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Unterrichten mit MecLab® - Lehrerfortbildungsserver Baden

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1. 54 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 Station Handling 6 3 Inbetriebnahme der Station Handling Die Station Handling besteht aus einem zweiachsigen Handhabungssger t das f r einfache Montageaufgaben v llig ausreicht Beispiel Zusammenf gen von Deckel und Bodenteil des Werkst ckes Die Station Handling kann mehrere Aufgaben bernehmen e Bewegen eines WWerkst ckes e Montage des Bodenteils mit dem Deckel e In Zusammenarbeit mit den anderen Stationen von MecLab k nnen Sortier oder Montagefunktionen realisiert werden In der Station Handling ist ein mechanischer Zwei Backen Greifer eingebaut dessen Greifbacken an das zylindrische Werkst ck angepasst wurden Dieser Greifer kann gegen einen Vakuumgreifer ausgetauscht werden der als Zubeh r erh ltlich ist Die Station Handling wird fertig aufgebaut geliefert Allerdings kann es notwendig sein die Aufnahmen f r die Werkst cke neu zu justieren damit der Greifer die Werkst cke sauber aufnehmen und ablegen kann Als Basis f r das Handling dient eine Aluminiumprofilplatte mit Nuten auf der die Einzelteile des Moduls mit Hammermuttern befestigt werden Alle anderen Komponenten sind ebenfalls verschraubt und k nnen mit dem mitgelieferten Maul und Innensechskantschl ssel zerlegt und montiert werden Der mitgelieferte Schraubendreher dient vor allem zur Einstellung der Drossel R ckschlagventile Ben tigte Pneumatikschl uche k nnen mit dem Schlauchschn
2. Y Yorrang bei angeschlosserer Hardware Abbrechen Hilfe Abbildung 6 19 Dialogfenster des Multipolverteilers mit ge nderten Marken Die Prinzipskizze der Schaltplan und das Logikprogramm bilden zusammen die technischen Unterlagen des Projektes Gegebenenfalls k nnen diese durch Bedienungsanleitungen und Datenbl tter erg nzt werden 72 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 7 Tipps f r die Unterrichtsgestaltung 7 1 bersicht ber die mitgelieferten Medien Das Lernsystem MecLab besteht aus den drei Komponenten e Trainingshardware e Programmier und Simulationssoftware FluidSIM e Lernunterlagen Die Lernunterlagen bestehen aus folgenden Teilen Theorieteil Der Theorieteil vermittelt die wichtigsten Grundlagen der Automatisierungstechnik und Mechatronik Hier findet man Informationen ber Sensoren pneumatische und elektrische Antriebe Relaissteuerungen und Speicherprogrammierbare Steuerungen Auch ein Abschnitt ber die Geschichte der Automatisierungstechnik und die ingenieurwissenschaftliche Arbeitsweise findet sich hier Dieses Dokument ist als pdf Datei abgespeichert Zusammen mit MecLab haben Sie das Recht erworben diese Datei auszudrucken und an die Sch ler Ihrer Schule zu verteilen Sie d rfen die Inhalte jedoch nicht ver ndern Inbetriebnahmeanleitung dieses Handbuch Arbeiten mit MecLab Die Inbetriebnahmeanleitung besteht aus einer didaktischen Einf hrung sowie einer detaillie
3. verwendeten Ventile k nnen in einfacher Weise in ihrer Funktionalit t ver ndert werden 1 3 c 2 1 3 Abbildung 4 7 Umbau eines monostabilen 4 2 Wege Magnetventils a 4 2 Wege Magnetventil bliche Verwendung in Verbindung mit einem doppeltwirkenden Zylinder b 3 2 Wege Magnetventil Ruhestellung geschlossen in Verbindung mit einem einfachwirkenden Zylinder Anschluss 2 ist verschlossen c 3 2 Wege Magnetventil Ruhestellung offen in Verbindung mit einem einfachwirkenden Zylinder Anschluss 4 ist verschlossen der Zylinder ist ausgefahren in der abgebildeten Schaltstellung In Ihrer Grundfunktion handelt es sich um 4 2 Wege Magnetventile d h das Ventil verf gt ber 4 Anschl sse und 2 Schaltstellungen Die Station verf gt ber zwei Ventile e ein monostabiles 4 2 Wege Magnetventil e ein bistabiles 4 2 Wege Magnetventil Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 23 4 Station Stapelmagazin 24 Durch Verschlie en eines Ausganges kann das 4 2 Wegeventil zu einem 3 2 Wegeventil umgebaut werden Je nachdem ob man Ausgang 2 oder 4 schlie t entsteht ein 3 2 Wegeventil in Ruhestellung geschlossen oder offen Das monostabile 4 2 Wegeventil wird mit geschlossenem Ausgang 4 ausgeliefert wodurch ein 3 2 Wegeventil in Ruhestellung geschlossen entsteht Mit diesem Ventil kann dann z B der einfachwirkende Zylinder Stempelzylinder angesteuert werden Durch ffnen des Ausgangs 4 entsteht ein 4 2 Wegeventil zur Ansteuer
4. Anforderungen an die k nftigen Produzenten zu verdeutlichen Zur automatischen Ansteuerung des Stapelmagazins wird wie beim Transportband und dem Handlingsystem die Software FluidSIM verwendet Die Sch ler erhalten die M glichkeit sich in die Struktur und Funktion von Programmen f r die Automatisierung von Fertigungsabl ufen einzuarbeiten Hierzu ben tigen sie nur geringe Vorkenntnisse im Umgang mit CAD CAM Programmen Von Vorteil ist ein Vorwissen ber e die Funktion einfacher Schaltkreise e die Bedienung blicher Anwenderprogramme e den Ablauf von Produktionsprozessen und e die Grundlagen der Pneumatik Wenn zu diesen Inhalten kein oder nur geringes Vorwissen vorhanden ist k nnen die Kenntnisse in einem berschaubaren Zeitraum direkt am Modell sowie seinen peripheren Bauteilen und Baugruppen erarbeitet werden Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 17 4 Station Stapelmagazin 18 4 2 Komponenten der Station Stapelmagazin Die Station Stapelmagazin besteht aus mehreren Einzelkomponenten die je nach geforderter Aufgabenstellung individuell genutzt und kombiniert werden k nnen Es ist bewusst so gestaltet worden dass es an unterschiedliche technische Anforderungen flexibel angepasst werden kann Hierzu ist nur das beigef gte Werkzeug n tig Abbildung 4 3 Gesamtaufbau der Station Stapelmagazin In der nachfolgenden Tabelle sind die wichtigsten Bestandteile der Station Stapelmagazin jeweils mit de
5. Hinweis Nicht belegte Eing nge von UND Gliedern werden in FluidSIM immer auf high gesetzt Die Logikglieder werden nun verbunden und damit das Logikprogramm erstellt vgl Abbildung 6 15 Durch Schlie en des Eingabefensters wird das Programm im Digital Modul SPS gespeichert Nach Schlie en des Fensters kann die Simulation gestartet werden edDigalmodl iolxi Abbildung 6 15 vollst ndiges Logikprogramm Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 69 6 Station Handling Test der L sung in der Simulation Durch Klick auf die Start Taste wird die Simulation gestartet Wird dann Taster S1 bet tigt f hrt der Zylinder in der Simulation aus mit Taster S2 wieder ein Beachten Sie Erst nach Erreichen der jeweiligen Endlage kann wieder umgesteuert werden Optionen Fenster HE EIRARRAARA R m n a m mi wi er pitt 04 Produkte Prozesse Desktop Teachware Theorie vorlagen Schaltplan Handling Inbetriebnahme 8 ct Abbildung 6 16 Simulation des Schaltkreises 70 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 Station Handling Test am realen Handling Um die Station Handling mit FluidSIM zu verbinden muss der EasyPort in den Multipolverteiler der Station gesteckt und dieser mit dem USB Kabel mit dem PC und mit der Stromversorgung verbunden werden Im FluidSIM Programm wird nun das Symbol des Multipolverteilers auf die Arbeitsfl che gezogen 0000000 0 1 2 Abbildung 6 17
