Diese Unterrichtseinheit zum Thema Werkstoffe bietet ein Beispiel für eine Einführung in die Werkstoffkunde mittels einer Internetrecherche in Gruppenarbeit. Dabei werden möglichst viele Sinneskanäle angesprochen und verschiedene Präsentationsformen geübt.Je nach Werkstück und dessen Verwendungszweck bedarf es passender Werkstoffe und damit auch eines Wissens über Werkstoffe. Nach einem haptisch-visuellen Einstieg recherchieren die Lernenden in Partner- oder Gruppenarbeit im Internet und entdecken dabei interessante Informationen über Stahl, Eisen, Kupfer, Aluminium, Kunststoffe und Schneidstoffe. Mithilfe von QR-Codes auf dem begleitenden Arbeitsblatt gelangen die Schülerinnen und Schüler zu informativen Webseiten, auf denen sie die Antworten zu ihren Arbeitsaufträgen ermitteln können. Zum Abschluss der Unterrichtseinheit präsentieren sie die Ergebnisse ihrer Klasse Die Unterrichtseinheit kann in der Berufsschule im Fach Metalltechnik, an Haupt- oder Realschulen im Fach Technik oder im Technischen Gymnasium eingesetzt werden.Um das Interesse der Lernenden zu wecken, werden den Schülerinnen und Schülern zu Beginn Werkstücke, die die Lehrkraft mitgebracht hat, präsentiert. Diese sollten aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt sein, damit bereits hier deutlich wird, dass verschiedene Werkstoffe benötigt werden, je nach Verwendungszweck eines Werkstücks und den Anforderungen daran. Das Bild der Werkstoff-Einteilung aus dem ersten Arbeitsblatt, welches die Lehrkraft zuvor in Teile geschnitten und in Umschlägen verpackt hat, erhalten jeweils vier Lernende zusammen als Schnipselsammlung. Diese sollen sie nun richtig ordnen. Kontrolliert wird ihre Lösung, indem das Arbeitsblatt projiziert und kommentiert wird. Aus diesem ergeben sich dann die thematischen Gruppenzusammensetzungen, die auf dem nächstfolgenden Arbeitsblatt zu finden sind: Stahl, Eisen-Gusswerkstoffe, Schneidstoffe, Aluminium, Kupfer und Kunststoffe. Zum Gruppenthema "Schneidstoffe" ist anzumerken, dass Schneidstoffe auch aus Stählen, Keramik oder künstlichen Werkstoffen (Industrie-Diamant) bestehen können. Aufgrund der Nennung der Hartmetalle in der Gruppe der Verbundwerkstoffe wird die Schneidstoffaufgabe hier zugeordnet. Im Anschluss daran finden sich die Lernenden in Gruppen oder Partnerteams zusammen, wählen ein für sie ansprechendes Thema aus und begeben sich auf eine Internet-Recherche, sobald sie den zugehörigen Aufgabenabschnitt des Arbeitsblattes erhalten haben. Sind alle Informationen zusammengetragen, werden sie für eine Präsentation aufbereitet. Dabei können die Lernenden die Darstellungsform nach eigener Präferenz wählen – ob klassische Plakatkreationen oder moderne Miro-Boards, alles ist erlaubt. Am Ende erfolgt eine Evaluierung der Unterrichtseinheit im Plenum. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass Anforderungen an das Werkstück und dessen Verwendungszweck für die Auswahl von Werkstoffen eine wichtige Rolle spielen. können eine Werkstoffeinteilung darstellen. sammeln in Gruppen Informationen zu einem Werkstoff bzw. zu einer Werkstoffgruppe im Internet. selektieren in Gruppen wichtige Informationen und bündeln diese anschaulich in einer Präsentationsform. präsentieren ihre Ergebnisse.

