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Berufliche Schulen

Bildungsplanarbeit für die Beruflichen Gymnasien 2021

Mechatronik

Eingangsklasse, Jahrgangsstufen 1 und 2

Vorbemerkungen

Profilübergreifendes Bildungsziel des Technischen Gymnasiums
Wenn Technik als Teilbereich der Kultur mehr und mehr den Alltag und die Zukunft der Arbeit und der Gesellschaft als Ganzes prägt, dann kommt dem Erwerb technischer Kompetenzen, der Auseinandersetzung mit den Möglichkeiten der Technik, den sich aus ihrem Einsatz ergebenden Folgen sowie den wirtschaftlichen Aspekten, die in der Technik liegen, eine besondere Rolle zu. Die Schülerinnen und Schüler der Technischen Gymnasien sollen Technik nicht nur als Mittel zu einem Ziel oder als Form methodisch-planvollen Handelns begreifen, sondern befähigt werden, die in der Welt ablaufenden technischen Vorgänge ganzheitlich zu erfassen, um sie in ein zielgerichtetes und verantwortliches Handeln einbinden zu können.
Zukunftsfähige technische Lösungen erfordern neben fundiertem technischem Fachwissen verstärkt Handlungskompetenz, die auf fachlichen, personalen, methodischen und sozialen Kompetenzen beruht, sowie systemische Denk- und Arbeitsweisen, um auch bei komplexen Problemstellungen selbstständig, rational und reflektiert handeln und somit erfolgreiche und nachhaltig wirksame Entscheidungen treffen zu können. Das Technische Gymnasium stellt dies unter Berücksichtigung der Heterogenität der Schülerinnen und Schüler mit seinem wissenschaftspropädeutischen Ansatz sicher und schafft in diesem Sinne die Voraussetzungen für das Studium an Universitäten. Zudem ermöglicht es eine vertiefte Profilierung für anspruchsvolle Tätigkeiten und Führungspositionen im Bereich naturwissenschaftlich-technischer, gestalterisch-technischer sowie wirtschaftstechnisch geprägter beruflichen Tätigkeiten. Der Erwerb technikwissenschaftlicher Grundkompetenzen durch die Verzahnung von Theorie und Praxis – insbesondere im Profilfach – stellt hierbei ein besonderes Merkmal der Technischen Gymnasien dar.
Unter dem Aspekt der Bildung zur nachhaltigen Entwicklung wird im Technischen Gymnasium das Bewusstsein geschaffen, dass technische Systemlösungen anhand ökonomischer, ethischer und ökologischer Kriterien beurteilt sowie im gesamtgesellschaftlichen Kontext betrachtet werden müssen.

Fachbezogene Vorbemerkungen

1. Fachspezifischer Bildungsauftrag (Bildungswert des Faches)
Zukunftsfähige technische Lösungen erfordern neben fundiertem technischem Fachwissen verstärkt vernetztes Denken, um auch bei komplexen Problemstellungen erfolgreiche und nachhaltig wirksame Entscheidungen treffen zu können. Die Mechatronik verknüpft die Ingenieurwissenschaften Elektrotechnik und Maschinenbau und stellt die Funktionalität von komplexen technischen Systemen sicher, indem mechanische, elektronische und datenverarbeitende Komponenten verknüpft werden.
Zielsetzung des Profils Mechatronik ist es, die in technischen Produkten und in der betrieblichen Praxis gängige Verbindung von Maschinenbau und Elektrotechnik auch im Unterricht abzubilden. Daher sind in den profilbezogenen Fächern neben den klassischen Themen aus diesen beiden Ingenieurdisziplinen auch Elemente des interdisziplinären Zusammenwirkens der Mechatronik enthalten. Die Schülerinnen und Schüler erwerben dadurch Fähigkeiten, die ihnen die systemische Denk- und Arbeitsweise der Ingenieurwissenschaften erschließen und somit einen wissenschaftspropädeutischen Ansatz sicherstellen.

2. Fachliche Aussagen zum Kompetenzerwerb, prozessbezogene Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler erwerben und vertiefen im Profilfach eine umfassende Handlungskompetenz mit den Dimensionen der sachlichen, methodischen, sozialen und personalen Kompetenz. Diese zugrundeliegenden Kompetenzbegriffe sind in den einheitlichen Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Technik (Beschluss der Kultusministerkonferenz i. d. F. vom 16.11.2006) ausführlich beschrieben und erläutert.
Weitere Ziele des Unterrichts sind im Einzelnen:
  • technisches Grundlagenwissen aus den Bereichen Maschinenbau und Elektrotechnik sowie
  • des Zusammenwirkens beider in der Mechatronik am Beispiel ausgewählter Themen zu vermitteln zur Erlangung einer umfassenden Fachkompetenz,
  • typische Arbeitsmethoden wie Analysieren, Problem lösen, experimentelles Arbeiten sowie Modellbildung und ‑bewertung einzusetzen zur Erlangung einer ausgeprägten Methodenkompetenz,
  • disziplinübergreifende Fachsprache anzuwenden,
  • die Einsicht zu vermitteln, dass die Realisierung technischer Ideen von einer Vielzahl von Faktoren wie z. B. von Werkstoffen, Fertigungsverfahren, ökonomischen und ökologischen Aspekten oder gesellschaftlicher Akzeptanz abhängt sowie
  • durch verantwortungsbewusstes Handeln und Beachtung von Umweltschutz und Sicherheitsvorschriften negative Auswirkungen des Arbeitsprozesses auf die Umwelt zu minimieren. Beides fördert die Entwicklung einer Sozialkompetenz.

Im Bildungsplan Mechatronik wird der Schwerpunkt auf die fundierte Vermittlung der technischen und physikalischen Grundlagen des Maschinenbaus und der Elektrotechnik gelegt. Wichtige Modellvorstellungen der einzelnen Fachdisziplinen sollen nachhaltig erarbeitet und an aktuellen Beispielen aus der Praxis exemplarisch vertieft werden. Damit wird die vernetzte Denkweise in einer digitalen Welt gefördert und die Studierfähigkeit im ingenieurwissenschaftlichen Bereich gesichert.

