsauftrag – Beobachten und markieren:

1. Suche in der Abbildung mindestens vier unterschiedliche Linienarten.
2. Markiere in einer Kopie oder auf einem Ausdruck eine sichtbare Kante, eine verdeckte Kante, eine Mittellinie und die Schnittangabe.
3. Prüfe: Welche Informationen wären für eine Herstellung zusätzlich nötig, wenn Maße fehlen würden?
4. Übertrage das Prinzip auf Deine Arbeitsstation: Welche drei Ansichten brauchst Du mindestens?

Sofortkontrolle: In dieser Abbildung werden sichtbare Objektkanten und Schraffuren schwarz, verdeckte Kanten rot, Mittellinien blau und Schnitt- bzw. Hilfslinien magenta hervorgehoben. Für eine fertigungsgerechte Zeichnung brauchst Du zusätzlich eindeutige Maße und eine klare Ansichtenzuordnung.

Medium 2: Orthogonale Projektion verstehen

Bildlegende: Prinzipskizze einer orthografischen Projektion.

Arbeitsauftrag – Vergleichen:

1. Erkläre mit einem Satz, warum eine 3D-Form in mehreren 2D-Ansichten dargestellt wird.
2. Zeichne einen einfachen Quader zuerst räumlich und dann als Vorder-, Seiten- und Draufsicht.
3. Finde einen Fehler, der entsteht, wenn Maße in verschiedenen Ansichten nicht zusammenpassen.

Hilfe: Jede Ansicht zeigt nur bestimmte Abmessungen eindeutig. Breite, Höhe und Tiefe müssen zwischen den Ansichten widerspruchsfrei zusammenpassen.

Medium 3: Holzwerkstoff untersuchen

Bildlegende: Querschnitt durch eine Sperrholzplatte.

Arbeitsauftrag – Beobachten und begründen:

1. Zähle sichtbare Schichten.
2. Skizziere den Querschnitt mit vereinfachten Schichtlinien.
3. Überlege, warum ein mehrschichtiger Aufbau für eine Grundplatte interessant sein kann.
4. Nenne eine Stelle Deiner Konstruktion, an der Kantenbearbeitung besonders wichtig ist.

Sofortkontrolle: Du sollst aus dem Bild die Schichtstruktur erkennen. Absolute Maße kannst Du ohne Maßstab nicht sicher aus dem Foto ablesen.

Medium 4: Bauteile vergleichen

Bildlegende: Flacher und gebogener Winkelverbinder im Vergleich.

Arbeitsauftrag – Entscheiden:

1. Vergleiche die beiden Bauformen.
2. Markiere, welche Variante sich für eine rechtwinklige Innenverbindung eignet.
3. Entwickle eine Alternative ohne Winkelverbinder.
4. Begründe, wann eine lösbare Schraubverbindung einer dauerhaften Verbindung überlegen ist.

Hilfe: Denke an Reparatur, Austausch, Demontage, Materialtrennung und Nachjustierung.

Medium 5: Profil statt Vollmaterial

Bildlegende: Querschnitt eines Aluminiumprofils.

Arbeitsauftrag – Messen und übertragen:

1. Miss im Bild drei relative Breiten oder Wandstärken mit dem Lineal.
2. Gib nur Verhältniswerte an. Ohne verlässlichen Maßstab sind keine echten Millimetermaße ableitbar.
3. Erkläre den Unterschied zwischen Vollmaterial und Profil.
4. Übertrage die Idee: Wo könnte ein Profil an Deiner Arbeitsstation Material sparen und trotzdem steif sein?

Sofortkontrolle: Ein Profil verteilt Material gezielt über den Querschnitt. Ob es für Deine Lösung geeignet ist, musst Du zusätzlich nach Stabilität, Bearbeitbarkeit, Verbindung und Sicherheit beurteilen.

Medium 6: Kunststoffe nach Funktion untersuchen

Bildlegende: Verschiedene Alltagsgegenstände aus Kunststoff.

Arbeitsauftrag – Sortieren und prüfen:

1. Ordne die sichtbaren Produkte nach vermuteter Funktion: Behälter, Gehäuse, flexible Teile oder formstabile Teile.
2. Markiere zwei Produkte, bei denen geringes Gewicht wichtig sein könnte.
3. Erkläre, warum die Aussage „Kunststoff ist immer leicht und flexibel“ technisch zu ungenau ist.
4. Übertrage auf Deine Konstruktion: Welche Werkstoffeigenschaft musst Du tatsächlich kennen?

