Un­ter­richts­zy­klus

Un­se­re TGT9-Klas­sen ar­bei­ten im Schul­jahr 13/14 an Pro­jek­ten, bei denen sich jede Ar­beits­grup­pe ein ei­ge­nes Thema sucht und die­ses in gro­ßer Frei­heit be­ar­bei­tet. Um den­noch einen Teil der No­ten­fin­dung ver­gleich­bar zu ma­chen und gleich­zei­tig Wis­sen zu ver­mit­teln, das bei die­sen Pro­jek­ten ge­braucht wer­den kann, wur­den in sie­ben Unterrichts­stunden In­hal­te zum The­men­be­reich Fügen un­ter­rich­tet, geübt und ab­ge­prüft.

Un­se­re bei­den TGT9-Klas­sen be­ste­hen aus 25 bzw. 27 Schü­lern und Schü­le­rin­nen.
Der Theo­rie­un­ter­richt in me­cha­ni­scher Tech­nik ist je­weils eine Stun­de pro Woche.
Ziele der Un­ter­richts­ein­heit sind

• das Wesen des Fü­gens als Mit­tel zum Auf­bau von Bau­grup­pen aus Ein­zel­tei­len oder
  Un­ter­grup­pen zu er­ken­nen.
• die Be­deu­tung der Werk­stoff­fes­tig­keit von Fü­ge­mit­teln zu er­fas­sen.
• Schrau­ben nach vor­ge­ge­be­ner Last aus­wäh­len zu kön­nen.
• den Ein­fluss von Fü­ge­ver­fah­ren auf Re­cy­cling- und Re­pa­ra­tur­freund­lich­keit zu er­ken­nen.

1. Stun­de: Lös­bar – Un­lös­bar, Kle­ben als Stoff­schluss

Schü­ler und Schü­le­rin­nen nach be­kann­ten Mög­lich­kei­ten fra­gen, Ge­gen­stän­de zu ver­bin­den und in zwei Spal­ten, lös­ba­re und un­lös­ba­re Fü­ge­ver­bin­dun­gen – zu­nächst ohne Über­schrift – ein­tra­gen,
Grenz­fäl­le (z. B. Na­geln) zwi­schen die Spal­ten. Durch Fra­gen nach ge­mein­sa­men Merk­ma­len in den je­wei­li­gen Spal­ten zu der Un­ter­schei­dung lös­bar - un­lös­bar füh­ren und das Un­ter­schei­dungs­kri­te­ri­um - Lös­bar mit / ohne Zer­stö­rung – er­ar­bei­ten.
An­hand von Ge­trän­ke­kar­tons aus ver­kleb­ten Schicht­werk­stof­fen auf­zei­gen, wel­che Schwie­rig­kei­ten beim Tren­nen der ver­schie­de­nen Werk­stof­fe auf­tre­ten. Aus­wir­kung auf die Re­cy­cling­mög­lich­kei­ten be­spre­chen. USB-Laut­spre­cher (für z. B. Smart­pho­nes) mit Schnapp­ver­bin­dun­gen öff­nen, wobei ei­ni­ge der Schnapp­ha­ken ab­bre­chen. Aus­wir­kung auf die Re­pa­ra­tur­mög­lich­keit auf­zei­gen.
(Schü­ler und Schü­le­rin­nen nann­ten dar­auf­hin als Bei­spiel einen fest ein­ge­lö­te­ten Akku und spra­chen den Be­griff „Ge­plan­te Ob­s­zo­le­s­zenz“ an! Es gibt einen Film zu die­sem Thema.)
Ex­em­pla­risch für Stoff­schluss: Kle­ben, da am nächs­ten an der Er­fah­rungs­welt der Schü­ler und Schü­le­rin­nen. In Klas­se 8 gab es das Pro­jekt „Brü­cke aus DIN-A4-Blät­tern“ mit viel Kleb­stoff.
Als Ein­füh­rung Sze­nen aus einem Lehr­film zum Thema Ad­hä­si­on und Ko­hä­si­on.

2. Stun­de: Vor­aus­set­zun­gen für eine gute Kle­be­ver­bin­dung

Pa­pier­strei­fen - je­weils zwei tro­cken und zwei nass – über­lap­pen und von je zwei Schü­lern aus­ein­an­der zie­hen las­sen. → deut­lich er­höh­te Ab­zugs­kraft bei nas­sem Pa­pier → Ad­hä­si­on durch Kleb­stoff Was­ser er­höht. - nasse Pa­pier­strei­fen über­lap­pen und das Was­ser mit Käl­te­spray „aus­här­ten“. (Käl­te­spray in der Apo­the­ke er­hält­lich.)

Beim Ver­such, die Strei­fen aus­ein­an­der zu zie­hen, reißt das Pa­pier neben der Kle­bung.
Ko­hä­si­on des Kleb­stof­fes Was­ser durch Ein­frie­ren.
Der­sel­be Ver­such mit (Son­nen­blu­men-)öl­ge­tränk­tem Pa­pier zeigt deut­lich schlech­te­re Fes­tig­keit, da das Öl nicht fest genug wird. Zu ge­rin­ge Ko­hä­si­on, durch fal­sche Kleb­stoff­wahl, fal­sche Tem­pe­ra­tur.
Der Ver­such, das ge­öl­te Pa­pier noch mit Was­ser zu kle­ben miss­lingt, da es ab­perlt.
Zu ge­rin­ge Ad­hä­si­on durch ver­schmutz­te Kle­be­flä­chen.