Diese Unterrichtsreihe stellt Berufsschulen Materialien zur Verfügung, die eine Einführung in die Mikrocontroller-Programmierung am Beispiel des Arduino ermöglichen. Dabei kann gänzlich auf Hardware verzichtet werden, denn die Simulation bietet eine vollständige und leicht bedienbare Virtualisierung. Der Beitrag entstand im Rahmen des von der Deutsche Telekom Stiftung geförderten Projekts "Berufsschule digital". Der Arduino ist ein Mikrocontroller und Open Source-Projekt von Massimo Banzai und David Cuartielles aus dem Jahr 2005. Hard- und Software sind im Internet unter einer Creative-Commons-Lizenz frei verfügbar. Ein Mikrocontroller besteht aus einem Prozessor und verschiedenen Peripherie-Elementen. In vielen Haushaltsgeräten oder Maschinen werden Mikrocontroller für zahlreiche Aufgaben eingesetzt. So findet man diese in Waschmaschinen, Fernsehgeräten, Fernbedienungen, Druckern, aber auch in Fahrzeugen, zum Beispiel für die Steuerung von Fensterhebern, Airbags oder Klimaanlagen. Dieses Unterrichtsmaterial für die Berufsschulfächer Elektrotechnik und Metalltechnik umfasst eine Einführung für die Lehrkraft sowie die Schülerinnen und Schüler in Form einer PowerPoint-Präsentation. Vorbereitet sind sieben Unterrichtseinheiten , für die lediglich pro Schülerin oder Schüler ein Computer mit Internetverbindung benötigt wird. Die Programmier-Aufgaben lassen sich komplett am Bildschirm bearbeiten. Die Unterrichtseinheiten orientieren sich an einem Pkw, der mit Sensoren und Programmen in seinen Funktionen erweitert wird , zum Beispiel durch ein automatisches Abblendlicht, einen Parksensor und eine automatische Abstandsregelung. Vorkenntnisse Die Lernenden benötigen keine Vorkenntnisse in Programmierung. Sie sollten aber über grundlegende Computerkenntnisse verfügen. Didaktische Analyse Das Thema Programmieren ist generell von Relevanz für alle Schülerinnen und Schüler, denn die Digitalisierung bringt immer mehr Automatisierung und Künstliche Intelligenz (KI) in den Alltag der Menschen. Die Schülerinnen und Schüler von heute sollten im Hinblick auf ihre Zukunft grundlegende Zusammenhänge der Programmierung kennen, um die Möglichkeiten aber auch Beschränkungen von Software zu erfassen. Heutiges Programmieren findet kaum noch auf einem leeren Blatt Papier statt. Programmcode wird heute aus dem Internet geladen, analysiert, wiederverwendet und abgeändert. Wichtig ist es, wiederverwendeten Programmcode vollständig verstanden zu haben, um ihn für eigene Projekte zu benutzen. Die Lehrkraft sollte die Schülerinnen und Schüler zu dieser Vorgehensweise anhalten. Mithilfe einer detaillierten Kommentierung des Programmcodes kann sichergestellt werden, dass bei den Lernenden das notwendige Verständnis vorhanden ist. Methodische Analyse Die Lerneinheiten sowie die Lösungen sind auf tinkercad.com vorbereitet und werden auch dort von den Lernenden bearbeitet. Die Lehrkraft kann die Schülerinnen und Schüler bei TinkerCAD als Klasse einladen oder Einzel-Accounts durch die Schülerinnen und Schüler erstellen lassen, die dann auch zuhause genutzt werden können. Weiterhin ist es möglich, die Aufgaben mit realen Bauteilen und Mikrocontrollern zu bearbeiten, weil sowohl Programmier-Code als auch Hardware identisch in der Simulation abgebildet werden. Entsprechende Hardware-Sets sind kostengünstig frei erhältlich. Für Schülerinnen und Schüler mit Vorkenntnissen enthält jede Unterrichtseinheit eine Aufgabe für "Profis". Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen grundlegende Programmier-Techniken kennen. lernen einen Mikrocontroller (Arduino) kennen. nutzen eine Virtualisierung für Programmierzwecke (tinkercad.com). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen digitale Werkzeuge für die Lösung alltäglicher Aufgaben mithilfe von Elektronik. erkennen Algorithmen und ändern diese für die Lösung der Aufgaben ab. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen selbstorganisiert mit vorbereitetem Material. unterstützen sich gegebenenfalls in Partnerarbeit bei der Lösung der Aufgaben.

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.