Sofortkontrolle: „Kunststoff“ bezeichnet eine große Werkstoffgruppe. Für eine technische Auswahl brauchst Du die Eigenschaften des konkreten Materials oder eines bereitgestellten Schulwerkstoffs.

Medium 7: LED-Schaltung analysieren

Bildlegende: Einfache Reihenschaltung aus Spannungsquelle, LED und Vorwiderstand.

Arbeitsauftrag – Stromweg und Fehleranalyse:

1. Fahre den geschlossenen Stromweg mit dem Finger nach.
2. Markiere LED und Widerstand.
3. Erkläre die Aufgabe des Vorwiderstands.
4. Finde den Sicherheitsfehler in der Aussage: „Zum Testen kann man die LED einfach direkt an irgendeine Spannungsquelle anschließen.“

Sofortkontrolle: Der Widerstand begrenzt den Strom. Für den Schulversuch werden nur freigegebene Komponenten und eine vorgegebene sichere Kleinspannung verwendet. Eine unbekannte oder netzspannungsnahe Quelle ist nicht zulässig.

Medienrechte kurz geprüft

Medium	Quelle	Lizenz laut Commons-Dateiseite
Mech draw 1.svg	Wikimedia Commons	CC BY-SA 3.0 / GFDL
Orthographic draw.png	Wikimedia Commons	CC BY-SA 3.0 / GFDL
Plywood cross section.jpg	Wikimedia Commons	Public Domain
Flat and bent angle brackets.png	Wikimedia Commons	CC BY 4.0
Grooved Aluminum Extrusion for Spacecraft Heat Pipes.jpg	Wikimedia Commons	CC BY-SA 3.0
Plastic household items.jpg	Wikimedia Commons	CC BY-SA 3.0 / GFDL
LED circuit.svg	Wikimedia Commons	CC BY-SA 2.5

Video-Impulse

Video 1: Dreitafelprojektion

Video laden

YouTube

YouTube sammelt möglicherweise persönliche Daten. Datenschutzrichtlinie

Fortfahren Ausblenden

Aktiver Videoauftrag:

1. Stoppe das Video, sobald die drei Ansichten erklärt wurden.
2. Zeichne die drei Ansichten eines eigenen einfachen Bauteils.
3. Vergleiche Deine Anordnung mit der Darstellung im Video.
4. Markiere einen typischen Fehler, den Du bei der Ansichtenzuordnung vermeiden willst.

Video 2: Technische Zeichnung mit FreeCAD

Video laden

YouTube

YouTube sammelt möglicherweise persönliche Daten. Datenschutzrichtlinie

Fortfahren Ausblenden

Aktiver Videoauftrag:

1. Beobachte, wie Ansichten aus einem 3D-Modell abgeleitet werden.
2. Notiere drei Informationen, die auf einer technischen Zeichnung eindeutig sein müssen.
3. Erstelle – falls CAD im Unterricht vorgesehen ist – eine vereinfachte Zeichnungsableitung Deiner Konstruktion.
4. Vergleiche CAD-Zeichnung und Handskizze: Was ist jeweils schneller, was eindeutiger?

Video 3: LED-Vorwiderstand

Video laden

YouTube

YouTube sammelt möglicherweise persönliche Daten. Datenschutzrichtlinie

Fortfahren Ausblenden

Aktiver Videoauftrag:

1. Notiere die Größen, die zur Widerstandsberechnung benötigt werden.
2. Rechne das Beispiel für eine freigegebene 5-V-Schulschaltung nach.
3. Vergleiche zwei Widerstandswerte und prognostiziere den Unterschied beim Strom.
4. Praktische Prüfung nur nach Unterweisung, unter Aufsicht und mit freigegebenen Komponenten.

Arbeitsprozess der Komplexaufgabe

Phase 1: Anforderungen analysieren

Prüfe jede Anforderung mit vier Fragen:

Frage	Beispiel
Was soll erreicht werden?	Die Station soll kippsicher sein.
Woran erkenne ich die Erfüllung?	Sie kippt bei 2,5 N Prüfkraft nicht.
Wie messe ich?	Mit Federkraftmesser oder vorgegebenem schulischem Prüfaufbau.
Welche Zielkonflikte entstehen?	Größere Standfläche verbessert Stabilität, kann aber Masse und Materialbedarf erhöhen.

