Abschlussprüfung 2016 an den Realschulen in Bayern

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1 Abschlussprüfung 2016 an den Realschulen in Bayern Werken Schriftlicher Teil Aufgabe A LÖSUNGSHILFE Metall Aus Urheberrechtsgründen wurden fotografische Abbildungen entfernt. Vorbemerkung: Die Erstellung eines Erwartungshorizonts und die Benotung erfolgen durch die jeweilige Lehrkraft in pädagogischer und fachlicher Verantwortung. Die vorliegende Lösungshilfe kann dazu herangezogen werden. Selbstverständlich sind auch andere Lösungen zu akzeptieren, die in der Lösungshilfe nicht vorgesehen sind. Der stichpunktartige Aufbau berücksichtigt nicht die durch die Fragestellung implizierte Antwortform ( ausführliche Beschreibung bei Erläutern Sie ). Die gesetzten Spiegelpunkte dienen der besseren Strukturierung der Lösungshilfe und entsprechen nicht zwangsläufig den zu vergebenden Punkten. Zeichnungen sind dann mit der vollen Punktzahl zu bewerten, wenn sie angemessen groß, perspektivisch richtig (bei räumlichen Darstellungen), sauber und detailliert ausgeführt sind. 1 Bedeutung des Werkstoffs 1.1 Seit der industriellen Revolution haben Metalle viele technische Möglichkeiten eröffnet. Erläutern Sie dies anhand der Bereiche Maschinenbau, Verkehrswesen und Architektur. Maschinenbau: Maschinen (Kraft- oder Arbeitsmaschinen) dienen als technisches Arbeitsmittel, als Automatisierungsmöglichkeit durch Serienbohrungen (CNC-Bohrer) Materialeigenschaften der Metalle werden für den konstruktiven Aufbau ( Maschinentisch, Elektromotor) sowie für die Funktionseinheiten ( Bohren) der Maschine genutzt Ersatz für traditionelle Handarbeit Verkehrswesen: bahnbrechende Erfindungen, die Dampflokomotive (Kraftmaschine) als Meilenstein in der industriellen Entwicklung der Menschheit: Transport wichtiger Rohstoffe, Halbzeuge oder fertiger Produkte über weite Entfernungen Technische Möglichkeiten heute erweitert durch Magnetschwebebahnen, Hochgeschwindigkeitszüge Architektur: Bewehrung (Armierung) des Baustoffes Beton durch Stahlgitter/Stahlseile (Stahlbeton und Spannbeton): Erhöhen der Zug- und Druckfestigkeit bei Bodenplatten, Decken oder Wänden als Konstruktionsgrundlage für moderne Architektur Mechanische Vorspannung der Bewehrung (Spannbeton) ermöglicht Konstruktion langer Brücken für Verkehrswesen 1.2 In einigen Bereichen werden heute Metalle durch technische Keramik ersetzt oder auch ergänzt. Zeigen Sie anhand konkreter Beispiele drei verschiedene Vorteile technischer Keramik auf.

2 Beispiel, Vorteile, Kugellager hohe Abriebfestigkeit Zahnersatz Biokompatibilität Keramikmesser Verschleißfestigkeit, Korrosionsschutz 2 Werkstoffkunde und Arbeitsverfahren 2.1 Metalle haben verschiedenste Eigenschaften, aus denen sich bestimmte Verwendungszwecke ergeben. Wählen Sie drei Metalle und ergänzen Sie hierzu die Tabelle. Metall Eigenschaften (je 2) Verwendung (je 2) niedriger Schmelzpunkt Lötzinn Zinn lebensmittelverträglich Zinnüberzüge/Weißblech Aluminium Kupfer weich und zäh geringes Gewicht gute elektrische Leitfähigkeit gute Formbarkeit Folie Karosserie/Fahrzeugbau Leiterplatinen Dachrinnen 2.2 Je nach Verwendung lassen sich Eigenschaften von Metallen durch Legieren verändern. Definieren Sie den Begriff Legierung, nennen Sie zwei Beispiele und deren Ausgangsmetalle. Definition, Legierungen sind Gemische mit metallischem Charakter, die durch Zusammenschmelzen entstehen. Sie bestehen aus mindestens zwei oder mehr chemischen Elementen, wobei eines davon ein Metall sein muss. Je nach Komponenten und Mischungsverhältnissen werden die Werkstoffeigenschaften verbessert, Erhöhung der Härte, Senkung des Schmelzpunktes. Mischungen mit nichtmetallischen Zusätzen sind möglich. Beispiele Bronze: Kupfer und Zinn Messing: Kupfer und Zink 2.3 Ergänzen Sie in der Tabelle die fehlenden Fachbegriffe oder Definitionen aus dem Metallbereich. Metallhalbzeuge Punzieren Patina Frischen Schlacke Treiben Durch Walzen, Ziehen oder Pressen vorgefertigte Zwischenprodukte Eintreiben von Mustern und Ornamenten in Metall durch Hammerschläge auf sogenannte Punzen (Stahlstifte) Schutzschicht gegen Korrosion durch Kontakt mit Luft oder Wasser Reduzierung des Kohlenstoffgehalts durch Sauerstoffzugabe in das geschmolzene Roheisen Nebenprodukt bei der Gewinnung von Roheisen Verfahren zur Erzeugung von Hohlformen durch gezielte Hammerschläge

