Metalltechnik: Willkommen im Fachportal

Ziel dieser Unterrichtseinheit ist es, Auszubildende in metallverarbeitenden Berufen für die Gefährdungsfaktoren im Umgang mit Zerspanungsmaschinen zu sensibilisieren und sie für die konsequente Einhaltung der Sicherheitsregeln zu motivieren. Die Arbeit an Zerspanungsmaschinen scheint auf den ersten Blick nicht besonders schwierig zu sein, birgt aber doch ein hohes Verletzungsrisiko . Mangelhafte Unterweisung, Fehler beim Arbeiten, aber auch Unterschätzung der Gefahren und mangelnde Übung verursachen jedes Jahr immerhin fast 3.000 meldepflichtige Arbeitsunfälle an konventionellen Zerspanungsmaschinen. Drehen, Bohren, Fräsen sind Tätigkeiten, die die Auszubildenden der industriellen Metallberufe relativ früh innerhalb der berufspraktischen Ausbildung lernen. Zu diesem Zeitpunkt ist aber erfahrungsgemäß das Bewusstsein der jungen Leute für das Erkennen von Gefahren noch nicht ausreichend entwickelt. Es ist deshalb sinnvoll, zu einem späteren Ausbildungszeitpunkt noch einmal auf die Gefährdungen und die entsprechenden Schutzmaßnahmen zurückzukommen. Um das an sich sehr komplexe Thema fassbar zu machen, ist eine gewisse didaktische Reduktion nötig. Ansonsten verlieren sich Lehrende und Lernende schnell in sehr komplexen Teilaspekten wie der Herstellung und Sicherheit von Zerspanungsmaschinen, Inverkehrbringen, CE-Kennzeichnung, harmonisierter Normung und europäischem Maschinenrecht. Das wiederum überfordert junge Berufsanfänger und -anfängerinnen und wirkt letztendlich demotivierend und kontraproduktiv. Ebenso verhält es sich mit dem Themenkomplex "Gefährdungsbeurteilung". Auch hier bietet das vorliegende Unterrichtsmaterial didaktisch reduziertes Basiswissen ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Die Lehrmaterialien sind in Module mit jeweils unterschiedlichen Leistungsanforderungen gegliedert und bieten der Lehrkraft somit Möglichkeiten zur Differenzierung. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler formulieren Gefährdungsfaktoren beim Arbeiten an Zerspanungsmaschinen. lernen die grundlegende Herangehensweise an eine Gefährdungsbeurteilung kennen. formulieren die wichtigsten Schutzmaßnahmen für sicheres Arbeiten mit Zerspanungsmaschinen. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler filtern Informationen aus einem Lehrfilm. erarbeiten selbstständig die wichtigsten Gefährdungen und Schutzmaßnahmen an Zerspanungsmaschinen. planen und führen kleinere betriebsinterne Projekte (Unterweisung) durch. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stärken durch Gruppenarbeit ihre Teamfähigkeit und üben wertschätzendes Verhalten ein. werden motiviert, Eigenverantwortung zu übernehmen. entwickeln und erweitern in der Projektarbeit ihre kommunikativen Fähigkeiten gegenüber Vorgesetzten und jüngeren Kolleginnen und Kollegen.

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.

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.

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.