Selbstcheck: Wenn Du eine Anforderung nicht messen, beobachten oder eindeutig beurteilen kannst, ist sie noch nicht präzise genug.

Phase 2: Funktionsstruktur bilden

Zerlege die Gesamtaufgabe in Teilfunktionen.

Teilfunktion	Leitfrage
Aufnehmen	Wie wird der Dummy sicher gehalten?
Abstützen	Wie werden Kräfte in die Grundplatte geleitet?
Verstellen	Wie entstehen mindestens zwei Betrachtungswinkel?
Fixieren	Wie bleibt die gewählte Position erhalten?
Rutschhemmen	Wie wird Bewegung auf glatter Oberfläche begrenzt?
Verbinden	Welche Teile müssen lösbar oder dauerhaft verbunden werden?

Phase 3: Mindestens drei Varianten entwickeln

Morphologischer Kasten:

Teilfunktion	Möglichkeit A	Möglichkeit B	Möglichkeit C
Aufnahme	Auflagekante	U-förmige Tasche	Zwei seitliche Halter
Winkelverstellung	Lochreihe	Langloch mit Flügelmutter	Scharnier mit Anschlag
Grundkörper	breite Platte	T-Fuß	zwei Ausleger
Rutschhemmung	Gummifüße	Korkauflagen	strukturierte Unterseite
Verbindung	Schraube und Mutter	Winkelverbinder	Steckverbindung

Regel: Drei Varianten sind nur dann wirklich verschieden, wenn sich mindestens ein wesentliches Funktionsprinzip unterscheidet. Drei Farben derselben Konstruktion sind keine drei technischen Varianten.

Phase 4: Varianten bewerten

Verwende eine einfache Entscheidungsmatrix. Die Gewichtung darfst Du begründet anpassen.

Kriterium	Gewicht	Variante 1	Variante 2	Variante 3
Funktion	hoch
Kippsicherheit	hoch
Arbeitssicherheit	hoch
Reparierbarkeit	mittel
Materialeffizienz	mittel
Herstellbarkeit im Unterricht	hoch
Masse	niedrig bis mittel

Prüfungsregel: Eine Punktzahl allein ist keine Begründung. Schreibe zu Deiner Auswahl mindestens zwei fachliche Sätze.

Phase 5: Technische Skizze und Zeichnung

Mindestumfang:

1. Freihandskizze mit Funktionsidee.
2. Vorderansicht.
3. Seitenansicht.
4. Draufsicht.
5. Hauptmaße.
6. Lage der beweglichen oder lösbaren Verbindung.
7. Kennzeichnung wichtiger Bauteile.

Prinzip-Skizze – nur als Beispiel, nicht maßstäblich:

        Smartphone-Dummy
      ┌────────────────┐
      │                │
      └────────────────┘
              ╲
               ╲  Träger
                ○  lösbare Achse
                │
      ──────────┴──────────
           Grundplatte

Fehler finden: Diese Prinzipskizze ist keine fertige technische Zeichnung. Es fehlen unter anderem Maße, vollständige Ansichten und eine eindeutige Darstellung der Verbindung.

Phase 6: Werkstoff auswählen

Werkstoff / Halbzeug	Nützliche Eigenschaften	Mögliche Nachteile	Denkbarer Einsatz
Sperrholzplatte	relativ formstabil, gut als flächige Basis	Kanten und Bohrungen müssen sauber bearbeitet werden	Grundplatte, Seitenwange
Aluminium-Flachprofil	leicht, formstabil, schlanke Bauteile möglich	Kanten müssen fachgerecht entgratet werden; elektrisch leitfähig	Stütze, Verstellarm
Schulgeeignete Kunststoffplatte	feuchteunempfindlich, je nach Kunststoff zäh	Steifigkeit und Bearbeitung hängen stark vom konkreten Kunststoff ab	Halter, Abstandsteil
Gummi- oder Korkauflage	erhöht Reibung, schützt Oberfläche	Verschleiß möglich	Rutschhemmung