3. Ergänzende fachliche Hinweise
In den Bildungsplaneinheiten des Maschinenbaus werden in der Eingangsklasse die Grundlagen der technischen Kommunikation, der Werkstoffkunde und der Fertigungstechnik vermittelt. Im Rahmen der Bildungsplaneinheit Fertigungs- und Prüfverfahren erwerben die Schülerinnen und Schüler durch eigenständige praktische Tätigkeiten Kenntnisse und Fähigkeiten im Umgang mit Werkzeugen und Maschinen in der Werkstatt sowie mit Prüfgeräten bei Laborversuchen. Eine deutliche Vertiefung mit noch stärkerem fertigungstechnischem Schwerpunkt ist im Wahlfach Sondergebiete der Technik möglich. Die Ergänzung der Technischen Kommunikation erfolgt im Fach Informatik (TG) durch die verpflichtende Bildungsplaneinheit CAD I. Eine weitere Vertiefung ist durch das Wahlmodul CAD II möglich.
In der Jahrgangsstufe 1 erfahren die Schülerinnen und Schüler in der Bildungsplaneinheit Werkstoffe II die Möglichkeiten der gezielten Einstellung von Werkstoffeigenschaften.
Durch die Bildungsplaneinheit Energietechnik sollen vermehrt übergreifende, systemtechnische Kenntnisse und Einsichten vermittelt werden. Hier lernen die Schülerinnen und Schüler die Zusammenhänge zwischen technischen Problemstellungen und gesellschaftspolitischen Fragestellungen kennen.
In der Bildungsplaneinheit Statik analysieren die Schülerinnen und Schüler die Belastungen eines technischen Systems und nutzen dazu die in den Fächern Mathematik und Physik erworbenen Kenntnisse. Darauf aufbauend werden in der Jahrgangsstufe 2 in der Bildungsplaneinheit Festigkeitslehre und Getriebe die berechneten Belastungen zur Dimensionierung von Bauteilen herangezogen.
In den Bildungsplaneinheiten der Elektrotechnik werden die Grundlagen der Elektronik, der Wechsel- und Drehstromtechnik und der Antriebstechnik fundiert thematisiert. In der Eingangsklasse werden elektrotechnische Grundlagen und elektronische Bauteile in enger Verzahnung von Theorie- und Laborunterricht ausführlich behandelt. Schülerversuche und messtechnische Übungen werden dabei in den Theorieunterricht nahtlos integriert, um die Chance zu nutzen, die grundlegenden Zusammenhänge im Sinne einer individuellen Förderung theoretisch und praktisch erfahrbar zu machen.
In der Jahrgangsstufe 1 wird zunächst ausführlich der Operationsverstärker als universell einsetzbares Bauteil zur analogen Signalverarbeitung thematisiert. Grundlegende Funktionen elektronischer Schaltungen können hiermit exemplarisch anschaulich behandelt und messtechnisch untersucht werden. Wichtige Modellvorstellungen zu den energiespeichernden Bauelementen Kondensator und Spule werden so entwickelt, dass sich daraus eine Vielzahl von praktischen Anwendungen ableiten lässt.
Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen werden im Bereich der Wechselstromtechnik wesentliche Effekte wie Phasenverschiebung und Blindleistung betrachtet, die auf die Energiespeicherung in Kondensator und Spule zurückzuführen sind. Zum einen können so technische Maßnahmen zur Lösung der dabei auftretenden Probleme entwickelt werden (z. B. Blindleistungskompensation) und zum anderen lassen sich diese Effekte in vielen Anwendungen auch technisch gezielt nutzen (z. B. Filterschaltungen).
Die in der Wechselstromtechnik behandelten Prinzipien werden in der Jahrgangsstufe 2 auf das in der elektrischen Energieversorgung übliche Dreiphasensystem erweitert. Exemplarisch für die Antriebstechnik und die Nutzung von Drehstrom werden die Schülerinnen und Schüler mit dem Aufbau, der Funktionsweise und dem Betriebsverhalten des Drehstromasynchronmotors (DASM) vertraut gemacht. Der DASM stellt zugleich ein Bindeglied zu den mechatronischen Systemen dar.
In den Bildungsplaneinheiten der Mechatronischen Systeme I bis III entwickeln die Schülerinnen und Schüler systematische Strategien zur Lösung steuerungstechnischer Problemstellungen. In der Eingangsklasse werden Grundbegriffe der Steuerungstechnik exemplarisch anhand der Pneumatik und Elektropneumatik erarbeitet. Zum Entwurf speicherprogrammierbarer Steuerungen werden in der Jahrgangsstufe 1 grundlegende Methoden der Digitaltechnik angewendet. Mit dem Prinzip der Schrittkette lernen die Schülerinnen und Schüler in der Jahrgangsstufe 2 einen weiteren strukturierten Ansatz zur Programmierung von linearen Ablaufsteuerungen kennen und realisieren damit die Ansteuerung mechatronischer Antriebssysteme.
Die in der Jahrgangsstufe 2 angegebenen Wahlthemen ermöglichen es den Lehrkräften, in pädagogischer Verantwortung je nach Interessenlage der Klasse und den Gegebenheiten der Schule ein neues Wissensgebiet aufzugreifen.
Das Profilfach beinhaltet zahlreiche Anknüpfungspunkte zum Wahlfach Sondergebiete der Technik und zum Pflichtfach Informatik (TG). Die profilbezogenen Module der Informatik (TG) greifen informationstechnische Aspekte der Mechatronik auf. Um die angestrebte thematische Vernetzung zwischen Informatik (TG) und Mechatronik zu ermöglichen, ist eine intensive Abstimmung der Fachlehrkräfte erforderlich. Die inhaltlichen Bezüge des Fachs Mechatronik zu den Fächern Mathematik, Physik und Chemie sollten im Unterricht berücksichtigt und den Schülerinnen und Schülern einsichtig gemacht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich fächerübergreifend in den Seminarkurs einbinden.

Hinweise zum Umgang mit dem Bildungsplan
Der Bildungsplan zeichnet sich durch eine Inhalts- und eine Kompetenzorientierung aus. In jeder Bildungsplaneinheit (BPE) werden in kursiver Schrift die übergeordneten Ziele beschrieben, die durch Zielformulierungen sowie Inhalts- und Hinweisspalte konkretisiert werden. In den Zielformulierungen werden die jeweiligen fachspezifischen Operatoren als Verben verwendet. Operatoren sind handlungsinitiierende Verben, die signalisieren, welche Tätigkeiten beim Bearbeiten von Aufgaben erwartet werden. Die für das jeweilige Fach relevanten Operatoren sowie deren fachspezifische Bedeutung sind jedem Bildungsplan im Anhang beigefügt. Durch die kompetenzorientierte Zielformulierung mittels dieser Operatoren wird das Anforderungsniveau bezüglich der Inhalte und der zu erwerbenden Kompetenzen definiert. Die formulierten Ziele und Inhalte sind verbindlich und damit prüfungsrelevant. Sie stellen die Regelanforderungen im jeweiligen Fach dar. Die Inhalte der Hinweisspalte sind unverbindliche Ergänzungen zur Inhaltsspalte und umfassen Beispiele, didaktische Hinweise und Querverweise auf andere Fächer bzw. BPE.
Der VIP-Bereich des Bildungsplans umfasst die Vertiefung, individualisiertes Lernen sowie Projektunterricht. Im Rahmen der hier zur Verfügung stehenden Stunden sollen die Schülerinnen und Schüler bestmöglich unterstützt und bei der Weiterentwicklung ihrer personalen und fachlichen Kompetenzen gefördert werden. Die Fachlehrerinnen und Fachlehrer nutzen diese Unterrichtszeit nach eigenen Schwerpunktsetzungen auf Basis der fächerspezifischen Besonderheiten und nach den Lernvoraussetzungen der einzelnen Schülerinnen und Schüler.
Der Teil „Zeit für Leistungsfeststellung“ des Bildungsplans berücksichtigt die Zeit, die zur Vorbereitung, Durchführung und Nachbereitung von Leistungsfeststellungen zur Verfügung steht. Dies kann auch die notwendige Zeit für die gleichwertige Feststellung von Schülerleistungen (GFS), Nachbesprechung zu Leistungsfeststellungen sowie Feedback-Gespräche umfassen.
Die Zeitrichtwerte in Klammern geben den Anteil der Stunden in Gruppenteilung an.
* In der Jahrgangsstufe 2 sind zwei der BPE 18 – 20 zu unterrichten oder die BPE 21.
** Über die den BPE 1, 2, 6, und 7 zugeordneten 75 Teilungsstunden hinaus können weitere 45 Teilungsstunden im Rahmen von Projekten oder zur praktischen Leistungsfeststellung im Labor eingesetzt werden.

