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Werkstofflabor und Prüfdatenauswertung – Proben für Werkstoffprüfungen zuordnen

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Werkstofflabor und Prüfdatenauswertung – Proben für Werkstoffprüfungen zuordnen

Ausbildung Werkstoffprüfung / Qualitätssicherung · Lernzeit: ca. 45–60 Minuten · Fokus: Entnahmeort und Repräsentativität

Dein Lernziel: Du ordnest eine Probe der richtigen Prüfaufgabe zu, prüfst ihre Herkunft und erkennst, wann ein Messwert nicht für ein ganzes Los sprechen darf. Alle Aufträge und Messwerte dieses Kurses sind didaktisch erfundene Modellfälle, keine Freigabevorgaben.

Bildimpuls: Runde und flache Zugproben. Eine passende Form beweist noch nicht die richtige Herkunft.

Lerneinheit 1: Was soll die Probe aussagen? (5 Minuten)

Merksatz: Erst die Prüffrage, dann der Entnahmeort, danach die Probe. Repräsentativ bedeutet: Für die konkrete Prüffrage geeignet – nicht automatisch für jede Aussage über eine Charge.

Ein Probenabschnitt wird einem Halbzeug entnommen. Daraus kann eine genormte Prüfprobe entstehen. Entnahmestelle, Orientierung, Zustand und Kennung müssen zur Vorgabe passen. Die genaue Lage ergibt sich aus dem gültigen Prüf- und Produktstandard sowie dem Auftrag; „immer aus der Mitte“ wäre falsch.

Erkenne Probenform und Messbereich. Die Zeichnung legt keinen Entnahmeort in einer Blechtafel fest.

Lerneinheit 2: Ausbildungsfall „Blechtafel P3“ (10 Minuten)

Auftrag (fiktiv): Die Qualitätssicherung untersucht eine gewalzte Stahltafel P3, Charge C71. Der freigegebene betriebliche Modell-Prüfplan legt fest: zwei Zugproben quer zur dokumentierten Walzrichtung aus dem markierten Grundmaterialfeld M, eine Härteprobe aus der Randzone R und einen metallografischen Schliff an der Auffälligkeit S. M, R und S sind hier nur Fallmarkierungen, keine allgemeinen Normpositionen.

Kandidat	Entnahme / Orientierung	Kennung
A	Feld M / längs	C71
B	Feld M / quer	C71
C	Randzone R / Richtung nicht vorgegeben	C71
D	Auffälligkeit S / lokaler Querschliff	C71
E	Feld M / quer	C72
F	Feld M / quer	Kennzeichnung unlesbar
G	Feld M / quer	C71

Schematische Lagekarte (ausschließlich für diesen Modellfall; keine normgerechte Entnahmezeichnung):

Blechtafel P3 – Walzrichtung →
Randbereich	Grundmaterial	Örtlicher Befund
R	M	S

Dein erster Auftrag: Welche vier Kennungen würdest Du jeweils der Zugprüfung, der Randhärteprüfung und der örtlichen Gefügeuntersuchung zuweisen? Die Lösung folgt erst nach den Hilfen.

Bruchbild einer Stahlzugprobe: Ein Prüfresultat ohne Entnahmeprotokoll beantwortet die Herkunftsfrage nicht.

Lerneinheit 3: Ort, Richtung, Probenart (7 Minuten)

Prüffrage	Geeigneter Probenbezug
Zugverhalten im festgelegten Grundmaterialfeld	Zugprobe aus M mit vorgegebener Richtung
Härte in der Randzone	vorbereitete Messstelle beziehungsweise Probe aus R
Gefüge unmittelbar an einer Auffälligkeit	Schliff mit Lagebezug zu S
Kerbschlagverhalten	passend orientierte und dokumentierte Kerbschlagprobe nach Prüfauftrag

Die Walzrichtung kann Werkstoffeigenschaften beeinflussen. Daher ist „längs“ nicht austauschbar mit „quer“. Eine gezielt aus der Fehlstelle entnommene Probe hilft bei der Schadensanalyse, ist aber nicht ohne Weiteres repräsentativ für die gesamte Tafel.

Kerbschlag-Proben vor und nach einer Prüfung: Geometrie und Lage müssen zur gestellten Aufgabe passen.