3 2.4 Zum Trennen von Metall werden Spezialwerkzeuge, wie Seitenschneider und Handblechschere verwendet. Erklären Sie die unterschiedliche Wirkungsweise der beiden genannten Werkzeuge und unterstützen Sie Ihre Ausführungen durch aussagekräftige Zeichnungen. Wirkungsweise Seitenschneider: Beim Trennvorgang dringen zwei scharfe, meißelförmige Schneiden von beiden Seiten in das Material ein und treffen genau aufeinander. Sie verdrängen das durchtrennte Material zur Seite und zwicken es in der Mittelschicht des Materials ab. Zeichnung Abb.: Trennvorgang/ Seitenschneider Handblechschere: Beim Schneidevorgang dringen die Schneiden der Schere gegeneinander versetzt von beiden Seiten in das Material ein. Durch einen Schneidspalt gleiten sie aneinander vorbei. Die Mittelschicht wird durch Scherkräfte abgeschert. Abb.: Trennvorgang/ Handblechschere 2.5 Nennen Sie vier weitere Werkzeuge zum Trennen von Metall. Zeichnen und beschriften Sie eines dieser Werkzeuge. Werkzeuge zum Trennen von Metall: Metallsäge (Handbügelsäge) Flachmeißel Hebelblechschere Kneifzange Zeichnung mit Beschriftung, Kneifzange Schneiden Backen Gelenkniet Griffe Abb.: Kneifzange 2.6 Eine Möglichkeit zum Fügen von Metallen ist das Weichlöten. Informieren Sie über die Arbeitsschritte, die beim Weichlöten auszuführen sind. Lötkolbenspitze reinigen Oberflächen von Fett und Oid mechanisch und chemisch reinigen Teile auf einer hitzeunempfindlichen Unterlage spannungsfrei fiieren auf enge Lötfuge achten Lötflussmittel auftragen Teile auf Löttemperatur erhitzen Lot an den Teilen schmelzen und in die Lötfuge einschießen lassen Werkstück erst bewegen, wenn die Lötstelle erkaltet ist Lötstelle von Flussmittelresten säubern 3 Fachgerechte und gestaltende Verarbeitung Sie haben die Aufgabe, aus Aluminiumblech eine Reagenzglashalterung für die Fachschaft Chemie herzustellen. Diese sollte mindestens drei Reagenzgläser aufnehmen können. Der Lochdurchmesser für ein Reagenzglas beträgt ca. 20 mm.

4 3.1 Stellen Sie Ihr Werkstück anschaulich zeichnerisch dar. 3.2 Fertigen Sie einen Arbeitsplan zur Herstellung des Werkstücks, der alle notwendigen Arbeitsschritte sowie Werkzeuge und Werkhilfsmittel enthält. Beschreibung des Arbeitsschrittes maßstabsgetreue Schablone als Abwicklung anfertigen, Biegeradius einplanen Schablone maßgenau und materialsparend übertragen Bohrungen zum Einsetzen des Laubsägeblatts anreißen, vorkörnen und bohren Aussparungen für die Reagenzgläser aussägen ggf. gewollte Kontur einschneiden bzw. sägen Werkstück fest einspannen Kanten entgraten/glätten durch Feilen und Schleifen von grob nach fein Biegekante markieren Blech am Anriss der Biegekante einspannen, umformen, Rückfederung beachten und bei Bedarf überbiegen Werkzeuge und Werkhilfsmittel Karton, Bleistift, Cutter, Geodreieck, Stahlschiene, Schneideunterlage, Schere wasserfester Folienstift bzw. Reißnadel, Spitzzirkel, Stahlschiene, Stahlwinkel, evtl. Kreppklebeband zum Fiieren der Schablone Körner, Schlosserhammer, Tischbohrmaschine, Metallbohrer, Maschinenschraubstock, Holzunterlage, Schneidöl, Schutzbrille Laubsäge mit Metallsägeblatt, Sägetisch, Schraubzwinge/Vorderzange Hebelblechschere, Handblechschere bzw. Laubsäge mit Zubehör Schraubstock, Beilagen Feile, Schlüsselfeilen, Schleifkorken, Metallschleifleinen Folienstift Schraubstock, Beilagen, Biegeklotz und -hilfen (Hartholz), Holz- oder Kunststoffhammer, alternativ: Abkantvorrichtung 3.3 Wählen Sie für das Werkstück eine geeignete Oberflächenbehandlung und begründen Sie Ihre Entscheidung. Mögliche Oberflächenbehandlung: Lackieren mit Zaponlack Begründung: Schutz vor Oidation neigt nicht zum Abblättern Beständigkeit gegen Flüssigkeiten und mechanische Einwirkungen Aussehen der Oberfläche bleibt durch farblosen Lack sichtbar

5 4 Gesundheits- und Umweltschutz 4.1 Beschreiben Sie drei Gefahren und entsprechende Maßnahmen zum Gesundheitsschutz beim Löten. Gefahren Schädigung der Atemwege durch Freiwerden giftiger und ggf. krebserregender Dämpfe (Lötfett, Lötflussmittel, Lot) Stromschläge bei durchgeschmolzenem bzw. bereits defektem Zuleitungskabel Verbrennung am Lötkolben oder am heißen Werkstück Maßnahmen zum Gesundheitsschutz bleifreies Lot verwenden ausreichend belüften/absauganlage auf intakte Kunststoffummantelung des Kabels achten Kontakt der Lötkolbenspitze mit Zuleitungskabel unbedingt verhindern umsichtiges Arbeiten Lötkolbenspitze nicht anfassen, auf Lötkolbenständer sicher ablegen 4.2 Obwohl uns bewusst ist, dass Metall ein wertvoller und begrenzt vorkommender Werkstoff ist, gehen wir im Alltag oft verantwortungslos damit um. Zeigen Sie dies anhand von zwei Beispielen und geben Sie jeweils Handlungsalternativen an. Aluminiumverpackungen im Haushalt: im Haushalt wird Alufolie oft achtlos benutzt - alternative, mehrfach benutzbare Verpackung verwenden - möglichst mehrmals nutzen Lebensmittelindustrie stellt viele Aluminiumverpackungen her ( Aluminiumdeckel von Joghurtbechern, TetraPak), die nach Gebrauch im Hausmüll landen - Produkte dem Recycling zuführen Seltenerdmetalle in Mobiltelefonen: enthaltene Seltenerdmetalle werden selten ressourcen- und umweltschonend abgebaut - altes Telefon wertstofflichem Recycling zuführen/an Hersteller zurückgeben - Konsumverhalten überdenken 5 Werkbetrachtung 5.1 Die Funktionalität ist ein wesentliches Qualitätskriterium für einen Gebrauchsgegenstand. Führen Sie Aspekte an, welche für die Funktionalität einer Halterung für Reagenzgläser aus Metall von Bedeutung sind. sicherer Halt der Reagenzgläser Stabilität durch richtige Wahl der Blechstärke Kippsicherheit durch angemessen große Standfläche einfaches Einsetzen und Entnehmen der Reagenzgläser leichte Reinigung bei lackierter Oberfläche 5.2 Nennen Sie zwei weitere Qualitätskriterien zur Beurteilung des genannten Werkstücks. Handwerkliche Verarbeitung Originelle Gestaltung

