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Unterrichtsreihe "Programmierung von automatisierten Anlagen"

Unterrichtseinheit

Das "Sicherstellen der Betriebsfähigkeit von automatisierten Anlagen" ist ein Lernfeld für den Ausbildungsberuf zur Industriemechanikerin/ zum Industriemechaniker. In dieser Unterrichtseinheit erhalten Auszubildende einen Einblick in die Programmierung von SPS-Geräten.Anhand einer realen Funktionseinheit - eines Umsetzers für Katalysatoren - werden in der Unterrichtseinheit Funktionsabläufe mithilfe der kostenpflichtigen Software LOGOSoft programmiert, an die Steuereinheit einer LOGO!8 der Firma Siemens übertragen und die Funktion an der vorhandenen Anlage überprüft. Anbindung an den Rahmenlehrplan Zielgruppe der Unterrichtseinheit "Programmierung von automatisierten Anlagen" sind Auszubildende zur Industriemechanikerin / zum Industriemechaniker im dritten und vierten Ausbildungsjahr. Grundlage ist der Niedersächsische Rahmenlehrplan vom Juni 2004. Die Inhalte beziehen sich auf das Lernfeld 13: Sicherstellen der Betriebsfähigkeit von automatisierten Anlagen. Auswahl des Lerninhaltes Im ersten und zweiten Ausbildungsjahr zur Industriemechanikerin / zum Industriemechaniker dominieren im Bereich der Steuerungstechnik unter anderem die Pneumatik und die Elektropneumatik. In den Betrieben finden die Auszubildenden allerdings eher Steuerungen vor, die mit SPS-Geräten betrieben werden. Diesem Thema wird die Unterrichtseinheit gerecht. Den Schülerinnen und Schülern werden die Einfachheit der Programmierung der Anlagen, die Übersichtlichkeit des Systems sowie die Flexibilität der verwendeten SPS-Geräte verdeutlicht. Damit werden die Vorzüge der LOGO für abgeschlossene automatisierte Anlagen mit übersichtlichen Aufgaben dargestellt. Voraussetzungen an der Schule Die technischen Voraussetzungen für die Umsetzung der Unterrichtseinheit sind: Funktionsmodell, ausreichend Computerarbeitsplätze mit installierter Software LOGOSoft (Demoversion kostenfrei). An einem Rechner ist die kostenpflichtige Vollversion der Software LOGOSoft für den Datentransfer an die LOGO installiert. Die Inbetriebnahme weiterer Funktionsmodelle ist geplant. Sozialform Programmiertätigkeit Die einfacheren Programmieraufgaben werden in Einzelarbeit, die komplexeren in Partnerarbeit oder Dreiergruppenarbeit erledigt. Für die Komplexaufgabe (Blatt 8105, Aufgaben 6 und 7) werden die ersten drei Schritte in Grafcet und nach FUP gemeinsam an der Tafel erstellt.Die Schülerinnen und Schüler entwickeln ein Verständnis für die Softwareprogrammierung von pneumatischen Anlagen. beherrschen die Programmierung von einfachen Programmen mittels Funktionsplantechnik. optimieren technische Systeme durch die Programmierung. lernen die Vorzüge der Softwareprogrammierung kennen.

  • Technik / Sache & Technik / Metalltechnik
  • Berufliche Bildung

WebQuest "Digitaltechnik"

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Digitaltechnik eignen sich die Lernenden mit der handlungsorientierten Unterrichtsmethode WebQuest aktiv und ganzheitlich Wissen mithilfe der digitalen Medien an. Sie erhalten eine Aufgabenstellung zur Entwicklung einer digitalen Steuerung, die sie mithilfe authentischer Informationsquellen in Gruppen bearbeiten.In der Unterrichtseinheit "WebQuest 'Digitaltechnik'" beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler im Rahmen eines WebQuests mit dem Einsatz von digitalen Bauteilen in der Steuerungstechnik. Bevor sie aber die vorgesehene Gebläsesteuerung entwerfen können, müssen sie sich zuerst einmal mit den digitalen Grundschaltungen auseinandersetzen. Im Internet gibt es dazu zahlreiche Informationsquellen. Die Schülerinnen und Schüler lernen Möglichkeiten kennen, wie man derartige Schaltungen entwerfen, gegebenenfalls vereinfachen und simulieren kann. Konzeption In der Beruflichen Bildung sind Lehr-Lern-Arrangements gefragt, die sich an "vollständigen Handlungen" orientieren, autonome Lernstrategien zulassen und gleichzeitig die Motivation der Lernenden fördern. Dementsprechend gab es zwei Hauptmotive für die Entwicklung dieses WebQuests: Zum einen ging es darum, durch ein bei Jugendlichen positiv besetztes Medium (= Internet) ein motivierendes Lehr-Lernarrangement zu schaffen, das sie auf den Weg zum selbstorganisierten Lernen bringt. Zum anderen wurde nach einer E-Learning-Variante gesucht, die kooperatives Lernen in der Gruppe ermöglicht und gleichzeitig die zahlreichen Chancen neuer Medien nutzt. Nach den gemachten Erfahrungen erfüllt das vorgestellte WebQuest diese Bedingungen. Durchführung Der Ablauf der Lernsituation ergibt sich aus der Bearbeitung der WebQuest-Struktur, beginnend bei der Vorstellung des Themas bis zur Präsentation. Insgesamt umfasst die Lernsituation etwa 14 bis 16 Unterrichtsstunden, wobei für einen Arbeitsschritt jeweils etwa drei bis vier Stunden einzuplanen sind. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entwerfen eine Gebläsesteuerung, überprüfen die Funktion mithilfe von Simulationssoftware und nehmen sie in Betrieb. dokumentieren ihre Lösungen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten ziel- und ergebnisorientiert, indem sie relevante Informationen aus dem Internet oder anderen Quellen zur Bearbeitung der WebQuest-Aufgabe heranziehen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler organisieren die Zusammenarbeit in ihrem Team. Dabei setzen sie sich rational und verantwortungsbewusst mit anderen Menschen auseinander.