Eingangsklasse

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

60

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht
z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
pneumatische Spannvorrichtung
einfache Konstruktionsaufgabe mit anschließender Fertigung (z. B. Körner, Stifthalter, Klebefilmabroller, dimmbare LED-Taschenlampe, Temperaturmessbrücke)
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Elektrotechnische Grundlagen

43 (15)
Die Schülerinnen und Schüler stellen die Zusammenhänge zwischen den elektrischen Grundgrößen dar und messen diese. Sie berechnen einfache Grundschaltungen und verwenden dabei die in der Technik üblichen Darstellungsarten und Basiseinheiten. Sie erklären die Eigenschaften von Spannungsquellen mit Kennlinien und dem Modell der Ersatzquelle. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen das elektrische Verhalten von Bauteilen im Labor, beschreiben es fachsprachlich korrekt, beurteilen es mit Kennlinien und übertragen die Erkenntnisse auf technische Aufgabenstellungen.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die elektrischen Grundgrößen und strukturieren deren Zusammenhänge. Sie werten Messergebnisse aus und stellen diese in Tabellen und Grafiken dar. Sie übertragen die abstrakten Begrifflichkeiten auf alltägliche Anwendungen.
Elektrische Grundgrößen

  • Potential

  • Spannung
Potenzialdifferenz
  • Stromstärke

  • elektrische Arbeit
z. B. Energieinhalt einer Batterie, Kosten pro kWh
  • elektrische Leistung

  • Wirkungsgrad

  • Basiseinheiten

Messtechnik

  • Messen von Strom und Spannung

  • Kennlinienaufnahme, linear und nichtlinear
z. B. I(U), R(ϑ)
vgl. Informatik TG, Tabellenkalkulation

BPE 1.2

Die Schülerinnen und Schüler skizzieren elektrische Grundschaltungen und leiten Gesetzmäßigkeiten experimentell und theoretisch ab. Sie berechnen elektrische Grundschaltungen unter Verwendung von Einheiten.
Elektrische Grundschaltungen

  • Stromkreis

  • Ohmsches Gesetz
vgl. Physik, Herleitung von Gesetzmäßigkeiten und Proportionalitäten
  • Reihenschaltung

  • Parallelschaltung

  • Gemischte Schaltung
    u. a. Spannungsteiler

  • Brückenschaltung
    unbelastet

BPE 1.3

Die Schülerinnen und Schüler ermitteln messtechnisch das elektrische Verhalten einer Spannungsquelle. Sie beurteilen es mithilfe der Belastungskennlinie, leiten daraus das Ersatzschaltbild ab und optimieren die Anpassung zwischen Quelle und Last bezüglich maximaler Leistungsübertragung. Sie erklären Unterschiede zwischen Spannungs- und Stromquellen.
Spannungsquelle

  • Belastungskennlinie U(I): Leerlauf, Kurzschluss
z. B. Netzteil, Batterie
  • Ersatzschaltbild: Innenwiderstand, Leerlaufspannung, Klemmenspannung

  • Leistungsanpassung

Stromquelle
z. B. Betrieb von LEDs, Solarzelle

BPE 1.4

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Wechselspannungen und -ströme mit den Fachbegriffen, Kenngrößen und Formeln. Sie analysieren messtechnisch erfasste Kurvenverläufe und berechnen Effektivwerte und Wirkleistungen.
Grundbegriffe der Wechselstromtechnik
vgl. Informatik TG, Simulation
  • Kurvenformen Sinus, Rechteck, u(t)

  • Momentanwert und Scheitelwert

  • Periodendauer und Frequenz

  • Kreisfrequenz

  • Funktionsgleichung

  • Mittel- und Effektivwert

  • Wirkleistung

  • Aufnahme der Kurvenverläufe mit dem Oszilloskop

BPE 2

Elektrotechnische Bauelemente

20 (10)
Die Schülerinnen und Schüler erklären und dimensionieren Schaltungen aus den Grundelementen Widerstand, Diode, LED und Transistor, bauen diese auf und führen Leistungsbetrachtungen anhand von Messergebnissen durch.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler ermitteln messtechnisch das Verhalten von Dioden und LEDs, bestimmen mithilfe der Kennlinie den Arbeitspunkt und dimensionieren den Vorwiderstand. Sie erklären das Funktionsprinzip von Gleichrichterschaltungen.
Diode und LED

  • I(U)-Kennlinie

  • Arbeitspunkteinstellung mit Vorwiderstand
Leistungshyperbel
  • Gleichrichterschaltungen: E1U, B2U

BPE 2.2

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Funktionsweise des Transistors als Schalter und berechnen die auftretende Verlustleistung. Sie erklären die Funktionsweise einer PWM-Schaltung und beurteilen das Ergebnis einer Leistungsbetrachtung.
NPN-Bipolartransistor und N-Kanal-MOSFET

  • Funktionsprinzip

  • Anwendung als Schalter

  • Berechnung der Verlustleistung

Transistorschalter für Pulsweitenmodulation PWM
z. B. Helligkeit einer LED, Drehzahl eines Gleichstrommotors
  • Periodendauer

  • Tastgrad

  • Wirkungsgrad
z. B. Leistungsbetrachtung und Vergleich mit Vorwiderstand

BPE 3

Technische Kommunikation

10
Die Schülerinnen und Schüler analysieren Gesamtzeichnungen von Baugruppen einfacher mechatronischer Systeme. Sie fertigen Einzelteilzeichnungen von Komponenten der Baugruppen an und wenden dabei die Regeln der technischen Kommunikation an.

BPE 3.1

Die Schülerinnen und Schüler zeichnen Einzelteile auch mithilfe der Projektionsmethode 1. Sie übertragen Darstellungs- und Bemaßungsregeln normgerecht auf Teilzeichnungen.
Normgerechte Teilzeichnung
vgl. Informatik TG, CAD I
  • Darstellungsregeln

  • Bemaßungsregeln

  • Projektionsmethode 1

BPE 3.2

Die Schülerinnen und Schüler begründen exemplarisch erforderliche Toleranzen und Oberflächenangaben.