6. sentation Zusammenstellung wichtiger Graphiken zur Erl uterung im Unterricht Au erdem kann man zu allen Komponenten von MecLab in FluidSIM Informationen erhalten wenn man den Mauszeiger auf das entsprechende Symbol bewegt und die rechte Maustaste bet tigt Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 3 Inbetriebnahme der Stationen 3 1 Installation von FluidSIM Zum Steuern der Stationen von MecLab ist das Simulations und Steuerprogramm FluidSIM erforderlich Dies muss zun chst auf Ihrem Rechner installiert werden Der Rechner muss ber ein CD ROM Laufwerk sowie eine USB Schnittstelle Version 1 1 oder h her verf gen Zur Installation von FluidSIM legen Sie die beiliegende CD ROM ein ffnen das Verzeichnis FluidSIM starten die Datei setup exe und folgen der Installationsanleitung 3 2 Aufbau der Stationen Die Stationen von MecLab werden aufgebaut geliefert Um eine Station in Betrieb zu nehmen m ssen Sie folgende Schritte ausf hren 1 Stecken Sie das Interfacemodul EasyPort 1 in die daf r vorgesehene SubD Buchse des Multipolverteilers 2 2 Verbinden Sie das Netzteil mit dem EasyPort 3 Verbinden Sie den EasyPort mit dem mitgelieferten USB Kabel 4 mit dem PC Starten Sie FluidSIM klicken Sie auf Datei ffnen und laden Sie ein passendes Beispielprogramm siehe Tabelle 5 Starten Sie das Beispielprogramm durch Anklicken des Startpfeiles in FluidSIM Abbildung 3 1 Anschl
7. 7 3 Kopplung mehrerer Stationen 80 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 7 Tipps f r die Unterrichtsgestaltung Sollen eine oder mehrere Stationen gekoppelt werden muss ein Datenaustausch zwischen den Stationen stattfinden k nnen F r den Datenaustausch zwischen den Stationen gibt es prinzipiell drei M glichkeiten 1 Die Steuerung von zwei Stationen geschieht ber nur einen PC Dazu m ssen aber alle Signale beider Stationen auf einen Multipolverteiler verdrahtet werden 2 Sensoren auf den Stationen erfassen wenn Werkst cke in den Bearbeitungsbereich gelangen oder diesen verlassen In diesem Fall arbeiten die Stationen eigentlich unabh ngig voneinander Bei der Programmierung ist darauf zu achten dass keine Kollisionen auftreten k nnen 3 Datenaustausch zwischen den Steuerungen Dazu wird ein spezielles Kabel zwischen einem Eingang eines Multipolverteilers zu einem Ausgang des anderen Multipolverteilers gesteckt Wird der Ausgang aktiviert kann die andere Steuerung dies wie ein Sensorsignal verarbeiten Damit ist eine einfache Kommunikation zwischen den Steuerungen m glich Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 81 82 8 Arbeit an Projekten 8 1 Ziele des Projektunterrichts Der Projektunterricht ist eine komplexe Unterrichtsform in der nach einer nicht zwingend verbindlichen didaktischen Konzeption mit Projekten gearbeitet wird Das Projekt selbst ist f r die Auszubildenden das Ziel auf das alles Tun geri
8. Baden W rttemberg getestet wurde Dabei hat sich gezeigt dass der Einsatz realit tsnaher Medien wie MecLab bei den meisten Sch lern eine hohe Motivation zur Folge hatte Dies gilt nat rlich nur dann wenn die Sch ler wirklich Zugang zu den Stationen haben MecLab sollte daher nicht nur als Medium zum Ein ben von Programmiertechniken genutzt werden Ebenso wichtig ist die Besch ftigung mit den mechanischen Aspekten also der Auf und Umbau der Stationen Aufgrund der Rahmenbedingungen in den meisten Schulen kann dieser Aspekt leider nur eingeschr nkt verwirklicht werden Der Unterricht l sst sich grob in drei Phasen einteilen e Vorbereitungsphase e Projektphase e Nachbereitung und Bewertung Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 7 Tipps f r die Unterrichtsgestaltung 7 2 1 Vorbereitung Sch ler haben in der Regel keinen direkten Zugang zu industrieller Produktion und damit auch keine unmittelbare Beziehung zu diesem Thema Daher ist es empfehlenswert vor der Besch ftigung mit MecLab eine automatisierte Produktionsanlage mit den Sch lern zu besuchen Dabei spielt es praktisch keine Rolle was dort produziert wird Wichtig ist dass die Sch ler erkennen dass eine automatisierte Montageanlage immer die Funktionen e Transportieren e Handhaben e Magazinieren und Zuf hren von Werkst cken enth lt Diese Basisfunktionalit ten finden sich daher auch in MecLab wieder Daher sollten vor dem Besuch folgende
9. Sch ler verschiedene selbst bestimmte L sungswege beschritten werden k nnen Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 8 Arbeit an Projekten Der Begriff Projektunterricht wird in der schulischen Praxis oftmals sehr gro z gig verwendet Dabei gibt es Merkmale die das Unterrichtsverfahren Projekt bestimmen und beschreiben Der Projektunterricht ist nicht an die Einhaltung aller Merkmale gebunden aber er sollte einen gro en Teil dieser Merkmale enthalten Der Projektunterricht ist praxisrelevant Die Sch ler sollten im Projektunterricht die Einheit von Theorie und Praxis erkennen Dabei ist es unerheblich ob sie diese Einsicht bereits zu Beginn der Projektarbeit besitzen oder ob die Erkenntnis erst durch die Handlungserfahrung w hrend der Projektbearbeitung gewonnen wird Der Projektunterricht ist interdisziplin r Die hohe Komplexit t des Projektunterrichts fordert die Einbeziehung mehrerer wissenschaftlicher Disziplinen bzw mehrerer F cher Dabei sind die Technikwissenschaften an sich mehrdimensional und r cken das kreative Probleml sen in den Zielfokus Sie gehen von der Zweck Mittel Betrachtung aus und orientieren sich am naturgesetzlich M glichen dem konomisch Vern nftigen dem kologisch Vertretbaren sowie dem human W nschbaren Anders ausgedr ckt die Triebkraft der technischen Projektbearbeitung sind menschliche Bed rfnisse und technisches Handeln ist somit immer ein Handeln im Zielkonflikt Der Proj
10. Weil die h ufigste Aufgabe zweiachsigen Handhabungsautomaten darin besteht Werkst cke aus einem Magazin zu entnehmen Pick und anschlie end woanders wieder abzulegen oder zu montieren Place spricht man auch von Pick amp Place Ger ten Abbildung 6 2 Station Handling 52 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 2 6 Station Handling Komponenten der Station Handling Die Station Handling besteht aus zwei pneumatischen Linearachsen einem pneumatischen Greifer drei Ventilen zu Steuerung der pneumatischen Aktoren vier magnetischen N herungsschaltern zur Erfassung der Position der Achsen und weitern Komponenten Die Tabelle gibt eine bersicht ber die Komponenten deren Bedeutung und dem zugeh rigen Schaltzeichen Abbildung Symbol Beschreibung Greifer zum Festhalten der Werkst cke Magnetischer N herungsschalter zur Erfassung der Lage des Zylinderkobens 3 2 Wege Absperrhahn zum Absperren der Druckluft und Entl ften T Verteiler zur Verteilung der Druckluft Doppeltwirkender gef hrter Zylinder Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 53 6 Station Handling Abbildung Symbol Beschreibung Drossel R ckschlagventil dient zur Geschwindigkeitsregulierung der pneumatischen Antriebe 4 2 Wege Magnetventil mit pneumatischer R ckstellung 4 2 Wege Magnet Impulsventil Multipolverteiler Schnittstelle zum Anschluss aller Aktoren und Sensoren der Station Handling an den Steuer PC
11. aM DJ gm Lu ga du in 5 4 M4 5 A zZ im i orrang aktiv Abbildung 4 18 Programm mit Multipolverteiler Nun m ssen noch im Symbol des Multipolverteilers die Marken angepasst werden Dazu wird das Symbol durch Doppelklick ge ffnet Abbildung 4 19 Danach werden Marken gem der Tabelle 4 1 ge ndert Die Marken m ssen mit denen bereinstimmen welche im pneumatischen und elektrischen Schaltplan verwendet wurden Das Multipolsymbol stellt dann die Verbindung zur Station Stapelmagazin her Dabei ist es unwichtig wie die Marken hei en 1M1 ist die in der Technik bliche Bezeichnung die Marke k nnte auch Ventilmagnet links hei en Wichtig ist nur dass im pneumatischen und elektrischen Schaltplan dieselben Marken f r dasselbe Element benutzt werden und dass dieses Element im richtigen Steckplatz am Multipolverteiler eingesteckt ist 34 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 4 Station Stapelmagazin Hinweis Im Kontrollfeld Vorrang bei angeschlossener Hardware muss der Haken gesetzt sein Dies stellt sicher dass die Signale der echten Sensoren und nicht die der simulierten im Programm benutzt werden Wird die Simulation gestartet und die Taste S1 bet tigt f hrt der Zylinder der Station aus Im Multipolsymbol ist der Zustand der Ein und Ausgangskan le farbig markiert Am Multipolverteiler in der Station Stapelmagazin wird der Status der Ein und Ausgangskan le durch LEDs ange