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

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

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

Im Rahmen des Lernfeldes "Sicherstellen der Betriebsfähigkeit von automatisierten Anlagen" für Industriemechanikerinnen und -mechaniker sollen die Auszubildenden einen Einblick in die BUS-Technik und deren Vorzüge erhalten und die Grundlagen der SPS-Programmierung an einer realen Anlage kennen lernen. Nach dem ersten Teil der Abschlussprüfung für Industriemechanikerinnen und -mechaniker hat die Elektropneumatik nicht mehr den Stellenwert wie in den Jahren davor. Vorrangig sind Inhalte aus der betrieblichen Praxis. Nach der Verdrahtungsprogrammierung steht in Niedersachsen die praxisnahe SPS-Programmierung auf dem Stoffverteilungsplan. Aufgrund der sachlichen Voraussetzungen an unserer Schule wird zunächst die als veraltet geltende Programmierung mit der SPS PR3 von Klöckner-Möller ausprobiert. Im zweiten Schritt kommt dann die Programmierung mit CoDeSys als neues System zur Anwendung. Den Schülerinnen und Schülern wird hier besonders die Reduzierung des Verdrahtungsaufwandes deutlich. Damit einher geht die Minimierung der Fehlermöglichkeiten. Hier wird eine Makroeinheit zum Thema SPS-Technik vorgestellt. Als Grundlage wird die Programmierung mit dem AS-i-BUS-System und der Software CoDeSys genutzt. Ablauf der Unterrichtssequenz Den Ablauf der Unterrichtssequenz sowie alle benötigten Materialien einzeln zum Download haben wir hier für Sie zusammengestellt. Die Schülerinnen und Schüler sollen Verständnis für die Softwareprogrammierung von pneumatischen Anlagen entwickeln. die Programmierung von einfachen Programmen mittels Funktionsplantechnik beherrschen. technische Systeme durch AS-i-BUS-Technik optimieren. Lernsituation Die Sequenz beginnt mit der Vorstellung der elektropneumatischen Anlage als eine Teilkomponente eines komplexen Systems. Die Schülerinnen und Schüler sollen den Funktionsablauf am realen Objekt erläutern. Funktionsbeschreibung Die Lernenden sollen einen Funktionsplan oder ein Funktionsdiagramm erstellen. In diesem Zusammenhang wird ein pneumatischer Schaltplan der realen Anlage erstellt. Lernsituation Die Schülerinnen und Schüler erhalten den Auftrag, die Einzelkomponenten der Entnahmestation so zu programmieren, dass Werkstücke aus dem Magazin entnommen und auf dem Übergabefeld abgelegt werden. Dafür sollen sie verschiedene vorbereitende Programmierungen durchführen: die gewünschte Funktion mit FUP (Funktionsplanprogrammierung) programmieren, den Vorgang am Rechner simulieren und die Funktionskontrolle an der Anlage (Funktionsmodell Entnahmevorrichtung) durchführen. 1. Auftrag Nach Betätigung von Taster 8 (grün) und Taster 6 (grün) soll die rote Lampe an Taster 8 leuchten. 2. Auftrag Die Programmierung der ersten Aufgabe wird um folgenden Auftrag ergänzt: Nach Betätigung von Taster 6 (grün) soll zusätzlich die rote Lampe an Taster 4 leuchten. 3. Auftrag Die Programmierung der vorherigen Aufgabe wird um folgenden Auftrag ergänzt: Nach Betätigung von Taster 4 (grün) oder Taster 2 (grün) soll die rote Lampe an Taster 2 leuchten. 4. Auftrag Die Programmierung der vorherigen Aufgabe wird um folgenden Auftrag ergänzt: Die rote Lampe an Taster 2 soll nur leuchten, wenn die Taster 8 (grün) oder Taster 6 (grün) nicht betätigt werden. 5. Auftrag Die Lernenden sollen die Entnahmestation entsprechend der Aufgabenstellung der Lernsituation programmieren. Nach einem Startsignal durch Taster 2 (grün) und Taster 4 (grün) soll der Entnahmezyklus solange ablaufen, bis ein Stoppsignal von Taster 2 (rot) oder Taster 4 (rot) erfolgt. Bei der Betätigung der Taster soll die zugehörige Tasterleuchte leuchten. Das Greifen des Greifers soll durch ein Leuchten an der roten Leuchte von Taster 8 angezeigt werden. Die Schülerinnen und Schüler sollen dafür einen Ablaufplan nach Grafcet erstellen. Einführung in CoDeSys Im zweiten Teil der Stunde wird in der Software CoDeSys eingeführt. Das Programm wird mit einer AND-Funktion nach Anleitung realisiert. UND-ODER-Bausteine Nun wird eine Sequenz wie etwa das Greifen des Greifers aus dem Bewegungsablauf extrahiert. Dafür werden verschiedenen Bausteine (UND, ODER) erläutert und dargestellt. BUS-Technologie Die Bedeutung der BUS-Technologie wird erläutert (siehe Material 9). Programm AND Das Programm AND wird aufgerufen und nach der Anleitung simuliert. Die Funktionskontrolle erfolgt auch an dem Funktionsmodell. Unterstützend können die Schülerinnen und Schüler auf die Materialien 3 und 6 zurückgreifen. In weiteren Aufgabenstellungen werden weitere Verknüpfungsarten bearbeitet, erstellt, simuliert und gegebenenfalls an der Anlage in Betrieb genommen. In den nächsten vier Unterrichtsstunden beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit folgenden Aspekten: Theorie: AS-i in der automatisierten Fertigung Funktionsablauf der Anlage: Darstellung im FUP und in einem Ablaufplan Erste Schritte: Steuerung des Funktionsmodells, Simulation, Transfer an das Funktionsmodell (gegebenenfalls Einführung Schrittkette, Merkerprogrammierung) Programmierübungen (siehe Material 10 und 11). Einführung Schrittkette, Merkerprogrammierung, Programmierung des Systems bis zum Ablegen des Werkstücks (siehe Material 12). Vergleiche auch Anleitungen für die Programmierung der einzelnen Komponenten (siene Material 6). Nun erfolgt die Rest-Programmierung des Systems sowie die Dokumentation, Präsentation und Bewertung der Ergebnisse. Benötigt werden erneut die Materialien 10, 11 und 12. Den Abschluss der Sequenz bildet eine zweistündige Klassenarbeit zu den Themen SPS-Programme, CoDeSys und AS-i (siehe Material 13).

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.

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.