Unterrichtsmaterialien zum Thema "Programmieren"

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Lagerung eines Rollenbocks

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Optimale Lagerung eines Rollenbocks" erlernen die Schülerinnen und Schüler anhand von Beispielen die Prinzipien der Lageranordnung.In der Industrie ist das Arbeiten mit 3D-CAD-Systemen mittlerweile alltäglich geworden - auch für Auszubildende. Durch den Einsatz dieser Systeme und der Software zur Darstellung von 2D- und 3D-Modellen unterschiedlicher Objekte wird in dieser Unterrichtsreihe das räumliche Vorstellungsvermögen gefördert. Zudem erleichtert es den Lernenden, Zeichnungen zu erstellen. Die hier vorgestellte Lernsituation "Optimierung der Lagerung eines Rollenbocks" bietet einerseits die Analyse einer vorhandenen, nicht dem gängigen Lehrschema entsprechenden Lagerung / Lageranordnung und eine damit verbundene intensive Auseinandersetzung mit diesem Thema. Andererseits ergibt sich die Notwendigkeit, die vorhandene Lageranordnung analog der Prinzipien Fest-/Loslagerung, Angestellter Lagerung sowie Schwimmender Lagerung zu überarbeiten. Die notwendige Änderungskonstruktion sowie Zeichnungsableitung zur Fertigung der modifizierten Bauteile soll unter Zuhilfenahme des 3D-Konstruktionsprogramms SolidWorks sowie eDrawings geschehen. Da zur Erstellung der Teile lediglich Grundfertigkeiten im Umgang mit dem System notwendig sind, bietet sich diese Lernsituation auch als Einführung in SolidWorks an.In der Unterrichtsreihe gibt es mehrere Erarbeitungs- und Präsentationsphasen. Bei der Wahl der Sozialform gibt es viele Möglichkeiten, von der Einzelarbeit über die arbeitsgleiche und arbeitsteilige Gruppenarbeit, je nach Voraussetzung der Lernenden. Die Reihe bietet einen Einstieg in das Arbeiten mit 3D-CAD-Systemen. Sie lernen, die Arbeitsweise, die Möglichkeiten und den Zeitaufwand für das Arbeiten an 3D-CAD-Systemen einzuschätzen. Mehrwert für Lernende Zielgruppengerechte Aufbereitung Die Verwendung von 3D-Datensätzen zur Bearbeitung dieser Aufgabenstellung ermöglicht gerade den Schülerinnen und Schülern mit eingeschränktem räumlichen Vorstellungsvermögen die Möglichkeit, Teile der Baugruppe ein- und auszublenden, zu messen und zu animieren. Gleichzeitig wird durch den schnellen Abgleich mit 2D-Datensätzen (besonders empfehlenswert ist die Animation der Datei rollenbock.edrw in eDrawings) eine umfassende Analyse der Baugruppe gewährleistet. 2D- und 3D-Modelle eDrawings bietet durch seine einfache, selbsterklärende Oberfläche eine sehr gute Möglichkeit, die Funktionsweise und den Aufbau des Rollenbocks zu erarbeiten. Die Mess-Funktionalität ermöglicht das Bestimmen notwendiger Maße für die Änderungskonstruktion. Rechnerunterstützte Konstruktion 3D-CAD ermöglicht eine fortwährende Kontrolle der Funktionalität der Baugruppe durch Interferenzprüfungen, Animationen et cetera. Der Ansatz, aus einem 3D-Datensatz Zeichnungen abzuleiten, auch ohne