Sondergebiete der Technik

Ministerium für Kultus, Jugend und Sport 

Baden-Württemberg 

Schulversuch 

41-6624.10/104 

vom 16. August 2007 

Lehrplan 

für das berufliche Gymnasium 

der dreijährigen Aufbauform 

Technische Richtung (TG) 

Sondergebiete der Technik 

Eingangsklasse 

Jahrgangsstufen 1 und 2 

Der Lehrplan tritt 

für die Eingangsklasse und 

für die Jahrgangsstufen 1 und 2 

am 1. August 2011 in Kraft. 

Berufliches Gymnasium, dreijährige Aufbauform Schulversuch 41-6624.10/104 vom 16.08.2007 

LS-FB 4 29.07.11/gi BG2-TG-SV_Sondergebiete-der-Technik_08_3661.doc

2 

Inhalt 

Fach LS-Nr. 

Sondergebiete der Technik* ....................................................................................... L – 08/3661 

Wahlthemen für die Eingangsklasse Seite 

Solar- und Wasserstofftechnik***.......................................................................................................3 

Astronomie und Raumfahrttechnik.....................................................................................................9 

Umwelt, Technik und regenerative Energien ...................................................................................17 

Bionik I** ..........................................................................................................................................23 

Mechatronische Systeme I** ...........................................................................................................29 

Wahlthemen für die Jahrgangsstufen 1 und 2 

Energiewirtschaft .............................................................................................................................35 

Mikrosystemtechnik .........................................................................................................................41 

Bautechnik .......................................................................................................................................49 

Umweltmanagement ........................................................................................................................55 

Holztechnik ......................................................................................................................................61 

Messtechnik .....................................................................................................................................67 

Bionik II** .........................................................................................................................................73 

Bionik III** ........................................................................................................................................79 

Industrielle Bildverarbeitung I**…. .......................................................................................... …….85 

Industrielle Bildverarbeitung II**.......................................................................................................91 

Mechatronische Systeme II**...........................................................................................................97 

Mechatronische Systeme III**........................................................................................................101 

* In der Eingangsklasse und in den Jahrgangsstufen 1 und 2 ist jeweils ein Thema zu wählen. 

Die Wahlthemen sind als Ergänzung zu den profilbezogenen Fächern zu verstehen. Daraus 

können sich in einzelnen Lehrplaneinheiten Berührungspunkte mit dem Lehrplan in den 

profilbezogenen Fächern ergeben. Die unterrichtenden Lehrkräfte stimmen sich hierbei 

hinsichtlich der Schwerpunktsetzung so ab, dass inhaltliche Wiederholungen im Fach 

Sondergebiete der Technik vermieden werden. 

** Die einzelnen Module der Wahlthemen Bionik, Mechatronische Systeme sowie Industrielle 

Bildverarbeitung bauen inhaltlich aufeinander auf und sind in der genannten Reihenfolge zu 

belegen. 

*** Sofern in der Eingangsklasse das Wahlthema Umwelt, Technik und Regenerative Energien 

unterrichtet wurde, kann Solar- und Wasserstofftechnik in der Jahrgangsstufe unterrichtet werden. 



Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Solar- und Wasserstofftechnik (TG) 3 

Berufliches Gymnasium der 

dreijährigen Aufbauform 

– technische Richtung (TG) 


Wahlthema: 

Solar- und Wasserstofftechnik 




4 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Solar- und Wasserstofftechnik (TG) 

Vorbemerkungen 

Die in der Gesellschaft zunehmende Wahrnehmung von Problemen im Zusammenhang mit Energiegewinnung 

und -verbrauch erfordert verstärkt Lösungsansätze zum Entwurf einer zukunftsfähigen 

Welt. Dieses Wahlthema ermöglicht es den Schülerinnen und Schülern technische Geräte zur 

Gewinnung und Speicherung regenerativer Energien zu verstehen und zu entwickeln. Damit kann 

das Engagement der Schülerinnen und Schüler bei Wettbewerben, wie zum Beispiel "Jugend 

forscht", gefördert werden. Die Schülerinnen und Schüler erhalten Einblick in die physikalischen 

Grundlagen der Energiegewinnung mit Solarzellen und der Energiespeicherung mit Wasserstoff. 

Sie experimentieren mit Brennstoffzellen als Energiewandler und beschreiben über die physikalischen 

Grundlagen hinaus die Anwendung industrie- und handelsüblicher Anlagen. Es bleibt den 

Lehrerinnen und Lehrern überlassen, ob sie mit Schülerinnen und Schülern zur Wirkungsanalyse 

von Solaranlagen handelsübliche Simulationssoftware einsetzen. 




Lehrplanübersicht 

Schuljahr Lehrplaneinheiten Zeitrichtwert 

Gesamtstunden 

Eingangs- Handlungsorientierte Themenbearbeitung (HOT) 10 6 

klasse 1 Solare Energie 10 6 

2 Herstellung und Anwendung von Solarzellen 15 6 

3 Wasserstoff als Energieträger 15 7 

4 Brennstoffzelle als Energiewandler 10 60 8 

Zeit für Leistungsfeststellung und zur möglichen Vertiefung 20 


LS-FB 4 29.07.11/gi BG2-TG-SV_Sondergebiete-der-Technik_08_3661.doc 

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Seite


Handlungsorientierte Themenbearbeitung (HOT) 

Eingangsklasse Zeitrichtwert 

Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten Themen handlungsorientiert. 

Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 

Die Themenauswahl hat aus den nachfolgenden 

Lehrplaneinheiten unter Beachtung 

Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen. 

Solare Energie 10 

Die Schülerinnen und Schüler stellen den Energiehaushalt der Erde dar und bewerten den Stellenwert 

der von der Sonne gelieferten Energie. Sie beschreiben die Strahlungsgrößen der Sonne 

und nutzen moderne Informationsquellen zur Ermittlung von geografischen und zeitlichen Einflüssen. 

Energiehaushalt der Erde Energiearten, Begrenztheit der fossilen 

Energieträger, Regenerative Energien, 

Treibhauseffekt 

Globalstrahlung Direkte und Indirekte Strahlung, 

Globalstrahlungskarten 

Deutscher Wetterdienst 

Solarkonstante 

2 

Herstellung und Anwendung von Solarzellen 15 

Mit der Beschreibung und Messung ihrer elektrischen Eigenschaften erarbeiten sich die Schülerinnen 

und Schüler die Funktion einer Solarzelle und erklären die Energieumwandlung in einer 

Solarzelle. Sie messen deren elektrische Kennwerte und entdecken bei der Kennlinienmessung 

den Diodencharakter. Sie beschreiben die technologischen Schritte zur Herstellung von Solarzellen 

Energieumwandlung in Solarzellen Betreiben von Verbrauchern in einfachen 

Versuchen 

Funktion einer Solarzelle 

Kurzschlussstrom und Leerlaufspannung 

Beschreibung der Leitungsvorgänge in einer 

Solarzelle 

Die Solarzelle als Diode Messung von Hell- und Dunkelkennlinie 

Maximum-Power-Point (MPP) 

Reihen und Parallelschaltung 

Zellenverschaltung in Modulen 

Wirkungsgrad 

Füllfaktor 

Strom- und Spannungsmessung an 

verschalteten Zellen 



10


Herstellung von Solarzellen Herstellung kristalliner Zellen, 

Dünnschichttechnologie, 

Herstellung von PN-Übergängen, 

Veredlung und Endfertigung 

Photovoltaik-Systeme Module und Photovoltaikgeneratoren, 

Speichertechnologien, 

Wechselrichter, 

Insel- und Netzverbundanlagen 

3 

Wasserstoff als Energieträger 15 

Den Schülerinnen und Schülern beschreiben nach intensiver Recherche die Gewinnung von und 

den Umgang mit Wasserstoff. Sie beurteilen diesen Energieträger und setzen sich kritisch mit 

dessen Gewinnung und Handhabung auseinander. 

Verfügbarkeit Chemische und physikalische Eigenschaften, 

Herstellung von Wasserstoff (Elektrolyse, 

chemische Gewinnung, biochemische 

Herstellung 

Materialwechselwirkung 

Transport Gastransport, 

Flüssigtransport 

Rohrleitungssysteme 

Unfallgefahren 




4 

Brennstoffzelle als Energiewandler 10 

Experimente mit einfachen (reversiblen) Wasserstoffzellen erlauben den Schülerinnen und Schülern 

Einblicke in eine Vision mit Wasserstoff als möglichem sekundären Energieträger. 

Brennstoffzelle Geschichte, möglicher Einsatz im 

Zusammenhang mit der CO2 Diskussion 

PEM-Zelle Zersetzung von Wasserstoff, 

Elektrochemische Prozesse an 

Grenzschichten, 

Verbrennung, Oxidation, 

Wasserstoffoxidation und 

Sauerstoffreduktion 

Strom- Spannungskennlinie 

Vergleich unterschiedlicher Wandler bezüglich Leistung und Wirkungsgrad 

z. B. Verbrennungsmotoren, Turbinen 

Technische Realisierung von 

Wasserstoffenergiesystemen 

Stack, 

Dauerbetrieb 



Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Astronomie und Raumfahrttechnik (TG) 9 





Wahlthema: 

Astronomie und Raumfahrttechnik 




10 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Astronomie und Raumfahrttechnik (TG) 


Seit der Beobachtung der Jupitermonde durch Galilei mit Hilfe des Fernrohrs hat die Entwicklung 

der Beobachtungstechnik unser Weltbild grundlegend verändert. Aussagen über die Ursprünge 

des Kosmos, dessen Aufbau und zukünftige Entwicklung werden heute mit multispektralen Untersuchungen 

Satelliten gestützter Observatorien und mit erdgebundenen Großteleskopen gewonnen. 

Die heute nur noch im staatlichen Verbund mögliche Großforschung ermöglicht faszinierende 

Einblicke in Zustände der Materie, die im Labor nicht darstellbar sind. Gleichzeitig findet die 

Raumfahrttechnik intensive Anwendung im ökonomischen Sektor und ist mit Satellitenfernsehen, 

GPS und Wettersatelliten Bestandteil des täglichen Lebens geworden. 






Gesamtstunden 


klasse 1 Grundlegende Phänomene 10 12 

2 Wandel des Weltbildes 8 13 

3 Das Sonnensystem 8 13 

4 Astrophysik: Lebenslauf der Sterne 8 14 

5 Aufbau des Universums, Kosmologie 8 15 

6 Grundlagen der Raumfahrttechnik 8 60 15 




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Seite





Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 




Grundlegende Phänomene 10 

Die Schülerinnen und Schüler erklären die beobachtbaren Bewegungserscheinungen der Sonne, 

des Mondes und des Sternenhimmels sowie die Finsterniserscheinungen der Erdrotation und der 

Bewegung von Erde und Mond um die Sonne. 