Gute Werkstoffbegründung: „Ich wähle Werkstoff X, weil Eigenschaft Y die Anforderung Z unterstützt.“

Zu schwach: „Ich nehme Holz, weil Holz gut ist.“

Phase 7: Bauteile und Halbzeuge festlegen

Möglicher Bauteilpool:

Bauteil	Funktion	Alternative
M4-Schraube	lösbare Verbindung	Steckachse
Flügelmutter	werkzeugarmes Nachstellen	Rändelmutter
Unterlegscheibe	verteilt Anpresskraft	passende größere Auflagefläche
Winkelverbinder	rechtwinklige Verbindung	konstruktive Steck- oder Schraubverbindung
Gummifuß	erhöht Reibung	Korkauflage
Scharnier	Drehbewegung	Schraubachse

Prüfungsimpuls: Nenne zu mindestens einem gewählten Bauteil eine technisch sinnvolle Alternative.

Phase 8: Stückliste erstellen

Pos.	Bezeichnung	Werkstoff	Abmessung	Anzahl	Funktion
1	Grundplatte			1	Standfläche
2	Träger				Abstützung
3	Verstellelement				Winkelwahl
4	Verbindungselement				lösbares Fügen
5	Rutschhemmung				Reibung erhöhen

Selbstcheck: Stimmen Anzahl, Werkstoff, Maße und Funktion mit Deiner Zeichnung überein?

Phase 9: Arbeitsplan erstellen

Schritt	Tätigkeit	Werkzeug / Hilfsmittel	Qualitätskontrolle	Sicherheit
1	Maße übertragen und anreißen	Mess- und Anreißmittel	Maße gegen Zeichnung prüfen	Arbeitsplatz vorbereiten
2	Teile herstellen	nur freigegebene Werkzeuge nach Unterweisung	Zwischenmaße prüfen	Schutzmaßnahmen der Lehrkraft beachten
3	Kanten bearbeiten	geeignetes Handwerkzeug	keine scharfen Kanten	Werkstück sicher halten
4	Bohrungen oder Verbindungsstellen herstellen	schulisch freigegebene Mittel	Lage und Durchmesser prüfen	keine eigenständige Nutzung gefährlicher Maschinen
5	Vormontage	Verbindungselemente	Beweglichkeit und Passung prüfen	Quetschstellen vermeiden
6	Endmontage	passende Handwerkzeuge	Schraubverbindungen kontrollieren	sicherer Arbeitsplatz
7	Funktionsprüfung	Prüfmittel	Soll-Ist-Vergleich	Prüfbereich freihalten

Fehlersuche: Warum ist es ungünstig, erst nach der Endmontage zu entdecken, dass eine Bohrung falsch liegt? Formuliere eine zusätzliche Zwischenprüfung.

Phase 10: Prüfplan erstellen

Test	Messgröße	Prüfmittel	Soll	Wiederholung
T1 Aufnahme	sicherer Halt	Sicht- und Funktionsprüfung	Dummy bleibt sicher aufgenommen	3-mal einsetzen
T2 Winkel	Winkel	Winkelmesser	mindestens zwei Positionen zwischen 55° und 75°	jede Position 2-mal
T3 Kippprüfung	horizontale Kraft	schulischer Kraftmesser	kein Kippen bei 2,5 N	3 Durchgänge
T4 Rutschprüfung	Verschiebung	Lineal / Messskala	höchstens 5 mm	3 Durchgänge
T5 Verstellzyklus	Spiel / Funktion	Messskala und Sichtprüfung	nach 20 Zyklen funktionsfähig	20 Zyklen
T6 Masse	Masse	Waage	Wunschwert höchstens 350 g	2 Messungen

Prüfungsregel: Ein guter Prüfplan nennt nicht nur „testen“, sondern was, wie, womit und ab wann bestanden.

Testdaten auswerten

Die folgenden Daten sind fiktive Unterrichtsdaten für die Auswertung. Keine Variante ist perfekt.

