Projektarbeit Hydraulikheber - eine Dokumentation - Auszug aus dem Lehrplan für die sechsstufige Realschule, Informationstechnologie Jahrgangsstufe 9: IT 9.5 Projektarbeit (ca. 20 Std.) Die Schüler planen, verwirklichen und dokumentieren ein Projekt mithilfe informationstechnischer Mittel und Arbeitstechniken. Dabei festigen und erweitern sie ihre bisher erworbenen Kenntnisse und Fertigkeiten und wenden sie kreativ an. Planung und Durchführung eines Projekts Projektinitiative: Themenwahl Analyse und Erstellen eines Grobkonzepts: Aufgabenstellung, Projektplanung, Terminplanung, Arbeitsteilung, grafische Darstellung des Projektablaufs Entwurf und Entscheidung: Informationsbeschaffung und Zusammenfassung Realisierung: z. B. Bild- und Textbeschaffung aus dem Internet, eigene Recherchen, Bildbearbeitung, Erstellen von Diagrammen, Aufbereitung multimedialer Komponenten, Einsatz eines Programmierwerkzeugs oder Simulationstools, Grafikprogramm Zusammenfassen der Ergebnisse und Reflexion: ggf. Überarbeitung der Projektplanung und Arbeitsteilung Implementierung: Erstellung und Vernetzung der Objekte Präsentation der Ergebnisse Nutzung, Dokumentation und Pflege des Projektes J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 1 von 16
1. Planung Projektinitiative Themenwahl Im ersten Halbjahr erwarben die Schüler das Grundwissen über die Darstellung und Konstruktion von Drehkörpern mit der Hand und mit CAD-Programmen. Die Fertigkeiten und Fähigkeiten sollen bei der Durchführung eines Projektes mit informationstechnischen Mitteln angewendet werden. Die Physiksammlung bietet eine Vielzahl von Objekten, die aus Drehkörpern zusammengesetzt sind. Die Schüler wählten den Hydraulikheber, vielleicht wegen des geheimnisvollen Innenlebens, dem sie auf die Spur kommen wollten. Analyse und Erstellen eines Grobkonzepts Aufgabenstellung Kennenlernen der Form und Funktion Darstellung, Zusammenbau, Materialzuweisung und Animation mit einem CAD-Programm Präsentation mit den erlernten informationstechnischen Mitteln als Mappe und als Webseite Projektplanung Eine so komplexe Aufgabe kann nur in arbeitsteiliger Gruppenarbeit erfolgen. Es müssen sehr viele Teile in der Materialbibliothek abgelegt werden. Sonderaufgaben wie das Anlegen eines Albums mit digitalen Fotos, Recherchen zu physikalischen Gesetzmäßigkeiten und Funktion von Messschiebern, Umgang mit Datenbanken und Tabellenkalkulation kommen dazu. Terminplanung Fertigung der Gesamtzeichnung Zerlegen und verteilen der Erstellen der Stückliste, Analyse der Normteile Zeichnung der Erfüllen der Sonderaufgaben Anlegen der Projektmappe CAD-Konstruktion der für die Materialbibliothek Zusammenbau mit 3D-Abhängigkeiten Simulation des Bewegungsablaufes Erstellen der Präsentation Arbeitsteilung Es werden fünf Gruppen zu je drei Schülern mit folgenden Aufgaben gebildet: Zeichnung von fünf n Eintrag von acht Teilen in die Stückliste Beitrag von einer Baugruppe von mindestens fünf Teilen zur Materialbibliothek Übernahme einer Sonderaufgabe Jeder Schüler kann dann für seine Aufgaben auf alle Materialien zugreifen. Erstellen der eigenen Projektmappe Präsentation einer Funktionssimulation J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 2 von 16
Grafische Darstellung des Projektablaufs Team I Fertigung der Gesamtzeichnung Team II Fertigung der Gesamtzeichnung Team III Fertigung der Gesamtzeichnung Team IV Fertigung der Gesamtzeichnung Team V Fertigung der Gesamtzeichnung Team I Zerlegen in Team II Zerlegen in Team III Zerlegen in Team IV Zerlegen in Team V Zerlegen in Team I Erstellen der Stückliste, Analyse der Normteile Team II Erstellen der Stückliste, Analyse der Normteile Team III Erstellen der Stückliste, Analyse der Normteile Team IV Erstellen der Stückliste, Analyse der Normteile Team V Erstellen der Stückliste, Analyse der Normteile Gemeinsamer Pool für alle Mitschüler Team I Erfüllen der Sonderaufgaben Team II Erfüllen der Sonderaufgaben Team III Erfüllen der Sonderaufgaben Team IV Erfüllen der Sonderaufgaben Team V Erfüllen der Sonderaufgaben Team I CAD- Konstruktion der Team II CAD- Konstruktion der Team III CAD- Konstruktion der Team IV CAD- Konstruktion der Team V CAD- Konstruktion der Team I Zeichnung der Team II Zeichnung der Team III Zeichnung der Team IV Zeichnung der Team V Zeichnung der J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 3 von 16