Jahreszeiten Polarkreis, 

Neigung der Erdachse 

Ekliptik 

Mitternachtssonne und Polarnacht, 

Nördlicher und südlicher Wendekreis, 

Äquinoktien und Solstitien, 

Bau einer Sonnenuhr, 

Meridiandurchgang der Sonne beobachten, 

Zeitgleichung 

Mondphasen Beobachtung der Mondbewegung, 

Sternbedeckungen beobachten, 

Ebbe und Flut, 

Synodischer Monat 

Partielle und totale Sonnenfinsternisse 

und Mondfinsternisse 

Mondbahnneigung 

Aufsteigender und absteigender Knoten 

Zirkumpolare und jahreszeitliche 

Sternbilder 

Drakonitischer Monat, 

Saroszyklus 

Planetariumsbesuch, 

Besuch einer Sternwarte 



10


2 

Wandel des Weltbildes 8 

Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Bedeutung astronomischer Beobachtungen für das 

landwirtschaftliche, politische, kulturelle und religiöse Leben im Altertum. Sie erklären die kopernikanische 

Wende. 

Sie beschreiben die technischen Fortschritte bei der Himmelsbeobachtung von der Erfindung des 

Fernrohres bis zur Satellitentechnik und beurteilen deren Bedeutung für den Wandel des Weltbildes. 

Historische Bedeutung der Astronomie Himmelsscheibe von Nebra, 

Kalender, 

Termine für Saat und Ernte, 

Astrologie und Astronomie 

Ptolemäisches Weltbild 

Kopernikanische Wende 

Heliozentrisches Weltbild 

Epizyklen, 

Schleifenbewegung der Planeten, 

Paradigmenwechsel 

Keplersche Gesetze Umlaufzeiten und Bahnhalbachsen der 

Planeten berechnen 

Gravitationsgesetz Anziehungskraft der Sonne und der Erde auf 

den Mond berechnen 

Moderne Beobachtungsinstrumente und der 

Wandel des Weltbildes 

Refraktor und Spiegelteleskop 

Satelliten-Observatorien 

3 

Entwicklung der Astronomie und Astrophysik 

seit der kopernikanischen Wende, 

Spektroskopie, 

Radioteleskop, 

Große Sternwarten (z. B. ESO), 

Gravitationswellendetektor, 

Neutrinoteleskope 

Das Sonnensystem 8 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau des Sonnensystems. Sie erklären den 

Aufbau der Sonne, benennen die beobachtbaren Sonnenphänomene und beurteilen deren Auswirkungen 

auf die Erde. Sie beschreiben die Planeten und größten Monde des Sonnensystems 

und erläutern die besondere Stellung des Systems Erde und Erdmond. 

Aufbau der Sonne 

Sonnenflecken 

Protuberanzen 

Korona 

Sonnenwind 

Ergebnisse von Raumfahrtmissionen 

Rotationsdauer der Sonne messen, 

Polarlichter, 

Sonnenfleckenzyklus, 

Granulation, 

Koronale Massenauswürfe (CME) und deren 

Auswirkungen auf die Erde, 

Solarkonstante messen 




Merkur, Venus, Mars 

Jupiter und die galileischen Monde 

Präsentation der Planeten und Monde 

durch die Schüler mit Bezug zu den 

entsprechenden Raumfahrtmissionen 

Saturn und der Mond Titan Landung auf dem Saturnmond Titan 

Uranus und Neptun 

Erde und Erdmond 

Bedingungen für das Leben 

Kleinplaneten, Asteroide, Kometen und 

Meteorite 

4 

Erde und Mond als Doppelplanetensystem, 

Magnetfeld der Erde, 

Die Erde als einziger Planet mit 

Plattentektonik, 

Zusammensetzung der Atmosphäre, 

Ozonschicht, 

Ozeane 

Pluto und Charon, 

Gefährdung durch Meteorite, 

Nördlinger Ries und Steinheimer Becken 

(Museumsbesuch möglich) 

Asteroidengürtel, 

Kuipergürtel, 

Oortsche Wolke 

Astrophysik: Lebenslauf der Sterne 8 

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Bildung der Sterne aus Gas und Staub, begründen die 

Energiefreisetzungung mittels Kernfusion und lesen den Entwicklungszustand des Sterns aus dem 

Hertzsprung-Russell-Diagramm ab. Sie erklären die Entstehung Roter Riesensterne, Weißer 

Zwerge, Neutronensterne und Schwarzer Löcher. 

Sternentstehung Bildung von Sternhaufen, 

Planetenbildung, 

Gas und Staub 

Hertzsprung-Russell-Diagramm 

Hauptreihe 

Fusion von Wasserstoff zu Helium 

Salpeterprozesse und Rote Riesensterne 

Einfluss der Masse auf die Sternentwicklung 

Weiße Zwerge, Neutronensterne, Schwarze 

Löcher 

Beobachtung der Farbe der Sterne, 

Berechnung der in Energie umgewandelten 

Sonnenmasse aus der Solarkonstanten 

Bildung schwerer Elemente bis zur 

Eisengruppe 

Entstehung von Elementen oberhalb der 

Eisengruppe durch Supernovae 




5 

Aufbau des Universums, Kosmologie 8 

Die Schülerinnen und Schüler nennen astronomische Entfernungsmaße und erklären deren Berechnung. 

Sie erklären die Struktur des Universums mit der Theorie des Urknalls. 

Astronomische Einheit 

Parsec, Lichtjahr 

Entfernungsbestimmung astronomischer 

Objekte 

Struktur des Universums 

Milchstraße 

Galaxien 

Galaxienhaufen 

Rotverschiebung und Hubble-Konstante 

Alter des Universums 

Urknalltheorie 

6 

Sternparallaxen, 

Cepheiden, 

Entfernungsbestimmung durch Supernovae 

Galaktische Superhaufen, 

Kosmische Leerräume, 

Ergebnisse des Hubble-Weltraumteleskops 

Kosmische Hintergrundstrahlung, 

Expansion des Raumes, 

Dunkle Materie, 

Dunkle Energie, 

Zukunft des Universums 

Grundlagen der Raumfahrttechnik 8 

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Grundlagen der Raketentechnik. Sie beschreiben ausgewählte 

Raumfahrtmissionen und begründen die Bedeutung der Raumfahrttechnik für die Wirtschaft. 

Raketentechnik 

Mehrstufenprinzip 

Satelliten und Raumstationen in Forschung 

und Wirtschaft 

Chemische Triebwerke, 

Ionentriebwerk und andere alternative 

Triebwerke, 

Hohmann-Bahn und Bahnformen bei 

geringem Schub (Low Thrust), 

Swing-by Manöver 

Raumfahrende Nationen, 

NASA und ESA, 

Internationale Raumstation und deren 

Versorgung 

Erdbeobachtung Umweltbeobachtung, 

Wettersatelliten, 

Vermessung der Erde 

Navigation und Kommunikation mit Hilfe der 

Satellitentechnik 

Geostationäre Bahnen, 

GPS, Galileo, 

Fernsehen, Radio und Telefon 






Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Umwelt, Technik und regenerative Energien (TG) 17 





Wahlthema: 

Umwelt, Technik und regenerative 

Energien 




18 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Umwelt, Technik und regenerative Energien (TG) 


Bevölkerungswachstum, zunehmender Energiebedarf und vor allem die Nutzung fossiler Brennstoffe 

führen zu Umweltproblemen von globaler Bedeutung. Das Wahlthema Umwelt und Technik 

soll das Bewusstsein der Schülerinnen und Schüler für diese Problematik schärfen und sie in die 

Lage versetzen, die Auswirkungen des eigenen Verhaltens kritisch zu reflektieren. Die jetzigen und 

zukünftigen Potenziale regenerativer Energien werden unter technischen, ökonomischen und 

ökologischen Gesichtspunkten als Beitrag zur Erhaltung unseres Lebensraumes bewertet. 



Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Umwelt, Technik und Regenerative Energien (TG) 19 



Gesamtstunden 


klasse 1 Solarthermie 8 20 

2 Wasserkraft 6 20 

3 Windkraft 6 20 

4 Biomasse 12 21 

5 Geothermie 6 21 

6 Marine Energien 4 21 

7 Rationelle Energieverwendung 8 60 21 




80 

Seite





Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 




Solarthermie 8 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die verschiedenen Möglichkeiten zur Wärmegewinnung 

im privaten Haushalt und in der Industrie. Sie beurteilen ökonomische und ökologische Aspekte. 

Niedertemperaturbereich Kollektorentypen, 

Simulation zur Bedarfsberechnung, 

Wirtschaftlichkeitsrechnung 

Hochtemperaturbereich Sonnenkraftwerke, 

Prozesswärme, 

CO2 - Einsparung 

2 

Wasserkraft 6 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Wasserkraft als eine indirekte Nutzung der Sonnenenergie 

sowie den Einsatz unterschiedlicher Wasserkraftwerkstypen. 

Laufkraftwerke 

Speicherkraftwerke 

Pumpspeicherwerke 

3 

Turbinentypen 

Tages- bzw. Jahresbelastungskurven 

Windkraft 6 

Die Schülerinnen und Schüler bewerten neben rein technischen Aspekten auch 

ökonomische, ökologische und landschaftliche Problematiken erneuerbarer Energien. 

Terrestrische Anlagen EEG (Erneuerbare-Energien-Gesetz), 

Landschaftsschutz 

Offshore-Anlagen 



10

Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Umwelt, Technik und Regenerative Energien (TG) 21 

4 

Biomasse 12 

Die Schülerinnen und Schüler beurteilen sowohl globale als auch regionale Konsequenzen von 

nachhaltiger bzw. nicht nachhaltiger Energiewirtschaft. 

Globaler Kohlenstoffkreislauf 

Grundlagen der Photosynthese 

Holz 

Energiepflanzen 

Biokraftstoffe 

Biogas 

5 

CO2 – Problematik 

Veränderungen in der Rolle der 

Landwirtschaft, 

Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion 

Geothermie 6 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Verfahren zur Nutzung dieser Energiequelle, 

diskutieren aber auch die technischen Probleme und Herausforderungen bei ihrer Umsetzung. 

Erdgekoppelte Wärmepumpen 

Hydrothermale Geothermie 

Hot-Dry-Rock-Verfahren 

6 

Leistungszahl 

Marine Energien 4 

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln Szenarien der zukünftigen Möglichkeiten der 

Energiegewinnung. 