Toleranzen und Oberflächenangaben

  • Toleranzen: Allgemeintoleranz, frei gewählte Toleranzen, ISO Toleranzklassen

  • Oberflächenangaben

BPE 3.3

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben einfache Baugruppen und erklären deren Funktion mithilfe einer Gesamtzeichnung. Sie werten Gesamtzeichnungen und Stücklisten aus.

Baugruppe
vgl. Informatik TG, CAD I
  • Gesamtzeichnung
    Funktionszusammenhänge

  • Stückliste
Normteil, Halbzeug, Werkstoff
vgl. BPE 5

BPE 4

Fertigungstechnik

12
Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden Fertigungsverfahren aus verschiedenen Fertigungshauptgruppen und wählen geeignete Fertigungsverfahren für die Herstellung von Bauteilen aus. Sie analysieren Arbeitspläne und berechnen die Prozessdaten.

BPE 4.1

Die Schülerinnen und Schüler vergleichen exemplarische Fertigungsverfahren aus verschiedenen Fertigungshauptgruppen. Sie begründen den Einsatz geeigneter Fertigungsverfahren für die Herstellung einfacher Bauteile.

Fertigungsverfahren
Verfahren exemplarisch nach Fertigungshauptgruppen, Betriebsbesichtigungen
  • Urformen

  • Umformen

  • Trennen
vgl. BPE 7
  • Fügen

BPE 4.2

Die Schülerinnen und Schüler analysieren Arbeitspläne für die Herstellung einfacher Bauteile oder Baugruppen. Für die spanende Bearbeitung berechnen sie die Prozessdaten.
Arbeitspläne und Prozessdaten

  • Arbeitsplanung
vgl. BPE 7
  • Trennen

  • Zerspanungsdaten Drehzahl, Vorschub, Schnitttiefe

BPE 5

Werkstoffe I

15
Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden Werkstoffe bezüglich ihrer Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten. Sie wenden die Systematik der Werkstoffnormung an. Die Schülerinnen und Schüler ermitteln charakteristische Werkstoffkennwerte aus dem Zugversuch und der Härteprüfung. Sie wählen bauteilabhängig geeignete Härteprüfverfahren aus. Bei der Werkstoffauswahl beachten die Schülerinnen und Schüler die Wiederverwertbarkeit und Umweltaspekte.

BPE 5.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Einteilung der Werkstoffe in Werkstoffgruppen und erläutern deren Normungen.
Werkstoffe

  • Werkstoffgruppen

  • Normung der Stähle und Nichteisenmetalle

BPE 5.2

Die Schülerinnen und Schüler vergleichen die Eigenschaften der Werkstoffe. Sie analysieren die Werkstoffauswahl anhand der geforderten Werkstoffeigenschaften.
Werkstoffe

  • Eigenschaften

  • Umweltverträglichkeit

BPE 5.3

Die Schülerinnen und Schüler werten Zugversuche aus und ermitteln die Festigkeitskennwerte. Sie bewerten die Werkstoffe auf Basis der ermittelten Daten.
Zugversuch

  • Zugproben DIN 50125

  • Kraft-Verlängerungs-Diagramm

  • Spannungs-Dehnungs-Diagramm

  • Elastische und plastische Verformung

  • E-Modul
vgl. Physik
  • Streckgrenze, Dehngrenze, Zugfestigkeit, Bruchdehnung Re, Rp0,2, Rm, A

BPE 5.4

Die Schülerinnen und Schüler vergleichen die Härteprüfverfahren. Sie berechnen Härtewerte und bewerten die Werkstoffe auf Basis der ermittelten Daten.
Härteprüfung

  • Brinell

  • Vickers

  • Rockwell

BPE 6

Mechatronische Systeme I

25 (25)
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau pneumatischer und elektropneumatischer Anlagen. Sie berechnen pneumatische Kenngrößen und wählen geeignete Zylinder aus. Die Schülerinnen und Schüler entwerfen einfache elektropneumatische Schaltungen. Sie erstellen Stromlaufpläne, bauen Schaltungen auf oder simulieren diese mit einer Software. Sie überprüfen deren Funktion und beseitigen auftretende Steuerungsfehler. Die Schülerinnen und Schüler bewerten die Energieeffizienz einer pneumatischen Anlage.

BPE 6.1

Die Schülerinnen und Schüler begründen den Einsatz pneumatischer Anlagen und beschreiben deren Aufbau. Sie bestimmen physikalische Größen.
Grundbegriffe der Pneumatik

  • Komponenten einer pneumatischen Anlage

  • physikalische Größen: Druckarten Pamb, Pe, Pabs, Wirkungsgrad
vgl. Physik

BPE 6.2

Die Schülerinnen und Schüler begründen die Auswahl von Zylindern und Ventilen. Sie dimensionieren Zylinder und analysieren deren Kennlinien. Sie berechnen und optimieren den Luftverbrauch.
Ventil- und Zylinderauswahl

  • Fahrgeschwindigkeiten

  • Kennlinien: Druckaufbau im Zylinder

  • pneumatische Kenngrößen: Kolbenkraft, Zylinderdurchmesser, Wirkungsgrad, Luftverbrauch, Energieeffizienz
z. B. Kostenberechnung

BPE 6.3

Die Schülerinnen und Schüler erklären die elektrische Ansteuerung von Ventilen. Sie begründen den Einsatz steuerungstechnischer Bauteile zur Erfassung der Endlage.
Grundlagen der Elektropneumatik

  • Ventilansteuerung

  • Relais

  • steuerungstechnische Bauelemente

  • Endlagenerfassung: induktiv, kapazitiv

BPE 6.4

Die Schülerinnen und Schüler analysieren praxisorientierte Aufgabenstellungen und entwerfen normgerechte Schaltungen. Sie überprüfen die Schaltungen durch Aufbau oder Simulation. Sie dokumentieren ihre Ergebnisse, bewerten diese und führen Fehleranalysen durch.

Verbindungsprogrammierte Steuerung zur
Ansteuerung in der Elektropneumatik

  • Entwurf: Schaltungslogik, Schaltplan, Stromlaufplan
einfache Steuerungen, Folgesteuerungen
  • Aufbau oder Simulation

  • Fehlerbehebung

BPE 6.5

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln anwendungsbezogen sicherheitstechnische Maßnahmen.
Sicherheitstechnische Maßnahmen

  • Drahtbrucherkennung

  • Verriegelungen

  • NOT-AUS

BPE 7

Fertigungs- und Prüfverfahren

25 (25)
Die Schülerinnen und Schüler beachten die Sicherheitsbestimmungen einer Werkstatt. Nach Einweisung führen sie selbstständig manuelle und maschinelle Arbeiten projektorientiert durch. Anschließend überprüfen sie die Qualität der hergestellten Bauteile mithilfe von Mess- oder Prüfmitteln. Sie vertiefen die Kenntnisse aus der BPE Fertigungstechnik und der BPE Werkstoffe I durch Laborversuche.