Vorwissen der Lernenden hinsichtlich der Normung, ermöglicht eine konstruktive Auseinandersetzung mit Zeichnungsnormung. Hier stellen sich Fragen wie: Was muss der Fertiger alles wissen? Wie muss die Zeichnung aussehen, dass jeder etwas damit anfangen kann? ... Die Erkenntnis der Notwendigkeit normierter Zeichnungen erschließt sich hier automatisch. Falls die Schülerinnen und Schüler schon Erfahrungen mit SolidWorks erlangt haben, kann die Optimierung der Lagerung auch arbeitsteilig erfolgen, so dass für die 3-gängigen Lagerungsprinzipien (Fest-Los/Angestellt/Schwimmend) Lösungen erarbeitet werden.Die Schülerinnen und Schüler erkennen und erklären Funktionszusammenhänge in der vorhandenen Baugruppe. Hierzu werten sie Informationen sowie technische Unterlagen aus. informieren sich über mögliche Lageranordnungen, analysieren die Vor- und Nachteile und gleichen sie mit der im Rollenbock vorhandenen Lagerung ab. Hier erkennen die Lernenden die nicht fachgerechte Auslegung der vorhandenen Lagerung und die Notwendigkeit, dies entsprechend der erarbeiteten Lagerungsprinzipien zu überarbeiten. erlernen die Grundlagen der 3D-Konstruktion anhand des Programms SolidWorks. Hierzu erstellen sie einzelne Bauteile, fügen diese mit benötigten Normteilen in eine Baugruppe ein und leiten die zur Dokumentation erforderlichen Zeichnungsunterlagen ab. Zielgruppengerechte Aufbereitung Die Verwendung von 3D-Datensätzen zur Bearbeitung dieser Aufgabenstellung ermöglicht gerade den Schülerinnen und Schülern mit eingeschränktem räumlichen Vorstellungsvermögen die Möglichkeit, Teile der Baugruppe ein- und auszublenden, zu messen und zu animieren. Gleichzeitig wird durch den schnellen Abgleich mit 2D-Datensätzen (besonders empfehlenswert ist die Animation der Datei rollenbock.edrw in eDrawings) eine umfassende Analyse der Baugruppe gewährleistet. 2D- und 3D-Modelle eDrawings bietet durch seine einfache, selbsterklärende Oberfläche eine sehr gute Möglichkeit, die Funktionsweise und den Aufbau des Rollenbocks zu erarbeiten. Die Mess-Funktionalität ermöglicht das Bestimmen notwendiger Maße für die Änderungskonstruktion. Rechnerunterstützte Konstruktion 3D-CAD ermöglicht eine fortwährende Kontrolle der Funktionalität der Baugruppe durch Interferenzprüfungen, Animationen et cetera. Der Ansatz, aus einem 3D-Datensatz Zeichnungen abzuleiten, auch ohne Vorwissen der Lernenden hinsichtlich der Normung, ermöglicht eine konstruktive Auseinandersetzung mit Zeichnungsnormung. Hier stellen sich Fragen wie: Was muss der Fertiger alles wissen? Wie muss die Zeichnung aussehen, dass jeder etwas damit anfangen kann? ... Die Erkenntnis der Notwendigkeit normierter Zeichnungen erschließt sich hier automatisch. Falls die Schülerinnen und Schüler schon Erfahrungen mit SolidWorks erlangt haben, kann die Optimierung der Lagerung auch arbeitsteilig erfolgen, so dass für die 3-gängigen Lagerungsprinzipien (Fest-Los/Angestellt/Schwimmend) Lösungen erarbeitet werden.