Gezeitenkraftwerke 

Meeresströmungskraftwerke 

Wellenkraftwerke 

7 

Rationelle Energieverwendung 8 

Die Schülerinnen und Schüler reflektieren ihr eigenes Verhalten beim Energieverbrauch. Sie 

schätzen ihre persönlichen Möglichkeiten zur schonenden Nutzung der Energieressourcen ein. 

Brennwerttechnik 

Kraft-Wärme-Kopplung 

Wärmedämmung 

Hybridfahrzeuge 






Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Bionik I (TG) 23 





Wahlthema: 

Bionik I 




24 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Bionik I (TG) 


Ziel der Bionik ist die Übertragung von Problemlösungen aus der Natur in den Bereich der Technik, 

um die in Jahrmillionen entwickelten und optimierten natürlichen Erfindungen zu nutzen. Voraussetzung 

für erfolgreiches bionisches Arbeiten ist das Erfassen der Funktionsprinzipien dieser 

Lösungen, nicht einfaches Kopieren der Natur in die Technik. Bionik erfordert ein neues Denken 

und eine Umorientierung auf interdisziplinäres und ganzheitliches Vorgehen. 

Im Wahlthema Bionik erhalten die Schülerinnen und Schüler anhand von vielfältigen Beispielen 

einen Einblick in das weitverzweigte Fachgebiet. Die Auseinandersetzung mit der Fülle an Lösungen 

aus der Natur soll die Kreativität der Schülerinnen und Schüler fördern und ihren Respekt vor 

den Lebewesen und dem Ökosystem Erde verstärken. Vertiefende Experimente und das Fertigen 

von Modellen zu ausgewählten Lehrplaneinheiten ergänzen die handlungsorientierte Themenbearbeitung. 

Das Wahlthema besteht aus den drei aufeinander aufbauenden Modulen Bionik I, Bionik II und 

Bionik III. Im dritten Modul Bionik III vertiefen die Schülerinnen und Schüler ihre Kenntnisse aus 

den beiden vorherigen Modulen und wenden diese praxisbezogen an. 

Anmerkung zur Anordnung der Beispiele in der Hinweisspalte der Lehrplaneinheiten: 

Das natürliche Vorbild und das dazu gehörige künstliche Abbild werden mit einem Spiegelstrich 

einander gegenüber gestellt, z. B. Haifischhaut – Schwimmanzug. 






Gesamtstunden 


klasse 1 Grundlagen der Bionik 6 26 

2 Oberflächenbionik 20 26 

3 Bewegungsbionik 14 27 

4 Energiebionik 10 60 27 




80 

Seite





Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen, 

Bau von Modellen, 

Experimente 

1 




Grundlagen der Bionik 6 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Geschichte der Bionik. Sie vergleichen Prinzipien 

aus der belebten Natur mit denen in technischen Konstruktionen oder Verfahren und vollziehen 

den Abstraktions- und Übertragungsvorgang an Beispielen nach. 

Definition der Bionik 

Geschichte der Bionik 

Leonardo da Vinci, Otto Lilienthal, Georges de 

Mestral, Werner Nachtigall 

Methoden der Bionik Bottom-up- und Top-down-Prinzip 

Bionik im Alltag Klettverschluss, Stacheldraht 

2 

Oberflächenbionik 20 

Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Bedeutung von Oberflächen als Kontaktstellen 

zwischen Lebewesen und der Umwelt. Sie begründen ausgewählte Eigenschaften des Lebewesens 

mit dem Aufbau auf der Nanoebene oder speziellen Eigenschaften der Oberfläche. Sie 

beschreiben aktuelle technische Anwendungsmöglichkeiten. 

Lotuseffekt 

– Benetzung 

– Selbstreinigung 



10 

Pflanzenblätter von Kohl, Tulpe, Kapuzinerkresse 

– Nanotechnologie: Wandfarben, 

schmutzabweisende Textilien, Beschichtungen 

Reibungsreduzierung Haifischhaut – Schwimmanzug 

Wüstenechse („Sandfisch“) 

Reflexionsminderung Mottenauge: Sehen und Nicht-gesehenwerden 

– Entspiegelung von Displays, 

Beschichtung von Solarzellen 

Haften und Kleben 

– Haftstrukturen 

– Van-der-Waals-Kräfte 

– Kleben mit Klebstoff 

Geckofuß 

Seepocken, Miesmuschel


Farbe durch Oberflächenstruktur Morphofalter 

Wassergewinnung Wüstenkäfer der Gattung Stenocara 

3 

Bewegungsbionik 14 

Die Schülerinnen und Schüler analysieren die natürlichen Vorbilder von strömungsgünstigen Formen. 

Sie erläutern bionische Konstruktionsprinzipien und stellen Anwendungsmöglichkeiten dar. 

Sie würdigen das kreative Potential des Fin-Ray-Effekts. 

Fliegen 

– Auftriebskräfte (Bernoulli-Effekt) 

– aerodynamische Eigenschaften 

– Randwirbel 

Schwimmen 

– Strömungsgünstige Formen 

– cw-Wert 

Vogelflug 

Flugzeugflügel 

Winglets 

Delfinnase – Schiffsbug 

Pinguin – Schiffs- oder Flugzeugrumpf 

Kofferfisch – bionisches Automobil 

Fin-Ray-Effekt Fischflosse – adaptive Rückenlehne, 

technischer Greifer 

Künstlicher Fisch oder künstliche Qualle 

4 

Energiebionik 10 

Die Schülerinnen und Schüler analysieren bionische Konzepte zum Umgang mit Energie. Sie erläutern 

die aktive und passive Solarenergienutzung in Natur und Technik. 

Energienutzung beim Eisbär 

Fell- und Hautbeschaffenheit – transparente 

Wärmedämmung 

Natürliche Klimatisierung Termitenbau – Solarkamin, natürliche Lüftung 

Fotosynthese 

– Bio-Solarzelle 

Farbstoffzelle nach Grätzel 






Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mechatronische Systeme I (TG) 29 





Wahlthema: 

Mechatronische Systeme I 




30 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mechatronische Systeme I (TG) 


Mechatronik ist eine Ingenieurwissenschaft, die sich mit der Funktionalität eines technischen 

Systems durch eine enge Verknüpfung mechanischer, elektronischer und datenverarbeitender 

Komponenten beschäftigt. 

Im Wahlthema „Mechatronische Systeme“ werden die Schülerinnen und Schüler mit den Grundlagen 

der Pneumatik, der Elektropneumatik, der Steuerungstechnik und der Robotertechnik vertraut 

gemacht. Sie erkennen, dass viele Prozesse in Natur und Technik auf grundlegend gleichen Prinzipien 

beruhen und werden in die Lage versetzt, diese Prozesse zu analysieren. 

In projektorientierten Aufgaben können Lösungen für einfache Steuerungsaufgaben erprobt und 

die Kenntnisse vertieft werden. Durch den Einsatz des Computers mit Entwurfs- und Simulationssoftware 

wird den Schülerinnen und Schülern die Bedeutung des PC als Werkzeug zur Planung 

und Gestaltung verdeutlicht. 

Je nach vorhandener Ausstattung der Schule können die projektorientierten Aufgaben im gerätebezogenen 

Unterricht oder mithilfe einer Simulationssoftware bearbeitet werden, z. B. die Umsetzung 

einer Steuerung oder die Programmierung eines Roboters. 

Das Wahlthema besteht aus den drei aufeinander aufbauenden Modulen Mechatronische Systeme 

I, Mechatronische Systeme II und Mechatronische Systeme III. 

Im ersten Modul werden die Grundlagen der Pneumatik, der Elektropneumatik und der Steuerungstechnik 

erarbeitet, im zweiten Modul die der speicherprogrammierbaren Steuerungen. Das 

dritte Modul befasst sich mit Robotertechnik und Roboterprogrammierung. 






Gesamtstunden 


klasse 1 Pneumatische Steuerungen 15 32 

2 Elektropneumatische Steuerungen 15 33 

3 Ablaufsteuerungen 10 33 

4 Projekt Ablaufsteuerung 10 60 33 




80 

Seite





Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 




Pneumatische Steuerungen 15 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau einer pneumatischen Anlage. Sie lösen 

steuerungstechnische Aufgaben der Pneumatik, indem sie einfache pneumatische Schaltungen 

entwerfen. Hierzu berechnen sie pneumatische Kenngrößen und wählen geeignete Zylinder aus. 

Die Schülerinnen und Schüler bauen Schaltungen ausstattungsabhängig praktisch auf oder 

simulieren diese mit einer Software, überprüfen deren Funktion und beseitigen auftretende 

Steuerungsfehler. Sie berechnen und bewerten die Kosten für den Luftverbrauch eines Zylinders. 

Grundlagen Pneumatik 

– Physikalische Größen 

– Steuerungsarten 

– Komponenten einer pneumatischen Anlage 

Pneumatische Schaltungen 

– Entwurf 

– Schaltungslogik 

– Schaltplan 

– Ventil- und Zylinderauswahl 

– Fahrgeschwindigkeiten 

– Kennlinien 

– Pneumatische Kenngrößen 

– Luftverbrauch 

– Aufbau/Simulation 

– Fehlerbehebung 

Nach DIN ISO 1219 

Druckbegrenzungsventil, 

Druckaufbau im Zylinder 

Kolbenkraft, Zylinderdurchmesser 

Energieeffizienz 



10


2 

Elektropneumatische Steuerungen 15 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau einer elektropneumatischen Anlage. Sie 

lösen steuerungstechnische Aufgaben der Elektropneumatik, indem sie einfache elektropneumatische 

Schaltungen entwerfen. Sie erstellen Stromlaufpläne und bauen Schaltungen ausstattungsabhängig 

praktisch auf oder simulieren diese mit einer Software, überprüfen deren Funktion und 

beseitigen auftretende Steuerungsfehler. 

Grundlagen der Elektropneumatik 

– Ventilansteuerung 

– Steuerungstechnische Bauelemente 

– Sensoren 

– Sicherheitstechnische Maßnahmen 

Verbindungsprogrammierte Steuerung 

– Entwurf 

– Schaltungslogik 

– Schaltplan, Stromlaufplan 



3 

Nach DIN EN 60617 

Ablaufsteuerungen 10 

Die Schülerinnen und Schüler planen eine lineare Ablaufsteuerung mithilfe eines Funktionsablaufplans, 

stellen ihn normgerecht dar und setzen diesen in einer elektropneumatischen Steuerung 

um. 