12. nur solange Stapelmagazin gef llt F llstands berwachung mit Lichtschranke Warnung bei falsch eingelegten Teilen in Station Stapelmagazin berwachung mit induktivem Sensor metallische Werkst cke Band mit Pufferfunktion ein Teilx sec anhalten Anbau der Weiche an der gegen berliegenden Bandseite Erweiterung des Bandes um eine Stempelfunktion Anbau Stempeleinheit am Band Umbau Y Achse der Station Handling mit Stopp bei halbem Hub Magnetschalter aus Station Stapelmagazin zur Erkennung der Position in Zylindermitte Ansteuerung durch zwei 3 2 Wege Magnetventil um Stoppen zu k nnen Neben den angedeuteten Umbauten muss nat rlich jeweils ein passendes Programm erstellt werden Abbildung 7 1 Band mit Stopperfunktion Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 79 7 Tipps f r die Unterrichtsgestaltung Abbildung 7 2 Band mit Stempelfunktion Zusammenf gen der Stationen zu einer Produktionslinie Bei dieser Aufgabe m ssen die Sch ler die Schnittstellenprobleme l sen Die Komponenten m ssen so ausgerichtet werden dass eine mechanische bergabe der Werkst cke m glich ist Ebenso wichtig ist die datentechnische Kopplung der Stationen Da die Stationen von unterschiedlichen PCs gesteuert werden muss durch einen Datenaustausch sichergestellt werden dass jede Steuerung wei wann welche Aktion gefragt ist I get Br 2 i A 4 Ma 4 l i r n Sza arem Ka RT Abbildung
13. solche Aufgabenstellungen gibt es keine Musterl sung und sollte es auch keine geben Es gibt normalerweise immer mehrere M glichkeiten eine technische Aufgabenstellung zu erf llen Die Bewertung sollte anhand von Kriterien erfolgen wie e Funktion wurde die technische Funktion erf llt e Wirtschaftlichkeit welcher Aufwand wurde betrieben e Termineinhaltung wurde der Terminplan eingehalten e Dokumentation existieren Schaltpl ne Skizzen St cklisten Programme Bedienungsanleitungen je nach Aufgabenstellung e Projektmanagement Teamarbeit Wie haben die Sch ler zusammengearbeitet Waren alle Sch ler der Gruppe eingebunden oder hat ein Sch ler alles gemacht Hier eine nicht abschlie ende Auflistung von Projektideen welche ber die mitgelieferten Aufgaben hinausgehen mit einer Andeutung der technischen L sung Dabei kann man unterscheiden zwischen der Erweiterung der Funktionalit t einzelner Stationen und der Verkn pfung mehrerer Stationen zu einer Fertigungslinie 8 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 7 Tipps f r die Unterrichtsgestaltung Erweiterung der Funktionalit t von Stationen Meist wird dies durch zus tzliche von anderen Stationen entnommene Komponenten geschehen oder durch ver nderte Programme Hier einige Beispiele f r die Erweiterung von Stationen Warnung bei leerem Magazin bei Station Stapelmagazin F llstands berwachung mit Lichtschranke Ausschieben neuer Werkst cke
14. ssen sie vielmehr als Realpraxis oder deren Repr sentationen in Besitz nehmen erleben und hierbei das Probleml sen ben Mit MecLab k nnen sowohl praktische als auch theoretische Lerninhalte der Automatisierungstechnik erschlossen werden z B e Arten von Steuerungen e Grundlagen von Sensoren e _Funktionszusammenh nge von Sensoren und Antrieben im technischen System e Logische Grundfunktionen e Elementare Grundlagen der Programmierung automatisierter Systeme e konomische und kologische Folgen der Automatisierung von technischen Prozessen f r die Gesellschaft und das Individuum usw MecLab ist ein anspruchsvolles aber auch sehr anschauliches technisches System das vor allem in den technisch orientierten Unterrichtsf chern der Klassenstufen 9 und 10 an Hauptschulen Realschulen und Gymnasien eingesetzt werden soll Grundkenntnisse ber Fertigungs Maschinen Elektro und Informationstechnik sind dabei hilfreich aber nicht notwendig Alle notwendigen Grundkenntnisse wie z B physikalische Grundlagen der Antriebs und Sensortechnik Relais oder logische Verkn pfungen kann mit Hilfe des mitgelieferten Theorieteils sowie der Musteraufgaben vermittelt werden Der Schwerpunkt sollte allerdings weniger auf der Vermittlung von Grundlagen als auf der Anwendung liegen 8 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 1 Einleitung und didaktische Begr ndung Bei der Arbeit mit MecLab sind folgende Richtlernziele anzustreb
15. 1 pitt 04 Produkte Prozesse Desktop Teachware Theorie vorlagen Schaltplan Handlin Abbildung 6 10 Simulation des pneumatischen Schaltkreises Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 65 6 Station Handling Schritt 7 Komponenten und Verdrahten des elektrischen Schaltkreises Die Komponenten des elektrischen Schaltkreises werden in der gleichen Weise wie die pneumatischen eingef gt und verbunden Nach Einf gen und verdrahten der Komponenten sollte die Arbeitsfl che so aussehen Pr 151 152 I I 4142 mer AR 1773 Abbildung 6 11 Einf gen und Verdrahten der elektrischen Komponenten 66 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 Station Handling Schritt 8 Vergabe von Marken Um die elektrischen mit den pneumatischen Komponenten zu verbinden m ssen auch die elektrischen Komponenten mit Marken versehen werden Auch dies geschieht analog zu den pneumatischen Komponenten durch Anklicken mit der rechten Maustaste und Eintragen der Marken in ein Eingabefenster Markiert werden m ssen die Ventilmagnete und die Sensoren ar pp adadad Abbildung 6 12 Vergabe von Marken f r die elektrischen Komponenten Au erdem werden noch die beiden Taster mit S1 und S2 bezeichnet Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 67 6 Station Handling 68 Schritt 9 Erstellen des Steuerungsprogramms Um das Steuerungsprogramm in das Digital Modul eingeben zu k nnen wird das Digital Modul d
16. 3 7 Tipps f r die Unterrichtsgestaltung 74 Trainingshardware Die Trainingshardware besteht aus den drei Stationen den EasyPorts den notwendigen Kabeln Werkst cken sowie Werkzeug Zur Durchf hrung einiger Aufgaben der mitgelieferten Arbeitsbl tter ist ein Umbau der Stationen notwendig z B das Wechseln oder Versetzen von Sensoren An oder Abbau von Aktoren Auch die Justage von Sensoren kann erforderlich sein Die Stationen sind so gestaltet dass Komponenten zwischen den Stationen ausgetauscht werden k nnen so Z B e Die Sensoren der Station Transportband k nnen auch beim Stapelmagazin oder Handling benutzt werden e Die Stempeleinheit aus der Station Stapelmagazin kann auch beim Transportband angebaut werden Au erdem ist es m glich die Stationen zu einer Montagelinie zusammenzuf gen Auch dazu ist aber ein Umbau bzw ein Verschieben und Justieren der Komponenten notwendig Programmier und Simulationssoftware FluidSIM Die auf der mitgelieferten CD ROM befindliche Programmier und Simulationssoftware FluidSIM ist auf die Funktionen von MecLab abgestimmt Die Software wird von der CD ROM aus auf dem PC installiert und ist danach arbeitsbereit 7 2 _Unterrichtsgestaltung An dieser Stelle k nnen keine verbindlichen Richtlinien gegeben werden wie MecLab im Unterricht einzusetzen ist Vielmehr sollen hier Erfahrungen aus einem Schulversuch wiedergegeben werden bei dem MecLab in 10 allgemeinbildenden Schulen in
17. Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 59 6 Station Handling Schritt 2 Einf gen der Komponenten Die zum Erstellen des pneumatischen Schaltplans notwendigen Komponenten befinden sich in der Symbolleiste auf der linken Bildschirmseite Sie werden in den Schaltplan eingef gt indem man e das entsprechende Symbol anklickt e die linke Maustaste gedr ckt h lt e das Symbol an die gew nschte Stelle des Schaltplanes zieht und dort die Maustaste losl sst Das pneumatische System besteht aus einem doppeltwirkenden Zylinder einem bistabilen 4 2 Wege Magnetventil zwei Drossel R ckschlagventilen und der Druckluftversorgung Abbildung 6 5 zeigt die Komponenten auf der Arbeitsfl che FluidSIM P PPS 10 x Datei Bearbeiten Ausf hren Bibliothek Einf gen Didaktik Ansicht Optionen Fenster Deul a v s Be HZ ar B RRRAAQ N m a Di wi Hierarchische Darstellung Komponente Versorgungselemente A Aktuatoren umn pee E B Wegmakstab Zylinder ei Zylinder do wakuumsau Saugnapf a Ventile 1 H ufig verwendete Wegeventile HF Mechanisch bet tigt Pneumatisch bet tigt Elektromagnetisch bet tigt H2 Wege M H2 Wege M 3 2 Wege h W2 Wege M e a 52 Wege h 5 3 Wege M ventilmagnet H Sperr Strom
18. Fragen mit den Sch lern diskutiert werden Welche Bedeutung hat die Automatisierungstechnik heute Wo findet man Automatisierungstechnik im t glichen Leben e Welche Gr nde veranlasst Firmen Automatisierungstechnik einzuf hren Welche Folgen ergeben sich daraus e Welche Funktionalit ten finden sich in automatisierten Produktionsanlagen Diese Fragen k nnen auch vor Ort in der besuchten Firma angesprochen werden und sollten daher vor dem Besuch vorbereitet worden sein Sollte ein Besuch einer realen Fertigung nicht m glich sein k nnen die auf der CD ROM im Verzeichnis Videos mitgelieferten Videos zu dem gleichen Zweck benutzt werden In der Nachbereitung sollten dann die Ergebnisse aufbereitet werden und vor allem die Verbindung zum Lernsystem hergestellt werden e Welche Funktionen finden sich in den Stationen wieder e Welche Komponenten gab es auch in der realen Fertigung Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 5 7 Tipps f r die Unterrichtsgestaltung 76 7 2 2 Gruppenarbeit Grunds tzlich ist MecLab f r einen projektorientierten Unterricht in Kleingruppen konzipiert Als optimal hat sich dabei eine Gruppenst rke von 2 bis 3 Sch lern herausgestellt Jede Gruppe sollte mit einer Station und einem PC mit FluidSIM ausgestattet sein Vor Beginn der Gruppenarbeit ist eine allgemeine Einf hrung in den Umgang mit FluidSIM den Anschluss der Stationen an den PC und auch in die Funktion der wichtigsten Komp
19. Lab System der Fall ist sind sowohl zur Analyse als auch zur Synthese technischer Systeme nutzbar Im Falle der Analyse wandelt sich das Modell in einen Baukasten dessen Teile f r die R ckf hrung zum Modell verwendbar sind Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 1 Einleitung und didaktische Begr ndung MecLab ist ein modulares Lehr und Lernsystem im Medienverbund Es wird erg nzt durch e Computersoftware Videoaufzeichnungen e technische Zeichnungen e Schemata von Stoff Energie und Informationsfl ssen Nahezu zwingend lassen sich beim Einsatz von MecLab oder seiner Teile Theorie Praxis Verkn pfungen erschlie en Theorien verstanden als Einzelaussagen und Aussagensysteme Hypothesen Thesen Pr missen Prinzipien Regeln und Gesetze erlangen ihre Bildungswirksamkeit nicht zuletzt durch Aufdecken ihrer praktischen Verwertbarkeit Theorien der Technikwissenschaften finden ihre Entsprechung in der Mannigfaltigkeit ihrer Vergegenst ndlichung Praxis ist allgemein gefasst Technik in ihrer Anwendunssvielfalt Theorie Praxis Verkn pfungen k nnen einerseits gest tzt auf erworbenes Theoriewissen die Sch ler zur Praxis hinf hren oder andererseits Praxisanwendungen analytisch erschlie en und von hier ausgehend deren theoretische Grundlagen nachweisen Sie sind methodisch variantenreich gestaltbar Wichtig ist dass Sch ler die Praxis nicht allein durch Beschreibungen oder an Hand von Bildern kennen lernen sie m
20. Multipolverteilersymbol zur Anbindung der Station Nun m ssen noch im Symbol des Multipolverteilers die Marken angepasst werden Dazu wird das Symbol durch Doppelklick ge ffnet Abbildung 6 18 Danach werden Marken gem der Tabelle 6 1 ge ndert Die Marken m ssen mit denen bereinstimmen welche im pneumatischen und elektrischen Schaltplan verwendet wurden Das Multipolsymbol stellt dann die Verbindung zur Station her Dabei ist es unwichtig wie die Marken hei en 1M1 ist die in der Technik bliche Bezeichnung die Marke k nnte auch Ventilmagnet links hei en Wichtig ist nur dass im pneumatischen und elektrischen Schaltplan dieselbe Marke f r dasselbe Element benutzt wird und dass dieses Element im richtigen Steckplatz am Multipolverteiler eingesteckt ist Hinweis Im Kontrollfeld Vorrang bei angeschlossener Hardware muss der Haken gesetzt sein Dies stellt sicher dass die Signale der echten Sensoren und nicht die der simulierten im Programm benutzt werden Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 71 6 Station Handling Wird nun die Simulation gestartet und die Taste S1 bet tigt wird der Zylinder der Station ausfahren Im Multipolsymbol ist der Zustand der Ein und Ausgangskan le farbig markiert Am Multipolverteiler der Station wird der Status der Ein und Ausgangskan le durch LEDs angezeigt Das Programm kann nun Schritt f r Schritt erweitert werden um die andern Aktoren und Sensoren der Station einzubinden
21. Station wird ber den EasyPort mit der USB Schnittstelle des PC verbunden Mit den Netzteilen wird der EasyPort mit Strom versorgt und mithilfe der mitgelieferten Beispielprogramme wird der Einstieg in die Programmierung unterst tzt Es ist aber auch m glich einige Funktionen der Stationen durch direktes Bet tigen der Ventile zu aktivieren dr cken des blauen Handbet tigungsknopfs am Ventil Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 11 2 bersicht ber das Lernsystem MecLab 12 Die Stationen werden komplett aufgebaut geliefert Sie k nnen jedoch mit dem beiliegenden Werkzeug umgebaut werden so dass andere technische Funktionen m glich sind Alle Stationen haben eine eigenst ndige Funktion und k nnen daher f r sich allein benutzt werden Es ist m glich Komponenten zwischen den Stationen auszutauschen oder die Stationen zu einer Fertigungslinie zusammenzuf gen In den mitgelieferten Unterlagen auf CD ROM finden Sie folgende Bestandteile Einf hrung dieses Dokument Inbetriebnahmeanleitung f r alle drei Stationen Schritt f r Schritt Anleitung f r die Inbetriebnahme Theorieteil Erl utert die wichtigsten Technologien Komponenten und Hintergr nde welche f r das Arbeiten mit MecLab wichtig sein k nnen Aufgabenbl tter Mit diesen Aufgabenbl ttern k nnen Ihre Sch ler sich mit dem Lernsystem MecLab vertraut machen die wichtigen Technologien kennenlernen und einfache Projekte verwirklichen PowerPoint Pr