6 Abschlussprüfung 2016 an den Realschulen in Bayern Werken Schriftlicher Teil Aus Urheberrechtsgründen wurden fotografische Abbildungen entfernt. Aufgabe B LÖSUNGSHILFE Werkstoff Kunststoff Vorbemerkung: Die Erstellung eines Erwartungshorizonts und die Benotung erfolgen durch die jeweilige Lehrkraft in pädagogischer und fachlicher Verantwortung. Die vorliegende Lösungshilfe kann dazu herangezogen werden. Selbstverständlich sind auch andere Lösungen zu akzeptieren, die in der Lösungshilfe nicht vorgesehen sind. Der stichpunktartige Aufbau berücksichtigt nicht die durch die Fragestellung implizierte Antwortform ( ausführliche Beschreibung bei Erläutern Sie ). Die gesetzten Spiegelpunkte dienen der besseren Strukturierung der Lösungshilfe und entsprechen nicht zwangsläufig den zu vergebenden Punkten. Zeichnungen sind dann mit der vollen Punktzahl zu bewerten, wenn sie angemessen groß, perspektivisch richtig (bei räumlichen Darstellungen), sauber und detailliert ausgeführt sind. 1 Bedeutung des Werkstoffs 1.1 Zeigen Sie an drei Beispielen auf, wie Kunststoffe herkömmliche Materialien im Bereich Verpackung ersetzen und nennen Sie deren Vorteile. Eingefettete Maschinenteile wurden früher in Tauenpapier eingewickelt und zusätzlich mit Holzwolle umwickelt stoßsicher zum Versand verpackt. Heute dienen dazu Formteile aus Styropor, die, präzise geformt, das Teil sicher nicht nur vor Stößen schützen und dazu noch eine Gewichtseinsparung mit sich bringen. Ausschließlich mit Papier verpackte Waren ( Obst) sind nicht vor eindringender Feuchtigkeit geschützt im Gegensatz zu den in Folien eingeschweißten Waren. Folien sind zudem reißfester und lassen sogar eine luftdichte Verpackung zu, so dass Lebensmittel länger haltbar bleiben. Flüssigkeiten ( Fruchtsäfte) wurden früher nur in Glasflaschen abgefüllt. Der Einsatz von PET-Flaschen bringt nicht nur eine Gewichtersparnis sondern ermöglicht auch eine (nahezu) bruchsichere Verpackung. 1.2 Trotz vieler Vorteile ergeben sich durch die erhöhte Kunststoffproduktion auch Probleme. Belegen Sie diese Aussage anhand von vier Beispielen. Bei der Produktion können hochgiftige Substanzen in die Luft, den Boden oder das Grundwasser gelangen. Rohstoffverknappung: Kunststoffe werden nahezu ausschließlich aus nicht erneuerbaren Rohstoffen gewonnen. Entsorgung/Recycling: Kunststoffe sind in der Regel nicht biologisch abbaubar und Recycling ist nicht generell möglich, bzw. mit einem Qualitätsverlust verbunden. In Verbrennungsanlagen entstehen Abgase und hochgiftige Substanzen (wie Kohlenmonoid, Chlorgase und Schwermetalle). Durch eine entsprechende Abgasfilterung gelangen diese zwar nicht in die Luft, verbleiben aber als sog. Filterstäube im Filter.

7 2 Werkstoffkunde, Arbeitsverfahren 2.1 Die meisten Kunststoffe werden heute durch chemische Synthese hergestellt. Nennen Sie drei Ausgangsstoffe für dieses Herstellungsverfahren. Erdöl Erdgas Kohle 2.2 Beschreiben Sie das Prinzip der Polykondensation und nennen Sie zwei weitere Verfahren der chemischen Kunststoffgewinnung. Gleichartige oder artverschiedene Grundbausteine werden zu Makromolekülen verknüpft. Die Reaktion verläuft in Stufen und kann an unterschiedlichen Stellen des Reaktionsablaufs unterbrochen werden. Bei jedem Reaktionsschritt werden einfache Reaktionsnebenprodukte, Wasser, abgespalten. Um die Reaktion in Gang zu halten, muss das Kondensat (Wasser) ständig entfernt werden. Die dabei entstehenden Kunststoffe bezeichnet man als Polykondensate. Polyaddition Polymerisation 2.3 Benennen und beschriften Sie die abgebildete Schemadarstellung eines wichtigen industriellen Formungsverfahrens für Kunststoffe. Formungsverfahren: Spritzgießen Werkzeug / Form Schnecke Granulat / Trichter Temperiersystem Antrieb 2.4 Beschreiben Sie das in 2.3 abgebildete Formungsverfahren. die in einer Art Etruder erhitzte Schmelze wird durch die Schnecke zur Austrittsdüse befördert, dabei bewegt sich die Schnecke bis zu einem festgelegten Punkt nach hinten durch eine Längsbewegung der festgestellten Schnecke nach vorne presst man den plastifizierten Kunststoff unter hohem Druck in die Form nachdem das Formteil im Werkzeug abgekühlt ist, wird das erstarrte Produkt nach dem Öffnen des teilbaren Werkzeugs ausgestoßen 2.5 Nennen Sie vier weitere industrielle Formungsverfahren und ordnen Sie je zwei Produktbeispiele zu. Warmformen (Vakuumtiefziehen): Joghurtbecher, Wannen Schäumen: Schaumkunststoff-Formteile wie Styroporverpackungen, Bauschaumplatten Etrusionsblasformen: Flaschen, Kanister Kalandrieren: Folien, Platten 3 Fachgerechte und gestaltende Verarbeitung Sie haben die Aufgabe, einen individuell gestalteten Gebrauchsgegenstand ( ein Salatbesteck) aus einer Acrylglasplatte herzustellen. Der Kunststoff soll dabei mechanisch bearbeitet und thermisch umgeformt werden.