  • Elektrotechnik
  • Berufliche Bildung, Sekundarstufe II

Einführung in die Pneumatische Steuerungstechnik

Unterrichtseinheit

Dieser Grundlagenkurs befasst sich mit den grundlegenden Bedingungen der pneumatischen Steuerungstechnik. Es werden die einzelnen Komponenten und deren Verhalten, das Medium Druckluft, die Erzeugung der Druckluft und die besonderen Verhaltensmerkmale im pneumatischen System betrachtet.In diesem Zusammenhang werden die notwendigen schaltungstechnischen Unterlagen für pneumatische Steuerungen der Pneumatikschaltplan, das Funktionsdiagramm, die notwendigen Wertetabellen, der Funktionsplan nach Grafcet (PAL-Nähe), Stückliste und Funktionsbeschreibung in der Regel für die Steuerung eines Zylinders erstellt. Bearbeitet werden zudem verschiedene Verknüpfungsarten, beispielsweise "ODER" und "UND", verschiedenen Steuerungsarten wie Sicherheitssteuerung, zeitabhängige Steuerung, Einzelbetrieb, Dauerbetrieb, Verriegelung von Signalen, und vieles mehr. Zudem werden verschiedene Sensoren vorgestellt und getestet.Lehrkräfte können diesen Grundlagenkurs im Rahmen der Ausbildung in metallischen Ausbildungsberufen des Handwerks und der Industrie gezielt einsetzen. Er wurde entwickelt für die Ausbildung von Industriemechanikern im 1. Ausbildungsjahr als Grundlage für die Vorbereitung auf die Abschlussprüfung Teil 1. Die Unterlagen können aber auch in Berufsfachschulen und anderen industriellen und handwerklichen Ausbildungsberufen verwendet werden. Ablauf der Unterrichtssequenz und Arbeitsmaterialien Die Unterrichtsmaterialien dienen zur Einführung in das Themengebiet pneumatische Steuerungstechnik. Dazu stehen umfangreiche Arbeitsmaterialien zum Download bereit. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Verständnis für die pneumatischen Anlagen und Komponenten entwickeln. pneumatische Schaltungen anhand der Lernsituationen entwerfen können. schaltungstechnische Unterlagen wie Pneumatikschaltplan, Funktionsdiagramm, Wertetabelle und Funktionsplan nach Grafcet erstellen können. Fehler in Anlagen eingrenzen und beheben können. die Eigenschaften wichtiger pneumatischer Komponenten kennen lernen. pneumatische Bauteile auswählen und funktionsgerecht montieren können. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ihre Lösungen mit modernen Medien präsentieren können. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen im Team Lösungen entwickeln und technisch realisieren können. Zum Einstieg in das Thema werden verschiedene Beispiele für das Handling pneumatischer Aktoren vorgestellt. Anlagen mit pneumatischen Komponenten sind im Film der Firma Festo und in verschieden Videos aus dem Internet zu sehen. Hinzu kommt die Vorstellung pneumatischer Aktoren aus der eigenen Sammlung der Schule (reale Komponenten). Die Ausbildungsbetriebe sind uns in diesem Zusammenhang immer gerne behilflich gewesen. Komponenten Themen dieser beiden Stunden sind die Aufgabe und Funktion der Komponenten einer pneumatischen Anlage (Darstellungen in vielen Fachbüchern. Beispiel: "Bildliche Darstellung und Schaltplan einer Pneumatikanlagen" in Fachkunde Metall, Europa-Lehrmittel, 55. Auflage, Seite 470, Bild 1). Dazu kann das Arbeitsblatt des Verlags (CD mit Abbildungen wird mitgeliefert) genutzt werden. Aus Urheberschutzgründen werden Verlagsarbeitsblätter hier nicht veröffentlicht. Die Komponentenbeschreibung ist im genannten Fachbuch recht ausführlich. Inhalte können beispielweise mit der Methode Expertengespräch aufgearbeitet werden. Erstellung einer ersten Steuerung Auf Grundlage der zuvor betrachteten Steuerung werden die abgebildeten Bauteile von den Auszubildenden an ihren Arbeitsplätzen montiert. Zuvor werden Sicherheitshinweise für die Arbeit an den Schülerarbeitsplätzen gegeben. Die Lehrkraft zeigt den Schülerinnen und Schülern die Bauteile und weist sie auf die Unfallgefahr hin, wenn die Schläuche nicht richtig fixiert werden. Vorschlag Bauteile Verwendung eines 4/3-Wegeventils mit Handhebel und Raste zur Steuerung eines doppeltwirkenden Zylinders (DWZ). Es wird eine erste Schaltung montiert (Motivationssteigerung) und die Schülerinnen und Schüler werden an die Notwendigkeit der Kenntnis der Anschlussbezeichnungen herangeführt. Ergänzungsaufgabe Montage einer Schaltung mit einem 3/2-Wegeventil und einem einfachwirkender Zylinder (EWZ) Dieser Exkurs, der circa zwei bis vier zusätzliche Unterrichtsstunden in Anspruch nimmt, kann auch zu einem späteren Zeitpunkt bearbeitet werden. Als