Mit der Neuordnung der Elektroberufe ist der Unterricht lernfeldorientiert. Eine berufstypische Tätigkeit ist das Lesen von Datenblättern. In der Lernsituation nutzen die Schülerinnen und Schüler Online-Kataloge eines Motorenherstellers und eines Herstellers von Schutzeinrichtungen.Ausgangspunkt der Lernsituation ist ein betrieblicher Auftrag: Schülerinnen und Schüler sollen einen Asynchronmotor für ein Rührwerk einer Wasseraufbereitungsanlage bei einem Zulieferer bestellen. Die Anforderungen für den Betrieb des Antriebsmotors liegen vor. Nachdem ein erster Motor ausgewählt wurde, werden im nächsten Schritt ökologische und ökonomische Gesichtspunkte in die Entscheidungsfindung einbezogen.In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler, Datenblätter zu lesen. Sie erkennen, dass die Datenblätter nur interpretiert werden können, wenn die technischen Hintergründe beherrscht werden. Die Schüler begründen die Auswahl der Betriebsmittel in jedem Punkt des Anforderungskatalogs. Lernsituation Die Aufgabenstellung ist praxisnah und für die Schülerinnen und Schüler motivierend. Sie führen eine vollständige berufliche Handlung aus. Lernschritte In vier Lernschritten werden Unterrichtsmaterialien und die Online-Quellen eines Zulieferbetriebs eingesetzt. Die Schülerinnen und Schüler sollen einen Asynchronmotor und eine Motorschutzeinrichtung unter Berücksichtigung technischer Anforderungen aus Hersteller-Katalogen auswählen Betriebskosten mithilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms berechnen und Diagramme erstellen Schaltpläne erstellen erkennen, dass sich ökonomisches und ökologisch verantwortliches Handeln vereinen lässt. Die Schüler berechnen in MS-Excel oder OpenOffice-Calc die Betriebskosten von Motoren unterschiedlicher Wirkungsgradklassifizierungen und stellen die Ergebnisse in einem Diagramm vergleichend dar. Sie wählen einen passenden Motorschutzschalter aus dem Online-Katalog eines Herstellers von Schutzeinrichtungen. Alternativ setzen sie den Online-Assistenten des Herstellers ein. Der Online-Assistent schlägt den Schülern nach Eingabe der Motordaten einen Motorschutzschalter vor. Die Schüler vervollständigen die Dokumentation der Planungsabteilung und erstellen Schaltpläne von der Unterverteilung bis zum Motor. Thema Asynchronmotor: Arbeiten mit Herstellerkatalogen Autor Markus Asmuth Fach Elektrotechnik Zielgruppe Elektroberufe, 2. Lehrjahr Lernfeld Antriebssysteme auswählen und integrieren Zeitraum 8 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Internetzugang, Webbrowser, MS-Excel oder OpenOffice-Calc Planung Verlaufsplan Asynchronmotor Lernvoraussetzungen Vorausgesetzt wird, dass die Schülerinnen und Schüler die technischen Grundlagen Betriebsverhalten, Betriebsart, Polpaarzahl, Isolierung, Bauform, Schutzart und Motorschutz verstehen Berechnungen in MS-Excel oder OpenOffice-Calc durchführen können und Diagramme erstellen können Lernsituation Die Aufgabenstellung ist praxisnah und für die Schülerinnen und Schüler motivierend. Gegenstand ist der Antrieb eines Rührwerks einer Wasseraufbereitungsanlage eines Chemiewerks. Die Lernenden bearbeiten eine vollständige berufliche Handlung. Diese umfasst neben technischen und methodischen Aspekten zusätzlich ökonomische und ökologische Aspekte. Ein wichtiges Grundprinzip beruflicher