22. Unterrichten mit MecLab Technik f r allgemeinbildende Schulen Festo Didactic 562070 DE Bestell Nr 562070 Stand 12 2007 Autoren A H ttner R Pittschellis M Klaus M H bsch M Striegel T Lust J Schwarz Redaktion F Ebel Grafik D Schwarzenberger Layout 02 2008 F Ebel Festo Didactic GmbH amp Co KG D 73770 Denkendorf 2008 Internet www festo didactic com e mail did festo com Weitergabe sowie Vervielf ltigung dieses Dokuments Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten soweit nicht ausdr cklich gestattet Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz Alle Rechte vorbehalten insbesondere das Recht Patent Gebrauchsmuster oder Geschmacksmusteranmeldungen durchzuf hren Teile dieser Unterlagen d rfen vom berechtigten Verwender ausschlie lich f r Unterrichtszwecke vervielf ltigt werden Hinweis Soweit in dieser Brosch re nur von Lehrer Sch ler etc die Rede ist sind selbstverst ndlich auch Lehrerinnen Sch lerinnen etc gemeint Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine geschlechtsspezifische Benachteiligung sein sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem besseren Verst ndnis der Formulierungen Inhalt 1 3 1 3 2 3 3 3 4 4 1 4 2 4 3 4 4 4 5 5 1 5 2 gt 5 4 6 1 6 2 6 3 6 4 7 1 7 2 8 1 8 2 8 3 Einleitung und didaktische Begr ndung bersicht ber das Lernsystem MecLab Inbetriebnahme der Stationen Installation v
23. aber auch am Band verbleiben ebenso die Rutsche Die nachfolgende Tabelle gibt eine bersicht ber die Verdrahtung am Multipolverteiler Steckplatz am Multipolverteiler Belegung Tabelle 5 1 Steckerbelegung am Multipolverteiler Hinweis Sensoren werden in Schaltpl nen allgemein mit einem S Relais mit einem K gekennzeichnet 40 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 5 Station Transportband Schritt 2 Erstellen der Schaltpl ne und Programmierung in FluidSIM Start von FluidSIM Durch Doppelklicken mit der linken Maustaste auf das FluidSIM Programmsymbol gelangt man auf die Startseite des Programms Durch Klicken auf Datei gt Neu ffnet sich die eigentliche Arbeitsfl che Anordnung der ben tigten Komponenten S mtliche f r die Simulation ben tigten Komponenten befinden sich in der sogenannten Komponentenbibliothek Diese ist gegliedert in die Bereiche e Pneumatik e Elektrik e Digitaltechnik e EasyPort e Verschiedenes F r die Ansteuerung des Transportbandes werden nur die Bereiche Elektrik und Digitaltechnik ben tigt Durch Anklicken des gew nschten Bereiches mit der linken Maustaste gelangt man in die jeweiligen Unterbereiche und zu den entsprechenden Komponenten Durch Anklicken und Halten der linken Maustaste kann man das gew hlte Symbol der Komponente in die Arbeitsfl che ziehen Alle f r die L sung der Aufgabe ben tigten Komponenten werden aus der Komponentenbiblioth
24. ang sei auf Henry Ford verwiesen der 1913 mit der Entwicklung des Flie bandes und seines Einsatzes in der Automobilproduktion eine g nzlich neue Arbeitsorganisation schuf Das Montageband wie es Henry Ford kreierte ist technisch heute l ngst berholt Wo einst Handarbeit die permanente Anwesenheit von Menschen erforderte bernehmen nunmehr computergesteuerte Systeme deren Funktionen Die Digitaltechnik er ffnet der Automatisierung fortlaufend neue Perspektiven Zum Teil schwere und auch monotone Handarbeit wird immer mehr durch automatisierte Anlagen ersetzt Die Station Transportband ist trotz ihrer Anschaulichkeit und Transparenz in technischer Hinsicht ein anspruchsvolles flexibel modifizierbares elektro mechanisches Unterrichtsmedium Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 5 Station Transportband Abbildung 5 1 Station Transportband Die Station Transportband kann sowohl als integriertes als auch als eigenst ndiges technisches Teilsystem des Gesamtmodells gesehen werden Hieraus erwachsen unterschiedliche didaktische Einsatzvarianten Nachfolgende Er rterungen gehen von einem eigenst ndigen System aus Als solches besteht es aus Baugruppen die weiter in Bauteile zerlegt werden k nnen Hieraus erwachsen weiterreichende unterrichtliche Einsatzm glichkeiten Das Transportband kann als gesamtes technisches System ber einem l ngeren Zeitraum im Unterricht eingesetzt oder seine einzelnen Baugruppen bzw deren Bauteile
25. ation Transportband 48 Schritt 3 Erprobung der L sung durch eine Simulation Um die Simulation zu starten muss das Fenster des Digital Moduls geschlossen werden Das Programm ist jetzt bereit und kann mit einem Klick auf Start sowie dem Schlie en des Hauptschalters gestartet werden Durch Anklicken des Tasters T1 startet der Motor erkennbar durch einen kleinen Pfeil Durch Anklicken des Sensors S1 kann das Ansprechen des Sensors simuliert werden Der Motor stoppt lalxt ik Ansicht Optionen Fenster 2 M e el R RARA A mf e i wi 401 pitt 04 Produkte Prozesse Desktop Teachware neue Daten Schaltung B nd ck 126 50 Abbildung 5 10 Simulationsmodus Taster T1 bet tigt Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 5 Station Transportband Schritt 4 Test mit der realen Station Transportband Um mit dem FluidSIM Programm die Station zu steuern muss das Symbol des Multipolverteilers in das Programm eingef gt werden vgl Abbildung 5 11 401 pitt 04 Produkte Prozesse Desktop Teachware neue Daten Schaltung Band ct CJ we Ds mE Q TP O we we MS Yorrang aktiv Abbildung 5 11 Programm mit Multipolverteiler Nun werden im Symbol des Multipolverteilers die Marken angepasst Dazu wird das Symbol durch Doppelklick ge ffnet Abbildung 5 12 und die Marken gem Tabelle 5 1 ge ndert Abbildung 5 12 Dialogfenster Multipolverteiler vor und nach Setz
26. ber nur wenn der Zylinder sich in der vorderen Endlage befindet Vorgehen beim L sen der Aufgabenstellung Das L sen dieser Aufgabenstellung l sst sich in f nf Phasen gliedern 1 Vor berlegungen und Prinzipskizze 2 Zuordnungstabellen f r die Elemente 3 Schaltplanerstellung und Programmierung mit FluidSIM 4 Test mit FluidSIM in der Simulation 5 Testen des Programms am realen Handling Vor berlegungen Prinzipskizze des Handlingaufbaus Zun chst ist es sinnvoll eine Prinzipskizze des mechanischen Aufbaus anzufertigen um die Lage der Sensoren und Aktoren zu erkennen Eine m gliche Prinzipskizze der an der Aufgabe beteiligten Bauteile kann wie in Abbildung 6 3 aussehen Diese Prinzipskizze kann eine Handzeichnung oder mit dem Computer erstellt sein Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 Station Handling Abbildung 6 3 Prinzipskizze der Station Handling Pneumatischer Schaltplan Weiterhin ist es sinnvoll einen pneumatischen Schaltplan sowie eine Zuordnungstabelle der Ein und Ausgangssignale anzufertigen Dieser Schaltplan kann mit FluidSIM oder als Handskizze erstellt werden Abbildung 6 4 Pneumatischer Schaltplan nur x Achse Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 57 6 Station Handling Steckplatz Belegung Beschreibung Sensor f r vordere Endlage Sensor f r hintere Endlage Ventilmagnet Zylinder ausfahren Ventilmagnet Zylinder einfahren Tabelle 6 1 Zuord
27. chen Systemen unmittelbar umzugehen das Zusammenwirken von Teilsystemen bzw Bauteilen zu beobachten und zu erkennen sowie diese montieren und demontieren zu k nnen Es geht darum ein Lernen mit allen Sinnen zu erfahren Dazu k nnen komplexe Modelle als enaktive also realit tsnahe Medien im Unterricht eingesetzt werden Sie vermitteln Informationen repr sentieren die Wirklichkeit sind Kommunikationsmittel und erm glichen handlungsaktives selbstst ndiges und kooperatives Lernen Modelle holen die Praxis in die Schule Das von Festo Didactic entwickelte Lehr und Lernsystem MecLab mit seinen Teilsystemen Stapelmagazin Transportband und Handling zielt darauf ab die Lernenden mit automatisierten technischen Systemen vertraut zu machen Es simuliert die Automatisierungspraxis realit tsnah Durch seinen Zuschnitt auf Lernzwecke kann von einem Lern Mediensystem gesprochen werden Seine drei jeweils eigenst ndigen aber auch im Verbund zu betreibenden Teilsysteme Stapelmagazin Transportband Handling k nnen als exemplarische Lern Medien Komplexe verstanden werden Sie vereinen das berwiegend reproduktive Lernen eines Demontageobjekts mit dem berwiegend produktiven Lernen eines Fertigungsobjekts Bauk sten sind einsetzbar um Modelle zu gestalten Dabei steht die Synthese im Vordergrund Modelle die zerlegbar sind und durch Umbau und Modifikation durch die Sch ler unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden k nnen wie es beim Mec