Methode werden Quergruppen/Gruppenpuzzle (Stammgruppe - Expertengruppe) eingesetzt. Bei der Aufarbeitung der Themen mit PowerPoint sind zwei weitere Stunden vorgesehen. Pneumatische Schaltpläne - Anschlussbezeichnungen Zur Einstimmung kann auf die installierte Schaltung der vergangenen Stunde Bezug genommen werden. Vorgestellt werden die wichtigsten Ventile (Steuerglieder) zur Darstellung der Systematik der Anschlussbezeichnungen (Zahlen und Buchstaben nennen). Die Erläuterung der Systematik der Ventilbezeichnungen (3/2, 4/3 und so weiter) erfolgt anhand der Angaben im Tabellenbuch. Aufbau und Funktion Wegeventile / Zylinder Mithilfe von Plexiglasmodellen wird die Funktion einzelner pneumatischer Bauteile verdeutlicht (Minifluidsystem). Zunächst werden vorhandenen Wegeventile (4/2-Wegeventil) und der Arbeitszylinder betrachtet. Die Schülerinnen und Schüler können den Weg des Öls über den Tageslichtprojektor betrachten. Gegebenenfalls ist hier auch eine Funktionsbeschreibung des Vorgangs sinnvoll. Es sollte der Zylinder betrachtet und unter anderem der Unterschied zwischen doppeltwirkendem und einfachwirkendem Zylinder unterschieden werden (gegebenenfalls Abbildungen der Verlags-CD für Arbeitsblatt nutzen). Der Zylinder mit Endlagendämpfung wird später behandelt. Es bietet sich hier das Themengebiet "Berechnungen zur Pneumatik" an (Druck am Zylinder und so weiter). Vergleiche: Technische Mathematik Metall, Höllger, Bildungsverlag EINS, 27. Auflage, Seite 195. Das Drosselrückschlagventil Das Ergebnis an dem realen Modell soll sein, dass das Werkstück ohne Drossel bei Betätigung der Steuerung durch die Gegend fliegt. Darüber wird die Notwendigkeit der Drosselung abgeleitet. Die Entwicklung der Thematik erfolgt im Unterrichtsgespräch (gegebenenfalls Hinweis auf abgeknickten Gartenschlauch: weniger Wasser kommt heraus). Es sollte zunächst nur ein Drosselrückschlagventil eingeführt werden. Dadurch wird gewährleistet, dass die Schülerinnen und Schüler erkennen, für welche Bewegung das Drosselrückschlagventil Wirkung zeigt (Ein- oder Ausfahrbewegung). Später sollten aber schon zwei Drosselrückschlagventile Verwendung finden. Drücke beim Ein- und Ausfahren Der Aufbau der Drosselrückschlagventile kann den Fachbüchern entnommen werden. Besonders eignen sich auch die Klarsichtmodelle für den Tageslichtprojektor (Minifluid-System). Im zweiten Teil der Stunde sollen die Drücke beim Ein- und Ausfahren ermittelt und dokumentiert werden. Achtung: Es ist ein leichter Handdruck als Gegenkraft beim Aus- und Einfahren des Zylinders notwendig. Unfallgefahr! Es empfiehlt sich, den Zylinder daher vorab zunächst mehrmals langsam aus- und einfahren zu lassen. Stick-Slip-Effekt Ziel der Stunde soll sein, den Auszubildenden die Vorzüge der Abluftdrosselung gegenüber der Zuluftdrosselung zu vermitteln. Meist stehen den Schulen jedoch keine geeigneten Versuchseinrichtungen zur Verfügung, die unter anderem die Darstellung des Stick-Slip-Effektes erlauben. Ich habe zumindest noch keinen Aufbau ohne Klemmer gefunden. Daher beschränke ich mich bei der Demonstration auf eine Belastung der Zylinder durch eine Handkraft mit wechselnder Last. Versuchsaufbau mit Drosselrückschlagventil Dabei ist bei der Ausfahrbewegung des Zylinders mit Abluftdrosselung ein deutlich gleichmäßigeres Ausfahren zu beobachten. Im Unterrichtsgespräch wird mithilfe verschiedener Versuche dafür eine Begründung gesucht (Zylinder im Luftpolster eingespannt) und entschieden, welche Drosselungsart zukünftig genutzt werden soll. Zunächst sollte auch hier ein Versuchsaufbau mit nur einem Drosselrückschlagventil gewählt werden, um die Wirkung des Bauteils stärker zu verdeutlichen. Um die Bedienung einer Fertigungsanlage zu vereinfachen, werden die Bedienungselemente für die pneumatischen Steuerungen auf einem Pult zusammengefasst. Der Abstand zu den Schaltzylindern kann so mehrere Meter betragen. Dadurch kann sich das Schaltverhalten der Steuerungen verändern. Funktion mit Umschaltventil (Federrückstellung und Impulsventil) Lernsituation Werkstückmagazin Einführung von Grenztastern Oszillierende Bewegung Funktionstest und Anwendung (Spannvorrrichtung) Funktionsdiagramm, Wertetabelle Klassenarbeit Lernsituation Türsteuerung Nicht-Funktion Lernsituation Türsteuerung Lernsituation Bustür Dominierende Signale Türsteuerung (mit Umschaltventil) Lernsituation Steuerung: Schieber Schüttgutbehälter Steuerung einer Trocknerstecke Wiederholung - Vertiefung Klassenarbeit