Elektropneumatische Ablaufsteuerungen 

– Funktionsablaufplan 



– Betriebsarten 

4 

Projekt Ablaufsteuerung 

Darstellung nach DIN EN 61131-3 

(Ablaufsprache – AS) oder 

DIN EN 60848 (GRAFCET) 

Die Schüler und Schülerinnen planen eigenständig eine elektropneumatische Ablaufsteuerung für 

eine vorgegebene Problemstellung mit zwei oder drei Zylindern. Sie setzen diese ausstattungsabhängig 

praktisch um oder simulieren diese mit einer Software und dokumentieren ihre 

Ergebnisse. Sie vergleichen und bewerten unterschiedliche Lösungsansätze. 



10




Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Energiewirtschaft (TG) 35 





Wahlthema: 

Energiewirtschaft 

Jahrgangstufe 1 oder 

Jahrgangsstufe 2 



36 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Energiewirtschaft (TG) 


Die Bedeutung der Energiewirtschaft für die künftige Entwicklung der Menschheit bzw. einzelner 

Gesellschaften wird in den kommenden Jahren dramatisch zunehmen. Im Modul Energiewirtschaft 

erarbeiten die Schülerinnen und Schüler einen Überblick über die Relevanz verschiedener Energiesysteme. 

Energieszenarien, die den Zusammenhang zwischen Energieangebot und Reichweite 

verschiedener Energieträger beschreiben, sollen nach ihrer Umsetzbarkeit, Wirtschaftlichkeit und 

Nachhaltigkeit bewertet werden. Im Unterricht sollen von den Schülerinnen und Schülern im Zusammenhang 

mit der Bewertung konkreter Anlagen (in der Schule oder der Kommune) auch praktische 

Erfahrungen gesammelt, analysiert, bewertet und präsentiert werden. 






Gesamtstunden 

Jahrgangs- Handlungsorientierte Themenbearbeitung (HOT) 10 38 

stufe 1 1 Energie und Energiebilanzen 6 38 

oder 2 Künftige Entwicklung der Energieversorgung 14 38 

Jahrgangs- 3 Projektierung und Beurteilung von Energiesystemen 20 39 

stufe 2 4 Umweltrelevanz von Energiesystemen 10 60 39 




80 

Seite



Jahrgangsstufe 1 oder 2 Zeitrichtwert 


Z. B. 

Entwicklung eines Energiekonzeptes für 

ausgewählte Ressourcen (Strom, Wasser, 

Heizenergie) in der Standortgemeinde der 

Schule, 

Energiekonzept für die Schule selbst 

1 




Energie und Energiebilanzen 6 

Die Schülerinnen und Schüler verwenden die entsprechenden Fachbegriffe situationsbezogen. Sie 

lesen und erstellen Energiebilanzen und schätzen damit den Energieverbrauch verschiedener 

Systeme ab. 

Energiebegriff, Energieformen, Energiequellen Physikalisch, primär-, End- und Nutzenergie 

Energieeinsatz und 

Energiewandlungsprozesse 

Unterscheidung von Verbrauchssektoren 

(Privathaushalte, Verkehr, Industrie, Schule) 

und einzelnen Energiewandlern (z. B. 

elektrischer Wasserkocher) 

Energiebilanzen Für ein technisches System und/oder für ein 

Wirtschaftssystem 

Entwicklung der Energienachfrage und des 

Energieeinsatzes 

2 

Bedarfsbegriff, saisonale Schwankungen, 

Struktur des End- und Nutzenergiebedarfes 

Künftige Entwicklung der Energieversorgung 14 

Die Schülerinnen und Schüler nennen Einflussfaktoren für die zukünftige Entwicklung des Energiebedarfs, 

des Energieangebotes und der Reichweite verschiedener Energiequellen. Sie beurteilen 

verschiedene Energieversorgungsszenarien. 

Nationaler und weltweiter Energiebedarf 

Bevölkerungszahl 

Effizienz bei der Umwandlung 

Produktionsfaktor Energie 

Wirtschaftliche Entwicklung 

Reichweite konventioneller Energiequellen Fossile Energiequellen, Uran, 

Globale Verteilung der Reserven 

Anforderungen an die künftige 

Energieversorgung 

Versorgungssicherheit, Umwelt- und 

Klimaverträglichkeit, Sozialverträglichkeit, 

Risiko- und Krisenarmut, Systemverletzlichkeit 



10


3 

Projektierung und Beurteilung von Energiesystemen 20 

Die Schülerinnen und Schüler bewerten Energiesysteme hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit und 

Realisierbarkeit. Sie begründen die Bedeutung der Energieeffizienz. 

Klassische Verfahren zur Kostenbewertung in 

der Energiewirtschaft 

Methoden der Investitionsrechnung, 

Systemlebensdauer, 

Beispielrechnung an ausgewählten Systemen 

z. B. Fotovoltaik, Windkraft, konventionelle 

Systeme 

Externe Kosten von Energiesystemen Staatliche Subventionen, Forschungs- und 

Entwicklungskosten, Entsorgung, Umwelt- und 

Gesundheitsschäden, 

Internalisierung dieser Kosten 

Energiedienstleistungen und Energieeffizienz Umwandlung von Endenergie in die eigentliche 

erwünschte Energiedienstleistung, 

Energierückgewinnung 

Erzeugungs- bzw. Anlagensysteme Elektrische Maschinen, Umrichter, 

Regelungssysteme 

Projektierung eines Konzeptes Z. B. anhand der Energieflüsse der Schule 

4 

Umweltrelevanz von Energiesystemen 10 

Die Schülerinnen und Schüler bewerten umweltbezogene Wirkungen von Energiewandlungssystemen. 

Sie beschreiben Lösungsansätze für nachhaltige Systeme. 

Emmission, 

Immission, 

Nachhaltigkeit 

Bundesimmisionsschutzgesetz und 

Verordnungen, 

EU-Gesetzgebung 

Klimaschutzanforderungen Klimaziele weltweit und national, 

Abschätzung der Realisierbarkeit 

Weitere Umweltwirkungen Flächenverbrauch, 

Ökosysteme und Vernetzung 






Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mikrosystemtechnik (TG) 41 





Wahlthema: 

Mikrosystemtechnik 

Jahrgangsstufe 1 oder 




42 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mikrosystemtechnik (TG) 


Das Wahlthema Mikrosystemtechnik beschäftigt sich mit miniaturisierten elektronischen, mechanischen 

und fluidischen Bauteilen sowie daraus gefertigten komplexen Mikrosystemen, deren Größe 

im Bereich von wenigen Millimetern oder darunter liegt. Die Mikrosystemtechnik kann als Weiterentwicklung 

der Mikroelektronik im Hinblick auf nichtelektronische Gebiete angesehen werden. Sie 

eröffnet die Möglichkeit, statt eines einzelnen Sensors ein ganzes Sensorarray mit hoher Packungsdichte 

zu fertigen. Parallele Signalverarbeitung, hohe Selektivität und Berücksichtigung von 

Störgrößen erhöhen die Qualität der Anwendung. Mikrosysteme werden in zunehmendem Umfang 

in allen Bereichen der Technik angewendet. 






Gesamtstunden 


stufe 1 1 Anwendung und Aufbau von Mikrosystemen 6 44 

oder 2 Physikalisch-chemische Grundlagen 10 44 

Jahrgangs- 3 Silizium-Einkristallscheiben 6 45 

stufe 2 4 Silizium-Mikromechanik 12 46 

5 LIGA-Verfahren 8 46 

6 Nanotechnik 8 60 47 




80 

Seite





Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 




Anwendung und Aufbau von Mikrosystemen 6 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau eines Mikrosystems und gliedern in Funktionsblöcke. 

Sie erklären den Unterschied zwischen einzelnen Komponenten und einem System. 

Anwendung von Mikrosystemen 

Analyse eines Mikrosystems 

Funktionsblöcke des Mikrosystems 

Sensoren 

Aktoren Pumpen 

Signalverarbeitung 

Speicher 

Schnittstellen zur Umwelt 

2 

An einem geeigneten Mikrosystem dessen 

Aufbau und Verwendung untersuchen 

Beschleunigungssensor, 

Riechsensor, 

Drucksensor, 

Schalter 

Physikalisch-chemische Grundlagen 10 

Die Schülerinnen und Schüler nennen die wichtigsten Werkstoffklassen und unterscheiden sie 

anhand ihrer charakteristischen Eigenschaften. 

Physikalische Eigenschaften der Werkstoffe 

Kunststoff 

Keramik 

Halbleiter 

Metall 

Elektrische, thermische, magnetische, 

piezoelektrische Eigenschaften. 

Flüssigkristalle, Gele 



10


Kristalle 

Gitter und Kristallstruktur 

100, 110 und 111 Gitterebene 

kristallografische Richtungen 

Experimente an Kristallen mit kubischer 

Symmetrie, z. B. Alaun KAl(SO4)2·12 H2O 

können die kristallografischen 

Grundbegriffe verdeutlichen, 

Kristallzucht, Ätzfiguren, Symmetrien, 

Wachstumsgeschwindigkeiten 

unterschiedlich indizierter Flächen 

Kristallstruktur von Silizium Verwandte Materialien, z. B. Diamant, 

Galliumarsenid 

3 

Silizium-Einkristallscheiben 6 

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Herstellung von Silizium-Einkristallen und die Fertigung 

von Wafern. Sie begründen die Bedeutung der Vakuumtechnik und der Reinraumtechnik für die 

Mikrotechnik. 

Herstellung und Reinigung von Silizium Metallurgic Grade Silicon (MG-Si), 

Electronic Grade Silicon (EG-Si) 

Kristallzucht 

Czochralski-Verfahren 

Zonenziehverfahren 

Dotierung 

Herstellung von Wafern Schleifen der Barren zu Zylindern, 

Orientieren, 

Sägen, 

Kodieren 

Abscheidung und Manipulation von Schichten Chemische Abscheidung (CVD), 

Aufdampfen und Sputtern (PVD), 

Epitaxie, 

Mechanisch-Chemisches Polieren (MCP), 

Verborgene Substrate, 

Implantierung 

Vakuumtechnik, Vakuumbereiche Grob-, Fein-, Hochvakuum, 

Ultrahochvakuum, 

Gastransferpumpen, 

Gas bindende Pumpen 

Reinraumtechnik, Reinraumklassen Aufbau eines Reinraums 




4 

Silizium-Mikromechanik 12 

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Herstellungsverfahren mikromechanischer Bauteile. Sie 

erläutern mikromechanische Systeme und deren Einsatzmöglichkeiten. Mit ausgewählten Systemen 

führen sie Messungen durch und entwerfen Anwendungen. 