  • Metalltechnik
  • Sekundarstufe II

Technisches Zeichnen: Einführung in 3D-CAD

Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit zum Thema 3D-CAD-Systeme fördert durch eine dreidimensionale Darstellung unterschiedlicher Objekte das räumliche Vorstellungsvermögen und vereinfacht die Erstellung technischer Zeichnungen.Der Einsatz des Computers zur Konstruktion technischer Systeme und zum Anfertigen technischer Zeichnungen ist in der Industrie von großer Bedeutung. Die Software hierzu wird als CAD (Computer Aided Design = computerunterstütztes Konstruieren und Zeichnen) bezeichnet. Seit einigen Jahren gibt es leistungsfähige dreidimensionale CAD-Systeme (3D-CAD). In der Schule bieten diese Systeme den Vorteil, dass mit in der Industrie eingesetzten Programmen gearbeitet werden kann. Hier wird eine Unterrichtseinheit vorgestellt, die den Einstieg in das marktführende 3D-CAD-System "SolidWorks" ermöglicht.Die Unterrichtsreihe bietet einen Einstieg in das Arbeiten mit 3D-CAD-Systemen. Diese Systeme stellen inzwischen den Industriestandard dar und begegnen daher den Schülerinnen und Schülern in ihrem Berufsalltag. Sie lernen, die Arbeitsweise, die Möglichkeiten und den Zeitaufwand für das Arbeiten an 3D-CAD-Systemen einzuschätzen. Weitere Vorteile liegen in der Verbesserung des räumlichen Vorstellungsvermögens und dem Spaß an der Arbeit mit diesen Programmen. Die Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Unterrichteinheit möglichst selbstständig arbeiten. Daher sind alle notwendigen Informationen auf Arbeitsblättern zusammengefasst, die die Schülerinnen und Schüler in Einzelarbeit bearbeiten sollten. Die Arbeitsblätter sind nach steigendem Schwierigkeitsgrad geordnet und führen über Zeichnungen von einfachen quaderförmigen Werkstücken über Werkstücke mit Bohrungen bis zu Werkstücken mit Rundungen. Die Schülerinnen und Schüler erklären den Begriff CAD. nennen die Vorteile des CAD-Einsatzes. lernen die Vorgehensweise beim Erstellen dreidimensionaler Skizzen kennen. erstellen an einem CAD-System einfache Zeichnungen. verbessern ihr räumliches Vorstellungsvermögen. haben Spaß am Arbeiten mit einem CAD-System. Weitere Vorteile liegen in der Verbesserung des räumlichen Vorstellungsvermögens und dem Spaß an der Arbeit mit diesen Programmen. Die Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Unterrichteinheit möglichst selbstständig arbeiten. Daher sind alle notwendigen Informationen auf Arbeitsblättern zusammengefasst, die die Schüler in Einzelarbeit bearbeiten sollten. Die Arbeitsblätter sind nach steigendem Schwierigkeitsgrad geordnet und führen über Zeichnungen von einfachen quaderförmigen Werkstücken über Werkstücke mit Bohrungen bis zu Werkstücken mit Rundungen. In der Einstiegsphase ist aufgrund der Komplexität von 3D-CAD-Programmen wie SolidWorks eine Unterstützung durch den Lehrer bei Schwierigkeiten notwendig. Oft führt schon ein falscher Mausklick dazu, dass die Schülerinnen und Schüler nicht weiter wissen. Nach einigen Stunden Arbeit mit dem Programm sind diese Schwierigkeiten meist behoben. Neben der Hilfe durch die Lehrkraft sollten die Schüler auch dazu ermutigt werden, sich gegenseitig zu helfen. Zum Abschluss bietet sich die Möglichkeit, die eigenen Zeichnungen in einem Textverarbeitungsprogramm zu dokumentieren und zu präsentieren. Dabei können die Schüler auch Zeichnungen nach eigenen Ideen anfertigen, ohne sich an die Übungsbeispiele zu halten.

  • Metalltechnik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Elektropneumatik für industrielle Metallberufe II