  • Metalltechnik
  • Sekundarstufe II

Pneumatische Steuerungstechnik II

Unterrichtseinheit

Dieser Aufbaukurs beschäftigt sich mit pneumatischen Steuerungen für besondere Aufgaben. Erarbeitet wird unter anderem die Sicherheitssteuerung, eine Schaltung mit Einknopfbedienung und mit der Option für die Betriebsarten Einzel- und Dauerbetrieb. Die Schaltungen basieren auf der Grundsteuerungen des Moduls Pneumatik I.In einem zweiten Teil wird die Funktion ausgesuchter wichtiger Komponenten betrachtet. Dafür stehen animierte Funktionsdarstellungen der Bauteile zur Verfügung. Ergänzt wird diese Unterrichtseinheit um prüfungsnahe Schaltungen, unter anderem als Vorbereitung auf die Abschlussprüfung Teil I für Industriemechanikerinnen und -mechaniker. In diesem Zusammenhang werden die vorhandenen Schaltpläne analysiert und praxisnah betrachtet. Es werden die notwendigen schaltungstechnischen Unterlagen wie das Funktionsdiagramm, die Wertetabellen und der Funktionsplan nach Grafcet (PAL-Nähe) betrachtet.Lehrkräfte können diesen Aufbaukurs im Rahmen der Ausbildung in metallischen Ausbildungsberufen des Handwerks und der Industrie gezielt einsetzen. Er wurde entwickelt für die Ausbildung von Industriemechanikern im 1. und 2. Ausbildungsjahr als Vorbereitung auf die Abschlussprüfung Teil 1. Die Unterlagen können aber auch in Berufsfachschulen, der Fachoberschule und anderen industriellen und handwerklichen Ausbildungsberufen verwendet werden. Ablauf der Unterrichtssequenz und Arbeitsmaterialien Die Unterrichtsmaterialien dienen zur der Fortführung des Themengebietes "Pneumatische Steuerungstechnik". Dazu stehen umfangreiche Arbeitsmaterialien zum Download bereit. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen Verständnis für die pneumatischen Anlagen und Komponenten entwickeln. pneumatische Schaltungen analysieren können. schaltungstechnische Unterlagen wie Pneumatikschaltplan, Funktionsdiagramm, Wertetabelle und Funktionsplan nach Grafcet erstellen und auswerten können. die Eigenschaften wichtiger pneumatischer Komponenten kennenlernen. pneumatische Bauteile auswählen und funktionsgerecht montieren können. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen ihre Lösungen mit digitalen Medien präsentieren können. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler sollen im Team Lösungen entwickeln und technisch realisieren können. Funktionsbeispiele Die Schülerinnen und Schüler lernen die Funktion der Sicherheitssteuerung kennen. Als Funktionsbeispiele aus der Praxis kann beispielsweise eine Pressensteuerung betrachtet werden. Praktischer Hinweis Beide Schalter müssen nahezu zeitgleich gedrückt werden. Es kann kein Schalter festgesetzt werden (Besenstiel). Die beiden Schalter müssen in einem gewissen Abstand voneinander montiert werden (zum Beispiel 60 Zentimeter), damit sie sich nicht mit einer Hand bedienen lassen. Eine Tür lässt sich auf Knopfdruck öffnen und durch Betätigung desselben Knopfes wieder schließen. Die Funktion dieser komplexen Steuerung soll von den Schülerinnen und Schüler erfasst werden. Auch hier soll die Funktion einer Schaltung erfasst werden. Die Schaltung lässt die Betriebsart Einzelbetrieb, eine Aus- und Einfahrbewegung des Zylinders, und auch Dauerbetrieb, oszillierende Bewegung des Zylinders, zu. Anhand des Versuchsaufbaus soll die Funktion des Schnell-Entlüftungsventils und dessen Bedeutung von den Schülerinnen und Schülern erfasst werden. Es werden dabei zwei Schaltungen miteinander verglichen. Endlagendämpfung Die Schülerinnen und Schüler stellen die Endlagendämpfung ein und nehmen sie wieder heraus ("Aufschlagen" des Zylinders). Die Funktion wird mithilfe einer Animation verdeutlicht. Sitz- und Schieberventil Thema ist die Unterscheidung der Bauarten von Ventilen: Sitz- und Schieberventil. Zur Funktionsdarstellung werden jeweils Animationen eingesetzt. Damit lassen sich die Merkmale der beiden Ventiltypen herausarbeiten. Der Einstieg in die Thematik kann mit einem Versuch erfolgen. Dabei wird ein vorgesteuertes Ventil einem Ventil ohne Vorsteuerung gegenübergestellt. Es werden jeweils die Schaltdrücke aufgenommen und dokumentiert. Der Mindestschaltdruck wird festgestellt. Die Funktion der Ventile mit und ohne Vorsteuerung wird mithilfe einer Animation verdeutlicht. Der Versuch kann mit einem elektropneumatischen Ventil wiederholt werden. Auch hier steht eine animierte Datei zur Funktionsdarstellung zur Verfügung.