Lerneinheit 4: Zuordnen, schützen, dokumentieren (8 Minuten)

Prüfkette: Prüfauftrag → Produkt / Charge → Entnahmestelle und Richtung → eindeutige Probenkennung → Prüfmethode → Messdatensatz → fachliche Bewertung. Ohne gesicherte Kennung: sperren und klären, statt eine Herkunft zu erraten.

Metallografische Präparation als Gerätebeispiel. Schneiden, Einbetten, Schleifen, Polieren und gegebenenfalls Ätzen erfolgen nur im geeigneten Labor durch eingewiesenes Personal.

Prozessvideo (Buehler, Japanisch): Beobachte, an welchen Stellen Proben verwechselt oder verändert werden könnten. Keine Arbeitsanleitung zum Nachmachen.

Vickers-Gerät und Prinzip. Ein Härtewert gilt zunächst für den untersuchten Messbereich.

Prozessvideo (Buehler): Beobachte das Messgerät, nicht seine ungesicherten Bedienparameter.

Lerneinheit 5: Was sagen die Prüfdaten? (8 Minuten)

Fiktive Modellmesswerte für die beiden planmäßig zugeordneten Zugproben B und G: gleicher Anfangsquerschnitt A0 = 40 mm².

Probe	Höchstkraft	Modellwert Rm = Fmax / A0
B	24 000 N	600 N/mm² = 600 MPa
G	25 200 N	630 N/mm² = 630 MPa

Rechenkontrolle: (600 + 630) / 2 = 615 MPa. Der Mittelwert beschreibt nur die beiden gültig zugeordneten Modellproben. Ohne Annahmekriterien, dokumentierte Prüfbedingungen und fachliche Bewertung ist dies keine Chargenfreigabe.

Beispielhaftes Spannungs-Dehnungs-Diagramm: Es zeigt Kennwerte, ersetzt aber nicht den Herkunftsnachweis.

Prozessfilm (Wikimedia Commons, CC BY 4.0): Zeitlich beschleunigte Stahl-Zugprüfung, keine Echtzeitdarstellung.

Lerneinheit 6: Sicherheit und Entsorgung (5 Minuten)

Stoppregel: Dieser Kurs enthält keine Eigenversuche. Trennen, Schleifen, Polieren, Zugprüfen und chemisches Ätzen sind betriebliche Tätigkeiten unter Fachaufsicht und mit Gefährdungsbeurteilung. Staubexposition, wegfliegende Teile, heiße Oberflächen und Gefahrstoffe erfordern dafür festgelegte Schutzmaßnahmen. Insbesondere Aluminiumstaub kann brennbar und explosionsfähig sein.

Beispiel eines Schleifmittels: Schon die Präparation muss mögliche Verunreinigungen und Staubentstehung berücksichtigen.

Abfallregel: Schleifstaub, belastete Späne, gebrauchte Hilfsstoffe und Ätzreste nicht pauschal als Restmüll oder über den Ausguss entsorgen. Betriebliche Abfallzuordnung und Trennung beachten; bei Chemikalien insbesondere Abschnitt 13 des Sicherheitsdatenblatts heranziehen. Keine gefährlichen Stoffe selbst mischen, herstellen, behandeln oder entsorgen.

Fachgrundlagen: DGUV Regel 109-001, DGUV Information 209-002, BAuA: TRGS 400, 402 und 500, BG BAU: Entsorgung laut Sicherheitsdatenblatt, Umweltbundesamt: Abfalleinstufung.

Gestufte Modellaufgaben mit Feedback

Basis: Richtig zuordnen

Aufgabe: Ordne B, C, D und G den drei Prüfaufträgen aus Lerneinheit 2 zu.

Hilfe 1: Suche zuerst den geforderten Untersuchungsbereich M, R oder S.
Hilfe 2: Prüfe bei Zugproben zusätzlich Orientierung und Charge.
Musterlösung und Feedback: B und G → Zugversuch; C → Randhärte; D → Schliff an S. Warum? Nur B und G erfüllen alle drei Vorgaben für die Zugproben: Feld M, Querrichtung und Charge C71.