BPE 7.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Werkstattordnung und führen alle Maßnahmen zur Unfallverhütung durch. Sie übertragen Maßnahmen zum Umweltschutz auf ihre Werkstattarbeiten.
Sicherheitsregeln

  • Werkstattordnung

  • Unfallverhütung

  • Umweltschutz
z. B. sachgerechte Entsorgung

BPE 7.2

Sie dokumentieren einen Zugversuch und analysieren die Ergebnisse. Die Schülerinnen und Schüler begründen die Auswahl eines Härteprüfverfahrens, beschreiben dieses und führen es durch. Sie ermitteln entsprechende Härtewerte.
Prüfverfahren
vgl. BPE 5, Fertigungstechnik
  • Zugversuch

  • Härteprüfung

BPE 7.3

Die Schülerinnen und Schüler führen Arbeiten an Bohr-, Dreh- und Fräsmaschinen durch. Sie begründen die Auswahl von Messmitteln oder Prüfmitteln und überprüfen ihre Fertigungsergebnisse.
Manuelles und maschinelles Fertigen
Durchführung von Kleinprojekten, mögliche Vertiefung im Fach Sondergebiete der Technik
  • Anreißen

  • Sägen

  • Bohren, Senken, Reiben

  • Gewindeherstellung

  • Drehen

  • Fräsen

  • Messmittel

  • Lehren

Zeit für Leistungsfeststellung

30

210 (75)

240 (120**)

Jahrgangsstufe 1

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

60

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht
z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Band- oder Torsteuerung
Wirkungsgrad einer Energie-wandlungskette bestehend aus Verbrennungsmotor, Generator und elektrischem Verbraucher messtechnisch bestimmen
Funktionsgenerator mit OP-Schaltungen aufbauen und vermessen, Frequenzweiche aufbauen und messtechnisch analysieren
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 8

Operationsverstärker

18 (8)
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben das grundlegende Verhalten eines Operationsverstärkers. Sie entwerfen, dimensionieren und analysieren Grundschaltungen des Operationsverstärkers.

BPE 8.1

Die Schülerinnen und Schüler nennen die Eigenschaften eines unbeschalteten Operationsverstärkers. Sie analysieren die Funktionsweise gegebener Schaltungen mit verschiedenen Beschreibungsmittel.
Eigenschaften des Operationsverstärkers

  • Funktionsprinzip

  • Verstärkungsfaktor

  • Spannungsversorgung:
    symmetrisch,
    unsymmetrisch (Komparator und nicht inv. Verstärker)

Beschreibungsmittel

  • Übertragungskennlinien
für die in BPE 8 aufgeführten Grundschaltungen
  • Zeitablaufdiagramm
z. B. Oszilloskop

BPE 8.2

Die Schülerinnen und Schüler ermitteln und erklären die Funktion und das elektrische Verhalten gegebener Operationsverstärkerschaltungen. Sie berechnen grundlegende Kenngrößen und entwerfen ausgehend von einer technischen Beschreibung die passende Operationsverstärkerschaltung.
Schaltungen mit Operationsverstärker
Gegen- und Mitkopplung
  • Komparator

  • nicht invertierender Verstärker

  • invertierender Verstärker

  • Summierverstärker
z. B. Prinzip D/A-Umsetzer
  • Differenzverstärker
z. B. Verstärkung eines Messsignals
  • Schmitt-Trigger, Hysterese

BPE 9

Schaltungen mit elektrischen Energiespeichern

20 (8)
Die Schülerinnen und Schüler lernen die Eigenschaften und das Schaltungsverhalten von Energiespeichern kennen und erläutern deren Einsatz in verschiedenen Anwendungen.

BPE 9.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Kondensator und die Spule als Energiespeicher. Sie untersuchen und berechnen Ein- und Ausschaltvorgänge an RC- und RL-Reihenschaltungen. Die Schülerinnen und Schüler analysieren den Rechteckgenerator und den Tiefsetzsteller messtechnisch und beschreiben deren Verhalten qualitativ.
Energiespeicher Kondensator und Spule

  • Ein- und Ausschaltvorgang

  • Kapazität und Induktivität

  • Selbstinduktion Spule

  • RL- und RC-Schaltungen an Rechteckspannung

  • Zeitkonstante

  • Aufnahme der Kurvenverläufe mit dem Oszilloskop

Anwendungsschaltungen

  • Rechteckgenerator mit OP und RC-Schaltung

  • Prinzip Tiefsetzsteller mit Spule, Transistor, Diode
vgl. BPE 2, PWM

BPE 10

Wechselstromtechnik

24 (8)
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben das Wechselstromverhalten von Schaltungen aus Widerstand, Kondensator und Spule und analysieren diese rechnerisch und grafisch. Sie entwickeln Schaltungen zur Blindleistungskompensation und erkennen, wie sich die Frequenzabhängigkeit in Filterschaltungen nutzen lässt.

BPE 10.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben das elektrische Verhalten und bestimmen elektrische Größen von Wechselspannungsschaltungen mithilfe von Linien- und Zeigerdiagrammen.

Schaltungen an Wechselspannung mit maximal 3 beliebig geschalteten Bauteilen R, L, C

  • Liniendiagramm und Phasenlage
z. B. Nullphasenlage, Phasenverschiebungswinkel
  • Strom-Spannungs-Zeigerdiagramme

  • Wirk‑, Blind- und Scheinwiderstand:
    u. a. Widerstandsdreieck

  • ideale und reale Spule

  • rechnerische und grafische Analyse und Lösung
ohne äquivalente Schaltungsumformung

BPE 10.2

Die Schülerinnen und Schüler erläutern den Unterschied der Leistungsarten, begründen, warum eine Kompensation sinnvoll ist, und dimensionieren die dazu erforderlichen Bauteile.
Wechselspannung und Leistung

  • Wirk‑, Blind‑, Scheinleistung: u. a. Leistungsdreieck

  • Leistungsfaktor

  • Parallelkompensation

BPE 10.3

Die Schülerinnen und Schüler untersuchen das frequenzabhängige Verhalten von RC- und RL-Filterschaltungen, stellen dieses grafisch dar und dimensionieren die Schaltungen.
RC- und RL-Filterschaltungen

  • Hoch- und Tiefpass

  • Grenzfrequenz

  • Übertragungsfunktion

  • Amplituden- und Phasengang

  • Verstärkungsmaß in dB

  • Halb- und doppeltlogarithmische Darstellung

BPE 11

Energietechnik

30
Die Schülerinnen und Schüler werten eigenständig Informationsquellen zur Energieversorgung und zum Energieverbrauch aus. Sie wenden thermodynamische Gesetze an und berechnen die Umwandlungen von Energie und Arbeit anhand links- und rechtsgängiger Kreisprozesse. Die Schülerinnen und Schüler beschreiben großtechnische Energiewandler. Dazu vergleichen sie die unterschiedlichen Bauarten der Kraftwerke und skizzieren diese als Blockschaltbild. Sie formulieren Energiebilanzen und stellen diese im Energieflussdiagramm dar.