  • Metalltechnik
  • Berufliche Bildung, Sekundarstufe II

Berufsbild "Land- und Baumaschinenmecha­troniker/-in"

Fachartikel

Digitale Technik durchdringt das gesamte Handwerk, darunter besonders jenes der Land- und Baumaschinenmechatroniker/-innen. Dieser Fachartikel beleuchtet das breite Tätigkeitsspektrum in diesem Beruf, welches das Warten, Instandsetzen und Reparieren klassischer und hoch technologisierter Maschinen und Fahrzeuge umfasst. Der technologische Fortschritt bedingt eine Erweiterung der Kenntnisse und Anforderungen an (angehende und potenzielle) Land- und Baumaschinenmechatroniker/-innen und kann sich daher in Berufsorientierungsphasen als besonders interessant für MINT-begeisterte Schülerinnen und Schüler erweisen. Land- und Baumaschinenmechatroniker/-innen sind Handwerker/-innen, die Land- und Baumaschinen, Motorgeräte und Flurförderzeuge zum Beispiel in Werkstätten, bei Bauhöfen, bei Kunden oder im Straßenbau reparieren, warten und instand setzen. Seit über 80 Jahren gibt es das Land- und Baumaschinenmechatroniker-Handwerk, dessen Frauenanteil seit den 1980er Jahren langsam, aber stetig wächst. In den vergangenen Jahren hat sich das Berufsbild stark gewandelt, denn in kaum einem anderen Handwerksberuf ist die Digitalisierung so weit vorangeschritten wie in diesem. Während zur Entstehungszeit dieses Handwerks ausschließlich metalltechnische Bearbeitungen, das Instandhalten, Reparieren und Neuanfertigen mechanischer Bauteile und Baugruppen im Fokus standen, rückt die Beschäftigung mit Sensorik, (Elektro-)Hydraulik, Informatik und Steuerungstechnik in mechatronischen Gesamtsystemen von Maschinen und Geräten immer mehr in den Mittelpunkt und ist Gegenstand der täglichen Arbeit. Dadurch erweitert sich die Bandbreite an beruflichen Anforderungen und Ausbildungsinhalten stetig, denn Land- und Baumechatroniker/-innen befassen sich sowohl mit klassischen Maschinen als auch mit hoch technologisierten Fahrzeugen. Für (angehende) Fachkräfte in diesem Beruf bedeutet das, dass sie ein ausgeprägtes Verständnis für Elektrik, Elektronik, Mechanik und Hydraulik haben müssen, damit sie mit neuen wie älteren Fahrzeugen und Maschinen umgehen können. Zudem müssen sie über ein Kombinationsvermögen verfügen, denn der Schraubenschlüssel begleitet sie in ihrer täglichen Arbeit gleichsam wie der Laptop und dessen digitale Softwares. Das Wissen und die Anwendungsgebiete sind dabei vielfältig. Sie reichen von mathematischen und physikalischen Grundlagen über Fertigkeiten in der Metallbearbeitung (schweißen, flexen, schneiden, …) bis hin zu Arbeiten in unterschiedlichsten High-Tech-Bereichen wie Smart Farming, autonom fahrenden Systemen und Vernetzung von Fahrzeugen und Maschinen. Die Bandbreite dieses Berufsprofils zeigt sich tatsächlich auch in der Evolution seiner Bezeichnung: Sprach man 1941 noch von Landmaschinenschlossern und später von Landmaschinenmechanikern, sind es heutzutage die Land- und Baumaschinenmechatroniker/-innen, um die Vielfalt und die gesteigerten technischen Anforderungen auch in der Berufsbezeichnung abzubilden. Entsprechend wurde der Meistertitel 2021 zum Land- und Baumaschinenmechatroniker Meister angepasst. Berufsbild Land- und Baumaschinenmechatroniker/-in im Zeitalter der Digitalisierung Digitalisierung spielt in diesem Handwerk eine tragende Rolle. In einer Online-Umfrage des Bundesinstituts für Berufsbildung bewertete 2019 etwa die Hälfte der