8 3.1 Fertigen Sie eine maßstabsgetreue Zeichnung Ihres Werkstücks, aus der Form und Funktion gut ersichtlich sind. Maßstabsgetreue Zeichnung 3.2 Erstellen Sie einen tabellarischen Arbeitsplan, der die nötigen Arbeitsschritte und die jeweils verwendeten Werkzeuge und Hilfsmittel beinhaltet. Arbeitsschritte Planen/Entwerfen Anzeichnen/Übertragen Trennen durch Ritzbrechen und/oder Sägen ggf. Bohren (abhängig vom Gegenstand) muss evtl. schon vor dem Trennen erfolgen Entgraten und Feilen Schleifen zunächst trocken die beiden letzten Schleifgänge erfolgen nass Polieren Thermisch Umformen Werkzeuge und Hilfsmittel Bleistift, Stahlmaßstab, Winkel, Zirkel Folienstift, ggf. Schablone aus Pappe Stahlschienen, Reißnadel, Schraubzwingen, Schutzhandschuhe, Laubsäge, Sägebrett Vorstecher, Spiralbohrer, Tischbohrmaschine, Bohrunterlage Feilen unterschiedlichen Querschnitts, Ziehklinge, Pappe (Schutzbacken) zum Einspannen Schleifpapier unterschiedlicher Körnung, Nassschleifpapier, Schleifkork weicher Stofflappen, Polierpaste Heizstab (bzw. Heißluftgebläse), Biegehilfen oder Schablonen 3.3 Begründen Sie, aufgrund welcher spezifischer Eigenschaften sich Acrylglas für Ihre Werkaufgabe besonders eignet. von den Thermoplasten besitzt Acrylglas die größte Oberflächenhärte. Wenn trotzdem die Oberfläche von härteren Materialien verkratzt wird, lässt es sich leicht wieder aufpolieren das dichte Materialgefüge der Molekülketten ist der Grund dafür, dass Acrylglas spangebend leicht bearbeitet werden kann infolge des erwähnten Materialgefüges weist Acrylglas eine sehr glatte, porenfreie Oberfläche auf, dadurch können Schmutz und Bakterien nicht fest haften Acrylglas ist beständig gegen die meisten im Haushalt vorkommenden Stoffe ( Essigsäure, Spülmittel) 4 Gesundheits- und Umweltschutzschutz 4.1 Formulieren Sie vier Unfallgefahren und entsprechende Maßnahmen, mit denen Verletzungen bei der Bearbeitung von Kunststoff vermieden werden können. Durch Ausdünstungen, Stäube und Erwärmungsdämpfe können gesundheitsschädliche Stoffe in die Raumluft gelangen und eingeatmet werden daher notfalls Filtermasken tragen und Staubentwicklung durch Nassschleifen unterbinden, zudem den Arbeitsraum immer gut lüften. Während der spanenden Bearbeitung von Kunststoffen brechen bei spröderen Sorten vor allem beim Einsatz von Maschinen (Bohrmaschine, Kreissäge) Absplitterungen aus, die auch zu Augenverletzungen führen können

9 dagegen schützt man sich mit einer geeigneten Brille. Scharfe Kanten, wie sie durch Ritzbrechen entstehen, bilden eine nicht zu unterschätzende Schnittgefahr. Diese müssen unbedingt entgratet werden. Zum Transport derartiger Platten verwendet man natürlich Handschuhe. Heiße Werkzeuge (Brennstäbe, Heißluftgebläse) und erhitztes Material können zu Verbrennungen beim Thermoumformen führen. Man arbeitet auch hier mit der nötigen Sorgfalt, fasst heiße Werkzeuge selbstverständlich nicht an und benutzt Schutzhandschuhe. 4.2 Nennen Sie drei Möglichkeiten, als Verbraucher den Einsatz von synthetischen Kunststoffen im Alltag zu vermindern und führen Sie jeweils ein Beispiel an. keine Einwegsysteme und Wegwerferzeugnisse insbes. im Verpackungsbereich verwenden mehrfaches Verwenden von Folien, Flaschen, Tragetaschen Verzicht auf kunststoffverpackte Lebensmittel; Alternativen aus anderen Materialien verwenden ( Glasflaschen, Holzfenster, Parkett- oder Korkfußböden) sortenreine Trennung Kunststoffe nicht in die Restmülltonne werfen, sondern auf dem Wertstoffhof entsorgen 5 Werkbetrachtung 5.1 Stellen Sie drei übergeordnete Kriterien auf, die für die Beurteilung Ihres handgefertigten Werkstücks in Aufgabe 3 geeignet sind. Ergänzen Sie diese jeweils durch genauere Beurteilungsaspekte. Übergeordnete Kriterien Form / Design Originalität Qualität der Verarbeitung Funktionalität Genauere Beurteilungsaspekte, z. B Individuelle, den eigenen Wünschen und dem Material entsprechende Formgebung, Symmetrie Qualität der spanenden Bearbeitung (gerade und glatte Kanten, glatte Oberfläche), Bläschenbildung/Braunfärbung durch das Thermoumformen Genau auf die Bedürfnisse abgestimmt, Größe, einfache und sichere Handhabung 5.2 Vergleichen Sie Ihr Werkstück mit einem industriell gefertigten Produkt. Eigenes Werkstück Individuelle, den eigenen Wünschen angepasste Formgebung einzigartig Durch handwerkliche Bearbeitung können Ungenauigkeiten auftreten Verhältnismäßig teuer durch die Verwendung z. T. kostspieliger Ausgangsmaterialien und hohem Zeitaufwand bei der Fertigung Genau auf die eigenen Bedürfnisse abgestimmt, in Bezug auf Größe oder Farbe Industrielle Massenware Massenware mit z. T. schlichtem/schlechtem Design Durch die industrielle, maschinelle Herstellung kann äußerst präzise gearbeitet werden Billig durch die Herstellung großer Stückzahlen aus günstigen Ausgangsmaterialien und den rationellen Einsatz von Maschinen In der Regel funktionell, aber es müssen ggf. Kompromisse eingegangen werden ( bezüglich der Größe)