BPE 11.1

Die Schülerinnen und Schüler nennen mögliche Energiequellen. Sie beschreiben den Energieverbrauch. Die Schülerinnen und Schüler ermitteln Energiebilanzen bei der Umwandlung verschiedener Energieformen und skizzieren diese als Energieflussdiagramm.

Energie und Energieformen
vgl. Physik
  • Energieträger

  • nichterneuerbare Vorräte

  • erneuerbare Vorräte

Verbrauch von Energie

  • Weltenergieverbrauch

  • Primärenergieverbrauch in Deutschland

  • Energieverbrauch im Haus
z. B. Kosten pro kWh
Energiebilanz
z. B. Kreisprozesse, Kraftwerksprozesse, Solaranlage, Windkraft
  • Energieeinsatz

  • Nutzenergie

  • Wirkungsgrad

  • Energieflussdiagramm

  • Blockschaltbild

BPE 11.2

Die Schülerinnen und Schüler berechnen Zustandsgrößen in thermodynamischen Systemen. Sie berechnen Wärmemengen und Arbeit in rechts- und linksgängigen Kreisprozessen und skizzieren deren p-V-Diagramme. Sie beurteilen den Wirkungsgrad verschiedener Kreisprozesse.
Allgemeine Gasgesetze
vgl. Physik
  • p-V-Diagramm

  • Zustandsänderungen idealer Gase

Rechts- und linksgängige Kreisprozesse

  • Ottoprozess

  • Dieselprozess

  • Stirlingprozess

  • Wärmepumpe

  • Wirkungsgrade

BPE 11.3

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben großtechnische Energiewandler und deren Baugruppen verbal und mithilfe von Blockschaltbildern. Sie berechnen den Gesamtwirkungsgrad der Kraftwerke und skizzieren die zugehörigen Energieflussdiagramme. Sie beschreiben das Prinzip der Kraft-Wärmekopplung zur Wirkungsgraderhöhung. Die Schülerinnen und Schüler benennen die Kraftwerke nach ihrer Reaktionsgeschwindigkeit als Grund-, Mittel- und Spitzenlastkraftwerke.

Großtechnische Energiewandler
Durchführung einer Exkursion in ein Kraftwerk; Beschreibung in Form von Energieflussbild und Blockschaltbild
  • konventionelles (Dampf‑)Kraftwerk: Dampferzeuger, Turbinenanlage, Generator, Kraft-Wärme-Kopplung

  • Pumpspeicherkraftwerk

  • Laufwasserkraftwerk

  • Grund‑, Mittel- und Spitzenlast

BPE 12

Statik

18
Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden zentrale und allgemeine Kräftesysteme. Sie ermitteln angreifende und gesuchte Kräfte durch Freimachen unterschiedlicher Systeme. Sie berechnen ein beliebiges bestimmtes Kräftesystem mithilfe der Gleichgewichtsbedingungen.

BPE 12.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau zentraler Kräftesysteme und bestimmen die jeweils resultierende Kraft. Sie analysieren zentrale Kräftesysteme und ermitteln unbekannte Kräfte.
Zentrales Kräftesystem

  • Kraft als Vektor

  • Kräfteaddition und ‑zerlegung

  • resultierende Kraft

BPE 12.2

Die Schülerinnen und Schüler untersuchen allgemeine Kräftesysteme und führen das Freimachen der Bauteile durch.
Freimachen der Bauteile

  • Gewichtskräfte

  • Auflagerkräfte

  • Reibungskräfte

  • auch an der schiefen Ebene

BPE 12.3

Die Schülerinnen und Schüler berechnen mithilfe Linearer Gleichungssysteme gleichgewichtserzeugende Kräfte und dokumentieren ihre Lösungswege.

Allgemeines Kräftesystem

  • Resultierende mit Lage

  • Gleichgewichtsbedingungen

  • Kippbedingung

BPE 13

Werkstoffe II

15
Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden das Abkühlungsverhalten von reinen Metallen und Zweistofflegierungen. Sie nutzen und entwerfen die entsprechenden Diagramme. Die Schülerinnen und Schüler erkennen den Einfluss der Wärmebehandlung auf die Eigenschaften von Stahl. Sie wählen Wärmebehandlungsverfahren anwendungsbezogen aus und begründen ihre Wahl.

BPE 13.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Abkühlungsvorgänge von Metallen und Zweistofflegierungen. Sie beschreiben die Entstehung von Mischkristallen bzw. Kristallgemischen. Die Schülerinnen und Schüler stellen Abkühlkurven und Zustandsschaubilder dar. Sie leiten Gefügebilder aus dem Zustandsschaubild ab.
Reine Metalle

  • Raumgittertypen

  • Abkühlungskurven

Zweistofflegierungen

  • Mischkristallbildung

  • Kristallgemischbildung

  • Gefügebilder: schematische Darstellung

  • Abkühlkurven

  • Zustandsschaubilder

BPE 13.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Gefügeänderungen der Stähle während des Abkühlungsvorgangs mithilfe des Eisen-Kohlenstoff-Diagramms. Sie zeichnen Abkühlungskurven verschiedener Stähle und berechnen die Gefügebestandteile bei Raumtemperatur.

Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
Fe-Fe3C- Legierung nur Stahlseite
  • Raumgittertypen von Eisen

  • Erstarrungsvorgänge

  • Abkühlkurven

  • Gefügebestandteile

BPE 13.3

Die Schülerinnen und Schüler begründen die Auswahl von Wärmebehandlungsverfahren. Sie beurteilen unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten von Stählen.

Wärmebehandlungsverfahren

  • Abschreckhärten

  • Randschichthärten:
    Einsatz‑, Flamm- und Induktionshärten

  • Vergüten

Änderung der Werkstoffkennwerte

  • Härte, Zugfestigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung

Einsatzbereiche von wärmebehandelten Stählen:
Vergütungsstahl, Einsatzstahl

BPE 14

Mechatronische Systeme II

25 (16)
Die Schülerinnen und Schüler planen eine Steuerung mithilfe gängiger grafischer Beschreibungsmittel. Sie simulieren und realisieren diese an mechatronischen Systemen im Labor.

BPE 14.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Signalformen und Grundverknüpfungen der Digitaltechnik.
Grundlagen der Digitaltechnik

  • analoge, digitale und binäre Signale

  • binäres Zahlensystem

  • binäre Grundverknüpfungen

Beschreibungsmittel der Digitaltechnik

  • Funktionstabelle

  • Schaltfunktion

  • Schaltsymbole

  • Funktionsdarstellung

BPE 14.2

Die Schülerinnen und Schüler analysieren und entwerfen einfache Steuerungen mit kombinatorischen Schaltungen, Speicher-, Zähler- und Zeitfunktionen und setzen diese mit einer Speicherprogrammierbaren Steuerung um.
Kombinatorische Schaltungen

  • Anschlussplan

  • Zuordnungstabelle

  • Disjunktive Normalform

  • Funktionsplan IEC 61131

SR- und RS-Speicherfunktion

Zähler und Timer nach IEC 61131

Zeit für Leistungsfeststellung

30

210 (40)

240 (40)

Jahrgangsstufe 2

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

48

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht
z. B.
Übungen
Anwendungen
Wiederholungen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Demontage/Montage eines Getriebes
Projektierung eines Antriebssystems mit Ablaufsteuerung
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 15

Drehstromtechnik

40
Die Schülerinnen und Schüler lernen die Grundlagen der Drehstromtechnik kennen und wenden diese auf Stern- und Dreiecksschaltungen an. Sie setzen sich mit dem Aufbau, der Funktionsweise und dem Betriebsverhalten des Drehstromasynchronmotors auseinander.