28. cht Optionen Fenster besas le BelE 3 2 Ida Tr 2e B awaaaa N E gt un mw 01 pitt 04 Produkte Prozesse Desktop Teachware neue Daten Schaltung Band ct ee eies i Gleichstrom annungsversorgung 24V D Spannungsq Spannungsq OH Sensoren un A u A In u A Jh Le N herungss N herungss N herungss N herungss wu amp Bearbeitungsmodus Schaltkreis ge ndert Abbildung 5 3 Arbeitsfl che von FluidSIM mit allen ben tigten Komponenten Verkabelung der Bauteile Sollen zwei Bauteile miteinander verbunden werden klickt man das Ende der Leitung des einen Bauteils an h lt die linke Maustaste gedr ckt und f hrt sie zum gew nschten Anschluss des anderen Bauteils Abbildung 5 4 zeigt die komplett verdrahteten Komponenten FT pitt 04 Produkte Prozesse Desktop Teachware neue Daten Schaltung B and ct Abbildung 5 4 Verdrahtung der Komponenten Hinweis Sollten Leitungen falsch verlegt worden sein k nnen diese einfach durch Anklicken und Dr cken der Taste Entf wieder gel scht werden Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 43 5 Station Transportband 44 Setzen von Marken Damit FluidSIM wei welche Komponenten zusammengeh ren werden sogenannte Marken gesetzt Dies geschieht durch Anklicken mit
29. chtet ist F r den Ausbilder ist es nur das Mittel um die Lernenden zu animieren etwas selbst ndig zu tun z B Planen Durchf hren und Auswerten Der Projektunterricht ist eine Form des handlungsorientierten Unterrichts Er bietet die M glichkeit ber die rein fachliche Ebene hinaus handelnde Denkstrukturen aufzubauen Der Projektunterricht dient somit der umfassenden Ausbildung von Handlungskompetenz Zur Gestaltung eines f r die Sch ler individuellen und differenzierten Lernprozesses sollten die Aufgaben und Problemstellungen f r den Projektunterricht umfangreich aber vor allem exemplarisch aus der Sicht der Praxis oder der Erfahrungswelt der Sch ler sein Im Projektunterricht wird meist nach einem bestimmten Ablaufplan gearbeitet der in verschiedene Phasen gegliedert ist Es steht dem Lehrer dabei frei ob er sich genau an diese Vorschl ge h lt oder ob er situationsbedingt nderungen oder Verk rzungen vornimmt 8 2 Merkmale des Projektunterrichts Unterrichtliche Projektbearbeitung als offener Unterricht erfordert vom Lehrer die Ablaufstruktur immer in Abh ngigkeit vom Projektgegenstand dem Leistungsverm gen der Sch ler und den Bedingungen unter denen das Projekt bearbeitet werden soll grob vorzuzeichnen Zumindest gilt es eine Rahmenablaufstruktur zu entwickeln Eine Unterrichtssituation kann als offen bezeichnet werden wenn der Lerninhalt sowie die Art und Weise seiner Aneignung nicht vorgegeben sind und durch die
30. der einfahren e Durch Druckluft abspringende Schl uche k nnen Unf lle verursachen Nehmen Sie den Druck sofort weg Festo Didactic empfiehlt Ihnen das Tragen einer Schutzbrille W hlen Sie die Schlauchl nge so dass die k rzeste Verbindung zwischen zwei Anschl ssen hergestellt werden kann e _Pneumatischer Schaltungsaufbau Verbinden Sie die Ger te mit dem Kunststoffschlauch mit 4 mm oder 6 mm Au endurchmesser Stecken Sie dabei den Schlauch bis zum Anschlag in die Steckverbindung Es ist kein Sichern notwendig e Schalten Sie vor dem Schaltungsabbau die Druckluftversorgung ab e _Pneumatischer Schaltungsabbau Dr cken Sie den blauen L sungsring nieder der Schlauch kann abgezogen werden Kompressor e Der Druck kann am Kompressor eingestellt werden Dazu wird der Drehknopf am Druckregler herausgezogen und solange verdreht bis das Manometer den gew nschten Druck anzeigt Danach wird der Drehknopf durch Hineindr cken verriegelt e Ber hren Sie den Kompressor nicht nachdem dieser l uft oder gelaufen ist Der Kompressor kann sich im Betrieb erw rmen e Nach Abschalten des Kompressors ist der Druck aus dem Tank des Kompressors abzulassen e Es wird empfohlen den Kompressor nicht l nger als eine Stunde ununterbrochen laufen zu lassen Mechanik e Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Platte e Greifen Sie nur bei Stillstand in die Station 3 4 Wartungshinweise MecLab ist im wesentlichen wartungsfrei In regelm i
31. der rechten Maustaste auf das Symbol der Komponente Darauf ffnet sich das Kontextmen Hier w hlt man den Men punkt Eigenschaften In dem Dialogfenster tr gt man die Marke ein vgl Abbildung 5 5 und Abbildung 5 6 Beide Teile des Relais m ssen dieselbe Marke tragen hier K1 Auch der Sensor wird mit einer Marke versehen S1 ebenso die beiden Taster T1 und T2 vgl Abbildung 5 7 01 pitt 04 Produkte Prozesse Desktop Teachware neue Daten Schaltung Band ct E Jay I ii n sn Te Tee BZEHEREBEIEIEN Ausschneiden Kopieren Einf gen L schen Ausrichten Rotieren Komponentenbeschreibung Abbildung 5 5 Setzen von Marken 1 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 5 Station Transportband Abbildung 5 6 Setzen von Marken 2 a01 pitt 04 Produkte Prozesse Desktop Teachware neue Daten Schaltung Band ct Abbildung 5 7 Schaltkreis mit gesetzten Marken Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 45 5 Station Transportband 46 Verkn pfung der Logikbausteine im Digital Modul Um das Logikprogramm in das Digital Modul bzw die SPS Speicherprogrammierbare Steuerung eingeben zu k nnen wird das Digital Modul durch Doppelklick ge ffnet Ein neues Fenster mit den Ein und Ausgangskan len des Digital Moduls wird dargestellt Sf Digital Modul E Abbildung 5 8 Ein und Ausgangskan le des Digital Moduls Auf der linken Seite bef
32. die komplexesten Aufgaben bereith lt Die Station Transportband ist in der Mitte angesiedelt Die Bearbeitungszeit je Aufgabe kann je nach Schwierigkeitsgrad Schultyp Jahrgangsstufe oder Vorbereitung zwischen 1 und 4 Schulstunden liegen Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 7 Tipps f r die Unterrichtsgestaltung Nr Stapelmagazin Nr Transportband Nr Handling Komponenten und ihre Funktion Komponenten und ihre Funktion Komponenten und ihre Funktion Kennenlernen Symbole und 2 2 Kennenlernen Symbole und 3 2 Kennenlernen Symbole und Komponenten Komponenten Komponenten Funktion Komponenten Kennenlernen Symbole Kennenlernen Schaltpl ne Prinzipskizzen techn Zeichnungen A Einf hrung Sensoren A Prinzipskizzen techn Zeichnungen und Schaltpl ne und Schaltpl ne 1 5 Auswahl Zylinder und Ventile Gleichstrommotor Ansteuerung Auswahl Ventil und Schaltplanerstellung Ansteuerung Bet tigungslement Drosselung von einfachwirkender Zylinder Zylindern N herungsschalter Ansteuerung doppeltwirkender Zylinder Prinzipskizzen Schaltpl ne Logische Verkn pfungen Logische Verkn pfungen Drosselung von Zylindern Steuerung doppeltwirkender Zylinder Schaltungen mit Relais und Einfaches Programm mit i Einfache Schrittketten mit Zeitrelais und Verkn pfung Logikbausteinen Logikbausteinen 1 8 N herungsschalter einfache Komplexes Programm mit Komplexe Schrittketten mit Schrittketten mit Relais Logikbausteinen Log