Lithografische Verfahren 

Masken 

Resist 

Tiefenätztechnik 

Anisotrope Ätzverfahren 

Optische Verfahren, 

Elektronenstrahllithografie 

Aufbau und Verbindungstechnik Hybridtechnik, Löten, Bonden, 

SMD-Technik 

Mikromechanische Bauelemente 

Anwendungen 

5 

Ein geeignetes Bauteil näher untersuchen 

z. B. 

Druck- und Beschleunigungssensoren, 

Durchflusssensoren, 

Lichtmodulatoren, 

Mikrospiegel, 

Magnetische Mikrosensoren, 

Chemische Mikrosensoren, 

Mikrofluidische Komponenten 

LIGA-Verfahren 8 

Die Schülerinnen und Schüler erklären die unter dem Begriff LIGA zusammengefassten Verfahren 

und erläutern Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu den Fertigungsverfahren der Mikroelektronik 

und Silizium-Mikromechanik. 

Maskenherstellung Absorber, 

Trägerfolien 

Röntgentiefenlithografie Röntgenstrahlung, 

Synchrotronstrahlung, 

Dicke Resistschichten, 

Qualität der abgebildeten Struktur 

Galvanische Abscheidung Formeinsatzherstellung für die 

Mikroabformung, 

Galvanoformung 

Kunststoffabformung Reaktionsgießen, 

Spritzgießen, 

Heißprägen 




6 

Nanotechnik 8 

Die Schülerinnen und Schüler erklären den Unterschied zwischen Mikro- und Nanotechnologie. 

Sie erläutern Beispiele für nanotechnologische Entwicklungen und deren Integration in Mikrosysteme. 

Zusammenhang zwischen struktureller Größe 

und Funktionalität 

Eigenschaften wie Härte, Leitfähigkeit, Farbe 

und Reaktivität hängen von der Partikelgröße 

ab, 

Längenskala 

Grenzen der Skalierbarkeit Moores Gesetz, 

Downscaling makroskopischer 

Funktionalitäten, 

Bottom-up und Top-down Verfahren, 

Bedeutung der Nanotechnik für die Wirtschaft 

Beispiele nanotechnologischer Entwicklungen 

und Verfahren 

Integration in Mikrosysteme 

Rasterkraftmikroskopie, 

Entwicklungen in verschiedenen 

technologischen Gebieten z. B. 

Chemie, Werkstofftechnik, 

Medizintechnik, Pharmazie, 

Feinmechanik, Optik 






Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Bautechnik (TG) 49 





Wahlthema: 

Bautechnik 





50 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Bautechnik (TG) 


Für neue Entwicklungen werden von der Wirtschaft immer kürzere Fristen gesetzt (z. B. immer 

kürzere Produktzyklen). Vorgaben erfordern gleichzeitiges Tätigwerden verschiedener Disziplinen; 

in der Industrie sind dies Plattform-Teams aus Designern, Produktplanern, Konstrukteuren, Produktionsingenieuren 

sowie Finanz-, Marketing- und Vertriebsexperten. Innovation setzt Kenntnisse 

kreativitätsfördernder und gestalterischer Methoden voraus. Am Beispiel eines konkreten Projektes 

sollen die Einflussfaktoren auf Gebäudeplanungen erkannt und evtl. noch nicht realisierbare 

Alternativen angedacht und erarbeitet werden. 






Gesamtstunden 


stufe 1 1 Planung und Gestaltung von Gebäuden 10 52 

oder 2 Bauausführung von Hochbauten 30 52 

Jahrgangs- 3 Energieeinsatz von Baukonstruktionen 10 60 53 

stufe 2 Zeit für Leistungsfeststellung und zur möglichen Vertiefung 20 



80 

Seite





Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 




Planung und Gestaltung von Gebäuden 10 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Grundlagen der Planung und Gestaltung von Gebäuden 

und geben die Einflussfaktoren für Gebäudeplanungen an. 

Grundlagen von Planung und Gestaltung 

Gestaltungsprozess 

Kreativitätsfördernde Methoden, 

Projektteam 

Methodenlehre Synektik, Brainstorming, Black-Box-Theorie 

Anthropometrie, Ergonomie Bauentwurfslehre 

Gestaltungsmittel Struktur, Farbe, Linie, Helligkeit, 

Gliederung 

Einflussfaktoren auf Gebäudeplanungen 

Gebäudetypen, Grundrisstypologie, 

Bauwerksart 

Raumprogramm 

Raumbedarf 

Wohnfunktion 

Städtebau 

Bauökologie 

2 

Wohngebäude, Büros, Geschäfte 

Einzelbau, Zeilenbau 

Bauausführung von Hochbauten 30 

Die Schülerinnen und Schüler geben den baubetrieblichen Ablauf an, definieren konstruktive Bauelemente 

und beschreiben bauphysikalische Grundlagen. Sie erläutern Maßnahmen der Haustechnik 

in Bezug auf den Innenausbau. 

Baubetrieblicher Ablauf Netzplan 

Vermessungstechnik Vermessungsinstrumente, 

Lageplan 

Geologie Erdbewegung 

Grundbau, Gründung Fundamente 



10


Konstruktive Elemente Wand, Decke, Dach 

Bauphysikalische Grundlagen Wärmeschutz, Feuchtigkeitsschutz, 

Schallschutz, Brandschutz 

Energieversorgung Elektrische Energie- und Informationstechnik 

Sanitär- und Klimatechnik Wasser, Lüftung, Heizung 

Decken-, Wand-, Bodenbeschichtungen Anstriche, Beläge aus Holz, Kunststoff, Fliesen 

3 

Energieeinsatz bei Baukonstruktionen 10 

Die Schülerinnen und Schüler bewerten den Energieverbrauch bei der Herstellung und beim Betrieb 

von Gebäuden. 

Energiebilanz, Energieeinsparung Baustoffauswahl, 

Wärmeschutzverordnung, 

Gebäudeenergiepass, 

Energieeinsparverordnung (EnEV) 

Alternative und regenerative Energien Solar-, Windenergie, Erdwärme 

Gebäudemanagement 






Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Umweltmanagement (TG) 55 





Wahlthema: 

Umweltmanagement 





56 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Umweltmanagement (TG) 


Nachhaltigkeit gelingt auch in der Technik nur, wenn technisch-betriebliches Handeln in ein Management 

eingebettet ist, welches den ökologischen Konsequenzen modernen Technikeinsatzes 

Rechnung trägt. Mit dem Wahlthema Umweltmanagement eignen sich die Schülerinnen und 

Schüler über die Technik hinausgehend betriebswirtschaftliche Methoden zur verantwortungsvollen 

Gestaltung einer technologischen Welt an. Das Thema lädt dazu ein, die Methoden in Umwelt- 

und Qualitätsmanagement selbst auszuprobieren und zu gestalten. 






Gesamtstunden 


stufe 1 1 Grundlagen 12 58 

oder 2 Umweltkenndaten und Umweltcontrolling 12 58 

Jahrgangs- 3 Projekt- und Umweltmanagement 16 59 

stufe 2 4 Umweltrecht und Arbeitsrecht 10 60 59 




80 

Seite





Z. B. 

Projekt, 

Fallstudie, 

Planspiel, 

Rollenspiel, 

Exkursion, 

Exkursionen 

1 



Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen und 

kann sich an einer im Unterricht simulierten 

oder einer realen Umwelt-Zertifizierung der 

Schule orientieren. 

Die Teilnahme an einem schulinternen oder 

schulübergreifenden Wettbewerb mit umwelt- 

oder klimarelevanter Themenstellung ist ebenso 

geeignet. 

Grundlagen des Umweltmanagements 12 

Die Schülerinnen und Schüler begründen die Notwendigkeit zum nachhaltigen Handeln in der Gesellschaft 

und in der Arbeitswelt. Sie beschreiben die wesentlichen Bestandteile eines Umweltmanagementsystems. 

Nachhaltigkeit Magisches Dreieck der Nachhaltigkeit, 

(ökologische, ökonomische und soziale 

Aspekte) 

Qualitätsmanagement nach ISO 9000 Deming-Kreis, 

Modell nach ISO 9000:2000, 

Zertifizierung und Audit 

Eco Management and Audit Scheme (EMAS) 

und ISO 14000 

Integriertes Management 

2 

Wesentliche Elemente und deren Intention, 

Überblick und Vergleich 

Umweltkenndaten und Umweltcontrolling 12 

Die Schülerinnen und Schüler planen eine Bestandsaufnahme und entwickeln für einen Betrieb, 

einen Prozess oder die eigene Schule umweltrelevante Aspekte. Sie leiten für diese Aspekte 

Kennzahlen ab, für deren Ermittlung sie Checklisten entwerfen. Sie schätzen aus ermittelten 

Kennzahlen Umweltkosten und CO2-Bilanz ab. 

Umweltcontrolling 

Umweltaspekte Direkte, indirekte, wesentliche und 

unwesentliche Aspekte 

Umweltkenndaten Anwendung und Arten von Umweltkennzahlen 



10


CO2-Bilanz CO2-Rechner im Internet, 

Klimabereinigung und Gradtagzahlen 

3 

Projekt- und Umweltmanagement 16 

Die Schülerinnen und Schüler planen die Einführung eines Umweltmanagementsystems. Sie dokumentieren 

die wesentlichen Schritte und berücksichtigen dabei die Vorgaben durch Normen und 

Verordnungen. 

Projektmanagement Phasen eines Projektes, Zeitplanung, 

Meilensteine, 

Verantwortlichkeiten 

Umweltpolitik und Leitbild Funktion eines Leitbildes, 

Leitbild als langfristige Zielsetzung in Abgrenzung 

zum Umweltprogramm 

Umweltprogramm Umweltprogramm und Umweltziele als 

Ableitung und Konkretisierung von Umweltbetriebsprüfung 

und Umweltleitbild 

Umweltmanagementsystem Erstellen eines Handbuchs, 

Beschreibung von Tätigkeiten, 

Prozessabläufen und Verantwortlichkeiten, 

Organigramm, 

Betriebsanweisungen 

Umwelterklärung Öffentliche Funktion der Umwelterklärung 

Audit Internes und externes Audit, 

Zertifizierung und Validierung 

4 

Umweltrecht und Arbeitssicherheit 10 

Aus der Vielzahl an gesetzlichen Regelungen ermitteln die Schülerinnen und Schüler für einen 

beispielhaften Betrieb oder Prozess wesentliche Gesetze und erläutern deren Anwendung in der 

Gestaltung von Betriebsabläufen. 

