Funktionsmodell nach der Sägemühle von Hierapolis

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1 Funktionsmodell nach der Sägemühle von Hierapolis Stand: Jahrgangsstufen Lernbereich 2: Modul Fach/Fächer Übergreifende Bildungs- und Erziehungsziele Zeitrahmen Benötigtes Material Informationstechnologie, Geschichte Technische Bildung 4 Doppelstunden CAD-Software, Teilebibliothek Kompetenzerwartungen Die Schülerinnen und Schüler analysieren, skizzieren und beschreiben komplexe zusammengesetzte Werkstücke, um das Zusammenspiel der Einzelteile und deren Funktion zu klären. erzeugen mithilfe geeigneter Software Einzelbauteile (z. B. Rad) und montieren Baugruppen (z. B. einfaches Fahrzeug), um zusammengesetzte Werkstücke funktionsgerecht darzustellen. erstellen am Computer Explosionsdarstellungen von zusammengesetzten Werkstücken, um die Montage der Einzelteile zu veranschaulichen. setzen Visualisierungstechniken ein und simulieren Bewegungsabläufe, um mechanische Zusammenhänge realitätsnah wiederzugeben. Aufgabe Herr Antik, Geschichtslehrer an deiner Realschule, hat für seinen Geschichtsunterricht zum Thema Technik verändert das Leben des Menschen ein tolles Bild in der freien Enzyklopädie Wikipedia entdeckt: Die Sägemühle von Hierapolis. Diese Wassermühle aus dem 3. Jh. n. Chr. gilt als die erste bekannte Maschine mit Kurbelwelle und Pleuel. Herr Antik weiß, dass man im Fach IT lernt wie virtuelle Funktionsmodelle erzeugt werden. Er bittet deshalb deine Gruppe, in Absprache mit der IT-Lehrkraft, ein möglichst realitätsnahes, animiertes Modell zu erstellen. Seite 1 von 7

2 Aufgaben: 1. Analysiere, skizziere und beschreibe das Zusammenspiel der Einzelteile und deren Funktion mithilfe eines Aktivitätsdiagramms. Verwende für die Beschreibung die in der folgenden Bildvorlage angegebenen Namen der Bauteile. Wasserrad Welle Stockrad Kammrad Kurbelrad Welle Pleuel Säge 2. Dein IT-Lehrer hat zu eurer Unterstützung bereits einige Bauteile konstruiert und in einer Bibliothek abgelegt. Erzeuge die noch fehlenden Einzelbauteile in einem 3D-CAD-System und montiere sie in verschiedenen Baugruppen zu einem Gesamtmodell. 3. Erstelle eine Explosionsdarstellung als Montageanleitung zur bereits vorgegebenen Baugruppe Säge. 4. Wähle geeignete Texturen, damit dein 3D-Modell möglichst echt aussieht. 5. Simuliere die Bewegungsabläufe der Sägemühle durch geeignete Linear- bzw. Rotationsbewegungen. Seite 2 von 7

3 Hilfestellung zu Aufgabe 1 Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS Für eine bessere Vorstellung der Bewegungsabläufe kann der Simulationsfilm gezeigt werden. Hilfestellungen zu Aufgabe 2 Geringe Hilfestellungen: Zur Überprüfung, welche Einzelbauteile noch fehlen, kann die Bildvorlage der Sägemühle von Hierapolis (aus Wikipedia) oder die gerenderte Baugruppenzeichnung aus der Lösung zu Aufgabe 2 und 4 herangezogen werden. Für die Montage der verschiedenen Baugruppen zu einem Gesamtmodell kann die Baugruppen-Vorlage (Zin-Saegemuehle-Vorlage.asm) aus der gegebenen Teilebibliothek verwendet werden. Seite 3 von 7

4 Mittlere Hilfestellung: Für die Erstellung können Zeichnungsvorlagen als Vorschlag für die fehlenden Teile Säge, Pleuel und Holzstück zur Verfügung gestellt werden. Der Bolzen für die Verbindung von Säge und Pleuel muss eigenständig konstruiert werden. Umfangreiche Hilfestellung: Die fehlenden 3D-Bauteile werden aus der Teile-Bibliothek zur Verfügung gestellt. Quellen- und Literaturangaben Bild Römische Sägemühle in Hierapolis (Stand: Juli 2017) CC BY 3.0, Urheber: chris 論, Tullia Ritti, Klaus Grewe, Paul Kessener: "A Relief of a Waterpowered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications", Journal of Roman Archaeology, Vol. 20 (2007), pp (148, fig. 10) Hintergrundinformationen zur Sägemühle von Hierapolis (Stand: Juli 2017) Teilebibliothek, Screenshots, Technische Zeichnung, Aktivitätsdiagramm: erstellt vom Autor Hinweise zum Unterricht Die Aufgabe ist ein Vorschlag für eine abschließende Arbeit zum Modul Es wird vorausgesetzt, dass die Module und bereits behandelt wurden. Die besondere geschichtliche Bedeutung der Säge von Hierapolis und das Bild aus Wikipedia sollen die Schüler motivieren, die Sägemühle als Funktionsmodell zum Leben zu erwecken. Die Seite 4 von 7

5 Schüler sollen die Aufgabe zunächst mit geringen Hilfestellungen versuchen. Bei Schwierigkeiten können die Hilfestellungen nacheinander angeboten werden. Zur Steigerung der Schwierigkeit können Bauteile vorgegebener Baugruppen, z. B. das Wasserrad, von Schülern selbst konstruiert und montiert werden. Die Dateien in den Bauteilebibliotheken wurden mit Solid Edge ST 2 erstellt, d. h. sie können ab dieser Solid-Edge-Version verwendet und weiterbearbeitet werden. Bei der Verwendung von Baugruppen aus der Teilebibliothek ist darauf zu achten, dass diese nach dem Einfügen in eine neue Baugruppe aktiviert werden müssen. Außerdem sollte beachtet werden, dass alle Dateien im selben Ordner abgespeichert werden. Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler Aufgabe 1 Analyse und Beschreibung des Zusammenspiels der Einzelteile: Aktivitätsdiagramm Wasser versetzt das Wasserad mit Welle und Stockrad in Rotationsbewegung Das Kammrad überträgt und übersetzt die Rotationsbewegung vom Stockrad auf die zweite Welle mit Kurbelrad Über das Pleuel wird die Rotationsbewegung vom Kurbelrad in eine Linearbewegung umgeformt und auf die Säge übertragen Seite 5 von 7

6 Aufgabe 2 und 4 Komplette Bauteilebibliothek für das Funktionsmodell Die markierten Bauteile sollen von den Schülern erstellt werden. Gerenderte Baugruppenzeichnung Seite 6 von 7

7 Aufgabe 3 Lösungsvorschlag zur Explosionsdarstellung der Baugruppe Säge Aufgabe 5 Simulation der Bewegungsabläufe (vgl. Filmdatei) Der Datei Zin-Säge02.asm können unter Motor simulieren die Bewegungseinstellungen entnommen werden: Seite 7 von 7