Unterrichtseinheit

Vorgestellt werden komplexe elektropneumatische Steuerungen mit einem Zylinder unter Verwendung von Klemmleisten auf Prüfungsniveau für die Abschlussprüfung Teil I Industriemechaniker. Diese Unterrichtseinheit baut auf den Grundlagenkurs Elektropneumatik auf.Pneumatische Steuerungen sind heute Kernelemente der modernen Technik. Pneumatische Zylinder bewegen Werkstücke, nehmen Lasten auf, positionieren Komponenten, verschrauben PKW-Reifen, spannen Bauteile, heben Blechtafel an und so weiter. Im Bereich der Fördertechnik, der Handhabungstechnik, der Fertigungstechnik, der Montage, allgemein in automatisierten Anlagen sind sie überall anzutreffen. In der Ausbildung zur Industriemechanikerin / zum Industriemechaniker hat die Elektropneumatik deshalb einen besondere Stellenwert. Diese Unterrichtssequenz beschäftigt sich mit elektropneumatischen Steuerungen auf erhöhtem Niveau. Bearbeitet werden unter anderem Stromlaufpläne, Pneumatikschaltpläne, Klemmenbelegungspläne, Funktionsdiagramme, Wertetabellen und Funktionspläne.Die hier vorgestellte Unterrichtssequenz dient der Ausbildung von Industriemechanikerinnen und Industriemechanikern im zweiten Ausbildungsjahr. Vorausgesetzt werden Kenntnisse im Grundlagenbereich der Elektropneumatik. Die Inhalte sind abgestimmt auf die Abschlussprüfung Teil I für Industriemechaniker. Weiterhin können die Unterlagen in Berufsfachschulen, Fachoberschulen und in industriellen und handwerklichen Ausbildungsberufen eingesetzt werden. Ablauf der Unterrichtssequenz und Arbeitsmaterialien Die Auszubildenden sollen die Funktion einer komplexen Steuerung mit Betriebsartenwahl erfassen. Dazu stehen hier umfangreiche Arbeitsmaterialien zum Download bereit. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Verständnis für komplexe elektropneumatische Anlagen entwickeln. elektropneumatische Schaltungen anhand der Lernsituationen entwerfen. schaltungstechnische Unterlagen wie Stromlaufplan, Pneumatikplan, Funktionsdiagramm, Wertetabelle, Funktionsplan nach Grafcet lesen und erstellen. Fehler in Anlagen eingrenzen und beheben. die Eigenschaften wichtiger elektropneumatische Komponenten kennen lernen. die Bedeutung der einzelnen Komponenten in der Schaltung erläutern. elektropneumatische Bauteile auswählen und funktionsgerecht montieren. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ihre Lösungen mit modernen Medien präsentieren. ihre Kenntnisse im Fachgespräch darstellen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen im Team Lösungen entwickeln und technisch realisieren. Die Aufgaben werden in der Regel in Kleingruppen, bei umfangreicheren Ausgabenstellungen auch in Vierergruppen bearbeitet. Die Funktionskontrolle an den Pneumatikständen sowie der Aufbau der Schaltungen findet in Zweiergruppen statt. Die Aufgaben zu den einzelnen Steuerungen werden im Plenum oder in Vierergruppen besprochen. Die Funktion einer komplexen Steuerung mit Betriebsartenwahl (Einzelbetrieb und Dauerbetrieb) soll erfasst werden. Dazu werden Fragen bearbeitet, ein Funktionsplan nach Grafcet, ein Funktionsdiagramm, eine Wertetabelle und eine Stückliste erstellt sowie die Schaltung praktisch installiert. Zum Verständnis dieser etwas komplexeren