Umweltrecht und Arbeitsicherheit im 

Umweltmanagement 

Konsequenz der bei Umweltgesetzen häufig 

verwendeten Beweislastumkehr für Verantwortliche, 

Dokumentationspflicht 

Aktuelle Gesetze Überblick über Gesetze zum Umweltschutz 

und zur Arbeitssicherheit, 

Intention und Anwendung dieser Gesetze 

Umgang mit Gefahrenstoffen 

Gefahrstoffkataster 

Kennzeichnung und Entsorgung von 

Gefahrenstoffen 




Umgang mit Maschinen und Geräten Betriebsanweisungen, 

Maximale Arbeitsplatzkonzentration 

EU- Maschinenrichtlinie, CE-Zertifikat 

Elektro-Check 



Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Holztechnik (TG) 61 





Wahlthema: 

Holztechnik 





62 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Holztechnik (TG) 


Ausgehend von der Bedeutung des Waldes als Rohstoffquelle und Lebensraum lernen die Schülerinnen 

und Schüler Holz und Holzwerkstoffe zu unterscheiden, sowie Holzverbindungen und 

Holzverbindungsmittel auszuwählen. Sie lernen Holzbearbeitungsverfahren zu unterscheiden und 

Oberflächenbehandlungen auszuwählen. Anhand eines konkreten Projektes sammeln Sie Erfahrungen 

mit diesem Werkstoff. 






Gesamtstunden 


stufe 1 1 Holz- und Holzwerkstoffe 12 64 

oder 2 Holzverbindungen und Verbindungsmittel 20 64 

Jahrgangs- 3 Holzverarbeitung und Oberflächenverarbeitung 18 60 64 




80 

Seite





Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 




Holz- und Holzwerkstoffe 12 

Die Schülerinnen und Schüler entdecken den Wald als wichtige Ressource und beschreiben verschiedene 

Holzarten. Sie vergleichen unterschiedliche Holzwerkstoffe hinsichtlich deren Einsatz 

und Kosten. 

Wald als Lebensraum und Rohstoffquelle Wasser, Klima, Erholung 

Aufbau eines Baumes Kern, Jahresringe, Kambium 

Unterscheidungsmerkmale Struktur, 

Dichte, 

Härte, 

Farbe 

Vollholz und Holzwerkstoffe Weich- und Hartholz, 

Sperrholz, 

Holzspanplatten 

2 

Holzverbindungen und Verbindungsmittel 20 

Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden verschiedene Holzverbindungen und Verbindungsmittel 

und setzen sie anwendungsgerecht ein. 

Holzverbindungen Schrauben, 

Kleben, 

Nut und Feder, 

Dübel 

3 

Holzverarbeitung und Oberflächenbearbeitung 18 

Die Schülerinnen und Schüler nennen verschiedene Holzverarbeitungsverfahren und vergleichen 

sie mit Verfahren aus der Metallbearbeitung. Sie wählen für ein konkretes Projekt geeignete Verfahren 

und gestalten dessen Oberfläche werkstoffgerecht. 

Holztrocknung Verfahren, Holzfeuchte 



10


Trennen Sägen 

Hobeln 

Fräsen 

Schleifen 

Arbeiten des Holzes 

Oberflächenbehandlung Vorbereiten, 

Beschichten 






Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Messtechnik (TG) 67 





Wahlthema: 

Messtechnik 





68 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Messtechnik (TG) 


Im Teilgebiet Sensorik lernen die Schülerinnen und Schüler die Wirkungsprinzipien verschiedener 

messtechnischer Aufnehmer für physikalische und chemische Größen kennen. Aufbauend auf 

elementaren Inhalten - insbesondere der Physik und Mathematik - werden sie befähigt, die technologischen 

Systeme einer Reihe klassischer Sensoren zu verstehen und sinnvolle Einsatzgebiete 

vorzuschlagen. Vereinfachte rechnerische Beschreibungen ermöglichen eine überschlägige Konzeption 

von Messanordnungen vor dem Hintergrund konkreter technischer Aufgabenstellungen. 






Gesamtstunden 


stufe 1 1 Grundlagen 20 70 

oder 2 Ausgewählte Sensoren 10 70 

Jahrgangs- 3 Systemintegration 20 60 71 




80 

Seite





Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 




Grundlagen 20 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben elementare Sensortechnologien und wenden diese auf 

messtechnische Problemstellungen an. 

Aktive und passive Sensoren 

Messbereich, 

Auflösung, 

Toleranz, 

Umgebungsbedingungen 

Anwendung von Sensoren 

Wärmesensor 

Drucksensor 

Lichtsensor 

2 

Charakteristische Einsatzgebiete 

Thermoelement 

Dehnungsmessstreifen 

LDR, VDR 

Wirkungsweise ausgewählter Sensoren 10 

Die Schülerinnen und Schüler erklären klassische und innovative Verfahren aus den Bereichen 

Positionserfassung und Gasanalyse, um diese im Hinblick auf typische Messaufgaben zu bewerten. 

Positionssensoren Taktile und berührungslose Aufnehmer, 

Widerstandsgeber und Differenzialtransformator, 

Inkrementale und kodierte Geber, 

Lasertriangulation 

Gassensoren Wärmeleitverfahren, 

Chemosensorik 



10


3 

Systemintegration 20 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Messaufgabe, bestimmen Format und Aufbereitung 

der Messdaten und planen Messsysteme in Übereinstimmung mit den technischen Anforderungen. 

Signalaufbereitung und Messdatenübertragung 

Entwurf eines ausgewählten Messsystems 

– Auswahl des Sensorprinzips, 

– Auslegung der Informationsübertragung 

– Auswertung von Herstellerdatenblättern 

Analoge und digitale Information, 

Analog-Digital-Wandlung, 

Verstärken und Filtern analoger 

Signalspannungen 

technische Dokumentation 






Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Bionik II (TG) 73 





Wahlthema: 

Bionik II 





74 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Bionik II (TG) 



um die in Jahrmillionen entwickelten und optimierten natürlichen Erfindungen zu nutzen. 

Voraussetzung für erfolgreiches bionisches Arbeiten ist das Erfassen der Funktionsprinzipien 

dieser Lösungen, nicht einfaches Kopieren der Natur in die Technik. Bionik erfordert ein neues 

Denken und eine Umorientierung auf interdisziplinäres und ganzheitliches Vorgehen. 


einen Einblick in das weitverzweigte Fachgebiet. Die Auseinandersetzung mit der Fülle an 

Lösungen aus der Natur soll die Kreativität der Schülerinnen und Schüler fördern und ihren 

Respekt vor den Lebewesen und dem Ökosystem Erde verstärken. Vertiefende Experimente 

und das Fertigen von Modellen zu ausgewählten Lehrplaneinheiten ergänzen die 

handlungsorientierte Themenbearbeitung. 












Gesamtstunden 


stufe 1 oder 1 Baubionik 12 76 

Jahrgangs- 2 Evolutionsstrategien und Optimierung 8 76 

stufe 2 3 Faltung und Verpackung 8 77 

4 Kommunikation 10 77 

5 Bioroboter und Umgang mit Komplexität 12 60 78 




80 

Seite





Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen, 

Bau von Modellen, 

Experimente 

1 

Baubionik 




Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Vielfalt und die unterschiedliche Komplexität von 

bionischen Konstruktionsprinzipien. Sie bewerten die Materialausnutzung in Leichtbaukonstruktionen 

und beschreiben ihre Anwendung in Architektur und Produktdesign. 

Druckstabilisierte Konstruktionen 

– Pneu-Prinzip 

– Pneumatikbauwerke 

Effizienter Materialeinsatz 

– Leichtbauweise 

– Funktionelle Anatomie der Pflanze 

2 

Evolutionsstrategien und Optimierung 

Schaum, Zelle 

Traglufthalle, Tensairity-Brücke, Stadiondach 

Parkplatzüberdachung 

Diatomeen und Radiolarien – Felgen 

Bienenwaben – Optimalwinkel durch Selbstorganisation 

Knochenanatomie – Eiffelturm 

Spinnennetz – Zelttragwerke 

Spross und Wurzel – Technischer 

Pflanzenhalm, Hochhausbau nach 

Baumstamm-Vorbild 

Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass die Natur in der Evolution durch Variation und Selektion 

geeignete Lösungen in Bezug auf sich verändernde Umweltbedingungen hervorbringt. Sie 

erörtern die Optimierung von Eigenschaften und Konstruktionen in der Technik. 

Darwinsche Evolutionstheorie Darwinfinken 

Lösung technischer Probleme auf der Basis 

von Evolutionsfaktoren 

Logistikoptimierung 

Optimierung eines 180-Grad-Rohrkrümmers 

mittels Evolutionsstrategie nach Rechenberg 

Transportwege, Arbeitsabläufe, Fahrpläne 

Gestaltoptimierung von Bauteilen Computer Aided Optimization (CAO) 

Vermeidung von Kerbspannung: Baumwachstum, 

Tigerkralle – orthopädische 

Schrauben 



10 

12 

8


3 

Faltung und Verpackung 

Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Prinzipien von Konstruktionen und Verpackungen in 

der Natur und beschreiben den Zusammenhang von Form und Funktion. 

Stabilität durch Falten, Rillen, Knicke 

Falttechnik 

Verpackungsbeispiel Ei 

– Formstabilität 

– Atmungsaktivität 

4 

Kommunikation 

Fächerpalmen – Dachkonstruktionen 

Braunalgen – Sandwichmaterialien im 

Flugzeugbau 

Sonnensegel in der Raumfahrt, 

Knautschzonen in der Automobilindustrie 

Stabile Schalenkonstruktionen 

Verpackungsfolien 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben verschiedene Kommunikationswege und Reizwahrnehmungen 

in der Natur, die sich von der menschlichen Sinneswahrnehmung unterscheiden. Sie 

erläutern, wie bionisch inspirierte technische Systeme die Sicherheit verbessern. Am Beispiel 

Schwarmintelligenz zeigen sie, dass einfache Spielregeln komplexe Ergebnisse liefern können. 

Bionische Sensoren 

– Ultraschall-/Infraschall-Sensoren 

– Infrarot-Sensoren 

– Molekülsensoren 

Schwarmintelligenz 



8 

10 

Fledermäuse – Abstandsmesssysteme, 

Wale und Delfine – Unterwasserkommunikation 

Schwarzer Kiefernprachtkäfer als Feuermelder 

Schlüssel-Schloss-Prinzip als Basis komplexer 

Analytik nach dem Vorbild der Insekten 

Fisch- oder Vogelschwarm, Bienenvolk, 

Ameisenstaat – Auslastung von Internetservern 

oder Frachtkapazitäten 

„Ameisenroboter“


5 

Bioroboter und Umgang mit Komplexität 

Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Bewegungen von Lebewesen als Vorbild für einen 

Roboter. Sie beschreiben komplexe Bewegungsabläufe in der Natur, die über den optimierten Einsatz 

von Hard- und Software realisiert werden. 