10 Abschlussprüfung 2016 an den Realschulen in Bayern Werken Schriftlicher Teil Aufgabe C LÖSUNGSHILFE Holz Aus Urheberrechtsgründen wurden fotografische Abbildungen entfernt. Vorbemerkung: Die Erstellung eines Erwartungshorizonts und die Benotung erfolgen durch die jeweilige Lehrkraft in pädagogischer und fachlicher Verantwortung. Die vorliegende Lösungshilfe kann dazu herangezogen werden. Selbstverständlich sind auch andere Lösungen zu akzeptieren, die in der Lösungshilfe nicht vorgesehen sind. Der stichpunktartige Aufbau berücksichtigt nicht die durch die Fragestellung implizierte Antwortform ( ausführliche Beschreibung bei Erläutern Sie ). Die gesetzten Spiegelpunkte dienen der besseren Strukturierung der Lösungshilfe und entsprechen nicht zwangsläufig den zu vergebenden Punkten. Zeichnungen sind dann mit der vollen Punktzahl zu bewerten, wenn sie angemessen groß, perspektivisch richtig (bei räumlichen Darstellungen), sauber und detailliert ausgeführt sind. 1 Bedeutung des Werkstoffs Obwohl Kunststoffe in immer mehr Lebensbereichen Anwendung finden, steigt die Nachfrage nach Produkten, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sind. Dem Werkstoff Holz kommt dabei ein besonderer Stellenwert zu, da er so vielfältig verwendbar ist. 1.1 Nennen Sie zwei Bereiche mit entsprechenden Anwendungsbeispielen, bei denen Holz nur schwer oder gar nicht durch Kunststoffe ersetzt werden kann. Begründen Sie jeweils Ihre Angaben. Baubereich: Dachstühle Es wäre sehr aufwändig und viel teurer, Kunststoffstreben herzustellen, die bei gleicher Spannweite ähnlich belastbar und so einfach zu bearbeiten sind wie Holzbalken. Instrumentenbau: Geigen Der warme, volle Klang der Instrumente kann nicht von Kunststoffresonanzkörpern erzeugt werden. Sportgerätebau: Bögen und Skier Zumindest der Kern dieser Sportgeräte wird nach wie vor aus Holz hergestellt, weil nicht auf die Elastizität bei gleichzeitiger Stabilität des Werkstoffs verzichtet werden kann. 1.2 Der traditionelle Werkstoff Holz erscheint vor allem wegen der durch Kunststoff verursachten Probleme in einem positiven Licht. Erläutern Sie solche durch Kunststoff verursachte Probleme. Ressourcenproblematik Verbrauch von begrenzt vorhandenen Rohstoffen für Kunststoffprodukte hoher Energieaufwand für den Gewinnungs- und Herstellungsprozess

11 Gesundheitsprobleme Eingriff in die Entwicklung von Lebewesen durch hormonähnliche Substanzen Krankheiten wie Allergien oder Krebs durch giftige Substanzen Tiersterben durch Kunststoffpartikel im Nahrungskreislauf Abfallproblematik wachsende Deponien durch nicht verrottende Abfälle Entstehen von Müllteppichen auf den Weltmeeren Freisetzung giftiger Substanzen bei der Verbrennung und der Deponierung unumkehrbarer Verlust von Rohstoffen durch Verbrennung problematisches Recycling durch Verbundstoffe 2 Werkstoffkunde und Arbeitsverfahren 2.1 Entscheiden Sie, ob die folgenden Aussagen zum Wachstum und zur Struktur des Baumes zutreffen. ja nein Das Frühholz ist im Vergleich zum Spätholz dunkler und härter. Splintholz ist noch junges, saftführendes und weiches Holz. Das Kambium ist nur für die Bildung neuer Holzzellen verantwortlich. Kernholz nimmt nicht mehr an der Wasserversorgung des Baumes teil. Jahresringe geben keinen Aufschluss über das Klima, sondern nur über das Baumalter. Holz mit engen Jahresringen ist minderwertiger als Holz mit breiten Ringen. 2.2 Holz arbeitet. Erläutern Sie diese Aussage. Holz schwindet, da es beim Trocknen Feuchtigkeit abgibt; dies geht einher mit einer Volumenabnahme. Holz quillt, wenn es Feuchtigkeit, aus der Umgebungsluft, aufnimmt: Dabei nimmt das Volumen zu. Beim Arbeiten von Holz kann es zum Reißen oder Werfen des Holzes kommen. Spannungen im Holz entstehen, weil es außen mehr und schneller schwindet als innen. 2.3 Im Sägewerk kann ein Baumstamm durch ein Sägegatter zu Brettern aufgetrennt werden. Benennen Sie die dabei entstehenden Bretter nach ihrer Lage im Baumstamm. Beschreiben Sie deren unterschiedliches Schwundverhalten und unterstützen Sie Ihre Aussage durch Schemazeichnungen. Herzbrett: bleibt fast eben (stehende Jahresringe) beidseitig nur geringer Schwund vom Kern ausgehend können sternförmige Risse (Hirnrisse) entstehen Abb.: Herzbrett, Mittelbrett, Seitenbrett Mittelbrett: schwindet zur linken Seite hin stärker Knickbildung in Richtung Splint von der Kernseite aus können Risse entstehen Seitenbrett: das Brett schwindet sehr stark (liegende Jahresringe verkürzen sich) starkes Rundziehen in Richtung Schwarte