BPE 15.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Erzeugung und die Eigenschaften der Dreiphasenwechselspannung. Sie vergleichen Verbraucher in Stern- und Dreieckschaltung und ermitteln die elektrischen Größen.
Drehstrom

  • Erzeugersystem in Sternschaltung

  • Verkettung, Verkettungsfaktor

  • Leiter- und Stranggrößen

  • Zeigerdiagramme

Verbraucher in Sternschaltung

  • symmetrische Belastung mit Wirk- und Blindwiderständen

  • unsymmetrische Belastung mit Wirkwiderständen mit Neutralleiter

Verbraucher in Dreieckschaltung

  • symmetrische Belastung mit Wirk- und Blindwiderständen

Wirk‑, Blind- und Scheinleistung

Leistungsfaktor

BPE 15.2

Die Schülerinnen und Schüler erklären den grundsätzlichen Aufbau und die Funktionsweise eines Drehstromasynchronmotors (DASM).

Drehstromasynchronmotor
Induktionsprinzip
  • Prinzip der Entstehung der Drehbewegung

  • Drehfeld

  • Polpaarzahl

  • Drehzahl

  • Drehmoment

  • Schlupf

BPE 15.3

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben das Betriebsverhalten des Drehstromasynchronmotors und ermitteln aus dem Leistungsschild sowie der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie dessen Kenngrößen. Sie dimensionieren Blindleistungskompensationsschaltungen und führen eine Motor- und Getriebeauswahl für eine vorgegebene Anwendung durch.
Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie

Belastungskennlinie

Leistungsschild

  • mechanische Leistung

  • Stromaufnahme

  • Leistungsfaktor

  • Nennspannung

Wirkungsgrad

Kompensation

Motor- und Getriebeauswahl
z. B. DASM-Normtabellen

BPE 16

Festigkeitslehre und Getriebe

40
Die Schülerinnen und Schüler beschreiben wirkende Belastungen an verschiedenen Bauteilen und unterscheiden die sich daraus ergebenden Beanspruchungsarten. Sie berechnen und dimensionieren diese Bauteile mithilfe von Werkstoffkennwerten. Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Funktion eines Getriebes und berechnen Getriebekenngrößen.

BPE 16.1

Die Schülerinnen und Schüler leiten aus Belastungen die entsprechenden Beanspruchungen ab. Sie berechnen die Kenngrößen der entsprechenden Beanspruchungsarten und dimensionieren unter Berücksichtigung einer Sicherheit Bauteile.
Beanspruchungsarten bei Belastungsfall I

Festigkeitsberechnungen und Dimensionierung von Bauteilen

  • Zug, Druck: Festigkeitskennwerte aus dem Zugversuch

  • Flächenpressung

  • Abscherung
ohne Scherschneiden
  • Biegung: Lage und Betrag des maximalen Biegemoments
ohne Durchbiegung
  • Torsion
ohne Verdrehwinkel
  • Sicherheitszahl

BPE 16.2

Die Schülerinnen und Schüler berechnen aus den Eingangsgrößen mithilfe der Einzel- und Gesamtübersetzungen die Ausgangsgrößen eines Getriebes. Hierzu bestimmen sie auch die erforderlichen Zahnradkenngrößen.

Getriebe

  • Zahnradtrieb

  • Zahnradabmessungen: Teilkreisdurchmesser, Zähnezahl, Teilung, Modul

  • Drehzahl

  • Übersetzung: einzeln, gesamt

  • Drehmoment, Leistung, Wirkungsgrad

BPE 17

Mechatronische Systeme III

20 (20)
Die Schülerinnen und Schüler entwerfen Ablaufpläne für mechatronische Systeme und setzen diese in Steuerungsprogramme um. Sie testen die Programme und beheben Fehler.

BPE 17.1

Die Schülerinnen und Schüler entwerfen eine Ablaufsteuerung mithilfe eines Funktionsablaufplans, stellen ihn normgerecht dar, entwickeln ein Programm und führen einen Funktionstest durch.
Ablaufsteuerungen

  • Funktionsablaufplan nach IEC 61131

  • Umsetzung mit SR-Speicherfunktion

  • Funktionstest
Simulation oder Aufbau mit einer Speicherprogrammierbaren Steuerung
  • Fehlerbehebung

BPE 18*

Leistungselektronik

10 (6)
Die Schülerinnen und Schüler kennen die wesentlichen Bestandteile und Aufgaben eines Frequenzumrichters (FU) und nehmen einen Drehstromasynchronmotor am FU in Betrieb.

BPE 18.1

Die Schülerinnen und Schüler erklären den Aufbau und die prinzipielle Wirkungsweise eines Frequenzumrichters. Sie führen die Inbetriebnahme eines Drehstromasynchronmotors an einem Frequenzumrichter durch.
Frequenzumrichter

  • Aufbau (Blockschaltbild): Gleichrichter, Zwischenkreis, Wechselrichter, Bremschopper

  • Wirkungsweise

  • U/f-Kennlinie
Eckfrequenz, Boost
Drehstromasynchronmotor am Frequenzumrichter

  • Parametrierung

  • Inbetriebnahme

BPE 19*

Komplexe Wechselstromrechnung

10 (6)
Die Schülerinnen und Schüler nutzen die Grundlagen der komplexen Zahlen zur Berechnung einfacher Wechselstromschaltungen.

BPE 19.1

Die Schülerinnen und Schüler berechnen mithilfe komplexer Zahlen einfache Grundschaltungen der Wechselstromtechnik.
Mathematische Grundlagen der komplexen Zahlen
vgl. Mathematik
  • Gaußsche Zahlenebene

  • Real- und Imaginärteil

  • Darstellungsarten

  • Grundrechenarten

Anwendung auf Schaltungen der Wechselstromtechnik

  • Darstellung von Strom- und Spannungszeiger als komplexe Zahl

  • Komplexer Widerstand

  • Berechnung einfacher Grundschaltungen

BPE 20*

Maschinenelemente

10 (6)
In Bezug auf Bildungsplaneinheit 16 analysieren die Schülerinnen und Schüler die Funktionen weiterer Maschinenelemente in technischen Systemen. Sie legen beispielhaft Maschinenelemente aus.

BPE 20.1

Die Schülerinnen und Schüler analysieren Maschinenelemente hinsichtlich Funktion und Anwendung. Sie begründen deren Auswahl und entwickeln alternative Lösungen.