Bewegung von Lebewesen 

– Klettern 

– Biokybernetik 

– Laufen als komplexe Tätigkeit 

Ratte, Gecko – Kletterroboter 



12 

Künstliche Muskeln, Bänder und adaptive 

Greifer für sanfte Roboter 

Regelung von Lage und Bewegung, z. B. Kniescheibensehnenreflex 

Stabheuschrecke – Laufroboter LAURON 

Zentrale/dezentrale Steuerung bzw. Regelung

Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Bionik III (TG) 79 





Wahlthema: 

Bionik III 




80 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Bionik III (TG) 



um die in Jahrmillionen entwickelten und optimierten natürlichen Erfindungen zu nutzen. Voraussetzung 

für erfolgreiches bionisches Arbeiten ist das Erfassen der Funktionsprinzipien dieser 

Lösungen, nicht einfaches Kopieren der Natur in die Technik. Bionik erfordert ein neues Denken 

und eine Umorientierung auf interdisziplinäres und ganzheitliches Vorgehen. 


einen Einblick in das weitverzweigte Fachgebiet. Die Auseinandersetzung mit der Fülle an Lösungen 

aus der Natur soll die Kreativität der Schülerinnen und Schüler fördern und ihren Respekt vor 

den Lebewesen und dem Ökosystem Erde verstärken. Vertiefende Experimente und das Fertigen 

von Modellen zu ausgewählten Lehrplaneinheiten ergänzen die handlungsorientierte Themenbearbeitung. 












Gesamtstunden 

Jahrgangs- 1 Bionik als Wissenschaft 6 82 

stufe 2 2 Methodik der Bionik 6 82 

3 Umsetzung bionischer Projekte 12 83 

4 Projekt Bionik 24 48 83 




64 

Seite


1 

Bionik als Wissenschaft 

Jahrgangsstufe 2 Zeitrichtwert 

Die Schülerinnen und Schüler ordnen die Wissenschaftsdisziplin Bionik zwischen den Polen Biologie 

und Technik ein. Sie beschreiben die Anforderungen beim Lösen bionischer Fragestellungen 

mithilfe der Begriffe System und Komplexität. Sie erläutern die Reduktion von Komplexität auf ein 

bearbeitbares Maß mithilfe von Modellbildung und Simulation. 

Bionik als Disziplin 

– Biologie als erkenntnisorientierte 

Naturwissenschaft 

– Technik als anwendungsorientierte 

Ingenieurwissenschaft 

– Dolmetscherrolle der Bionik 

Systeme 

– Lebendige Strukturen als komplexe 

Systeme 

– Systemeigenschaften 

– Reduktion von Komplexität 

– Modellbildung 

– Simulation 

2 

Methodik der Bionik 

Z. B. Zelle, Organ, Organismus 

Z. B. Selbstorganisation 

Z. B. Nervenmembran, Regelkreis 

Vernetzung, kybernetisches Umweltplanspiel 

Die Schülerinnen und Schüler vertiefen die Methodik bionischen Arbeitens am Beispiel des 

Fliegens. Sie beschreiben die methodischen Schritte der Entwicklung von aktuellen biomechatronischen 

Modellen aus natürlichen Flugvorbildern. Sie vergleichen die theoretische 

Vorgehensweise von Leonardo da Vinci mit der experimentellen von Otto Lilienthal. 

Stationen bionischer Methodik 

– Beobachtung 

– Erkenntnis aus Theorie und Experiment 

– Abstraktion einzelner Segmente 

– Transfer aus der Physik 

– Übertragung in die Technik 

– Funktionsintegration zum Modell 

Ohne experimentelle Überprüfung 

Strömungslehre, Mechanik 

Mechatronischer Vogel 



6 

6


3 

Umsetzung bionischer Projekte 

Die Schülerinnen und Schüler vergleichen die Steuerung von Bewegungen in Biologie und Technik 

an zwei ausgewählten Beispielen aus der Bionik, abhängig von der Ausstattung der Schule. Sie 

analysieren die Arbeitsweise und den Arbeitsaufwand bei bionischen Projekten und begründen 

das Vorgehen bei der Umsetzung der Lösungsstrategie. 

Steuerung von Bewegungen 

– Modell oder Simulation 

– Kniescheibensehnenreflex 

– Fin-Ray-Greifer 

4 

Projekt Bionik 

Z. B. Holzmodell zu elektrischen oder pneumatischen 

Muskeln, Muskelspindel und 

Muskelkontraktion mikrocontrollergesteuert 

Z. B. Simulation über CAD-Programm 

Z. B. mehrfingriger Greifer und Ansteuerung in 

der Automatisierungstechnik 

Abhängig von der Ausstattung der Schule lösen die Schülerinnen und Schüler selbständig eine typische 

Aufgabenstellung aus der Bionik. Hierzu planen und realisieren sie den Bau eines Modells 

oder führen eine Simulation mit einer geeigneten Software durch. Sie dokumentieren und präsentieren 

ihre Ergebnisse. 

Auswahl eines der nachstehenden Themen: 

Bewegungsbionik 

Informationsbionik und -management 

Stoff- und Energiemanagement 

Schuleigenes Projekt 

Z. B. Laufroboter, Flugmodell, bionischer 

Muskel 

Z. B. zentrale und dezentrale Steuerung 

eines Laufroboters, Biosensor 

Z. B. Biologische Wachstumsprinzipien – 

Leichtbau mithilfe von Soft Skill Option (SKO) 

und Computer Aided Optimization (CAO) 

Z. B. Ökosystem – effizientes Ressourcen- 

Management. 



12 

24




Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Industrielle Bildverarbeitung I (TG) 85 





Wahlthema: 

Industrielle Bildverarbeitung I 





86 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Industrielle Bildverarbeitung I (TG) 


Das interdisziplinäre Fachgebiet „Industrielle Bildverarbeitung“ (IBV) ist ein Teilbereich der Automatisierungstechnik 

und Qualitätssicherung. Sichtprüfsysteme mit Kameras und Beleuchtungssystemen 

finden sich in Firmen vieler Branchen und Größen. 

Die gesellschaftliche Forderung nach hochwertigen Produkten mit einer 100%igen Qualitätskontrolle 

führt zu einer stetigen Entwicklung von innovativen Lösungen in der IBV. 

Deshalb werden die Anwendungsgebiete dieses neuen Fachgebiets kontinuierlich erweitert. 

Im Wahlthema IBV erhalten die Schülerinnen und Schüler eine Einführung in die „Industrielle Bildverarbeitung“ 

und lernen den Umgang mit einer Simulationssoftware kennen. Der Aufbau eines 

typischen Bildverarbeitungssystems mit Hard- und Softwarekomponenten sowie die typischen Anwendungsgebiete 

der IBV werden praxisnah vermittelt. 

Das Wahlthema besteht aus den beiden aufeinander aufbauenden Modulen Industrielle Bildverarbeitung 

I und Industrielle Bildverarbeitung II. Im ersten Modul erhalten die Schülerinnen und 

Schüler einen umfassenden Einblick in das Fachgebiet und können im zweiten Jahr ihre Kenntnisse 

vertiefen und praxisbezogen anwenden. 






Gesamtstunden 


stufe 1 oder 1 Grundlagen der industriellen Bildverarbeitung 12 88 

Jahrgangs- 2 Typen von Sichtprüfaufgaben 8 88 

stufe 2 3 Komponenten eines IBV-Systems 15 89 

4 Umsetzung von Sichtprüfaufgaben 15 60 89 




80 

Seite





Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 




Grundlagen der industriellen Bildverarbeitung 12 

Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden zwischen Bildverarbeitung und Bildbearbeitung. Sie 

geben verschiedene Einsatzbereiche der industriellen Bildverarbeitung an und ordnen diese dem 

entsprechenden Fachgebiet zu. Sie benennen die notwendigen Hardwarekomponenten und Sensoren 

eines typischen Bildverarbeitungssystems und konzipieren eine Prüfanwendung. Sie beschreiben 

die Merkmale von Graubild- und Farbbildauswertung und vergleichen unterschiedliche 

Bilddateiformate. 

Grundbegriffe IBV-Systeme 

– Unterscheidung Bildverarbeitung und Bildbearbeitung 

– Zugehörigkeit des Fachgebiets 

– Einsatzbereiche 

– Sensorik 

– Hardwarekomponenten 

Automatisierungstechnik, Qualitätssicherung 

Optisch, kapazitiv, induktiv 

Konzeption einer Prüfanwendung Vorarbeiten, Machbarkeitsuntersuchung, 

Pflichtenheft, Systemaufbau, Konfiguration in 

der Fertigung, Systeminstallation, Einsatz in 

der Fertigung 

Bildauswertung 

– Graubildauswertung 

– Farbbildauswertung Farbräume 

– Bilddateiformate 

2 

Digitaler Bildaufbau, Binäres Zahlensystem, 

Matrix, Histogramm 

Typen von Sichtprüfaufgaben 8 

Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden Typen von Sichtprüfaufgaben und teilen sie nach 

dem Prüfziel ein. Sie lösen Sichtprüfaufgaben mithilfe einer konfigurierbaren Bildverarbeitungssoftware 

und erstellen einfache Prüfprogramme. 

Typen von Sichtprüfaufgaben 

– Einteilung nach Prüfziel 

VDI 2628 



10


Konfigurierbare Bildverarbeitungssoftware 

– Benutzeroberfläche 

– Prüfprogrammschritte 

– Auswertungsprogramm 


3 

Demoversion 

Manuell, Automatik, Live-Bild-Kamera 

Komponenten eines IBV-Systems 15 

Die Schülerinnen und Schüler wählen die notwendigen Hardwarekomponenten und die geeignete 

Software für ein typisches Bildverarbeitungssystem anwendungsbezogen aus. 