Steuerung eignet sich die Software FluidSim besonders gut. Für die Darstellung benötigen Sie lediglich einen Browser. Anhand eines einfachen Schaltplans wird die Struktur der Klemmenbelegung bei der Verwendung von Klemmleisten erläutert. Zweckmäßig ist dabei, Haftelemente mit E-Pneumatiksymbolen zur Erläuterung an der Tafel zu nutzen. Die Software von FluidSim ermöglicht in Verbindung mit einem Schaltplan eine sehr einfache Erstellung eines Klemmenbelegungsplans. Der Plan muss dafür lediglich in das Zeichenfeld gezogen werden. Die Software weicht aber etwas von den PAL-Vorgaben ab und sollte daher nur zur Darstellung des Funktionsablaufs genutzt werden. Für das Verständnis der Steuerung ist sie an dieser Stelle aber sehr hilfreich. Anhand des Schülerinformationsblatts und der Erkenntnisse aus der vorangegangenen Stunde (Klemmenbelegung_Info_Schueler.ppt, siehe ZIP-Ordner) sollen die Auszubildenden in dem Arbeitsblatt die Klemmen einfügen, benennen und in den Klemmenbelegungsplan eintragen. Die Schaltung soll anschließend in Betrieb genommen werden. Eine Besprechung des Plans an der Tafel (Haftelemente mit E-Pneumatiksymbolen nutzen) ist unbedingt sinnvoll. Dazu kann gegebenenfalls das Arbeitsblatt mit Schaltplan zum Einzeichnen der Ein- und Ausfahrbewegung genutzt werden (Aufgabe im Schüleraufgabenblatt). Zur Wiederholung und als Ergänzungsaufgabe wird ein Schaltplan mit einem 5/2 Wegeventil mit Federrückstellung eingeführt. Ziel ist die Erfassung des Funktionsablaufs mithilfe der Software FluidSim und die Funktionskontrolle durch Montage der Steuerung an den Arbeitsplätzen (Einbindung der Klemmleiste). Es folgen in den nächsten drei bis acht Doppelstunden weitere Übungen mit Klemmleisten. Zu den einzelnen Plänen werden jeweils Fragen gestellt und damit auf das Fachgespräch während der Prüfung vorbereitet. Die Schülerinnen und Schüler können in Gruppen ihr Arbeitstempo weitgehend selbst bestimmen. Die Ergebnisse können mit den Musterlösungen verglichen werden. Nach erfolgreicher Abarbeitung einer Schaltung wird die nächste Aufgabe zur Verfügung gestellt. Hier ist die Nutzung der FluidSim-Software recht sinnvoll. Schaltung XXIII Einzel-/Dauerbetrieb mit Raste (Impulsventil als Steuerglied) Schaltung XXIV Einzel-/Dauerbetrieb mit Raste (Umschaltventil als Steuerglied) Schaltung XXV Einzel-/Dauerbetrieb mit Selbsthaltung (ohne Raste, Impulsventil als Steuerglied) Schaltung XXVI Einzel-/Dauerbetrieb mit Selbsthaltung (Umschaltventil als Steuerglied) Schaltung XXVII Einzelbetrieb, Dauerbetrieb mit Zeitverhalten (Impulsventil als Steuerglied, Raste, Anzugverzögerung) Schaltung XXVIII Einzelbetrieb, Dauerbetrieb mit Zeitverhalten (Umschaltventil als Steuerglied, Raste, Anzugverzögerung) Schaltung XXIX Steuerung mit vier Schaltern (Impulsventil als Steuerglied) Schaltung XXX Steuerung mit vier Schaltern (Umschaltventil als Steuerglied) Schaltung XXXI Stanze (Impulsventil als Steuerglied) Schaltung XXXII Stanze, drei Zyklen zeitabhängig, abfallverzögert Schaltung XXXIII Stanze, drei Zyklen zeitabhängig, anzugsverzögert Schaltung XXXIV Trocknersteuerung, zeitabhängig, anzug- und abfallverzögert (Umschaltventil) Schaltung XXXV Trocknersteuerung, zeitabhängig, anzugverzögert