3. Stun­de: Kraft- und Form­schluss beim Fügen

Ver­such 1: zwei Schü­ler und Schü­le­rin­nen haken sich mit ab­ge­win­kel­ten Fin­gern ein und zie­hen ge­gen­ein­an­der wie beim Fin­ger­ha­keln.
Ver­such 2: Ein Schü­ler oder eine Schü­le­rin legt die fla­che Hand­flä­che auf die Hand­flä­che eines Part­ners. Beim Zie­hen glei­ten die Flä­chen an­ein­an­der ab. Da­nach drückt dann eine drit­te Per­son  (aus Si­cher­heits­grün­den die Lehr­kraft!) die fla­chen Hände so zu­sam­men, dass sie nicht aus­ein­an­der ge­zo­gen wer­den kön­nen.
Skiz­zie­ren der bei­den Ver­su­che an der Tafel und Un­ter­su­chen  be­züg­lich Lage der hal­ten­den Flä­chen und der Art der hal­ten­den Kräf­te.
Bei Ver­such 1 mit Druck­kräf­ten und Flä­chen quer zur Lastrich­tung den Be­griff „form­schlüs­sig“ ein­füh­ren.
Bei Ver­such 2 mit Rei­bung und Flä­chen par­al­lel zur Lastrich­tung den Be­griff „reib- und
kraft­schlüs­sig“ ein­füh­ren. Kraft­wir­kung der Rei­bung an­spre­chen (z. B. Brem­sen).
Ar­beits­blatt 1 Fügen aus­ge­ben und ge­ge­be­nen­falls als Haus­auf­ga­be be­ar­bei­ten las­sen. Be­zeich­nung der Fü­ge­ver­bin­dun­gen vor­ge­ben und ge­mein­sam ein­tra­gen.

4. Stun­de: Kraft- und form­schlüs­si­ge Schraub­ver­bin­dun­gen

Ar­beits­blatt 1 Fügen be­spre­chen, die bei­den Schraub­ver­bin­dun­gen aus­spa­ren, aber be­son­ders die Niet­ver­bin­dung be­ach­ten, mit Un­ter­schei­dung in form­schlüs­si­ges Kalt­nie­ten und kraft­schlüs­si­ges Warm­nie­ten. Als Real­teil wa­ckeln­de kalt­ge­nie­te­te Ver­bin­dung.
Ar­beits­blatt 2 Fügen aus­ge­ben und die ab­ge­bil­de­ten Schraub­ver­bin­dun­gen auf Lage der hal­ten­den Flä­chen und Art der Hal­te­kräf­te un­ter­su­chen. Be­stim­men des Fü­ge­prin­zips.

Pro­ble­ma­ti­sie­rung : Wie stark kann eine Schrau­be be­las­tet wer­den?
→ ver­schie­de­ne Werk­stof­fe: Fes­tig­keits­klas­sen aus Ta­bel­len­buch Me­tall.
→ un­ter­schied­li­che tra­gen­de Flä­chen: Span­nungs­quer­schnitt eben­da.
An Schrau­ben­bei­spie­len die Zug­be­las­tung bis zu Ver­for­mung/Bruch be­rech­nen.
Aus­ga­be der Ta­bel­le Längs­kraft und An­zugs­mo­ment und Ver­gleich mit den selbst be­rech­ne­ten Wer­ten.

5. Stun­de: Längs­kraft und An­zugs­mo­ment bei Schrau­ben, Selbst­hem­mung durch Rei­bung

Pro­ble­ma­ti­sie­rung : Wie ist es mög­lich, dass durch ge­rin­ge Hand­kraft eine gi­gan­ti­sche Schrau­ben­längs­kraft ent­steht?
Kurze Ein­füh­rung zum He­bel­ge­setz an­hand der be­kann­ten Spiel­platz­wip­pe.
→ Gol­de­ne Regel der Me­cha­nik, Kon­stanz von Kraft x Weg.
Ein­füh­rung des Dreh­mo­ments, ver­an­schau­licht durch Arm­drü­cken, Ober­arm als dre­hen­de Welle, Un­ter­arm als Hebel.
Be­spre­chung ei­ni­ger Bei­spie­le ein­fa­cher Ma­schi­nen mit Ta­bel­len­buch Me­tall.
Er­ar­bei­ten der For­mel   F _h x l x 2 p = M x 2 p = F _l x P
und be­rech­nen von Bei­spie­len, aus­ge­hend von Hand­kraft und Schrau­ben­schlüs­sel­län­ge über das Dreh­mo­ment.
Pro­ble­ma­ti­sie­rung: Warum ste­hen in der Ta­bel­le so­viel klei­ne­re Werte für die Längs­kraft?
→ En­er­gie­ver­lust durch Rei­bung im Ge­win­de und an den Auf­la­ge­flä­chen Kopf/Mut­ter.
Zum Ver­gleich: Drill­boh­rer mit sehr gro­ßer Stei­gung. Die Mut­ter „fällt“ ent­lang der Ge­win­de­stan­ge nach unten, keine Selbst­hem­mung.
Be­deu­tung der Rei­bung für Be­fes­ti­gungs­ge­win­de her­aus­stel­len.
Durch Ver­gleich der er­rech­ne­ten Längs­kraft­wer­te mit den Ta­bel­len­wer­ten die Größe der Rei­bungs­ver­lus­te er­mit­teln. Als un­ge­fäh­ren Wert dann 85 % Ver­lust vor­ge­ben.

6. Stun­de: Übun­gen und Wie­der­ho­lung

7. Stun­de: Klas­sen­ar­beit

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Wei­ter zu

Ar­beits­blatt 1 Fügen