Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

1. Automatisierungstechnik im Unterricht Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

2. Gliederung • Einleitung • Automatisierungstechnik in den / als Handlungsfeld(ern) ?! • Definition Automatisierungstechnik • Unterrichtsbeispiele zur Automatisierungstechnik Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

3. Einleitung Warum eine Präsentation zum Thema Automatisierungstechnik? Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

4. Persönliches Interesse. Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

5. Automatisierung ist allgegenwärtig und Bestandteil unseres modernen und alltäglichen Lebens. Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

6. Automatisierungstechnik findet im Technikunterricht zu wenig Beachtung. Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

7. Automatisierungstechnik in der Schule Deutschlandweite Umfrage von M. Radermacher aus dem Jahr 2008 Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

8. 12. Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 Radermacher, M.: Inhalte allgemeinbildenden Unterrichts, Verlag Dr. Kovač, Hamburg 2010

9. Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 Radermacher, M.: Inhalte allgemeinbildenden Unterrichts, Verlag Dr. Kovač, Hamburg 2010

10. Mögliche Gründe • Wo finde ich es im Lehrplan? • Handlungsfelder • Was gehört zur Automatisierungstechnik? • Definition Automatisierungstechnik • Wie setze ich es im Unterricht um? • Unterrichtsbeispiele Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

11. 2. Automatisierungstechnik in den / als Handlungsfeld(ern) ?! Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

12. Handlungsfelder im Technikunterricht · Arbeit und Produktion · Bauen und Wohnen · Transport und Verkehr · Versorgung und Entsorgung · Information und Kommunikation · Haushalt und Freizeit Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

13. Arbeit und Produktion • Aufbau und Funktionsweise von Maschinen, die: • im Technikunterricht verwendet werden (z.B.: Bohrmaschine mit einstellbarer Drehzahl) • in der industriellen Produktion eingesetzt werden (z.B. CNC-Maschinen, Fertigungsroboter) • die das Leben der Menschen verändert haben (Industriealisierung / Technikgeschichte) Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

14. Bauen und Wohnen • Steuerung bzw. Regelung des Warmwassers und der Heizungsanlage im Haus • (Optimierung der) Verlegung der Stromleitungen zur Lichtsteuerung in Gebäuden Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

15. Transport und Verkehr • Möglichkeiten der Steuerung einer Ampelanlage (mechanisch, elektrisch) • Steuerung von mehreren Ampelanlagen aufgrund des Verkehrsaufkommens mittels Sensoren und Computer • Automatikschaltung im PKW • Gangschaltung am Fahrrad Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

16. Versorgung und Entsorgung • Wasserstandregelung (z.B. Spülkasten) • Regulierung der konstanten Spannungsversorgung durch Kraftwerke • - Ausrichtung eines Windkonverters und Veränderung des Anstellwinkels der Flügel in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

17. Information und Kommunikation • Erstellen / Nutzen von Software zur Steuerung / Regelung von Maschinen • Erstellen von Ablaufplänen / Flussdiagrammen / Struktogrammen zur Prozessverdeutlichung • Wandlung von gemessenen Werten in Informationen zur Steuerung • Verwendung der formalen Logik zur Erstellung von logischen Steuerschaltungen Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 &

18. Haushalt und Freizeit Aufbau und Funktion von nahezu sämtlichen Haushaltgeräten, in denen Steuerungs- und Regelungsprozesse stattfinden, z.B.: Heizung, Waschmaschine, Ofen, Toaster, Eierkocher, Trockner, Fön, elektrische Zahnbürste, Bügeleisen, Boiler, Kühlschrank, Gefrierschrank… Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

19. Probleme der Handlungsfelder • Themen der Automatisierungstechnik können jedem Handlungsfeld zugeordnet werden • Denk- und Handlungsweisen sind in den Handlungsfeldern fast überall gleich • Wenn die Handlungsfelder nicht klar definiert sind, ist ihre Anzahl beliebig vergrößerbar – als Grundlage für ein Curriculum muss darüber nachgedacht werden! • Lernfelder sollten spezifische Denk- und Handlungsweisen beinhalten Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

20. Ziele und Inhalte der Automatisierungstechnik • Die Schülerinnen und Schüler können: • den Unterschied zwischen Steuern und Regeln erklären. • Geräte aus ihrer Lebenswelt nennen, in denen Steuerungs- bzw. Regelungsprozesse stattfinden. • die Begriffe Führungsgröße (Sollwert), Stellgröße, Störgröße, Steuerstrecke… fachgerecht benutzen. • die eben genannten Elemente an ihnen bekannten Geräten verorten. • das Schema von Steuerkette und Regelkreis aufzeichnen. Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

21. Ziele und Inhalte der Automatisierungstechnik • den Ablauf einer Steuerung / Regelung mit einem Ablaufplan / Flussdiagramm / Struktogramm graphisch darstellen. • die Funktionsweise eines Zweipunktreglers (PID-Reglers) erklären. • mechanische und elektronische (pneumatische, hydraulische) Steuerungen selber konstruieren und anfertigen. • eine Programmiersprache / Computer anwenden, um vorgegebene Roboter / Maschinen zu steuern. • die Bedeutung der Automatisierungstechnik für die Entwicklung der Gesellschaft und unser heutiges Leben verdeutlichen. Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