  • Metalltechnik
  • Sekundarstufe II

Elektropneumatik für industrielle Metallberufe I

Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit dient der Einführung in das Thema Elektropneumatik. Voraussetzung sind Kenntnisse zur Funktion pneumatischer Komponenten. Das Thema wird fortgesetzt mit dem Modul zur Prüfungsvorbereitung für Industriemechaniker, Elektropneumatik II.Pneumatische Steuerungen sind heute Kernelemente der modernen Technik. Pneumatische Zylinder bewegen Werkstücke, nehmen Lasten auf, positionieren Komponenten, verschrauben PKW-Reifen, spannen Bauteile, heben Blechtafel an und so weiter. Im Bereich der Fördertechnik, der Handhabungstechnik, der Fertigungstechnik, der Montage, allgemein in automatisierten Anlagen sind sie überall anzutreffen. In der Ausbildung zur Industriemechanikerin / zum Industriemechaniker hat die Elektropneumatik deshalb einen besondere Stellenwert. Die Unterrichtsmaterialien dienen zur Einführung in das Themengebiet Elektropneumatik. Dazu stehen hier umfangreiche Arbeitsmaterialien zum Download bereit.Die hier vorgestellte Unterrichtssequenz dient der Ausbildung von Industriemechanikerinnen und Industriemechanikern im ersten beziehungsweise zweiten Ausbildungsjahr. Voraussetzung sind Kenntnisse zur Funktion pneumatischer Komponenten. Verwendung finden können die Unterlagen auch in Berufsfachschulen und anderen industriellen und handwerklichen Ausbildungsberufen. Ablauf der Unterrichtssequenz und Arbeitsmaterialien Die Unterrichtsmaterialien dienen zur Einführung in das Themengebiet Elektropneumatik. Dazu stehen hier umfangreiche Arbeitsmaterialien zum Download bereit. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Verständnis für komplexe elektropneumatische Anlagen entwickeln. elektropneumatische Schaltungen anhand der Lernsituationen entwerfen. schaltungstechnische Unterlagen wie Stromlaufplan, Pneumatikplan, Funktionsdiagramm, Wertetabelle, Funktionsplan nach Grafcet lesen und erstellen. Fehler in Anlagen eingrenzen und beheben. die Eigenschaften wichtiger elektropneumatische Komponenten kennen lernen. elektropneumatische Bauteile auswählen und funktionsgerecht montieren. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ihre Lösungen mit modernen Medien präsentieren. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen im Team Lösungen entwickeln und technisch realisieren. Die Aufgaben werden in der Regel in Kleingruppen, bei umfangreicheren Aufgabenstellungen auch in Vierergruppen bearbeitet. Die Funktionskontrolle an den Pneumatikständen sowie der Aufbau der Schaltungen findet in Zweiergruppen statt. Die Aufgaben/Lernsituationen zu den einzelnen Steuerungen werden im Plenum oder in Vierergruppen besprochen. In den ersten Stunden werden die Bedeutung der Elektropneumatik erarbeitet und erste Schaltpläne zur Steuerung von Leuchten und Zylindern entwickelt. Zur Erläuterung der Lernsituationen sind animierte Funktionsabläufe beigefügt. Im Unterricht werden Fragen bearbeitet, Stromlaufpläne und Funktionspläne nach Grafcet erstellt, Funktionsdiagramme entwickelt und Stücklisten erstellt. Die Schaltungen werden jeweils praktisch installiert. Mit der Software FluidSim lassen sich alle vorgestellten Steuerung simulieren. Als Lernsituationen sollen Steuerungen für eine Spannvorrichtung und für den Betrieb eines Werkstückmagazins und die zugehörigen Unterlagen entwickelt werden. Notwendigkeit zur Einführung von Relais, Funktionsweise von Relais, Bezeichnungen Aufgaben zur indirekten Steuerung von Zylindern Oszillierende Bewegungsabläufe Einführung von berührungslosen Sensoren Betriebsverhalten von berührungslosen Sensoren Verknüpfungen von Signalen Klassenarbeit Dominierende Signale Lernsituationen mit Selbsthaltungen UND - ODER - NICHT Funktionspläne, Funktionsdiagramme, Wertetabellen zu den Steuerungen Betriebsverhalten von Relais und Zeitrelais: Versuche Lernsituationen mit Anwendungen Animationen zur Unterstützung der Aufgabenstellungen

  • Metalltechnik
  • Sekundarstufe II