Handlungen ist, negative Einflüsse auf die Umwelt zu minimieren. In der Lernsituation lernen die Schüler, dass sich Ökonomie und Ökologie miteinander vereinen lassen. Die Schüler setzen moderne Arbeitsmittel wie Online-Kataloge der Hersteller und Tabellenkalkulationsprogramme zur Lösungsfindung ein. Eine wichtige Kompetenz ist das Lesen von Datenblättern. Interpretiert werden können die Produkttabellen nur, wenn die fachlichen Inhalte beherrscht werden. Auswahl des Motors Zunächst müssen die sprachlich formulierten Anforderungen an die Schutzart und Betriebsart mithilfe des Tabellenbuches und des Fachbuches in Kennzeichnungen übertragen werden. Diese Kennzeichnungen können dann mit den Angaben im Online-Katalog verglichen werden. Außerdem ist mittels der Polpaarzahl und der Netzfrequenz die Drehfelddrehzahl zu berechnen. Nicht alle Anforderungen finden sich in den Datenblättern. Die Schülerinnen und Schüler müssen die technischen Erläuterungen hinzuziehen. Dort wird die standardmäßige Schutzart und Isolierstoffklasse für die Motoren des Herstellers genannt. Berechnung der Betriebskosten Die Betriebskosten werden über die elektrische Arbeit und den Strompreis berechnet. Zur Berechnung der elektrischen Arbeit bestimmen die Schülerinnen und Schüler die zugeführte Leistung des Motors mittels im Datenblatt angegebenen Wirkungsgrad und der ebenfalls notierten abgegebenen Leistung. Die Betriebszeit des Rührwerks fließt in die Berechnung ein. Die Berechnungen werden direkt im Tabellenkalkulationsprogramm durchgeführt. Für jeden Tag werden über den Zeitraum von zwei Jahren die bis zu diesem Tag angefallenen Stromkosten in jeweils einem separaten Tabellenfeld berechnet. Rentabilität Die Schülerinnen und Schüler berechnen die Betriebskosten für den im Schritt 1 ausgewählten Motor der Wirkungsgradklassifizierungen EFF2 und für das etwas teurere Modell mit der besseren Wirkungsgradklassifizierung EFF1. Die benötigten Daten finden sie auch diesmal im Online-Katalog des Motorenherstellers. Ein zu erstellendes Diagramm, das die Differenz der Betriebskosten über die Tage aufträgt, verdeutlicht, ab wann ein Motor der Klassifizierung EFF1 rentabel ist. Auswahl des Motorschutzschalters Zunächst dimensionieren die Schülerinnen und Schüler den Motorschutzschalter. Dem Datenblatt entnehmen sie den Bemessungsstrom für den im Schritt 2 ausgewählten Motor. Der Motor wird ohne ein zusätzliches Anlassverfahren direkt an die Netzspannung gelegt. Der Überlastschutz des Motorschutzschalters wird auf den Bemessungsstrom des Motors eingestellt. Alternativ kann auch der Online-Assistent von Moeller eingesetzt werden, der nach Auswahl des Motors, einen Motorschutzschalter vorschlägt. Erstellung der Schaltpläne Als Teil der vollständigen beruflichen Handlung erstellen die Schülerinnen und Schüler Schaltpläne. Diese werden der Planungsabteilung zur Vervollständigung der Dokumentation ausgehändigt. Die Schüler zeichnen Schaltpläne von der Unterverteilung bis zum Motor in einpoliger und in mehrpoliger Darstellung. Entsprechend der Betriebsbedingungen ist den Schaltplänen ein TN-S-Netzsystem zugrunde zu legen. Im Tabellenbuch oder in den Fachbüchern finden die Lernenden die Schaltsymbole für den Motorschutzschalter und die Schaltsymbole für den Sicherungslasttrennschalter mit NH-Sicherung.