33. eider in der passenden L nge abgeschnitten werden Verwenden Sie keine Scheren oder andere Messer weil dies zu Undichtigkeiten f hren kann Zur Inbetriebnahme muss das Teilsystem Handling wie in Abschnitt 3 beschrieben mit dem EasyPort an die USB Schnittstelle des PC sowie mit dem mitgelieferten 24V Netzteil an die Stromversorgung angeschlossen werden Werden die mitgelieferten Beispielprogramme benutzt ist auf die korrekte Verdrahtung der Aktoren und Sensoren zu achten Die richtige Steckerbelegung ist in einer Prinzipskizze im Beispielprogramm beschrieben Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 55 6 Station Handling 56 6 4 Umsetzung einer einfachen Aufgabe mit der Station Handling Das Handling stellt in einer Fertigungsstra e oft die Verbindung zwischen zwei Arbeitsstationen dar Es kann den Transport von Werkst cken zwischen zwei Stationen bernehmen Die Funktionsweise der Software FluidSIM sowie ihr Zusammenwirken mit der Station Handling soll an einer Beispielaufgabe Schritt f r Schritt verdeutlicht werden Der vorgestellte L sungsweg stellt eine m gliche L sungsvariante dar und sollte nur als Anregung verstanden werden sich mit dem System vertraut zu machen Aufgabenstellung Entwickeln Sie eine computergest tzte Handsteuerung mit folgenden Funktionen _Ausfahren der x Achse auf Tastendruck aber nur wenn der Zylinder sich in der hinteren Endlage befindet e Einfahren der x Achse auf Tastendruck a
34. ek ausgew hlt und in der Arbeitsfl che funktionsgerecht angeordnet Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 41 5 Station Transportband 42 In der folgenden Tabelle finden Sie eine bersicht ber die wichtigsten Komponenten in FluidSIM Bildzeichen So S1 S2 S3 4 S5 za i1 12 shialis is jajajaa a a Bezeichnung Multipolverteiler Digital Modul dies kann auch eine kleine Speicherprogrammierbare Steuerung SPS sein Spannungsquelle Gleichstrommotor Schalter handbet tigt Sensor optisch Relaisspule mit Schalter Tabelle 5 2 Wichtige Komponenten in FluidSIM Funktion Stellt die Verbindung zur Hardware her die Marken m ssen mit den entsprechenden Marken der Aktoren und Sensoren im FluidSIM Programm bereinstimmen Enth lt das Logikprogramm wird durch Doppelklick ge ffnet Versorgt die Komponenten mit Strom Achtung Ohne Strom arbeiten die Komponenten auch in der Simulation nicht Antrieb des Bandes wird ber Relais ein und ausgeschaltet Dient zum manuellen Beeinflussen des Programmes Der obere und der untere Anschluss dienen der Stromversorgung der seitliche Anschluss ist der Signalausgang Wird die Spule bestromt schaltet der zugeh rige Schalter d h der Schalter mit der gleichen Marke Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 5 Station Transportband FluidSIM P Datei Bearbeiten Ausf hren Bibliothek Einf gen Didaktik Ansi
35. ektunterricht f rdert die Selbstorganisation die Selbstverantwortung sowie das durchdachte und geplante selbst ndige Arbeiten der Lernenden Die Lernenden sind w hrend des Projektunterrichts weitestgehend auf sich selbst gestellt Sie sind gezwungen ihre Arbeit selbst ndig zu planen durchzuf hren sowie auszuwerten und dadurch ihren eigenen Lern und Arbeitsstil zu entwickeln Der Lehrer steht im Hintergrund er ist vorrangig Moderator Beobachter und ggf Berater wenn dies gew nscht wird oder aus Sicherheitsgr nden erforderlich ist Der Projektunterricht verlangt und f rdert verschiedene Sozial und Organisationsformen Vor allem die Gruppenarbeit die gruppengeplante Einzelarbeit und die selbstgesteuerte Einzelarbeit werden durch den Projektunterricht gef rdert Die jeweilige Organisationsform kann vom Lehrer bewusst gesteuert werden oder sie entwickelt sich spontan aus der Situation heraus Eine Projektbearbeitung im Unterricht muss in Abh ngigkeit vom Projektgegenstand unterschiedlich organisiert werden Als zweckm ig haben sich die vier folgenden Varianten erwiesen Parallelarbeit mehrerer Teams die das gleiche Projekt bearbeiten F r alle Teams bestehen bei dieser Organisation die gleichen Bedingungen Die unterschiedlichen Projektl sungen werden abschlie end bewertet e Getrennt gemeinschaftliche Teamarbeit am gleichen Projekt Die Gruppen bearbeiten das gleiche Projekt in der Anfangsphase getrennt Jede Gruppe stellt ih
36. eln von Werkst cken in Verbindung mit der Stempeleinheit k nnen die Werkst cke gestempelt bzw ein einfacher Einpressvorgang durchgef hrt werden e Station Transportband Transport von Werkst cken in Verbindung mit dem Hubmagnet aber auch Vereinzeln oder Sortieren von Werkst cken e Station Handling Umsetzen von Werkst cken von einer Station zur n chsten aber auch Montage von Werkst cken Die Funktionen der Stationen k nnen durch Entfernen oder Hinzuf gen von Komponenten wie Sensoren oder Antrieben erweitert oder ver ndert werden Dies ist Inhalt der Projektaufgaben Beispiel Entfernt man den Hubmagneten von der Station Transportband kann dieses nur noch Transportieren nicht aber mehr sortieren Dreht man den Hubmagneten von der einen auf die andere Seite des Transportbandes wird aus der Weiche ein Stopper Au er den Stationen besteht das Lernsystem aus folgenden Komponenten e Kompressor zur Versorgung der Stationen mit Druckluft e Simulations und Steuerprogramm FluidSIM e _EasyPort zur Verbindung der Stationen mit dem PC Netzteilen zur Stromversorgung der EasyPorts e Werkst cke e Werkzeug und Kleinteile e Didaktisches Begleitmaterial z B dieses Buch auf CD ROM Die Steuerung der Stationen erfolgt ber das Simulations und Steuerprogramm FluidSIM in Verbindung mit einem EasyPort ber den EasyPort kann FluidSIM Sensorsignale von den Stationen einlesen und die Antriebe der Stationen ansteuern Eine
37. em Denken e Reflexion der Zusammenh nge von Lernen und Arbeiten als Voraussetzung f r die Aneignung und Weiterentwicklung der Technik e Entfaltung der sch pferischen Kr fte der Menschen zur multivalenten Nutzung von Technik in ihrem konomischen kologischen und sozialen Bezugssystem 6 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 1 Einleitung und didaktische Begr ndung Inhaltliche Kriterien eines vorberuflichen Technikunterrichts e Die Inhalte sind m glichst auf die Lebenswelt der Lernenden auszurichten Dabei m ssen die Trends der durch Technik hervorgebrachten tief greifenden Ver nderungen in allen Bereichen der Gesellschaft sowie in der privaten Lebenssph re der Menschen aufgezeigt werden e Inhalte sind so zu gestalten dass die Lernenden die M glichkeit erhalten mit Technik zu operieren ihre Wirkungen und Funktionen zu erkunden und im Umgang mit Technik ihre eigenen F higkeiten zu entdecken Die Automatisierungstechnik geh rt zu den wissenschaftlich anspruchsvollen da sehr komplexen Lerninhalten innerhalb eines Technikcurriculums der allgemeinbildenden Schule Zu ihrer Vermittlung und Aneignung reichen Lehrervortr ge und multimediale Unterrichtseinheiten nicht aus Die Einbeziehung von Fachexperten in die Unterrichtsarbeit oder die Durchf hrung von Betriebsbesichtigungen als Br cken zur Praxis greift ebenfalls zu kurz Vielmehr muss den Lernenden die M glichkeit geboten werden aktiv mit automatisierten technis
38. en e Den Sch lern soll mit Hilfe von MecLab Grundwissen ber die automatische Steuerung von Maschinen und Anlagen vermittelt werden Dabei k nnen sowohl Probleme der Arbeitsvorbereitung als auch Aspekte der Fertigung des Transports sowie der Lagerung von Produkten durch automatisierte Systeme praxis und realit tsnah analysiert realisiert und verifiziert werden e Die Sch ler erhalten Einblicke in die technischen Varianten und Folgen der Verkettung von Maschinen und Robotersystemen Sie erkennen Zusammenh nge zwischen der komplexen Automatisierung und ihren konomischen wie kologischen Folgen f r das Individuum und die Gesellschaft Sie werden motiviert grunds tzliche Konstruktions und Funktionsprinzipien anzuwenden und sich durch korrekte Fachtermini und Fachsymboliken verst ndlich und pr zise zu artikulieren e Die Sch ler werden in die Lage versetzt sowohl selbstst ndig als auch im Team technische L sungen zur Automatisierung von Prozessen zu beschreiben zu entwickeln zu dokumentieren und praktisch zu erproben Dabei wird f r sie das Zusammenwirken der technischen Teildisziplinen Mechanik Elektrotechnik Elektronik und Computertechnik bei der Entwicklung automatisierter Systeme erlebbar und die Notwendigkeit von Teamarbeit deutlich e Der Computer wird zum Werkzeug bei der L sung von technischen und konomischen Problemen Die Sch ler sollen die dabei erzielten Ergebnisse sachlich kritisch bewerten sowie notwendige Modifi