12 2.4 Aufgrund des Schwundverhaltens von Massivholz werden im Möbelbau überwiegend Holzwerkstoffe verwendet. Erklären Sie den Begriff Holzwerkstoffe. Nennen Sie drei Holzwerkstoffe, beschreiben Sie deren Aufbau/Herstellung und verdeutlichen Sie Ihre Aussagen durch anschauliche Detailzeichnungen über Eck. Holzwerkstoffe... sind industriell vorgefertigte Produkte zur Weiterverarbeitung bestehen aus Holzlagen, Holzspänen oder Holzfasern werden verbunden durch Pressen und Verleimen werden als Platten oder Formteile angeboten (Handelsformen) Holzwerkstoff Zeichnung (über Eck) Bestandteile/Herstellung Furniersperrholz Abb.: Furniersperrholz Schälfurniere werden kreuzweise aufeinander geleimt Spanplatte Abb.: Spanplatte Holzspäne werden unter Einwirkung von Hitze und Druck mit Kunstharzleim verbunden Holzfaserplatte Abb.: Holzfaserplatte Holzfasern verbinden sich durch Verfilzung und Zusatz von Kunstharzleim 2.5 Zum Trennen von Holz werden Sägen verwendet. Erklären Sie diesbezüglich die Begriffe auf Stoß und Schränkung. Veranschaulichen Sie Ihre Ausführungen durch Detailzeichnungen. auf Stoß : Die Zähne zeigen nach vorne, vom Heft weg. Die Säge arbeitet bei Vorwärtsbewegung. Der Schnittwinkel beträgt von schwach auf Stoß Abb.: Detailzeichnung (100 ) bis stark auf Stoß (<90 ). Beim Zurückziehen wird das Werkzeug entlastet, dabei wird keine Arbeit verrichtet. Schränkung : Die Sägezähne sind wechselseitig nach rechts und links ausgestellt, dadurch wird die Schnittbahn weiter. Abb.: Detailzeichnung So kann das Sägeblatt nicht verklemmen. Die Holzspäne können abtransportiert werden. Die Schränkweite soll nicht mehr als die doppelte Sägeblattdicke betragen. 3 Fachgerechte und gestaltende Verarbeitung Die Fachschaft Biologie möchte im Schulgarten einen Wohn- und Lebensraum für Insekten schaffen. Die Aufgabe der Werkgruppe ist es nun, ein Insektenhotel dafür anzufertigen. Es soll aus einem Kasten ohne Rückwand mit mehreren Unterteilungen bestehen. Die entstehenden Fächer werden anschließend mit unterschiedlichen Materialien befüllt.

13 3.1 Für diese Werkarbeit eignen sich verschiedene heimische Holzarten. Stellen Sie zwei passende Holzarten vor und charakterisieren Sie diese durch ihre spezifischen Eigenschaften. Lärche geringer Schwund stark harzhaltig mäßig hart mäßig schwer leicht zu bearbeiten Fichte geringer Schwund gute Saugfähigkeit ( Holzschutzimprägnierungen) weich bis mittelhart mittelschwer leicht zu bearbeiten 3.2 Um die äußeren Kastenteile fest miteinander zu verbinden, sollen Sie eine Fingerzinkung herstellen. Zeichnen Sie eine Detailansicht dieser Verbindung vor dem Zusammenfügen. Abb.: Darstellung Fingerzinkung 3.3 Die Zwischenwände sollen durch verdeckte Dübelungen befestigt werden. Beschreiben Sie tabellarisch die Arbeitsschritte und führen Sie die benötigten Werkzeuge und Hilfsmittel an. Arbeitsschritte Lage der Zwischenwände an den Seitenwänden des Kastens und Bohrlöcher anreißen Bohrtiefe an Ständerbohrmaschine einstellen und Sacklöcher in die Seitenwände bohren Bohrschablone herstellen und anschließend passgenaues Übertragen der Bohrungen auf die Zwischenwände, oder: Einsetzen von Markierspitzen in die hergestellten Bohrungen an den Seitenwänden; Zwischenwände passgenau auf Markierspitzen drücken Bohrtiefe an Ständerbohrmaschine einstellen und Sacklöcher in die Stirnseite der Zwischenwände bohren Mit Hilfe der Holzdübel und Holzleim Zwischenwände mit dem Kasten verbinden Werkzeuge / Werkhilfsmittel Stahlmaßstab, Bleistift, Anschlagwinkel Ständerbohrmaschine, Holzbohrer, Schraubzwingen Schablone, Bleistift oder Markierspitzen Ständerbohrmaschine, Holzbohrer, Schraubzwingen Holzdübel, Holzleim 3.4 Nennen Sie weitere mögliche Holzverbindungen, die Zwischenwände anzubringen und das Dach zu befestigen. Nageln, Verschrauben, stumpfes Verleimen

14 4 Unfallverhütung und Umweltschutz 4.1 Stellen Sie vier Unfallgefahren beim Herstellen Ihres Insektenhotels entsprechende Schutzmaßnahmen gegenüber. Unfallgefahr, Schutzmaßnahme, Schnittverletzungen an der Hand durch Stemmeisenklinge vom Körper weg arbeiten scharfe Werkzeuge benutzen zu bearbeitendes Holz fest einspannen Holzsplitter in der Hand Verfangen von Kleidungsstücken und Haaren am Bohrer/ Bohrfutter Schnittverletzung durch Sägeblatt umsichtig arbeiten Späne fachgerecht entfernen Tragen von eng anliegender Kleidung Zurückbinden von Haaren richtige Positionierung und Fiierung des Werkstücks Hand von Sägelinie fernhalten 4.2 Ein Schüler möchte für den Bau des Insektenhotels Teakholz verwenden. Legen Sie dar, warum die Verwendung von Tropenholz aus ökologischer Sicht sehr fragwürdig ist. bei nicht zertifiziertem Tropenholz keine nachhaltige Forstwirtschaft Rodung ohne Rücksicht auf Folgen, wie Erosion Störung des ökologischen Systems durch Kahlschlag (Artenvielfalt nimmt ab) globale Klimaveränderung durch Urwaldrodung lange Transportwege, hoher Energieaufwand