Kriterium	Soll	Prototyp A	Prototyp B	Prototyp C
Bauweise	offen	Sperrholz + Kork	Kunststoff + Scharnier	Sperrholz + Aluminium + Gummifüße
Masse	Wunsch ≤ 350 g	300 g	210 g	370 g
Kippkraft	≥ 2,5 N	3,4 N	2,3 N	4,1 N
Rutschweg	≤ 5 mm	7 mm	2 mm	1 mm
Winkelpositionen	zwei Positionen 55°–75°	58° / 70°	55° / 68°	60° / 75°
Verstelltest	nach 20 Zyklen funktionsfähig	bestanden	1,5 mm zusätzliches Spiel	bestanden
Entnahme	ohne Werkzeug	bestanden	bestanden	bestanden

Auswertungsauftrag

1. Markiere für jeden Prototyp alle Kriterien, die nicht erfüllt sind.
2. Entscheide Dich für einen Prototyp, den Du weiterentwickeln würdest.
3. Begründe die Entscheidung mit mindestens drei Messwerten oder Anforderungen.
4. Entwickle zwei konkrete Änderungen.
5. Sage voraus, welche Messwerte sich dadurch wahrscheinlich verbessern und welche sich möglicherweise verschlechtern.
6. Plane einen Nachtest, bei dem möglichst nur eine wesentliche Änderung gleichzeitig geprüft wird.

Mögliche Auswertung: A verfehlt die Rutschgrenze. B verfehlt die Kippanforderung und zeigt nach dem Verstelltest zusätzliches Spiel. C erfüllt die Muss-Kriterien, überschreitet aber den Wunschwert für die Masse. Alle drei können deshalb sinnvoll optimiert werden. Eine eindeutige „einzig richtige“ Wahl gibt es nicht, wenn die Begründung die Anforderungen und Daten korrekt berücksichtigt.

Beispielhafte Optimierungsrichtungen

Ausgangsproblem	Mögliche Änderung	Erwarteter Effekt	Neuer Zielkonflikt
A rutscht zu weit	größere oder geeignetere rutschhemmende Auflage	weniger Rutschweg	eventuell mehr Bauteile oder Material
B kippt	Standfläche gezielt verbreitern oder Schwerpunkt absenken	höhere Kippkraft	größere Grundfläche oder Masse
B bekommt Spiel	Verbindung nachstellen oder Lagerstelle konstruktiv verbessern	bessere Wiederholgenauigkeit	höherer Fertigungsaufwand
C ist zu schwer	Materialquerschnitte prüfen und nur dort reduzieren, wo Stabilität erhalten bleibt	geringere Masse	mögliche Verringerung der Steifigkeit

Optionale Kleinspannungs-Auswertung

Für eine freigegebene 5-V-LED-Schaltung wurden folgende Unterrichtsmesswerte aufgenommen:

Vorwiderstand	Gemessener Strom	Zielbereich 8–15 mA	Beobachtung
150 Ω	19,8 mA	nicht erfüllt	sehr hell
220 Ω	13,5 mA	erfüllt	gut sichtbar
330 Ω	9,0 mA	erfüllt	sichtbar, geringerer Strom

Transferfrage: Zwei Widerstände erfüllen den Zielbereich. Welche Wahl ist sinnvoller, wenn geringe Stromaufnahme wichtiger wird als maximale Helligkeit? Begründe mit Messdaten.

Sicherheit: Praktischer Aufbau nur nach schulischer Unterweisung, mit freigegebenen Komponenten, unter Aufsicht und an der vorgegebenen sicheren Kleinspannung.

Hilfekarten

Hilfe 1: Anforderungen präzisieren

Formel für gute Anforderungen: Funktion + Messgröße + Grenze + Prüfbedingung.

Beispiel: Statt „Der Ständer soll stabil sein“ besser „Der Ständer kippt bei 2,5 N horizontaler Prüfkraft in 120 mm Höhe nicht.“

Hilfe 2: Varianten entwickeln

Ändere nicht nur die Form. Ändere das Funktionsprinzip: andere Lagerung, andere Winkelverstellung, andere Standgeometrie oder andere Verbindung.

Hilfe 3: Werkstoff begründen

Nutze die Satzstruktur:

„Ich wähle …, weil die Eigenschaft … für die Anforderung … wichtig ist. Dadurch …“

Hilfe 4: Arbeitsplan prüfen

Frage nach jedem Fertigungsschritt: Was muss ich jetzt kontrollieren, bevor ich weiterarbeite?