befragten Teilnehmenden ihren eigenen Betrieb im Arbeitsbereich Land- und Baumaschinenmechatroniker/-innen als hochgradig und rund 42 Prozent als mittelmäßig digitalisiert. Doch wie sieht hier Digitalisierung konkret aus? Ein Beispiel: Es ist Erntezeit und der Maishäcksler auf dem Feld, der im Dauereinsatz ist, fällt plötzlich aus. Die Landwirtin / Der Landwirt oder die Lohnunternehmerin / der Lohnunternehmer steht unter Zeitdruck, denn das Wetter kann sich schnell ändern – wird die Landmaschine nicht rechtzeitig repariert oder ersetzt, kann dies zu Ernteausfällen führen. Daher kontaktiert sie/er den Bereitschaftsdienst einer Werkstatt, der die Maschinendaten des Maishäckslers digital via Satelliten anfordert und analysiert. Nach der Ferndiagnose organisiert der/die Land- und Baumaschinenmechatroniker/-in in der Werkstatt ein Ersatzteil, fährt zum Feld, repariert und überprüft mit Werkzeug und Laptop-Software das Fahrzeug. Die Maisernte kann fortgesetzt werden. Wie das Beispiel zeigt, müssen Fachkräfte dieses Handwerks in der Lage sein, auch mit Sensorik, Vernetzung und Datenkommunikation umgehen zu können. Mithilfe von Signalen, die über Sensoren erfasst, netzbasiert übertragen und mit Softwares analysiert werden, können Land- und Baumaschinenmechatroniker/-innen physikalische Prozesse steuern und regeln. Auf diese Weise können sie auf Maschinendaten auch auf Entfernung zugreifen und dadurch Prozesse effektiver und effizienter gestalten. In der Landwirtschaft zeigt sich dies zum Beispiel durch Maschinen, die auf Boden-, Flur- und Feuchtigkeitskarten zugreifen und dadurch Flächen, die nicht gedüngt werden müssen, aussparen können. Auch ist es durch digitale Datenanalyse möglich, Betriebsstände, Fehlercodes und Spritverbrauch von Fahrzeugen auszulesen und anschließend Rückschlüsse auf proaktive oder präventive Fehlerbehebungen und Optimierungen zu ziehen. Das wirkt sich wiederum positiv auf nachhaltiges, umweltfreundlicheres und ressourcensparendes Arbeiten sowie bessere Ernteergebnisse aus. Ebenso werden zunehmend maschinelle Funktionen mittels Informations- und Kommunikationstechnologien automatisiert. So gibt es bereits autonom fahrende Traktoren, Erntemaschinen und Feldroboter. Sensoren erfassen die Umgebung des Fahrzeugs, das GPS-System bestimmt die Position auf der Fläche, um Erntearbeiten auf vorprogrammierten Routen autonom durchführen zu können. Während der Ernte werden die Daten ausgewertet, um Erntestrategien zu optimieren, Bewegungen und Schneidevorgänge anzupassen. Land- und Baumaschinenmechatroniker/-innen können dies aus der Ferne via Datenübertragung überwachen. Dementsprechend müssen sie die Technik dahinter verstehen, um bei möglichen Fehlern fundierte Fehleranalysen, Reparaturen und Optimierungen an den Maschinen vornehmen zu können. Ein technologisches Verständnis ist auch in anderen Arbeitsbereichen erforderlich. So arbeitet man in der Baumaschinentechnik zum Beispiel mit 3D-Maschinensteuerungen, um zentimetergenau arbeiten zu können. Viele moderne Baumaschinen und -fahrzeuge setzen zudem bereits auf alternative Antriebsmöglichkeiten (hybrid, solar, elektronisch) und können dadurch einen Beitrag zum Ressourcen- und Umweltschutz beitragen. In der Motorgerätetechnik finden sich elektronisch steuerbare und akkubetriebene Geräte (zum Beispiel vollautomatische Mähroboter), die mit dem Smartphone, Tablet oder Laptop ferngesteuert werden können. In der