2. Möglichkeiten der Darstellung Die einfachste Möglichkeit war die fotografische Darstellung mittels digitaler Schulkamera. J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 4 von 16
3. Gesamtzeichnung Um eine maßstabsgetreue Darstellung zu erhalten, musste zunächst der Umgang mit einem Messschieber erlernt werden. Die notwendigen Informationen wurden im Internet gefunden. Man konnte hier sogar den Gebrauch der Noniusskala üben. Nach dem Auftrag eine Gesamtzeichnung zu erstellen bildeten sich Dreiergruppen heraus: Ein Schüler maß, einer skizzierte das Ergebnis, der dritte fertigte die Zeichnung an. Die Zeichnung dient in erster Linie der Förderung des Vorstellungsvermögens der Schüler. Das Raumbild einer derart komplexen Aufgabe würde jedoch Schüler dieser Jahrgangsstufe überfordern. Es wird auch nicht mehr so Wert auf eine normgerechte Zeichnung gelegt, da diese bei der Arbeit mit CAD ohnehin als Nebenprodukt entsteht. J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 5 von 16
4. Werkzeug Vor dem Zerlegen war eine weitere Sonderaufgabe zu erfüllen. Zunächst musste eruiert werden welche Werkzeuge überhaupt benötigt wurden. Dann wurden sie von einer Schülergruppe mitgebracht. J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 6 von 16
5. Zerlegen der Hydraulikheber Ein mit großer Spannung erwarteter Augenblick war das Zerlegen des Hydraulikhebers. Wir entschlossen uns, diese Arbeit doch im Werkraum durchzuführen, da wir keine Zeichenkartons mit Fettflecken haben wollten. Zunächst wurde über einer Kunststoffwanne aus dem ehemaligen Fotolabor die Ölablassschraube gelöst und das Hydrauliköl abgelassen. Die Schüler jeden Teams montierten dann ihre Teile ab und säuberten sie vom restlichen Öl. Da unser CAD-Programm über eine Datenbank zum Einfügen von 3D-Normteilen verfügt, wurden die gerade gelösten Schrauben, Muttern und sonstigen Normteile vermessen und die dazugehörige Bezeichnung im Normenbuch nachgeschlagen und notiert, um in die Stückliste aufgenommen werden zu können, die noch anzufertigen war. Als Hausaufgabe musste sich jeder Schüler überlegen wie der Hydraulikheber funktioniert, und das Prinzip in einer schematischen Skizze darstellen. J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 7 von 16
6. Die Funktion des Hydraulikhebers Hebelgesetz a3 F ; 3 = F2 a 2 Druck in kommunizierenden Gefäßen A1 F ; 2 = F1 A 2 Kombination der beiden Formeln a3 A1 F ; 3 = F1 a A 2 2 Sonderaufgabe: Berechnung mit Variablen (Tabellenkalkulation) J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 8 von 16
7. Die Bevor eine Stückliste erstellt werden konnte wurden die zunächst wieder fotografisch festgehalten und auf unseren gemeinsamen Ordner Album abgelegt. Die Aufgabe eines Schülers war es nun, die zu nummerieren. Jedes Team überlegte sich möglichst schlüssige Bezeichnungen für seine Teile und ergänzte die Stückliste im Ordner Vorlagen. Auch DIN-Bezeichnungen oder Rohmaße wurden eingetragen. Nachdem eine echte Multiuserfunktion bei MS-Word nicht möglich ist, wurde die Datei abwechselnd bearbeitet. J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 9 von 16
8. Die Stückliste 1 1 Grundplatte 75 x 75 x 30 2 1 Zylinderring Ø 55 Ø 30 x 2 3 1 Zylinderrohr Ø 55 Ø 60 x 114 4 1 Zylinderkopf Ø 60 x 14 5 1 Zylinderdichtung 6 6 Gewindestange 7 1 Teleskoprohr außen Ø 30 Ø 25 x 114 8 1 Teleskoprohr innen Ø 20 Ø 16 x 114 9 1 Teleskopring Ø 24,8 x 22 10 1 Stöpsel Ø 20 x 18 11 1 Ventildeckel Ø 20 x 8 12 1 Konus Ø 14 x 85 13 1 Ventilhebel 8 x 62 x 20 14 1 Pumpengehäuse 30 x 75 x 55 15 1 Pumpengehäusedichtung 16 1 Pumpenkolben Ø 12 x 95 17 1 Kolbendichtung 18 1 Pumpendeckel 30 x 30 x 8 19 1 Pumpenhebel 15 x 15 x 150 20 1 Hebellager 5 x 15 x 90 21 1 Riegel 5 x 12 x 30 22 1 Mutter 23 1 Zylinderstift 5m6 x 26 24 2 Senkkopfschraube M3 x 16 25 2 Stahlfeder DIN 17 223 1 A 0,5 26 1 Dichtung 27 2 Kugel Ø 8 DIN 5401 28 6 Mutter M6 DIN EN 24032 29 6 Beilagscheibe 30 5 Zylinderschraube mit Innensechskant M6 x 40 DIN EN ISO 4762 31 1 Beilagscheibe 32 1 Zylinderschraube mit Außensechskant M4 x 10 DIN EN ISO 4762 33 2 Splint 34 4 Sicherung 35 4 Beilagscheibe 36 3 Schraube M4 x 16 DIN EN ISO 4762 37 1 Splint 38 1 Flache Sechskantmutter M16 DIN EN 24035 Datum Name Bearb. Gepr. Hydraulikheber Norm Blatt Bl. Zust. Änderung Datum Nam. Urspr. Ers. für: Ers. durh J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 10 von 16