Anwendung: Prüfdatensatz bewerten

Aufgabe: Berechne den Mittelwert von B und G und begründe, warum E und F nicht mitgerechnet werden.

Hilfe 1: Für diesen Modellfall gilt Rm = Höchstkraft geteilt durch Anfangsquerschnitt.
Hilfe 2: Ein Mittelwert setzt korrekt zugeordnete Datensätze voraus.
Musterlösung und Feedback: 615 MPa. E gehört zu C72; bei F fehlt der belastbare Herkunftsnachweis. Warum? Ein rechnerisch sauberer Mittelwert aus falsch zugeordneten Proben wäre fachlich irreführend.

Transfer: Auffälligen Wert beurteilen

Aufgabe: Angenommen, die Randprobe C liefert einen höheren Härtewert als eine Probe aus M. Darfst Du daraus auf die Zugfestigkeit der gesamten Charge schließen?

Hilfe 1: Unterscheide lokale Messung, Prüfverfahren und Geltungsbereich.
Hilfe 2: Härte und Zugfestigkeit sind unterschiedliche Kennwerte; ein Zusammenhang ist nicht automatisch ein gültiger Nachweis.
Musterlösung und Feedback: Nein. Der Härtewert charakterisiert zunächst R unter den konkreten Messbedingungen. Warum? Andere Entnahmestelle und andere Messgröße erlauben ohne validierte Regeln keine Aussage über die gesamte Charge.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Wann ist eine Probe für eine Prüfung repräsentativ? (Wenn sie die festgelegte Prüffrage unter den geltenden Vorgaben abbildet) (!Wenn sie besonders glänzend aussieht) (!Wenn sie möglichst klein ist) (!Wenn sie aus einem beliebigen Reststück besteht)

Welche Kandidaten erfüllen im Modellfall die Vorgaben für beide Zugproben? (B und G) (!A und B) (!B und E) (!E und F)

Was bedeutet die unlesbare Kennung von F? (Herkunft vor Verwendung klären) (!Herkunft anhand des Aussehens raten) (!Probe der häufigsten Charge zuordnen) (!Messwert ohne Kennung übernehmen)

Wofür eignet sich die gezielte Probe D? (Zur Untersuchung der örtlichen Auffälligkeit) (!Zum sicheren Nachweis der gesamten Charge) (!Zum Ersatz aller übrigen Prüfungen) (!Zur Bestimmung der Walzrichtung ohne Unterlagen)

Warum muss die Orientierung einer Zugprobe dokumentiert werden? (Weil die Walzrichtung die Eigenschaften beeinflussen kann) (!Weil die Farbe der Probe davon abhängt) (!Weil alle Richtungen dieselben Werte ergeben müssen) (!Weil die Charge dadurch überflüssig wird)

Welcher Kandidat gehört im Modellfall zu einer anderen Charge? (E) (!B) (!C) (!G)

Was ist für den Mittelwert der beiden gültigen Modell-Zugproben richtig? (615 MPa) (!600 MPa) (!630 MPa) (!1230 MPa)

Welche Aussage zu einem Härtewert aus der Randzone stimmt? (Er beschreibt zunächst die untersuchte Randzone) (!Er gibt unmittelbar die Festigkeit der Gesamtcharge an) (!Er ersetzt jede Zugprüfung) (!Er beweist die Fehlerfreiheit des Kerns)

Welche Tätigkeit ist ohne betriebliche Gefährdungsbeurteilung und Fachaufsicht kein Kursversuch? (Chemisches Ätzen einer Metallprobe) (!Vergleich zweier schematischer Probenbilder) (!Zuordnen fiktiver Probenkarten) (!Lesen eines bereits vorliegenden Prüfprotokolls)

Was ist bei belasteten Präparationsabfällen richtig? (Betriebliche Entsorgungsvorgaben und Sicherheitsdatenblatt prüfen) (!Alle Rückstände über den Ausguss entfernen) (!Stäube mit Druckluft verteilen) (!Unbekannte Abfälle ohne Kennung mischen)

Begründetes Quiz-Feedback: Eine Prüfung ist nur so aussagekräftig wie ihr Probenbezug. Lage, Richtung, Charge und Sicherheitsstatus sind keine Nebendaten, sondern Voraussetzungen einer belastbaren Auswertung.

