Pro­jekt­be­schrei­bung

1. Unser tech­ni­sches Sys­tem 'Fahr­rad'

Der Un­ter­richts­zy­klus über einen Zeit­raum von 7 Schul­stun­den greift das tech­ni­sche Sys­tem eines Fahr­rads im Sinne eines Leit­bei­spiels auf. Das Fahr­rad wurde aus fol­gen­den Grün­den ge­wählt:

- Das Fahr­rad ist allen Schü­le­rin­nen und Schü­lern be­kannt und wird von ei­ni­gen als - Ver­kehrs­mit­tel auf dem Weg zur Schu­le re­gel­mä­ßig ge­nutzt.
- Fahr­rä­der be­ste­hen aus re­la­tiv we­ni­gen ver­schie­de­nen Ein­zel­tei­len.
- Die Funk­ti­ons­grup­pen sind nicht ver­baut und ver­klei­det, son­dern offen an­ge­ord­net und damit 'sicht­bar'.
- Das Fahr­rad ist als Ver­kehrs­mit­tel öko­lo­gisch ver­tret­bar und zu­kunfts­fä­hig.

Von den The­men aus der Lehr­plan­ein­heit eins, Ana­ly­sie­ren tech­ni­scher Teil­sys­te­me,
wer­den z. T. ab­ge­deckt:

• Zer­le­gung in Teil­sys­te­me
• An­triebs­ein­heit, Steu­er­ein­heit, …
• Funk­ti­ons­zu­sam­men­hän­ge
• En­er­gie­fluss, …
• Er­fas­sen tech­ni­scher und phy­si­ka­li­scher Grö­ßen.
  

Im Fol­gen­den wer­den die ein­zel­nen Un­ter­richts­ein­hei­ten be­schrie­ben.

 

1.1 Vor­stel­lung des tech­ni­schen Sys­tems 'Fahr­rad'

Zeit­be­darf: 1 Stun­de

An­hand des all­seits be­kann­ten Fahr­rads sol­len sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Ge­dan­ken über die ver­schie­de­nen Funk­tio­nen ma­chen, die von den Bau­tei­len eines tech­ni­schen Ge­räts über­nom­men wer­den.
Nach kur­zer Ein­füh­rung (am bes­ten mit einem rea­len Fahr­rad) fül­len die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in Part­ner­ar­beit das Ar­beits­blatt aus. An­schlie­ßend wer­den die Er­geb­nis­se zu­sam­men­ge­tra­gen und be­spro­chen.

 

1.2 Teil­sys­te­me 'Pedal', 'Kur­bel­satz' und 'Kette'

Zeit­be­darf: 2 Stun­den

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler sol­len an­hand der Fahr­rad-Teil­sys­te­me er­ken­nen, dass Ma­schi­nen der Kraft­über­tra­gung und der En­er­gie­wand­lung die­nen.
Die Aus­wir­kung der Kräf­te auf Bau­tei­le soll er­kannt wer­den. Mit Hilfe von Stä­ben kön­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Be­las­tungs­ar­ten Zug, Druck, Tor­si­on und Bie­gung selbst er­fah­ren, indem zwei Part­ner einen Holz­stab (z. B. Ha­sel­ste­cken, 30 cm lang, 1,5 cm Durch­mes­ser) an je­weils einem Ende in der Hand hal­ten und die ent­spre­chen­den Be­we­gun­gen ma­chen. Die Holz­stä­be soll­ten ei­ni­ger­ma­ßen frisch sein, damit sie sich bie­gen las­sen. Bruch ist un­ver­meid­lich.
Da­nach sol­len die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in Grup­pen die Be­las­tungs­ar­ten bei den be­nann­ten Bau­tei­len (siehe Ar­beits­blät­ter) er­ken­nen und die Bau­tei­le und Be­las­tungs­ar­ten in der Rei­hen­fol­ge des Kraft­ver­laufs in die Ar­beits­blät­ter (ein Ar­beits­blatt je Grup­pe) ein­tra­gen.

An­schlie­ßend wer­den jedem Schü­ler bzw. jeder Schü­le­rin alle drei Blät­ter aus­ge­ge­ben. Die Er­geb­nis­se wer­den zu­sam­men­ge­tra­gen, dis­ku­tiert und unter Ver­wen­dung der aus­ge­ge­be­nen Ar­beits­blät­ter do­ku­men­tiert.