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema Fertigungsablauf lernen die Schülerinnen und Schüler die Organisation von Fertigung und Montage kennen.Seit Henry Ford Anfang des letzten Jahrhunderts die Fließbandfertigung entwickelte und perfektionierte, hat sich die industrielle Produktion immer weiter ausgebreitet und ausdifferenziert. Heute gibt es ganze Wissenschaften, die sich den Themen Fertigung und Montage widmen. Anhand des Beispiels einer Computermontage erfolgt der Einstieg in die Problematik der Organisation von Fertigung und Montage. Dabei werden zunächst die Fertigungsarten (Einzelfertigung, Serienfertigung, Massenfertigung) und die Arbeitsteilung (Art- und Mengenteilung, Kapazitätsfeld) betrachtet und mit Übungen vertieft. Die vier Ablaufprinzipien Werkstattfertigung, Inselfertigung, Reihenfertigung und Fließfertigung werden in Gruppen erarbeitet und präsentiert. Abschließend können die vier Ablaufprinzipien den Fertigungsarten sinnvoll zugeordnet werden. Hinführung Der Fertigungsablauf in der Produktion und Montage wird ausgehend von einem Beispiel (Montage von Computern) zunächst im Hinblick auf die Fertigungsarten (Unterscheidung nach der Stückzahl) betrachtet. Anschließend wird die Möglichkeit der Arbeitsteilung in Form der Art- oder Mengenteilung anhand einer PowerPoint-Präsentation vorgestellt. Vor- und Nachteile werden fragend-entwickelnd mit den Lernenden erarbeitet. Die grafische Darstellung der Arbeitsteilung im Kapazitätsfeld und mithilfe der Kapazitätshyperbel wird wiederum mit PowerPoint entwickelt und anhand einer Übung angewendet. Gruppenarbeit In Gruppen erarbeiten die Schülerinnen und Schüler dann die Ablaufprinzipien (räumliche Anordnung der Arbeitsplätze / Maschinen) mithilfe von Informationsblättern und präsentieren ihre Ergebnisse auf vorstrukturierten Folien oder mit PowerPoint. Abschließend werden die zu Beginn der Unterrichtseinheit erarbeiteten Fertigungsarten den Ablaufprinzipien in einer Matrix zugeordnet. Den Abschluss bildet eine Aufgabe zum Einstiegsbeispiel der Computermontage. Unterrichtsverlauf "Fertigungsablauf" Der thematische Ablauf der Unterrichtsstunde wird detailliert erläutert. Die Schülerinnen und Schüler erklären den Begriff Fertigungsarten und nennen die Fertigungsarten. unterscheiden Art- und Mengenteilung sowie erläutern Vor- und Nachteile. erklären Kapazitätsfeld und Kapazitätshyperbel. erstellen Kapazitätsbedarfe berechnen und Kapazitätsfelder. erklären die Ablaufprinzipien. ordnen die Fertigungsarten den Ablaufprinzipien zu. Zum Einstieg wird anhand einer Folie das Beispiel "Computermontage" betrachtet. Ideen der Schülerinnen und Schüler zur Problemstellung können eventuell an der Tafel gesammelt oder auch mündlich vorgetragen werden. Die Erörterung führt zum Thema der Unterrichtseinheit: Wie kann die Fertigung beziehungsweise Montage bei größeren Stückzahlen organisiert werden? Zunächst unterscheiden die Lernenden die Fertigung nach der produzierten Stückzahl. Man spricht hierbei von Fertigungsarten (Einzelfertigung, Kleinserienfertigung, Großserienfertigung und Massenfertigung). Diese Fertigungsarten werden mithilfe der PowerPoint-Präsentation vorgestellt. Die Überlappung der Bereiche soll dabei verdeutlichen, dass die Übergänge fließend sind und man nicht bis zu einer bestimmten Stückzahl x von der einen Fertigungsart und bei x+1 Stück von der anderen Fertigungsart sprechen kann. Die Beispiele zur Computermontage aus der Einstiegsfolie können dann den vorgestellten Fertigungsarten zugeordnet werden. Anhand der Folie wird die Arbeitsteilung differenziert in Art- und Mengenteilung