Hardwarekomponenten 

– Kameras 

– Einteilung 

– technische Daten 

– Sensoren zum Auslösen der Bildaufnahme Aufbau und Funktion 

A/D-Wandler 

– Objektive 

– Grundlagen der Optik 

– Bauarten 

– Fachbegriffe 

– Anschlusssystem 

– Beleuchtungstechnik 

– Leuchtmittel 


– Datenübertragung 

Abbildungsgesetz, Auslegungsbeispiel 

Fest/verstellbar 

C-Mount, F-Mount 

Bauarten, Dunkel-/Hellfeld-/Auflicht/- 

Durchlichtbeleuchtung 

Signalaustausch mit einer speicherprogrammierbaren 

Steuerung (SPS) 

Schnittstellen, Kabeltypen 

Software Aktuelle BV-Software 

Point-and-click-Software 

Bibliotheken mit Programmiersprache 

4 

Umsetzung von Sichtprüfaufgaben 15 

Die Schülerinnen und Schüler lösen typische Sichtprüfaufgaben. Hierzu erstellen und entwickeln 

sie mit einer geeigneten Bildverarbeitungssoftware Auswertungsprogramme und setzen unterschiedliche 

Filter zur Bildverbesserung ein. 

Praktische Beispiele zur Sichtprüfung 

IBV-Software 

– Auswertungsprogramm 

– Vorverarbeitung von Bildern 

Anwesenheitskontrolle 

Identifikation: Barcodelesen, Data Matrix Code 

OCR-Erkennung (Schrifterkennung) 

Form und Maßprüfung, Lageerkennung 

Druckbildkontrolle, Farbauswertung, Mustererkennung 

Filteroperationen 






Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Industrielle Bildverarbeitung II (TG) 91 





Wahlthema: 

Industrielle Bildverarbeitung II 




92 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Industrielle Bildverarbeitung II (TG) 


Das interdisziplinäre Fachgebiet „Industrielle Bildverarbeitung“ (IBV) ist ein Teilbereich der Automatisierungstechnik 

und Qualitätssicherung. Sichtprüfsysteme mit Kameras und Beleuchtungssystemen 

finden sich in Firmen vieler Branchen und Größen. 

Die gesellschaftliche Forderung nach hochwertigen Produkten mit einer 100%igen Qualitätskontrolle 

führt zu einer stetigen Entwicklung von innovativen Lösungen in der IBV. 

Deshalb werden die Anwendungsgebiete dieses neuen Fachgebiets kontinuierlich erweitert. 

Im Wahlthema IBV erhalten die Schülerinnen und Schüler eine Einführung in die „Industrielle Bildverarbeitung“ 

und lernen den Umgang mit einer Simulationssoftware kennen. Der Aufbau eines 

typischen Bildverarbeitungssystems mit Hard- und Softwarekomponenten sowie die typischen Anwendungsgebiete 

der IBV werden praxisnah vermittelt. 

Das Wahlthema besteht aus den beiden aufeinander aufbauenden Modulen Industrielle Bildverarbeitung 

I und Industrielle Bildverarbeitung II. Im ersten Modul erhalten die Schülerinnen und 

Schüler einen umfassenden Einblick in das Fachgebiet und können im zweiten Jahr ihre Kenntnisse 

vertiefen und praxisbezogen anwenden. 






Gesamtstunden 

Jahrgangs- 1 Marktanalyse von 2-D-Bildverarbeitung* 24 94 

stufe 2 2 Verfahren der 3-D-Bildverarbeitung* 24 94 

3 Schnittstellen und Ergebnisauswertung* 24 94 

4 Umsetzung einer Aufgabenstellung aus der IBV* 24 48 95 


* Aus den Lehrplaneinheiten 1 bis 4 sind zwei auszuwählen. Die Umsetzung erfolgt handlungsorientiert, 

z. B. in Projekten oder konkreten praxisrelevanten Aufgabenstellungen. Inhaltliche Wiederholungen 

sind dabei zu vermeiden. 



64 

Seite


1 

Marktanalyse von 2-D-Bildverarbeitung 


Die Schülerinnen und Schüler erläutern den aktuellen Stand der Technik zur industriellen 2-D-Bildverarbeitung 

mithilfe einer Marktanalyse. Hierzu recherchieren sie in unterschiedlichen Medien und 

werten verschiedene Quellen und Datenblätter aus. Sie dokumentieren und präsentieren ihre 

Ergebnisse. 

Aktueller Stand der IBV-Technik 

– Hersteller 

– Produkte 

– technische Datenblätter 

2 

Verfahren der 3-D-Bildverarbeitung 

Intelligente Kameras, Auswertesysteme mit 

PC, Auswertesoftware, Kosten, Grenzen, 

Algorithmen, Beleuchtungstechnik, 

Einsatzgebiete 

Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden die 3-D-Technik von der 2-D-Technik. Sie ermitteln 

Vor- und Nachteile und Anwendungsgebiete der 3-D-Bildverarbeitung in der Technik. Sie entwickeln 

und bewerten verschiedene Verfahren, um aus der Bauteilgeometrie die Maße von Bauteilen 

zu bestimmen. Sie dokumentieren und präsentieren ihre Ergebnisse. 

3-D-Technik 

Laser und Kamerasystem: Bestimmung der 

Höhe oder der Tiefe eines Bauteils, Vor- und 

Nachteile, messtechnische Grenzen 

3-D-Verfahren Z. B. Laser-Triangulation (Punktprojektion), 

Lichtschnittverfahren (Linienprojektion, 

Projektion eines Streifenmusters), 

Stereo-Bildauswertung 

3 

Schnittstellen und Ergebnisauswertung 

Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Funktionsweise eines Bussystems zur Datenkommunikation. 

Sie simulieren digitale Ein- und Ausgangssignale mit einer geeigneten Software und 

übergeben sie an die SPS. Sie werten die erfassten Messwerte mit einem Tabellenkalkulationsprogramm 

statistisch aus. 

Datenkommunikation 

– Schnittstellen 

– Bussystem 

– Ergebnisausgabe 

Software zu Tabellenkalkulation 

CAN-Bus, Profibus 

In Dateien oder Bildschirmausgabe 



24 

24 

24


4 

Umsetzung einer Aufgabenstellung aus der IBV 

Abhängig von der Ausstattung der Schule lösen die Schülerinnen und Schüler eine typische 

Aufgabenstellung aus dem Bereich „Industrielle Bildverarbeitung“. Sie dokumentieren und präsentieren 

ihre Ergebnisse. 

Schuleigenes Projekt Z. B. Erstellung eines Bild-Filters, neuronale 

Netze, Mustererkennung 



24




Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mechatronische Systeme II (TG) 97 





Wahlthema: 

Mechatronische Systeme II 





98 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mechatronische Systeme II (TG) 























Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mechatronische Systeme II (TG) 99 



Gesamtstunden 


stufe 1 oder 1 Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) 30 100 

Jahrgangs- 2 Projekt Ablaufsteuerung mit speicherprogrammierba- 20 60 100 

stufe 2 

rer Steuerung 




80 

Seite

100 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mechatronische Systeme II (TG) 




Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 




Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) 30 

Die Schülerinnen und Schüler lösen steuerungstechnische Aufgaben mithilfe einer SPS. Sie beschreiben 

den Aufbau und die Arbeitsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung. Sie 

erstellen SPS-Programme, überprüfen deren Funktion ausstattungsabhängig an einer realen SPS- 

Station oder mit einer Simulationssoftware und beseitigen auftretende Steuerungsfehler. 

Aufbau und Funktionsweise einer SPS 

– Elektrische Signale 

– Adressierung 

– Zyklische Programmbearbeitung 

– Programmstrukturen 

Sicherheitstechnische Maßnahmen 

– Drahtbruchsicherheit 

– Verriegelung 

– NOT-AUS 

Programmerstellung in Funktionsbausteinsprache 

(FBS) 

– Binäre Verknüpfungen 

– Speicherfunktionen 

– Zeitfunktionen 

– Flankenauswertung 

Funktionsüberprüfung und Fehlerbehebung 

2 

Belegungsliste (Zuordnungsliste) 

Organisationsbaustein OB1, Funktion FC, 

Funktionsbaustein FB mit Instanz-Datenbaustein 

DB 

Projekt Ablaufsteuerung mit speicherprogrammierbarer Steuerung 

Die Schüler und Schülerinnen planen eigenständig eine lineare Ablaufsteuerung für eine vorgegebene 

Problemstellung. Hierzu entwerfen sie einen Funktionsablaufplan und stellen ihn normgerecht 

dar. Sie erstellen ein SPS-Programm, überprüfen seine Funktion ausstattungsabhängig an 

einer realen SPS-Station oder mit einer Simulationssoftware und beseitigen auftretende Steuerungsfehler. 

Sie dokumentieren und präsentieren ihre Ergebnisse. 

Schuleigene Aufgabenstellung oder 

Einsatz eines mechatronischen Modells 



10 

20

Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mechatronische Systeme III (TG) 101 





Wahlthema: 

Mechatronische Systeme III 




102 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mechatronische Systeme III (TG) 























Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mechatronische Systeme III (TG) 103 



Gesamtstunden 


stufe 2 1 Robotertechnik und Roboterprogrammierung 25 104 

2 Projekt Roboter 15 48 104 




64 

Seite

104 Sondergebiete der Technik, Wahlthema: Mechatronische Systeme III (TG) 




Z. B. 

Projekte, 

Exkursionen 

1 




Robotertechnik und Roboterprogrammierung 25 

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Merkmale von Handhabungsvorgängen in einem 

technischen Fertigungsprozess und unterscheiden verschiedene Handhabungsgeräte. Sie programmieren 

Roboter zur Durchführung von Handhabungsvorgängen ausstattungsabhängig an einem 

realen Gerät oder mit einer Simulationssoftware und beachten dabei die Sicherheitsvorschriften. 

Die Schülerinnen und Schüler stellen den aktuellen Stand der Robotertechnik in 

Wissenschaft, Medizin, Service und Technik fest und beurteilen die gesellschaftlichen Veränderungen 

durch den Technikeinsatz. 

Handhabungsgeräte 

– Einteilung nach Steuerungsart und 

Programmierung 

– Einsatzgebiete von Handhabungsgeräten 

– Aktuelle Anwendungsfälle 

Roboter 

– Merkmale 


– nach Konstruktionsart 

– Arbeitsraum 

– Einsatzbereich 

– Teilsysteme 

– Programmierung 

– Arbeitssicherheit (Schutzeinrichtungen) 

– Roboterkoordinatensysteme 

– Programmierverfahren 


VDI 2861 

Folgen des Technikeinsatzes Z. B. fächerübergreifendes Planspiel 

2 

Projekt Roboter 15 

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln eine Lösungsstrategie für eine vorgegebene Problemstellung 

aus der Automatisierungstechnik. Hierzu erstellen sie ein Programm für einen Roboter 

oder ein Handhabungsgerät, testen es je nach vorhandener Ausstattung an einem realen Gerät 

oder mit einer Simulationssoftware. Sie beseitigen vorhandene Fehler und optimieren das Programm. 

Sie dokumentieren und präsentieren ihre Ergebnisse. 



8

Sondergebiete der Technik

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