Hilfe 5: Prüfplan prüfen

Ein prüfbarer Test braucht:

1. Messgröße.
2. Messmittel.
3. Prüfablauf.
4. Sollwert.
5. Wiederholung.
6. Dokumentation.

Hilfe 6: Optimierung begründen

Eine Optimierung beginnt mit einer Abweichung: Messwert → Ursache vermuten → Änderung planen → erneut messen → vergleichen.

Ein möglicher Lösungsweg – nicht die Musterlösung

Eine denkbare Konstruktion könnte eine Sperrholz-Grundplatte, einen schlanken Aluminiumträger, eine lösbare M4-Verbindung mit Flügelmutter und rutschhemmende Füße kombinieren.

Warum nur ein Beispiel? Eine andere Lösung kann gleichwertig oder besser sein, wenn sie die Anforderungen erfüllt und fachlich begründet wird.

Beispielhafte Konstruktionslogik:

1. Breite Grundplatte für Kippsicherheit.
2. Schlanker Träger für geringere Masse.
3. Lösbare Achse für Verstellung und Reparatur.
4. Rutschhemmende Füße für kleine Verschiebung.
5. Zwei definierte Winkelpositionen statt beliebiger, schlecht fixierter Stellung.

Selbstkontrolle: Vergleiche Deine Lösung nicht nach Aussehen, sondern anhand der Anforderungsliste.

Prüfungsraster zur Selbstkontrolle

Hinweis: Dies ist ein Übungsraster für den aiMOOC, keine amtliche Punkteverteilung.

Bereich	Mögliche Punkte	Selbstcheck
Anforderungen und Zielkonflikte	6	Sind Kriterien messbar und Konflikte erkannt?
Variantenentwicklung	8	Sind mindestens drei echte Lösungsprinzipien vorhanden?
Auswahl begründen	6	Werden Kriterien und technische Gründe genutzt?
Zeichnung	8	Sind Ansichten, Maße und Bauteile eindeutig?
Werkstoff, Stückliste, Arbeitsplan	8	Passen Auswahl und Reihenfolge zur Konstruktion?
Prüfplan	6	Sind Messgröße, Messmittel, Soll und Wiederholung festgelegt?
Testdaten und Optimierung	8	Werden Änderungen aus Daten abgeleitet?
Summe	50

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Wann ist eine technische Anforderung besonders gut prüfbar? (Wenn sie ein messbares oder eindeutig beobachtbares Kriterium enthält) (!Wenn sie möglichst allgemein formuliert ist) (!Wenn sie nur die gewünschte Farbe nennt) (!Wenn sie ohne Sollwert auskommt)

Warum sollen bei einer offenen Konstruktionsaufgabe mehrere Varianten entstehen? (Damit unterschiedliche Funktionsprinzipien verglichen werden können) (!Damit alle Varianten gleich aussehen) (!Damit keine Entscheidung begründet werden muss) (!Damit nur die leichteste Variante automatisch gewählt wird)

Welche Werkstoffbegründung ist fachlich am stärksten? (Der Werkstoff wird über eine relevante Eigenschaft mit einer konkreten Anforderung verknüpft) (!Der Werkstoff gefällt mir optisch am besten) (!Der Werkstoff wurde zuerst gefunden) (!Der Werkstoff ist immer der beste)

Was gehört in einen guten Arbeitsplan? (Arbeitsschritte, Hilfsmittel, Prüfstellen und Sicherheitsmaßnahmen) (!Nur eine Materialfarbe) (!Nur das Endergebnis) (!Nur die Namen der Gruppenmitglieder)

Was muss ein Prüfplan enthalten? (Messgröße, Prüfmittel, Ablauf und Bestehensgrenze) (!Nur die Vermutung, dass die Konstruktion funktioniert) (!Nur ein Foto des Produkts) (!Nur die Stückliste)

Wann ist eine Optimierung technisch begründet? (Wenn sie aus Anforderungen und Messdaten abgeleitet wird) (!Wenn nur die Farbe geändert wird) (!Wenn ohne erneuten Test behauptet wird, alles sei besser) (!Wenn die Messwerte ignoriert werden)

Was ist ein Halbzeug? (Eine vorgefertigte Werkstoffform wie Platte, Stab oder Profil) (!Ein fertiger Prüfbericht) (!Eine Schutzbrille) (!Eine Messmethode)