 

1.3 Teil­sys­tem 'Vor­der­rad'

Zeit­be­darf: 1 Stun­de

An­hand der Ein­tei­lung in Ge­wichts-, Füh­rungs (Lager)- und Be­schleu­ni­gungs­kräf­te soll ein Be­wusst­sein für Kraftur­sa­chen und Wir­kun­gen von Kräf­ten ent­ste­hen. In die­sem Zu­sam­men­hang wird der Be­grif­fe me­cha­ni­sche Span­nung ein­ge­führt. Auf­grund der ver­gleichs­wei­se ein­fa­chen Ge­ge­ben­hei­ten wird nur die Zug­span­nung un­ter­sucht:

• Be­rech­nung der Zug­span­nung in einer Fahr­rad­spei­che
• Be­rech­nung der Kreis­flä­che
• Ver­gleich mit der Zug­fes­tig­keit ver­schie­de­ner Werk­stof­fe (Ta­bel­len­wer­ke)
• Be­rech­nen der Si­cher­heit gegen Ab­rei­ßen

2. Wei­te­re tech­ni­sche Sys­te­me

Um den Schü­lern die Viel­falt tech­ni­scher Sys­te­me vor Augen zu füh­ren, wird im Rah­men der fol­gen­den Un­ter­richts­ein­heit ein völ­lig an­de­res tech­ni­sches Sys­tem vor­ge­stellt, bei dem ein Schwer­punkt im Be­reich der Zug­be­las­tung ge­ge­ben ist.

 

2.1 Tech­ni­sches Sys­tem 'Zug­seil einer Seil­bahn'

Zeit­be­darf: 1 Stun­de
Als Bei­spiel wird das Zug­seil einer Seil­bahn auf­ge­grif­fen; hier­für sind im In­ter­net reale Daten ab­ruf­bar
(Wi­ki­pe­dia, www.​youtube.​com/​watch?​v=yJg​fR3n​ZEK0 ).

In­ter­es­sant ist vor allem die Zug­be­las­tung in­fol­ge des Ei­gen­ge­wichts des Seils.

2.2 Tech­ni­sches Sys­tem 'Nuss­kna­cker'

Zeit­be­darf: 2 Stun­den (davon 1 Stun­de für die Klas­sen­ar­beit)

Als Vor­be­rei­tung auf die Klas­sen­ar­beit in der nächs­ten Stun­de wer­den die Be­las­tungs­ar­ten an den ver­schie­de­nen Bau­tei­len des tech­ni­schen Sys­tems 'Nuss­kna­cker' un­ter­sucht und an­schlie­ßend die me­cha­ni­sche (Zug-) Span­nung in zwei Bau­tei­len be­rech­net.
Der Ver­gleich mit dem ge­ge­be­nen Werk­stoff­kenn­wert er­gibt die er­for­der­li­che Si­cher­heit gegen Bruch.

Im Rah­men der an­schlie­ßen­den Klas­sen­ar­beit wer­den fol­gen­de In­hal­te be­rück­sich­tigt:

• Er­ken­nen der Be­las­tungs­ar­ten aus­ge­wähl­ter Bau­tei­le
• Be­rech­nen der Zug­span­nung in 2 glei­chen Stä­ben bei vor­ge­ge­be­ner Kraft
• Be­rech­nung der Si­cher­heit gegen Bruch bei vor­ge­ge­be­nem Werk­stoff (Rm)
• Selbst­ar­beit mit an­schlie­ßen­der Be­spre­chung

 

2.3 Tech­ni­sches Sys­tem 'Fel­gen­brem­se'

Zeit­be­darf: 1 Stun­de

Die The­men­stel­lung ist Ge­gen­stand einer Klas­sen­ar­beit, die fol­gen­de In­hal­te be­rück­sich­tigt:

• Un­ter­su­chung der Be­las­tungs­art aus­ge­wähl­ter Ein­zel­tei­le
• Be­rech­nung der Zug­span­nung im Brems­seil
• Be­rech­nung der Si­cher­heit gegen Ab­rei­ßen
  

 

2.4 Teil­sys­tem 'Brem­se' des tech­ni­schen Sys­tems 'Fahr­rad'

Zeit­be­darf: 1 Stun­de

Die The­men­stel­lung ist Ge­gen­stand einer Klas­sen­ar­beit, deren Auf­bau sich an den hier vor­ge­stell­ten Übun­gen ori­en­tiert.

 

Wei­ter zu

Ma­te­ri­al