Maschinenelemente

  • Funktion
z. B. Gleitlager, Wälzlager, Schraubenverbindungen, Wellen
  • Dimensionierung
z. B. Lagerlebensdauer, zusammengesetzte Belastungen

BPE 21*

Mechatronisches Projekt

20 (12)
Die Schülerinnen und Schüler planen und führen selbstständig eine einfache Projektarbeit aus den Bereichen Elektrotechnik, Maschinenbau oder Steuerungstechnik durch. Sie dokumentieren und präsentieren diese.

BPE 21.1

Die Schülerinnen und Schüler leiten aus der Problemstellung die Projektziele und den Projektauftrag ab. Sie entwickeln einen Projektplan, führen das Projekt durch und stellen die Ergebnisse in geeigneter Form dar.
Problembeschreibung, Projektziele und Projektauftrag

Projektplanung: Arbeitsplanung, Projektablaufplan, Terminplan

Projektdurchführung

Prozess- und Produktdokumentation

Projektabschluss: Präsentation und Evaluation

Zeit für Leistungsfeststellung

24

168 (32)

192 (32)

Operatorenliste

In den Zielformulierungen der Bildungsplaneinheiten werden Operatoren (= handlungsleitende Verben) verwendet. Diese Zielformulierungen (Standards) legen fest, welche Anforderungen die Schülerinnen und Schüler in der Regel erfüllen. Zusammen mit der Zuordnung zu einem der drei Anforderungsbereiche (AFB) dienen Operatoren einer Präzisierung. Dies sichert das Erreichen des vorgesehenen Niveaus und die angemessene Interpretation der Standards.

Anforderungsbereiche


Anforderungsbereiche
Anforderungsbereich I umfasst die Reproduktion und die Anwendung einfacher Sachverhalte und Fachmethoden, das Darstellen von Sachverhalten in vorgegebener Form sowie die Darstellung einfacher Bezüge.
Anforderungsbereich II umfasst die Reorganisation und das Übertragen komplexerer Sachverhalte und Fachmethoden, die situationsgerechte Anwendung von technischen Kommunikationsformen, die Wiedergabe von Bewertungsansätzen sowie das Herstellen von Bezügen, um technische Problemstellungen entsprechend den allgemeinen Regeln der Technik zu lösen.
Anforderungsbereich III umfasst das problembezogene Anwenden und Übertragen komplexer Sachverhalte und Fachmethoden, die situationsgerechte Auswahl von Kommunikationsformen, das Herstellen von Bezügen und das Bewerten von Sachverhalten.
Operator Erläuterung Zuordnung
AFB
ableiten
auf der Grundlage wesentlicher Merkmale sachgerechte Schlüsse ziehen
 II
abschätzen
eine technische Einrichtung nach den Verfahren der jeweiligen Technikwissenschaft entsprechend der gestellten Anforderung grob dimensionieren ohne genaue Berechnungen durchzuführen
 II
analysieren, untersuchen
wichtige Bestandteile oder Eigenschaften auf eine bestimmte Fragestellung hin herausarbeiten. Untersuchen beinhaltet ggf. zusätzlich praktische Anteile.
 II, III
auswerten
Daten, Einzelergebnisse oder andere Elemente in einen Zusammenhang stellen und ggf. zu einer Gesamtaussage zusammenführen
 II
begründen
Sachverhalte auf Regeln und Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale Beziehungen von Ursachen und Wirkung zurückführen
 II
berechnen, bestimmen
Ergebnisse von einem bekannten Ansatz ausgehend durch Rechenoperationen oder grafische Lösungsmethoden gewinnen
 I, II
beschreiben
Sachverhalte oder Zusammenhänge strukturiert und fachsprachlich richtig mit eigenen Worten wiedergeben
 I
beurteilen
zu einem Sachverhalt ein selbstständiges Urteil unter Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden formulieren und begründen
 II, III
bewerten, Stellung nehmen
eine eigene Position nach ausgewiesenen Kriterien vertreten
 II, III
darstellen
Sachverhalte, Zusammenhänge, Methoden usw. strukturiert und ggf. fachsprachlich wiedergeben
 I, II
dimensionieren
eine technische Einrichtung nach den Verfahren der jeweiligen Technikwissenschaft entsprechend der gestellten Anforderung bestimmen
 II, III
dokumentieren
entscheidende Erklärungen, Herleitungen und Skizzen darstellen
 III
durchführen
eine vorgegebene oder eigene Anleitung (z. B. für ein Experiment oder eine Befragung) umsetzen
 II
entwickeln, entwerfen
Lösungen für komplexe Probleme erarbeiten
 II, III
erläutern, erklären
einen technischen Sachverhalt in einen Zusammenhang einordnen sowie ihn nachvollziehbar und verständlich machen
 I, II
ermitteln
einen Zusammenhang oder eine Lösung finden und das Ergebnis formulieren
 II
konstruieren
Form und Bau eines technischen Objektes durch Ausarbeitung des Entwurfs, durch technische Berechnungen, Überlegungen usw. maßgebend gestalten
 II
nennen
Elemente, Sachverhalte, Begriffe, Daten ohne Erläuterungen aufzählen
 I
optimieren
einen gegebenen technischen Sachverhalt oder eine gegebene technische Einrichtung so zu verändern, dass die geforderten Kriterien unter einem bestimmten Aspekt erfüllt werden
 II
skizzieren
Sachverhalte, Strukturen oder Ergebnisse auf das Wesentliche reduzieren und diese grafisch oder als Text übersichtlich darstellen
 II
strukturieren, ordnen
vorliegende Objekte oder Sachverhalte kategorisieren und hierarchisieren
 II
überprüfen und nachweisen
Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widersprüche aufdecken
 II, III
übertragen
einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen
 II, III
vergleichen
Gemeinsamkeiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede ermitteln
 I, II
zeichnen
einen technischen Sachverhalt mit zeichnerischen Mitteln unter Einhaltung der genormten Symbole darstellen
 I, II
vgl. Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Technik der KMK i. d. F. vom 16.11.2006

Amtsblatt des Ministeriums für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg

Stuttgart, 23. Juli 2020
Lehrplanheft 2/2020
Bildungsplan für das Berufliche Gymnasium;
hier:
Berufliches Gymnasium der sechs- u. dreij. Aufbauform
Vom 23. Juli 2020
44 – 6512.- 240/211

I.

II.

Für das Berufliche Gymnasium gilt der als Anlage beigefügte Bildungsplan.
Der Bildungsplan tritt
für die Eingangsklasse am 1. August 2021
für die Jahrgangsstufe 1 am 1. August 2022
für die Jahrgangsstufe 2 am 1. August 2023
in Kraft.

Im Zeitpunkt des jeweiligen Inkrafttretens tritt der im Lehrplanheft 5/2016 veröffentlichte Lehrplan in diesem Fach vom 30. Juni 2016 (Az. 45-6512.-240/155) außer Kraft.

Mechatronik
Berufliches Gymnasium der sechs- u. dreij. Aufbauform
K.u.U., LPH Nr. 2/2020 Reihe I Nr. 40
Band 2 vom 23.07.2020

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