Welcher Vorteil kann eine lösbare Verbindung haben? (Bauteile können nachgestellt, ersetzt oder getrennt werden) (!Sie verhindert grundsätzlich jede Bewegung) (!Sie macht eine Prüfung überflüssig) (!Sie benötigt nie Bauteile)

Was ist vor einer praktischen Arbeit im Technikraum erforderlich? (Schulische Unterweisung, Aufsicht und erforderliche Schutzausrüstung) (!Eigenständiger Start an gefährlichen Maschinen) (!Versuche an Netzspannung) (!Arbeiten ohne Arbeitsplan und ohne Freigabe)

Wozu dient eine technische Zeichnung besonders? (Sie übermittelt Form, Maße und technische Informationen möglichst eindeutig) (!Sie ersetzt jede Funktionsprüfung) (!Sie bewertet automatisch den besten Werkstoff) (!Sie macht eine Anforderungsliste unnötig)

Memory

Anforderung	prüfbares Sollkriterium
Werkstoff	Material mit technischen Eigenschaften
Bauteil	einzelnes Funktionsteil
Halbzeug	vorgefertigte Werkstoffform
Stückliste	Übersicht über Teile und Mengen
Arbeitsplan	geordnete Herstellungsfolge
Prüfplan	festgelegter Test mit Sollwert
Optimierung	datenbasierte Verbesserung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Messbares Kriterium	Anforderung analysieren
Funktionsvarianten	Lösung entwickeln
Eigenschaft und Einsatz	Werkstoff auswählen
Arbeitsschritte und Prüfstellen	Arbeitsplan erstellen
Messmittel und Sollwert	Test planen

Kreuzworträtsel

Werkstoff	Welcher Fachbegriff bezeichnet das Material, aus dem ein technisches Teil besteht?
Bauteil	Wie heißt ein einzelnes Teil mit einer technischen Funktion?
Halbzeug	Wie heißt eine vorgefertigte Werkstoffform wie Platte oder Profil?
Toleranz	Wie heißt eine zulässige Abweichung von einem Sollwert?
Prüfplan	Wie heißt die Festlegung von Messgröße, Messmittel und Bestehensgrenze?
Optimierung	Wie heißt eine gezielte Verbesserung anhand von Kriterien und Daten?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Eine technische Anforderung wird besonders prüfbar, wenn sie ein messbares enthält.

Bei einer offenen Konstruktionsaufgabe entwickelst Du mehrere .

Die Auswahl eines Materials soll mit einer passenden begründet werden.

Eine Übersicht über alle benötigten Teile heißt .

Die geordnete Folge der Herstellungsschritte steht im .

Ein geplanter Test mit Messmittel und Sollwert wird im beschrieben.

Der Vergleich von gefordertem und gemessenem Wert heißt .

Eine technische Verbesserung auf Grundlage von Messdaten heißt .

Praktische Arbeiten beginnen erst nach der schulischen .

Offene Aufgaben

Leicht

1. Anforderungsliste: Formuliere aus drei ungenauen Wünschen jeweils ein messbares Prüfkriterium und markiere Muss- und Wunschkriterien.
2. Funktionsanalyse: Untersuche einen ungefährlichen vorhandenen Halter oder Ständer. Markiere Aufnahme, Abstützung, Verbindung und Standfläche.
3. Werkstoffvergleich: Vergleiche bereitgestellte Schulwerkstoffe nach Oberfläche, Steifigkeit, Massegefühl und Bearbeitbarkeit. Dokumentiere nur Beobachtungen, die Du tatsächlich prüfen kannst.
4. Technische Skizze: Zeichne zwei deutlich unterschiedliche Lösungen für die Smartphone-Arbeitsstation und beschrifte die wichtigsten Bauteile.

Standard

1. Entscheidungsmatrix: Lege fünf Bewertungskriterien fest, gewichte sie und vergleiche drei Lösungsvarianten. Begründe anschließend Deine Auswahl in ganzen Sätzen.
2. Stückliste: Erstelle zu Deiner bevorzugten Lösung eine Stückliste mit Werkstoff, Abmessung, Anzahl und Funktion. Nenne für ein Bauteil eine Alternative.
3. Arbeitsplan: Erstelle einen Arbeitsplan mit mindestens sechs Schritten, zwei Qualitätskontrollen und den erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen.
4. Prüfplan: Entwickle einen Prüfplan für Winkel, Kippverhalten und Rutschweg. Lege Messmittel, Sollwerte und Wiederholungen fest.