Flurfördertechnik wiederum können Gabelstapler beziehungsweise Lagertechnikgeräte selbständig ideale Routen berechnen und cloudbasiert gesteuert werden. Zusammenfassend lässt sich also festhalten, dass die Digitalisierung im Handwerk der Land- und Baumaschinenmechatroniker/-innen eine äußerst entscheidende Rolle spielt. Dementsprechend kann sich dieser Beruf besonders für Schülerinnen und Schüler eignen, die stark in Mathematik, Physik und Werken/Technik und gegenüber technologischen Entwicklungen aufgeschlossen sind. Zudem sollten sie handwerkliches Geschick, Sorgfalt und Verantwortungsbewusstsein sowie ein ausgeprägtes technisches Verständnis von und Interesse an aktuellen technologischen Entwicklungen mitbringen. Fazit Land- und Baumaschinenmachtroniker/-innen reparieren, warten und setzen Land- und Baumaschinen, Motorgeräte und Flurförderzeuge instand. Heutzutage müssen sie dafür sowohl das mechanische als auch das digitale Handwerk beherrschen und dementsprechend Elektrik, Elektronik, Mechanik, Hydraulik, Motortechnik und Metallurgie verstehen. Digitalisierung durchdringt dabei das gesamte Handwerk und erweitert damit auch das Anforderungsprofil an die (potenziellen) Fachkräfte, die sich mit klassischen sowie voll- und teilautomatisierten Maschinen, mit Fernsteuerungssystemen, digitaler Fehlerdiagnostik oder Hybrid-, Solar- und Elektroantriebssystemen befassen und damit immer am Puls der Zeit arbeiten. In der Berufsorientierung kann sich dieses Berufsfeld an Lernende richten, deren Stärken und Interessen sich in der Physik und Mathematik und in (hoch technologisierten) Großmaschinen und -fahrzeugen befinden. Als Land- und Baumaschinenmechatroniker/-in ist Kontakt mit Kunden und die dazugehörige Dokumentation ebenso Bestandteil des Jobs wie der Umgang mit großen und kleineren Maschinen. Verwendete Internetadressen Agrartechnikonline.de. "Aus 'Landmaschinenmechaniker' wird 'Land- und Baumaschinenmechatroniker-Handwerk'". Online: https://www.agrartechnikonline.de/news/aus-landmaschinenmechaniker-wird-land-und-baumaschinenmechatroniker-handwerk/ . Bayerischer Rundfunk: "Land- und Baumaschinenmechatroniker/-in| Ausbildung | Beruf | Ich mach’s | BR". Online: https://www.youtube.com/watch?v=mWwfKAzh6aY . Bundesagentur für Arbeit: "Land- und Baumaschinenmechatroniker/-in". Online: https://web.arbeitsagentur.de/berufenet/beruf/124412 . Bundesagentur für Arbeit: "Steckbrief. Land- und Baumaschinenmechatroniker/-in". Online: https://planet-beruf.de/fileadmin/assets/PDF/BKB/124412.pdf . Bundesinstitut für Berufsbildung: "Berufsbildung 4.0 – Fachkräftequalifikationen und Kompetenzen für die digitalisierte Arbeit von morgen: Der Ausbildungsberuf 'Land- und Baumschinenmechatroniker/-in' im Screening“. Online: https://www.bibb.de/dienst/publikationen/de/10371 . Deutsches Handwerksinstitut: "Technologische Entwicklungen in der Landbautechnik". Online: https://hpi-hannover.de/Technologische_Entwicklungen_in_der_Landbautechnik_Ergebnisbericht_LBT-Forward.pdf?m=1657620513 . Deutscher Industrie- und Handelskammertag: "Statistik Ausbildung 2020". Online: https://www.dihk.de/resource/blob/47836/ddb56f26823aab09dbb3981afe04d6d3/statistik-ausbildung-2020-data.pdf . LandbauTechnik-Bundesverband e.V.: "Land- und Baumaschinenmechatroniker/in: Meister/in: Der Beruf für >starke Typen<". Online: https://www.landbautechnik.de/wp-content/uploads/RZ_142-23_Folder-Meister_230830-1_VIEW.pdf .