22. Technik muss seine Eigenständigkeit und Notwendigkeit verdeutlichen Automatisierungstechnik findet nur im Technikunterricht statt! Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

23. Automatisierungstechnik im Unterricht Fazit der DGTB Tagung von 2009: „Insbesondere von den Kolleginnen und Kollegen aus den Schulen werden Inhalte und Themen erwartet, die theoretische Grundlagen und Handlungsanweisungen für den Unterricht mit praktischen Ratschlägen und Tipps bereitstellen.“ Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

24. 3. Definition Automatisierungstechnik Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

25. Mechanischer Türöffner Heron von Alexandria (lebte vermutlich im 1. Jahrhundert) Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 http://www.realschule.bayern.de/lehrer/dokumente/untmat/ph/heron/heron.htm

26. Mechanische Öllampe Heron von Alexandria (lebte vermutlich im 1. Jahrhundert) Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 http://www.sn.schule.de/~gyfloeha/rt/lex01/lex0100.html

27. Heutige Automaten Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

28. Definition Automatisierungstechnik „Unter Automatisierungstechnik versteht man nach DIN 19233 das Einsetzen technischer Mittel, um einen Vorgang selbstständig ablaufen zu lassen. Einen großen Anteil an der Automatisierungstechnik eines Prozesses nimmt die Steuerungs- und Regelungstechnik ein. Produktionsprozesse werden hierbei so konzipiert, dass mechanische, elektrische, pneumatische oder hydraulische Einheitenselbstständig – häufig mit Hilfe von Computern – arbeiten können.“ Fachkunde Mechatronik, Europa Lehrmittel Verlag, 2008 Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

29. 3 grundlegende Begriffe • Messen • Steuern • Regeln Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

30. Messen • Erfassen der physikalischen Basisgrößen: • Länge • Masse • Zeit • Stromstärke • Temperatur • Lichtstärke • (Stoffmenge) Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

31. Messen • Abgeleitete Größen: • Kraft • Druck • Geschwindigkeit • Volumen Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

32. Steuern  Steuerkette Regeln  Regelkreis Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 Basiswissen Schule – Technik, Dudenverlag, 2001

33. Vergleich Steuern und Regeln Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 umwelt: technik – Themenheft: Automatisierung, Ernst Klett Verlag, Stuttgart 2006

34. 4. Unterrichtsbeispiele Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

35. Typisches Beispiel für Automatisierung im Technikunterricht: CNC-Drehmaschine Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 http://de.opitec.com/opitec-web/articleNumber/314204/zz/cID/1285061561297

36. „Klassische“ Bausätze oft nur reine Werkaufgabe Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

37. Erstellen eines Flussdiagrammes Elemente: Start / Stopp Operation Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 Verzweigung Nein Verbindung zum nächsten Element Ja

38. Flussdiagramm Thermolüfter

39. Struktogramm Thermolüfter Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

40. Welche anderen (Haushalts-) Geräte benötigen ebenfalls eine Temperaturregelung? Gibt es neben dem Verwenden von Bimetall noch weitere Steuerungsmöglichkeiten? Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

41. Technische Analyse: Demontage von Haushaltsgeräten mit Temperaturregelung Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

42. Möglicher Schülerversuch: Verhalten einer Zweipunktregelung + Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

43. Graphische Darstellung des Verhaltens einer Zweipunktregelung Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 umwelt: technik – Themenheft: Automatisierung, Ernst Klett Verlag, Stuttgart 2006

44. Bauanleitung zur Ampelsteuerung Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010 Auszug aus der Bauanleitung „105.071 Ampelschaltung“ von Opitec • Analyse von Technik: • SuS sollen die Ampelphasen einer realen Ampel selber überprüfen

45. Analyse der Ampelphasen • - Wie viele Phasen gibt es? • - Dauern alle Phasen gleich lang? • Wozu dient die Phase Rot-Gelb? • Wenn zwei Ampeln an einer Kreuzung stehen: Warum überschneiden sich zwei Rotphasen? Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

46. Technik konstruieren • Wie bestimme ich die Länge der einzelnen Phasen? • Wie bestimme ich die Länge des gesamten Zyklus? Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

47. Variationsmethode • Wie kann ich die Ampelschaltung • verändern / verbessern? • Ansteuerung der Dose durch einen Motor • (+ elektronische Zeitschaltung) • Nockensteuerung mit Tastern anstelle von Schleifkontakten an einer Dose • anstatt der Dose eine Metallscheibe verwenden •  Möglichkeit, eine Platine zu ätzen Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

48. Beispiel Platinenlayout Rot Gelb Grün Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

49. Technik bewerten • Welche Vor- und Nachteile haben die unterschiedlichen Lösungsmöglichkeiten? • Dualbewertung • gestufte Bewertung • Punktbewertung Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010

50. Verwendung von Hard- und Software zu computerunterstützten Steuer- und Regelungsprozessen Institut für Technik und ihre Didaktik - Thomas Weber - 2010