Memory

Probenabschnitt	Entnommener Teil des Erzeugnisses
Prüfkörper	Für den Versuch vorbereitete Geometrie
Entnahmeort	Dokumentierte Lage am Produkt
Repräsentativität	Eignung für die festgelegte Prüffrage
Walzrichtung	Orientierung aus dem Umformprozess
Chargenkennung	Rückbezug auf das Fertigungslos
Sperrvermerk	Kennzeichen für ungeklärte Verwendung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Grundmaterial-Zugprüfung	Feld M
Lokale Fehleranalyse	Auffälligkeit S
Randhärtevergleich	Randzone R
Rückverfolgbarkeit	Eindeutige Kennung
Richtungseinfluss	Längs- und Querlage

Kreuzworträtsel

Charge	Wie nennt man das zu einer Fertigungsmenge gehörende Los?
Walzrichtung	Welche Orientierung entsteht durch das Walzen?
Schliff	Welche präparierte Probe dient der Gefügebetrachtung?
Zugprobe	Welcher Prüfkörper wird bei einer Zugprüfung verwendet?
Randzone	Wie heißt der Bereich nahe der Blechkante?
Dokumentation	Was sichert die Nachvollziehbarkeit der Entnahme?

LearningApps

Lückentext

Eine Probe ist nur für eine festgelegte Prüffrage

.

Das markierte Grundmaterialfeld des Modellauftrags heißt

.

Die beiden gültigen Zugproben tragen die Kennungen

.

Ihre geforderte Orientierung liegt

zur Walzrichtung.

Die Randhärteprobe stammt aus der Zone

.

Der lokale metallografische Schliff gehört zur Auffälligkeit

.

Die abweichende Probe E trägt die Charge

.

Eine nicht rückverfolgbare Probe ist vor Verwendung zu

.

Der rechnerische Mittelwert im Modell beträgt

MPa.

Hinweise zur Entsorgung von Gefahrstoffen stehen im Sicherheitsdatenblatt in Abschnitt

.

Offene Aufgaben

Leicht

Probenarten: Erstelle aus den Commons-Bildern eine beschriftete digitale Bildkarte für Zugprobe, Härteprüfung und Schliff; erkläre den Unterschied in je einem Satz.
Prüfauftrag: Markiere in einer selbst gezeichneten schematischen Blechtafel die Fallfelder M, R und S.
Rückverfolgbarkeit: Entwirf eine Kennzeichnungskarte mit Charge, Produkt, Entnahmeort, Richtung und Datum – nur auf Papier.
Walzrichtung: Zeichne zwei rechtwinklige Pfeile und erläutere „längs“ und „quer“ anhand des Fallplans.

Standard

Probenplan: Weise den sieben Kandidaten die Status „verwenden“, „anderer Prüfauftrag“ oder „sperren / klären“ zu und begründe jede Entscheidung.
Prüfdatenauswertung: Übertrage die fiktiven Zugwerte in eine Tabelle und prüfe die Einheiten der Berechnung.
Metallografie: Gestalte einen Bildkommentar zum Commons-Präparationsfoto und benenne zwei mögliche Verfälschungen durch ungeeignete Vorbereitung.
Arbeitsschutz: Erstelle aus den verlinkten DGUV- und BAuA-Quellen ein Warnplakat zur Staubentstehung und zum sicheren Lernrahmen; keine praktischen Versuche.

Schwer

Stichprobe: Entwickle für eine fiktive zweite Tafel eine Entscheidungslogik, in der Prüffrage und Produktnorm vor der Entnahmestelle festgelegt werden.
Fehleranalyse: Verfasse einen Kurzbericht, warum ein Schliff direkt an S für die Schadensursache nützlich, aber für die gesamte Tafel nicht automatisch repräsentativ ist.
Datenqualität: Simuliere am Rechner eine vertauschte Chargenkennung und erkläre, wie die fehlerhafte Zuordnung die Bewertung verzerren kann.
Qualitätssicherung: Entwirf ein digitales Freigabeformular mit Sperrgründen, Unterschriftsfeld und Verweis auf die im Betrieb gültigen Prüf- und Entsorgungsregeln.