  • Technik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II, Berufliche Bildung

Die bistabile Kippstufe (Flip-Flop)

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtsreihe wird das Com3Lab-Lehrsystem zur Digitaltechnik II eingesetzt und damit die sequentielle Schalttechnik (bistabile Kippstufe Flip-Flop) erarbeitet. Eine zentrale Funktion in der Digitaltechnik und darüber hinaus in der SPS-Technik bildet die sequentielle Schalttechnik. Die Grundlagen dieser Technik sollen am Beispiel der Binärspeicher (Flip-Flops) unter Nutzung des Com3Lab-Lehrsystems dargestellt werden. Das Com3Lab ist ein für die Ausbildung konzipiertes, computerunterstütztes Labor mit einsetzbaren verschiedenen Experimentierbords, sowie einer integrierten, dialogorientierten Lehr- und Lernsoftware. Neben der Nutzung des Experimentierbords soll zur Schaltungserstellung ein als Freeware erhältlicher Digitalsimulator verwendet werden. Die Einbindung interaktiver Lernsoftware und das Nutzen eines Experimentierbords ermöglichen es, den Unterricht handlungsorientiert und interessant werden zu lassen. Das Com3Lab und der Digitalsimulator sind leicht zu bedienen und gut kombinierbar. Einsatz der Materialien Die Einbindung interaktiver Lernsoftware und das Nutzen eines Experimentierbords ermöglichen es, den Unterricht handlungsorientiert und interessant werden zu lassen. Beide Werkzeuge sind leicht zu bedienen und gut kombinierbar. Das Lehrsystem, ergänzt durch die Stoffvermittlung der Lehrkraft, ermöglicht den Schülerinnen und Schülern die selbstständige Erarbeitung des Wissensgebietes sowie die praktische Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse am Experimentierbord. Einen abschließenden Schwerpunkt innerhalb der Unterrichtsreihe bildet die Dokumentation der Ergebnisse mittels einer geeigneten Präsentation. Die dargestellte Unterrichtseinheit umfasst circa 8-10 Unterrichtsstunden und basiert auf dem Lehrplan der Berufsfachschule "Technischer Assistent für Informatik". Thema Die bistabile Kippstufe (Flip-Flop) als Grundbestandteil der Digitaltechnik Autor Dr. Uwe Höhme Fach Automatisierungstechnik / Elektrotechnik Lernfeld Technische Grundlagen / Informationen aufbereiten und präsentieren Zielgruppe Berufsausbildung mit digitaltechnischen Inhalten Zeitumfang 8-10 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen "Com3Lab Digitaltechnik II" von Leybold-Didactic, Software "Digitalsimulator" Com3Lab Das Com3Lab ermöglicht die Nutzung der vorhandenen Lernsoftware, aber auch die Integration von weiteren Übungsbestandteilen oder Aufgaben. Dabei wird auf dem Experimentierbord entdeckendes Lernen unter Nutzung verschiedener Schaltelementanordnungen ermöglicht. Die im Com3Lab integrierten Messgeräte und die Auswertesoftware ermöglichen eine Verwendung des Experimentierbords für verschiedenste Aufgaben. www.leybold-didactic.de Die Leybold Didactic GmbH vertreibt die multimediale Lehr- und Lernumgebung für Elektrotechnik und Elektronik "Com3Lab". Digitalsimulator Der Digitalsimulator stellt ein interessantes Arbeitsmittel zur Simulation einer Schaltung mittels digitaler Bausteine dar. Er ermöglicht nicht nur das Erstellen einer Schaltung, sondern auch das Testen der erstellten Schaltung am Computer. Digital Simulator Wenn Sie die unten stehenden Dateien öffnen möchten, benötigen Sie den Digitalsimulator. Unter diesem Link finden Sie die Freeware, eine Beschreibung und Anwendungsbeispiele. Die Software umfasst circa 27 MB. Methodenwechsel In dieser Unterrichtsreihe wechseln sich verschiedene Handlungsformen ab. Der Wechsel des methodischen Vorgehens gewährleistet einen interessanten Unterricht. Die Aktionsformen reichen vom Lehrvortrag über das Selbststudium in Form des Schülerexperiments bis zur eigenen Kreation von Lösungen durch die Schülerinnen und Schüler. Schließlich darf auch die angemessene Präsentation der Ergebnisse nicht fehlen. Dabei können verschiedene Abschnitte als Einzelarbeit oder Gruppenarbeit durchgeführt werden. Das Ausfüllen des Arbeitsblattes garantiert eine Dokumentation des Erarbeiteten. Die enthaltenen Aufgaben lassen sich an den Wissensstand und die Fähigkeiten der jeweiligen Schülergruppe anpassen. Präsentation Am Ende der Unterrichtseinheit sollte unbedingt eine Auswertung der Ergebnisse der Schülerinnen und Schüler erfolgen. Dazu können Vorträge mit selbst erstellten Präsentation gehalten werden. Die Präsentationen sollen die Testergebnisse der Schaltungen enthalten. Die selbst erstellten Digitalfotos sollen dabei in die Präsentation eingebunden werden. Zeitaufwand Der hier angegebene Zeitrahmen (8-10 Stunden) basiert darauf, dass in der vorangegangenen Ausbildung bereits von Anfang an das Com3Lab mit den verschiedenen Experimentierbords und auch der Digitalsimulator eingesetzt wurden. Werden diese Arbeitsmittel zum ersten Mal in dieser Unterrichtseinheit eingesetzt, wird der Zeitaufwand vermutlich größer sein. Um den Zeitaufwand zu minimieren, kann die Schaltungserstellung mittels Digitalsimulator, die Bildverarbeitung und das Erstellen der Präsentation auch als Hausaufgabe oder Selbststudienaufgabe außerhalb des Unterrichts erfolgen.

  • Elektrotechnik
  • Sekundarstufe II
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