vorgestellt. Vor- und Nachteile werden im fragend-entwickelnden Unterrichtsgespräch gesammelt und auf der Folie notiert. Die Schülerinnen und Schüler erhalten anschließend die Folie als Arbeitsblatt und ergänzen die Vor- und Nachteile. Mithilfe der PowerPoint-Präsentation wird die grafische Darstellung der Art- und Mengenteilung vorgestellt. Ebenso wird die Kapazitätshyperbel durch schrittweises Einblenden der Elemente entwickelt. Die Kapazitätsteilung wird am Beispiel von vier Arbeitsplätzen mit der PowerPoint-Präsentation dargestellt. Eine weitere PowerPoint-Folie zeigt die Berechnung eines Kapazitätsbedarfs. Nach Abschluss der Präsentation erhalten die Lernenden das Arbeitsblatt "Kapazitätsfeld" und ergänzen die fehlenden Elemente (Kapazitätsfelder der Art- und Mengenteilung sowie die Kapazitätshyperbel). Das Arbeitsblatt wird auf einer projizierten Folie besprochen. Die Schülerinnen und Schüler erhalten das Übungsblatt "fertigungsablauf_kapazitaetsfeld_uebung" und bearbeiten es selbstständig. Die Besprechung erfolgt anhand der Lösungsfolie "fertigungsablauf_kapazitaetsfeld_loesung". Bei Übung 3b sind auch weitere Lösungen möglich. Hier muss darauf geachtet werden, dass die Flächen aller Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter gleich groß sind. Bei der Gestaltung des Arbeitsablaufs sind neben den Fertigungsarten und der Arbeitsteilung auch die Ablaufprinzipien von großer Bedeutung. Ablaufprinzipien stehen für die räumliche Anordnung zum Beispiel der Maschinen oder Montageplätze und deren Verbindung. So können die einzelnen Montageplätze durch ein Fließband verbunden werden oder in Gruppen zusammengefasst sein. Die Lernenden erarbeiten nach einem Arbeitsauftrag auf Folie die Ablaufprinzipien Werkstattfertigung, Reihenfertigung, Fließfertigung und Inselfertigung mithilfe von Informationsblättern und präsentieren die Ergebnisse auf vorstrukturierten Folien. Zur Informationsbeschaffung (insbesondere auch von Bildern) kann das Internet eingesetzt werden. Ebenso ist eine Präsentation der Ergebnisse mit PowerPoint möglich, wenn genügend Computer zur Verfügung stehen. Abschließend oder als Hausaufgabe kann die Aufgabenstellung zur Computermontage auf dem Arbeitsblatt unten bearbeitet werden. Hier sind verschiedene Lösungen möglich, die mit den Schülerinnen und Schülern diskutiert werden sollten. Daher liegt hier keine Musterlösung bei.

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.

Diese Unterrichtsreihe führt in die Erstellung und Simulation von Programmen mit kreisförmigen Konturen und in die Verwendung der Bahnkorrektur ein. Alle Programme können mithilfe einer Simulationssoftware am PC simuliert werden. Eine Vorführung des konkreten Programmablaufs an einer „echten“ Maschine kann die Arbeit mit Simulationssoftware dann sinnvoll ergänzen. In der industriellen Fertigung kommen heute vor allem computergesteuerte Maschinen zum Einsatz. CNC bedeutet Computerized Numerical Control und steht für die computerunterstützte Steuerung von Werkzeugmaschinen mithilfe von Zahlenausdrücken. CNC-Programme werden an zahlreichen Maschinen zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken oder auch zur Programmierung von Laserschneidgeräten eingesetzt und begegnen vielen Schülern in ihrem späteren Berufsleben. Bei der Erstellung von CNC-Programmen können auch erste Grundlagen zum Einsatz anderer Programmiersprachen gelegt werden. Diese Unterrichtsreihe baut auf den Inhalten der Unterrichtsreihe "Einführung in die CNC-Technik" auf und umfasst die Themenbereiche Kreisprogrammierung und Bahnkorrektur mit zahlreichen Anwendungen und Übungen. Unterrichtsablauf