15 Abschlussprüfung 2016 an den Realschulen in Bayern Werken Schriftlicher Teil Aufgabe D LÖSUNGSHILFE Ton Aus Urheberrechtsgründen wurden fotografische Abbildungen entfernt. Vorbemerkung: Die Erstellung eines Erwartungshorizonts und die Benotung erfolgen durch die jeweilige Lehrkraft in pädagogischer und fachlicher Verantwortung. Die vorliegende Lösungshilfe kann dazu herangezogen werden. Selbstverständlich sind auch andere Lösungen zu akzeptieren, die in der Lösungshilfe nicht vorgesehen sind. Der stichpunktartige Aufbau berücksichtigt nicht die durch die Fragestellung implizierte Antwortform ( ausführliche Beschreibung bei Erläutern Sie ). Die gesetzten Spiegelpunkte dienen der besseren Strukturierung der Lösungshilfe und entsprechen nicht zwangsläufig den zu vergebenden Punkten. Zeichnungen sind dann mit der vollen Punktzahl zu bewerten, wenn sie angemessen groß, perspektivisch richtig (bei räumlichen Darstellungen), sauber und detailliert ausgeführt sind. 1 Bedeutung des Werkstoffs Die Produktion von Keramik gehört zu den ältesten Kulturtechniken der Menschheit. Aufgrund der großen Vielfalt der Erzeugnisse und der vorteilhaften Werkstoffeigenschaften finden keramische Produkte bis heute Anwendung in unterschiedlichen Lebensbereichen. 1.1 Ergänzen Sie die Tabelle mit drei traditionellen Bereichen, in denen Keramik auch heute noch eine große Bedeutung hat. Geben Sie für jeden Bereich jeweils zwei passende Produktbeispiele an. Bereich Verwendungsbeispiele, Bauwesen Mauerziegel, Fliesen, Klinker, Dachziegel Haushalt Dekoration Schüsseln, Tischgeschirr, Backformen, Römertopf Vasen, Figuren, Gartenstelen, Blumentöpfe 1.2 Für manche Bereiche, wie den Innenausbau, stehen neben keramischen Werkstoffen alternative Materialien zur Auswahl. Stellen Sie vorteilhafte Materialeigenschaften der unten genannten Bodenbeläge dar (keine Mehrfachnennungen). Parkett PVC-Belag Vorteilhafte Eigenschaften (je 2), lebendige Maserung, natürlicher Werkstoff, angenehm warm pflegeleicht, einfach zu verlegen, vielfältiges Design 1.3 Heutzutage spielen keramische Werkstoffe aufgrund ihrer technischen Vorteile eine wichtige Rolle. Belegen Sie dies anhand von drei Beispielen aus dem Fahrzeugbau. Hitzeschockbeständigkeit und geringes Gewicht bei Bremsscheiben elektrische Isolationsfähigkeit bei Zündkerzen

16 Temperaturbeständigkeit bei Sockeln und Halterungen für Halogen- und Gasentladungslampen hohe Verschleißfestigkeit bei Distanzringen und Gleitringdichtungen 2 Werkstoffkunde und Arbeitsverfahren 2.1 Der Begriff Keramik umfasst in der Fachsprache verschiedene keramische Erzeugnisse. Unterscheiden Sie Irdenware, Steingut und Porzellan nach Aussehen und Eigenschaften. Irdenware: aus Naturton in unterschiedlicher Färbung, oft rötlich (eisenhaltig) nicht durchscheinend einmal gebrannt poröser, wasserdurchlässiger Scherben nicht frostfest einfachste Art der Keramik, meist handwerklich geformt Steingut: aus einem Gemisch weiß brennender Tone sehr porös, nimmt nach dem Schrühbrand mehr als 10% Wasser auf nicht durchscheinend nicht frostfest plastischer als Porzellanmasse dumpf klingend wird oft transparent glasiert porzellanähnlich, aber gröber, dickwandiger Porzellan: aus Kaolin, Feldspat und Quarz dichter, transparenter Scherben feinporig meist transparent glasiert, vielfältige Dekormöglichkeiten heller Klang sehr hart und verschleißfest schlechter Wärmeleiter feines, edles Aussehen 2.2 Ton entsteht durch unterschiedliche, langwierige Verwitterungsprozesse. Erklären Sie diese Vorgänge und gehen Sie dabei auf die Begriffe Primärton und Sekundärton ein. Feldspathaltige Gesteine wie Granit oder Gneis werden in einem Jahrmillionen andauernden Verwitterungsprozess durch Naturkräfte zersetzt. Dabei bildet sich das Aluminiumsilikat, der Grundstoff für Ton. Bleiben die Verwitterungsprodukte am Ort ihrer Entstehung liegen, spricht man von Primärton. Dabei handelt es sich um einen reinen, weiß brennenden Ton (Kaolin). Meist werden die Verwitterungsprodukte jedoch durch Regen in Bächen und Flüssen weiter transportiert und kommen so von Gebirgen in Ebenen. Wo die Fließgeschwindigkeit immer geringer wird, sinken die Teilchen zu Boden und bilden in Senken Lager. Auf dem Weg dahin werden fremde Bestandteile wie organische Stoffe oder Mineralien eingeschwemmt. Dieser Ton, der plastischer und in Farbe und Zusammensetzung verändert ist, wird als Sekundärton bzw. Naturton bezeichnet.

17 2.3 Schildern Sie die Aufbereitung von abgebautem Naturton zur gebrauchsfertigen keramischen Masse. Die im Tagebau abgebauten Tonbrocken werden in Massemühlen zerkleinert und in großen Becken eingesumpft. Leichtgewichtige Verunreinigungen lösen sich, steigen an die Wasseroberfläche und können abgeschöpft werden. Schwere Fremdkörper sinken im Schlamm ab. Organische Verunreinigungen zersetzen sich, durch den Fäulnisprozess (Mauken) wird der Ton plastisch. Zur vollständigen Reinigung wird der Ton durch Siebe getrieben und in Filterpressen entwässert. In der Vakuumpresse wird die Tonmasse homogenisiert und kommt dann in Form von Hubeln, in Folie luftdicht verpackt, in den Handel. 2.4 Überprüfen Sie, ob die folgenden Aussagen zutreffen. Der Schrühbrand erfolgt nach dem Glasurbrand. Die Brenntemperatur beim Glasurbrand beträgt 900 Celsius. Nach einem Tag Trocknung ist Ton lederhart. Das Sintern erfolgt bei einer Brenntemperatur von 600 Celsius. Gesinterte Werkstücke sind wasserdicht. Der Scherben ist ein einmal gebranntes Werkstück aus Ton. ja nein 2.5 Ordnen Sie den folgenden Abbildungen eine geeignete Aufbautechnik oder ein geeignetes Herstellungsverfahren zu. Plattentechnik Bändertechnik Wulsttechnik Gießverfahren 2.6 Engobieren und Glasieren sind zwei Techniken zur Oberflächengestaltung von Ton. Vergleichen Sie beide Verfahren hinsichtlich der aufgeführten Kriterien. Zusammensetzung Auftragszeitpunkt Engobe Tonschlicker aus weißem Gießton und unterschiedlichen Metall- oiden im lederharten Zustand des Tonwerkstücks Glasur Quarzsand (Siliziumdioid) Härter ( Aluminiumoid) reines Tonmehl (Kaolin) Flussmittel ( Bleioide) Haftmittel Farbmittel (Metalloide) nach dem Schrühbrand auf den Scherben