Schwer

1. Prototyp: Fertige nach Freigabe durch die Lehrkraft einen sicheren Funktionsprototyp oder ein maßstäbliches Modell. Gefährliche Maschinen werden nicht eigenständig benutzt.
2. Messdaten: Führe nur die freigegebenen Tests durch, protokolliere Messwerte, stelle mindestens eine Messreihe grafisch dar und kennzeichne Unsicherheiten.
3. Optimierung: Ändere gezielt nur einen wesentlichen Parameter, wiederhole den passenden Test und beurteile, ob die Änderung tatsächlich eine Verbesserung bewirkt.
4. Transfer: Passe die Aufgabe an einen größeren Tablet-Dummy oder an einen mobilen Einsatz an. Erstelle eine neue Anforderungsliste und begründe, welche Teile Deiner bisherigen Lösung übernommen werden können.

Lernkontrolle

1. Zielkonflikt: Die maximale Grundfläche wird von 160 mm × 120 mm auf 130 mm × 100 mm reduziert. Erkläre zwei Auswirkungen auf Deine Konstruktion und entwickle eine Gegenmaßnahme.
2. Messdatenauswertung: Vergleiche Prototyp A, B und C. Wähle eine sinnvolle Optimierungsstrategie für einen Prototyp und begründe sie mit mindestens drei Datenwerten.
3. Werkstofftransfer: Die Arbeitsstation soll künftig in einem feuchten Raum eingesetzt werden. Prüfe Deine bisherige Werkstoffwahl neu und begründe notwendige Änderungen.
4. Fehleranalyse: In einem Arbeitsplan steht die Endmontage vor der Maßkontrolle der Bohrungen. Erkläre die technische Folge und formuliere eine bessere Reihenfolge.
5. Prüfqualität: Zwei Gruppen erhalten stark unterschiedliche Kippkraft-Messwerte. Entwickle drei Maßnahmen, mit denen die Prüfung vergleichbarer und wiederholbarer wird.
6. Optimierungskonflikt: Eine breitere Grundplatte verbessert die Kippkraft, erhöht aber Masse und Materialbedarf. Entwickle eine alternative konstruktive Lösung und begründe sie.
7. Kleinspannung: Bei der optionalen LED-Erweiterung erfüllen 220 Ω und 330 Ω den Zielstrom. Begründe anhand der Testdaten, welcher Widerstand bei möglichst geringer Stromaufnahme sinnvoller ist.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema sind folgende eigene Arbeitsprodukte wichtig:

1. Anforderungsliste mit messbaren Kriterien und mindestens zwei Zielkonflikten.
2. Drei technisch unterschiedliche Lösungsvarianten.
3. Begründete Variantenentscheidung.
4. Technische Skizze oder Zeichnung mit Ansichten und Hauptmaßen.
5. Begründete Werkstoff- und Bauteilauswahl.
6. Vollständige Stückliste.
7. Arbeitsplan mit Qualitätskontrollen und Sicherheitsbezug.
8. Prüfplan mit Messgröße, Messmittel, Sollwert und Wiederholung.
9. Auswertung von Testdaten als Soll-Ist-Vergleich.
10. Begründete Optimierung mit geplantem oder durchgeführtem Nachtest.
11. Kurze Reflexion: Welche Entscheidung würdest Du beim nächsten Durchlauf anders treffen und warum?

OERs zum Thema

Weitere freie Quellen

Wikimedia Commons – technische Zeichnung
Wikimedia Commons – orthografische Projektion
Wikimedia Commons – Sperrholzquerschnitt
Wikimedia Commons – Winkelverbinder
Wikimedia Commons – Aluminiumprofil
Wikimedia Commons – Kunststoffprodukte
Wikimedia Commons – LED-Schaltung

Verknüpfte Lernbereiche

Komplexe technische Aufgabe Anforderungsanalyse Konstruktion Funktionsanalyse Technische Zeichnung CAD Werkstoffauswahl Bauteil Halbzeug Stückliste Arbeitsplan Prüfplan Messdaten Soll-Ist-Vergleich Optimierung Arbeitssicherheit