Diese Unterrichtsreihe baut auf den Inhalten der Unterrichtsreihe ?Einführung in die CNC-Technik? auf und umfasst die Themenbereiche Kreisprogrammierung und Bahnkorrektur mit zahlreichen Anwendungen und Übungen. Die Schülerinnen und Schüler sollen die Kreisprogrammierung mit G2/G3 erklären. Programme mit Kreisbögen erstellen. die Vorteile der Verwendung der Bahnkorrektur erkennen. Programme mit Bahnkorrektur erstellen. Spaß am Arbeiten mit der Simulationssoftware haben. Thema Kreisprogrammierung und Bahnkorrektur in der CNC-Technik Autor Stefan Staiger Fach Computertechnik, Technik Zielgruppe Berufsschule Grundstufe, Technisches Gymnasium Klasse 11 Zeitumfang 6-10 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen CNC-Simulationssoftware EXSL-Win, Computer Einstieg Zur Einführung wird die Skizze eines einfachen Werkstück mit bogenförmigen Konturen per Beamer gezeigt. An diesem Beispiel wird thematisiert, welche Probleme beim Fräsen dieses Werkstücks auftreten: bislang sind keine Befehle zum Fräsen von Kreisbögen bekannt. Mithilfe eines Informationsblatts werden die Grundlagen der Kreisinterpolation besprochen. Dazu gibt es eine Übung, bei der drei Kreisbefehle erstellt werden müssen. Diese Aufgabe kann in Einzel- oder Gruppenarbeit der Schülerinnen und Schüler oder im Plenum gelöst werden. Das Beispielprogramm sollte anschließend von den Schülerinnen und Schülern mithilfe einer Simulationssoftware erprobt werden. Simulation Nun lernen die Schülerinnen und Schüler, ihre bereits erstellten Programme mithilfe einer Simulationssoftware zu simulieren. Hier sind zahlreiche Programme auf dem Markt. Deren Einsatz wird am besten zunächst am Beamer vorgeführt und anhand eines einfachen Werkstücks mit den Schülerinnen und Schülern Schritt für Schritt erarbeitet. Hier wird zum Beispiel die Simulationssoftware EXSL der Firma SL-Automatisierungstechnik verwendet. Die Unterrichtsreihe kann natürlich auch mit der Simulationssoftware anderer Firmen durchgeführt werden. 1. Übung zur Kreisinterpolation Zur Übung erstellen die Schülerinnen und Schüler mithilfe dieses Aufgabenblattes ein CNC-Programm mit zwei Nuten und zwei Bohrungen. Die Lösungen liegen bei. 2. Übung zur Kreisinterpolation In der zweiten Übung erstellen die Schülerinnen und Schüler ein CNC-Programm mit mehreren Nuten. 3. Übung zur Kreisinterpolation Im Laufe dieser Übung erstellen die Schülerinnen und Schüler wie in Übung 2 ein CNC-Programm mit mehreren Nuten. Jetzt wird jedoch eine maximal mögliche Frästiefe für die Werkzeuge berücksichtigt. Einführung in die Bahnkorrektur Per Beamer wird wiederum die Skizze eines einfachen Werkstücks projiziert. Ein 1-Cent-Stück kann als "Fräser" auf die Folie gelegt werden. Dann wird kurz mit der Klasse besprochen, welche Probleme beim Fräsen des Werkstücks auftreten: Je nach Durchmesser des Fräsers müssen alle Koordinaten umgerechnet werden, wobei leicht Fehler auftreten. Diese Berechnungen kann die CNC-Steuerung übernehmen, wenn die so genannte Bahnkorrektur verwendet wird. Mithilfe eines Informationsblatts (Blatt 2 der Datei) werden Grundlagen besprochen. Das Beispielprogramm soll anschließend mit einer Simulationssoftware erprobt werden. 1. Übung zur Bahnkorrektur Die Schülerinnen und Schüler erstellen mithilfe dieses Aufgabenblattes ein CNC-Programm mit Bahnkorrektur. Es geht um das Fräsen einer Außenkontur, wobei alle Koordinaten vorgegeben sind. Die Lösungen liegen bei. 2. Übung zur Bahnkorrektur Zur Übung erstellen die Schülerinnen und Schüler ein weiteres CNC-Programm mit Bahnkorrektur: Fräsen einer Außenkontur mit zu berechnenden fehlenden Koordinaten.