18 2.7 Nennen Sie wichtige Regeln, die Sie beim Auftragen von Glasuren und beim Glasurbrand beachten müssen, um ein ansprechendes Ergebnis zu erzielen. Der Scherben muss staub- und fettfrei sein, da sonst die Glasur nicht richtig haftet. Beim Bemalen mit Pinsel Glasurfarben 2 3 Mal kreuzweise übereinander auftragen, damit sie einen deckenden Farbton ergeben. Glasur trocknen lassen, erst dann darf man sie vorsichtig anfassen. Bei der Ofenbeschickung darauf achten, dass sich die Gegenstände nicht berühren. Kontakt mit dem Einlegeboden vermeiden (Trennmittel, Dreiecksfüße). Brenntemperatur muss der Schmelztemperatur der Glasur angepasst werden. Brenntemperatur nur langsam erhöhen, da sonst die Glasur abkocht. Langsam abkühlen lassen, um Glasurrisse zu vermeiden. Ofen erst öffnen, wenn die Temperatur unter 100 C beträgt. 3 Fachgerechte und gestaltende Verarbeitung Sie haben die Aufgabe, eine bauchige Teekanne aus Ton mit Henkel und abnehmbarem Deckel anzufertigen. 3.1 Fertigen Sie eine aussagekräftige Schnittdarstellung, aus der die Aufbautechnik hervorgeht und die konstruktive Formgebung des Henkels abzulesen ist. anschauliche Schnittdarstellung 3.2 Zeigen Sie in einer Detailzeichnung, wie der Deckel beim Kippen des Gefäßes Halt findet. Abb.: Detailzeichnung 3.3 Beschreiben Sie das Fertigen und Ansetzen des Henkels. mit feuchten Händen eine Tonrolle formen in die gewünschte Länge und Form ziehen das lederharte Gefäß an den Ansatzstellen anrauen und mit Tonschlicker bestreichen die Schnittseiten des Henkels ebenfalls anrauen und an die Ansatzstellen unter Drehbewegungen andrücken ( anzittern ) dabei mit der anderen Hand die Gefäßwand von innen stützen die Nahtstellen gut verstreichen bis ein harmonischer Übergang zur Gefäßwand erreicht ist die Ansatzstellen mit zusätzlichem Ton verstärken 3.4 Der Deckel der Teekanne ist nach dem Glasurbrand leider zu Bruch gegangen. Erläutern Sie unter Zuhilfenahme entsprechender Fachbegriffe, was bei der Herstellung eines passgenauen neuen Deckels zu berücksichtigen ist. Alle Tone schrumpfen während der Lufttrocknung und noch einmal beim Brand. Trockenschwindung: Beim Trocknen an der Luft gibt der Ton das physikalisch gebundene Wasser ab, der Tongegenstand wird kleiner. Brennschwindung: Beim Brennen wird dem Ton auch noch das chemisch gebundene Wasser entzogen, das Volumen verringert sich ein weiteres Mal. Je höher die Brenntemperatur, desto größer die Schwindung. Gesamtschwindung: Je nach Tonart liegt die Schwindung bei ca. 8 15%. Der Durchmesser des Deckels muss demzufolge entsprechend größer angefertigt werden.

19 4 Arbeitsregeln und Ökologie 4.1 Formulieren Sie vier wesentliche Regeln für das Arbeiten mit dem Werkstoff Ton. mm Ton immer in Folie wickeln, damit er nicht austrocknet. Tonreste sortenrein sammeln, zusammenkneten und luftdicht verpacken. Bei Wiederverwendung Tonreste durch Schlagen homogenisieren. Vertrocknete Tonreste zerkleinern und einsumpfen. Auf sauberer Unterlage arbeiten. Keine saugende Unterlage (Holz) verwenden, weil diese dem Ton während der Arbeit Feuchtigkeit entzieht. An Tonwerkzeugen darf kein getrockneter Ton haften. Tonwerkzeuge nur feucht reinigen. 4.2 Stellen Sie die ökologischen Vorteile des Werkstoffs Ton dar, die dieser im Vergleich zu anderen Werkstoffen aufweist. Ton ist ein natürlicher Rohstoff Ton kommt auf der ganzen Welt in vergleichsweise beträchtlichen Mengen vor (noch keine Ressourcenknappheit) kurze Transportwege durch Verwendung lokaler Tonvorkommen geringer Energieverbrauch bei der Herstellung keramische Erzeugnisse sind langlebig ungebrannte Tone können immer wieder neu zu plastischer Masse aufbereitet werden Entsorgung stellt keine Umweltgefährdung dar 5 Werkbetrachtung Erläutern Sie fünf wichtige Aspekte, die für eine einwandfreie Funktion der Teekanne von Bedeutung sind. Die Kanne muss das gewünschte Fassungsvermögen aufweisen. Die Bodenfläche muss eben sein, damit die Kanne gut steht. Der Durchmesser der Öffnung ist so zu bemessen, dass die Kanne gut zu befüllen und der Innenraum leicht zu reinigen ist. Die Glasur darf keine Risse aufweisen, da die Kanne sonst nicht wasserdicht ist. Eine ergonomische Passform des Henkels ist notwendig, um die Kanne leicht und sicher greifen, halten und kippen zu können. Der Henkel darf nicht zu dünn geformt werden und die obere Ansatzstelle sollte verstärkt werden, um das Gewicht auch bei gefüllter Kanne auszuhalten. Nur wenn die Tülle richtig ausgeformt wird, ist ein tropffreies Ausgießen des Kanneninhalts möglich. Die Tülle muss so platziert werden, dass die Kanne nicht zu stark gekippt werden muss und auch der letzte Rest Flüssigkeit ausgegossen werden kann. Der Deckel muss einen sicheren Halt beim Kippen der Kanne haben.