9. Zeichnerische Darstellung der Dasselbe Vorgehen wie bei der Gesamtzeichnung erfolgte jetzt in gleicher gruppenteiliger Arbeit für die. Die Schüler brachten ihre eigenen Messschieber mit, um Wartezeiten zu vermeiden. Eine besonders originelle Art Maß zu nehmen entwickelte ein Schüler mit der Frottagetechnik: Er rieb die Flächen (wie ein Geldstück) durch und ersparte sich somit eine Freihandskizze. J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 11 von 16
10. Präsentation in Form von Projektmappen Die bisherigen Arbeiten sollten nun gesammelt und als Projektmappe zur Zwischenbenotung präsentiert werden. Ein Termin zur Abgabe wurde festgesetzt. Den Bewertungsbogen erhielten die Schüler schon vorher: Beurteilung der Projektmappe Hydraulikheber Schuljahr 2001 / 2002 Klasse: 9a Name: Name 2 Team 5 : Name 1, Name 2, Name 3: Teil 10, Teil 11, Teil 13, Teil 14, Teil 15, Note: Sehr gut 5 4 3 2 1 0 ungenügend Deckblatt Aufbau und Inhaltsangabe Gesamtzeichnung Freihandskizzen Zeichnung der Sonderbeiträge Jedem Team stehen insgesamt fünfzehn Punkte zu, die es auf die einzelnen Mitglieder je nach Leistung verteilt. Gesamtpunkte Prozent Punkte Note 100-93 35-33 1 92-77 32-28 2 76-61 27-22 3 60-45 21-16 4 44-20 15-8 5 19-0 7-0 6 J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 12 von 16
11. Umwandlung in digitale Daten Jeder Schüler konstruierte nun in seinem Team vorbereitete Teile mit dem CAD- Programm. Teil 2: Zylinderring Teil 21: Riegel Teil 11: Ventildeckel Teil 18: Pumpendeckel Teil 19: Pumpenhebel Teil 1: Grundplatte Teil 14: Pumpengehäuse Teil 16: Pumpenkolben Teil 12: Konus Teil 20: Hebellager Teil 13: Ventilhebel J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 13 von 16
Teil 4: Zylinderkopf Teil 10: Stöpsel Teil 3: Zylinderrohr Teil 7: Teleskoprohr außen Teil 8: Teleskoprohr innen Teil 9: Teleskopring Es ergab sich nun auch für die Schüler die Notwendigkeit Schnittdarstellungen zu verwenden. J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 14 von 16
12. Virtueller Zusammenbau Jetzt konnten unserer Materialbibliothek die und der Datenbank des CAD-Programms die 3D-Normteile (Schrauben, Muttern...) entnommen werden. Dann baute jeder Schüler den Hydraulikheber durch Hinzufügen von 3D-Abhängigkeiten zusammen. J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 15 von 16
13. Simulation Da wir eine Vielfalt an Materialzuweisung und Bewegungssimulation haben wollten, installierten sich die Schüler das kostenlose Programm G-MAX. Norbert Forster hat auf seiner Webseite der Uni Erlangen hervorragende Rezepte nach denen die Schüler arbeiteten: Wir wollten Daten aus unserem CAD-Programm in G-MAX verwenden und ordneten deshalb den Objekten jeweils eine eigene Farbe zu, die später in G-MAX getrennt weiter verarbeitet werden konnte. Wir wählten unter "Datei" - "Exportieren..." zunächst das 3DS-Format. Dieses Format exportiert auch alle Lichter und Kameras, die wir in CAD bereits erstellt hatten. Beim Import in MAX unter "Datei" - "Importieren" hatten wir die Möglichkeit, die Objekte in eine bestehende Szene zu integrieren, oder eine neue Szene zu erstellen. Wir aktivierten "convert units", damit wir später die Objekte nicht lange suchen/skalieren mussten, weil sie zu klein für die Szene sind. (Inches sind 25,4 mal größer als unsere TZ/CAD-Millimeter.) 14. Präsentation Das Ergebnis war überwältigend. Bei der Präsentation vor der Klasse nahm das Fachsimpeln kein Ende mehr. Jetzt müssen wir noch entscheiden, welche Arbeit in unserer Schulhomepage zu sehen sein wird. J. M. L. Pasquay hydheb.pdf Seite 16 von 16