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.

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).

Die Unified Modeling Language (UML) ist eine standardisierte Sprache zur Modellierung von Software und anderen Systemen. Als Modellelement bestimmt eine Assoziation das Verhältnis von Klassen. Die folgende Unterrichtseinheit vermittelt anhand solcher Assoziationen wichtige statische Elemente zur Software- und Datenbankentwicklung. Bei der Entwicklung komplexer Software wird eine gute Planung notwendig und so ist es inzwischen zum Standard geworden, objektorientierte Programme und Datenbanken in UML zu planen und zu dokumentieren. Binäre Assoziationen dienen in UML-Klassendiagrammen der Abbildung von Interaktionen zwischen Klassen: Welche Klasse muss also welche Instanzen von anderen Klassen enthalten? Die Unterrichtsstunde veranschaulicht dies am konkreten Beispiel des Auftrags eines Mainboardherstellers zur Abbildung seiner Kundenbeziehungen . In der Unterrichtsstunde werden durch die Assoziationen wichtige statische Elemente zur Software- und Datenbankentwicklung vermittelt. Im Anschluss bieten sich die Behandlung der Generalisierung, der Aggregation und der Komposition an. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten sich in die Darstellung von Assoziationen in Expertengruppen ein. In Stammgruppen werden die Informationen aus den Expertengruppen weitergegeben. Unterschiedliche Leistungsstände werden in den Gruppen kompensiert. Die Darstellung der Leserichtung, der Eigenschaft und der Einschränkung ist in "Objecteering" nicht direkt umsetzbar. Die Navigierbarkeit ist auch in UML nicht eindeutig umsetzbar. Diese offenen Probleme sind bewusst eingeplant, um Diskussionen anzuregen. Problematisch ist die Arbeitsteilung in den Expertengruppen: Auf dem Arbeitsauftrag wird daher der bewusste Informationsaustausch gefordert, damit jede Expertin in der Stammgruppe allen anderen Gruppenmitgliedern die Ergebnisse vermitteln kann. In jeder Stammgruppe wird nur je ein PC verwendet, um die Aufmerksamkeit zu kanalisieren. Obgleich die Darstellung der Assoziationen in "Objecteering" vom UML-Standard abweicht, wird die Anwendung genutzt, um einen Praxisbezug herzustellen und Detailfragen zu diskutieren. Unterrichtsablauf und Einsatz der Materialien Der Ablauf der Unterrichtsstunde und die Einbindung der Materialien werden hier von der Problemstellung bis zur Anknüpfungsmöglichkeit der Folgestunde erläutert. Die Schülerinnen und Schüler können eine Assoziation mit Leserichtung, Rolle, Sichtbarkeit, Eigenschaft, Einschränkung und Navigierbarkeit in einem UML-Klassendiagramm (Version 2.0) darstellen und erläutern. vertiefen die Schreibweise und Darstellung einer Assoziation mit Assoziationsnamen und Multiplizität in einem UML-Klassendiagramm (Version 2.0). können in "Objecteering" eine Assoziation mit Assoziationsnamen, Multiplizität, Rolle und Sichtbarkeit umsetzen. Titel Assoziationen in UML-Klassendiagrammen - Auftrag eines Mainboardherstellers zur Abbildung seiner Kundenbeziehungen (Gruppenpuzzle) Autor Alexander Biehounek Fächer Mathematik, Technische Informatik Zielgruppe Technisch orientierte Bildungsgänge Zeitumfang 1 Unterrichtsstunde Technische Voraussetzungen Lehrerrechner mit Beamer, ein Computer pro 2-3 Schülerinnen und Schüler, mindestens Word 2000, Acrobat Reader (kostenloser Download), Objecteering , Lernplattform (z. B. lo-net² , Moodle) Planung Assoziationen in UML-Klassendiagrammen Der Einstieg in den Unterricht erfolgt über den Auftrag eines Mainboardherstellers zur Abbildung seiner Kundenbeziehungen in UML (Version 2.0) und in "Objecteering". Die Schülerinnen und Schüler lesen das Schreiben mit dem Anhang und formulieren die Problemfrage in fachlichem Zusammenhang. Methodik Zur Bearbeitung in Gruppen wird die neue Methode "Gruppenpuzzle" kurz vorgestellt. Auf diese Weise wird die Differenzierung und Zusammenstellung deutlich. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten in den Stammgruppen regulär zu dritt, in den Spezialistengruppen regulär zu viert. Da aus jeder Stammgruppe mindestens ein Mitglied in eine Spezialistengruppe entsendet wird, muss die Anzahl der Gruppen im Vorfeld geplant werden. In der Stammgruppe erhalten die Lernenden zunächst jeweils einen Arbeitsauftrag. Danach sollen sich die Schülerinnen und Schüler aus jeder Stammgruppe eine Spezialistenrolle suchen. In der Spezialistengruppe erhalten sie ein Arbeitsblatt und einen Lösungsvordruck. Mit diesem kann der Arbeitsauftrag für diese Spezialistengruppe als Transfer gelöst werden. In den Stammgruppen werden die Ergebnisse der Spezialisten ausgetauscht und auf einem Lösungsvordruck eingetragen. Arbeitsblätter In den folgenden Downloads finden Sie die Konkretisierung des Auftrags, die detaillierte Zusammenstellung von Assoziationen und ein Lösungsvordruck zur vereinfachten Darstellung der Beziehungen. Exemplarisch stellt eine Stammgruppe ihre Lösung am Whiteboard und über den Beamer vor. Abweichende Ergebnisse der anderen Stammgruppen werden besprochen. Die Schülerinnen und Schüler notieren die entwickelten Lösungen. Zur Übung und Festigung des neu Erlernten sollte eine Hausaufgabe aufgegeben werden. Für die Folgestunde bietet sich die Behandlung der Generalisierung, der Aggregation und der Komposition in UML-Klassendiagrammen an.