Lernkontrolle

Transfer: Zwei Proben haben gleiche Geometrie, stammen aber aus Rand und Mitte. Begründe, weshalb ein direkter Kennwertvergleich irreführend sein kann.
Entscheidung: Eine Probe trägt eine lesbare Nummer, aber die Charge fehlt im Protokoll. Formuliere eine fachlich sichere Entscheidung und die nötige Rückfrage.
Ursache und Wirkung: Erkläre an einem gedachten Fall, wie eine wärmegeschädigte Präparation ein späteres Ergebnis verfälschen könnte.
Bewertung: Ein auffälliger lokaler Härtewert wird als „Charge nicht in Ordnung“ gemeldet. Prüfe diese Schlussfolgerung und formuliere eine belastbare Alternative.
Fehlerkette: Verknüpfe Entnahmeort, Zuordnung, Messwert und Qualitätsentscheidung zu einer begründeten Fehleranalyse.
Sicherheit und Umwelt: Begründe, warum unklare staub- oder chemikalienhaltige Abfälle nicht mit normalem Metallschrott zusammengelegt werden dürfen.

Lernnachweis

Für Deinen Lernnachweis zeigst Du einen eigenen Probenzuordnungsplan, eine vollständig ausgefüllte Dokumentationskarte, die korrekte Modellrechnung mit Einheit, mindestens zwei begründete Sperrentscheidungen, die Abgrenzung zwischen lokaler und chargenbezogener Aussage sowie eine quellenbasierte Sicherheits- und Entsorgungsentscheidung. Bewertet werden Nachvollziehbarkeit, Begründung und sicherer Umgang mit Unsicherheit – nicht das Bedienen von Maschinen.

OERs zum Thema

Weitere offene Einführung: Probenahme, Werkstoffprüfung, Zugversuch, Härteprüfung, Metallografie.

Geprüfte Fachquellen

DIN EN ISO 377:2026-01: Lage und Vorbereitung von Probenabschnitten für Stahl und Stahlerzeugnisse; Normtext ist urheberrechtlich geschützt und wird hier nicht nachgebildet.
ISO 6892-1:2019: Zugprüfung metallischer Werkstoffe bei Raumtemperatur.
ISO 148-1:2016: Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy.
ISO 6507-1:2023: Härteprüfung nach Vickers.
Struers Academy: fachlicher Überblick über metallografische Probenpräparation.
DGUV 109-001 und DGUV 209-002: Staub-, Brand- und Bearbeitungsgefahren.
BAuA: TRGS, BG BAU: Abschnitt 13 und UBA: Abfälle: Schutzmaßnahmen und korrekte Entsorgungsentscheidung.

Mediennachweise und Nutzungsrechte

Die folgenden tatsächlich vorhandenen Wikimedia-Commons-Dateien haben frei dokumentierte Nutzungsbedingungen; bei Weiterverwendung Urhebernennung, Lizenzlink und ggf. Änderungsvermerk beachten.

Zugproben – Romary / Wizard191, CC BY-SA 3.0.
Zugprobenzeichnung – Wizard191, CC BY-SA 3.0.
Stahlzugprobe – HB TUW, CC BY-SA 4.0.
Charpy-Schema – Laurensvanlieshout, CC BY-SA 4.0.
Kerbschlagproben – Andrzej Otrębski, CC BY-SA 3.0.
Poliergerät – Vijesh Gogia, CC BY 4.0.
Härteprüfgerät – Tariqabjotu, gemeinfrei.
Vickers-Prinzip – Freundchen, CC0 1.0.
Spannungs-Dehnungs-Schema – Slashme / Leyo, CC BY-SA 3.0.
Stahl-Zugversuchsvideo – Cristian V., CC BY 4.0.
Schleifmittel – Vijesh Gogia, CC BY 4.0.

Externe Prozessmedien: Die direkt eingebundenen YouTube-Videos stammen aus von Buehler veröffentlichten Videohinweisen (Probenpräparation und Vickers-Prüfgerät); sie sind nicht als frei lizenzierte OER ausgewiesen. Einbetten ist keine Erlaubnis zum Kopieren oder Umarbeiten. Sichtbare Arbeitsabläufe sind Anschauungsmaterial, nicht Ersatz für Betriebsanweisungen.