In der industriellen Fertigung kommen heute vor allem computergesteuerte Maschinen zum Einsatz. Im Bereich der Werkzeugmaschinen, die zum Beispiel zum Bohren, Fräsen, Drehen oder Schleifen benötigt werden, wird hier die CNC-Technik eingesetzt. CNC bedeutet Computerized Numerical Control und steht für die computerunterstützte Steuerung von Maschinen mithilfe von Zahlenausdrücken. Diese Zahlenausdrücke bilden Programme, die heute mithilfe von Simulationssoftware auch an jedem PC dargestellt werden können. In der Schule bietet eine Simulationssoftware die Möglichkeit, mit den Schülerinnen und Schülern CNC-Programme zu erstellen und zu simulieren, auch wenn keine CNC-Maschine zur Verfügung steht. Eine Vorführung des konkreten Programmablaufs an einer echten Maschine kann die Arbeit mit Simulationssoftware dann sinnvoll ergänzen. Diese Unterrichtsreihe bietet einen Einstieg in die CNC-Technik und umfasst einfache Grundlagen mit zahlreichen Anwendungen und Übungen. CNC-Programme werden an zahlreichen Maschinen zum spanenden Bearbeiten von Werkstücken oder auch zur Programmierung von Laserschneidgeräten eingesetzt und begegnen vielen Schülerinnen und Schülern in ihrem späteren Berufsleben. Bei der Erstellung von CNC-Programmen können auch erste Grundlagen zum Einsatz anderer Programmiersprachen gelegt werden. Unterrichtsverlauf "CNC I" Die ersten NC-Maschinen wurden in den 1940er Jahren in den USA entwickelt, um komplizierte Teile für die Flugzeugindustrie zu fertigen, die bei einer Steuerung der Maschinen von Hand nicht mehr realisierbar waren. Später wurden Computer zum Speichern und Verarbeiten der NC-Programme eingesetzt. Die Schülerinnen und Schüler sollen den Begriff CNC erklären. die Vorteile des CNC-Einsatzes nennen. den Aufbau eines CNC-Programms erklären. Absolutmaßprogrammierung und Inkrementalmaßprogrammierung unterscheiden. einfache CNC-Programme zum Bohren und zum Fräsen von Geraden erstellen und simulieren. Spaß am Arbeiten mit der Simulationssoftware haben. Thema Einführung in die CNC-Technik Autor Dr. Stefan Staiger Fach Computertechnik, Technik Zielgruppe Berufsschule Grundstufe, Technisches Gymnasium Klasse 11 Zeitumfang 6-10 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen CNC-Simulationssoftware, zum Beispiel EXSL, Computer Als Ergänzung zum Unterrichtsmaterial von Dr. Staiger hat Berthold Vahlsing von den BBS Nienburg eine Anleitung zum Umgang mit der Software SL Automatisierungstechnik ergänzt, die hier zum Download bereitgestellt wird. Einstieg Die Einstiegsfolie stellt die Unterschiede zwischen CNC-gesteuerten und manuell zu bedienenden Werkzeugmaschinen heraus. Grundlagen Das Informationsblatt enthält Grundsätzliches zu Achsrichtungen und Bezugspunkten, Regelkreisen in Werkezeugmaschinen sowie Steuerungsarten. Einführung in die Bemaßungsarten Die Bemaßungsarten, Absolutbemaßung und Kettenbemaßung, werden erarbeitet. Zu jedem der beiden Programmierarten wird das CNC-Programm einer einfachen Bohrplatte erstellt. Anwendung: Einsatz von Simulationssoftware Nun lernen die Schülerinnen und Schüler ihre bereits erstellten Programme mithilfe einer Simulationssoftware anzuwenden. Hierfür gibt es zahlreiche Programme auf dem Markt. Ihre Funktionen werden am besten am Beamer vorgeführt und anhand eines einfachen Werkstücks mit den Schülerinnen und Schülern zusammen Schritt für Schritt erarbeitet. Hier wird die Simulationssoftware EXSL der Firma SL-Automatisierungstechnik verwendet. Die Unterrichtsreihe kann natürlich auch mit der Software anderer Firmen durchgeführt werden. Vorteile der CNC-Technik Vorteile der CNC-Technik werden im Gespräch mit den Schülerinnen und Schülern als Tafelbild gesammelt. Der letzte Punkt "Integration in komplexere Systeme mit mehreren Maschinen und Handhabungseinrichtungen möglich" muss dabei voraussichtlich von der Lehrkraft vorgegeben werden. Tafelbild Fräsen von Nuten Nachdem zunächst Programme für Bohrungen erstellt wurden, wird nun das Fräsen von Nuten vorgestellt. Übungen zur Geradeninterpolation Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten selbstständig zwei Übungen zur Geradeninterpolation. Dabei sollten die Übungen zuerst auf Papier gelöst werden und anschließend die erstellten Programme am Computer eingegeben und simuliert werden. Wenn nur am Computer gearbeitet wird, konzentrieren sich die Schüler oft nur unzureichend auf die eigentliche Programmerstellung. Die erste Übung umfasst Bohren und das Fräsen von Nuten. Die zweite Übung kann in zwei Varianten durchgeführt werden: Als Geradeninterpolation_2a ohne Vorgabe einer maximalen Frästiefe oder als Geradeninterpolation_2b mit Vorgabe einer maximalen Frästiefe (einzelne Konturen, die tiefer zu fräsen sind, müssen dann mehrfach abgefahren werden).

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.