39. en der Marken Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 49 5 Station Transportband 50 Die Marken m ssen mit denen bereinstimmen welche im elektrischen Schaltplan verwendet wurden Das Multipolsymbol stellt dann die Verbindung zur Station her Dabei ist es unwichtig wie die Marken hei en Wichtig ist nur dass im elektrischen Schaltplan dieselbe Marke f r dasselbe Element benutzt wird und dass dieses Element im richtigen Steckplatz am Multipolverteiler eingesteckt ist Hinweis Im Kontrollfeld Vorrang bei angeschlossener Hardware muss der Haken gesetzt sein Dies stellt sicher dass die Signale der echten Sensoren und nicht die der simulierten im Programm benutzt werden Wird nun die Simulation gestartet und die Taste T1 bet tigt startet der Bandmotor Im Multipolsymbol ist der Zustand der Ein und Ausgangskan le farbig markiert Am Multipolverteiler der Station wird der Status der Ein und Ausgangskan le durch LEDs angezeigt Das Programm kann nun Schritt f r Schritt erweitert werden um die andern Aktoren der Station einzubinden Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 Station Handling 6 1 Technische Bedeutung In jeder automatisierten Montageanlage m ssen die Werkst cke bewegt orientiert und montiert werden Diese Aufgabe bernehmen sogenannte Handhabungsautomaten Die bekanntesten und leistungsf higsten Vertreter sind die Industrieroboter vgl Abbildung 6 1 Industrieroboter sind frei programmi
40. enster DSU a n spez 3u aARRaaaaa a m gt mw Hierarchische Darstellung Kompa n enti ent Pneumatik a Versorgungselemente Druckluftqu a Aktuatoren mmm p BE F Wegmakstab Zylinder ei Zylinder do Wakuumsau Saugnapf Ventile H ufig verwendete Wegeventile HF Mechanisch bet tigt Pneumatisch bet tigt Elektromagnetisch bet tigt H2 Wege M H2 Wege M 3 2 Wege h W2 Wege M S2 Wege M 153 Wege M ventilmagnet Ah S2 Wege M Sperr Stromventile i el e Bearbeitungsmodus Schaltkreis ge ndert Abbildung 6 7 Verschlauchen der Komponenten Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 Station Handling Schritt 5 Marken setzen und N herungsschalter einf gen Damit sp ter die Verkn pfung mit dem elektrischen Schaltplan und der realen Hardware hergestellt werden kann m ssen Marken gesetzt werden Diese Marken ben tigt man f r alle elektrischen Komponenten also Ventilmagnete und N herungsschalter Um die Ventilmagnete zu markieren klickt man mit der rechten Maustaste auf den Ventilmagnet und w hlt den Men punkt Eigenschaften Im Feld Marke wird die Bezeichnung des Ventilmagnets eingetragen hier 1M1 und 1M2 f r den ersten bzw zweiten Ventil
41. erbar besitzen mindestens 4 Achsen d h angetriebene Gelenke und zeichnen sich deshalb durch eine sehr gro e Flexibilit t aus Weiterhin sind Industrieroboter sehr schnell ber 1 m s und genau Wiederholgenauigkeit unter 50 um Bei vielen Montageaufgaben sind einfachere Handhabungsger te ausreichend Abbildung 6 1 Industrieroboter Werkbild Fa Festo Didactic Kennzeichnend f r alle Arten von Handhabunsgsger te sind folgende Leistungsdaten e Anzahl der Achsen e Geschwindigkeit e Genauigkeit e Arbeitsraum Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 51 6 Station Handling Eines der wichtigsten Teilsysteme eines Handhabungsger tes sind die Greifer mit denen der Kontakt zum Werkst ck hergestellt wird Es gibt viele verschiedene Bauarten von Greifern e mechanische Greifer mit zwei oder drei Greifbacken greifen Werkst cke hnlich wie eine Hand Weil die Finger dieser Greifer aber nicht so flexibel sind wie die Finger einer echten Hand m ssen die Greifbacken in der Regel an das zu greifende Werkst ck angepasst werden e V Vakuumgreifer halten die Werkst cke durch Unterdruck Sie sind besonders geeignet f r fl chige Werkst cke weniger f r por se weil bei diesen kein Vakuum aufgebaut werden kann e Magnetgreifer f r magnetisierbare Werkst cke e Haftgeifer bei denen die Werkst cke mit einer Klebefolie gehalten werden Diese werden seltener eingesetzt will sie sehr verschmutzungsempfindlich sind
42. erden Die Station kann umgebaut werden um unterschiedliche Aufgaben zu erf llen Vor allem die Lage der Sensoren und des Hubmagneten ist ma geblich f r die Funktion e je nachdem auf welcher Seite des Transportbandes der Hubmagnet montiert ist arbeitet dieser als Stopper oder als Weiche welche z B Werkst cke auf die Rutsche aussortiert e Die Lichtschranke reagiert auf alle Werkst cke w hrend der induktive Sensor nur auf metallische Werkst cke anspricht Damit ist es m glich bestimmte Aktionen immer oder nur bei metallischen oder nur bei nichtmetallischen Werkst cken auszul sen z B Start oder Stopp des Bandmotors Ausl sen des Hubmagneten Werden die mitgelieferten Beispielprogramme benutzt ist auf die korrekte Verdrahtung der Aktoren und Sensoren zu achten Die richtige Steckerbelegung ist in einer Prinzipskizze im Beispielprogramm beschrieben 5 4 Erstellen eines Beispielprogramms f r das Transportband Die Funktionsweise der Software FluidSIM sowie ihr Zusammenwirken mit der Hardwarekomponente Transportband soll an einer Beispielaufgabe Schritt f r Schritt verdeutlicht werden Aufgabenstellung Das Transportband soll folgende Aufgabenstellung erf llen Das Band soll durch einen Taster gestartet werden und solange laufen bis das Band durch einen zweiten Taster wieder ausgeschaltet wird oder ein Werkst ck das Bandende erreicht hat Dann soll der Bandmotor automatisch wieder ausgeschaltet werden Analyse de
43. gedyny lanau Uauuay g sayal Bild 8 1 Phasen des Projektunterrichts 86 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070
44. gen Abst nden muss jedoch Kondenswasser aus dem Tank des Kompressors bzw dem Wasserabscheider abgelassen werden Der Tank des Kompressors ist in regelm igen Abst nden auf Besch digungen zu untersuchen Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 15 16 4 Station Stapelmagazin 4 1 Technische Bedeutung In jeder Produktion m ssen Rohmaterialien Halbzeuge oder fertige Produkte zwischengelagert werden Dies geschieht h ufig in Paletten oder Hoch Regallagern Im produktionsnahen Umfeld m ssen die Werkst cke aber so gelagert werden dass diese m glichst effektiv dem eigentlichen Produktionsprozess zugef hrt werden k nnen Viele Kleinteile wie Schrauben Muttern oder Federn werden als Sch ttgut geliefert und m ssen zun chst geordnet werden bevor sie automatisiert weiterverarbeitet werden k nnen Dazu nutzt man h ufig Vibrationswendelf rderer Abbildung 4 1 Durch schnelles R tteln werden die Kleinteile an sogenannten Schikanen vorbeigef hrt welche nur die richtig ausgerichteten Kleinteile vorbeilassen Damit werden nur ordnungsgem ausgerichtete Werkst cke dem Produktionsprozess zugef hrt obwohl das Ausgangsmaterial v llig ungeordnet ist Abbildung 4 1 Vibrationswendelf rderer f r die Speicherung und Sortierung von Schrauben Empfindliche Werkst cke werden in der Regel geordnet angeliefert und gelagert Kleinere Werkst cke werden oft in Gurten gr ere auf Paletten gelagert Abbildung 4 2 zeigt integrier
45. ikbausteinen Tabelle 7 1 Inhalt der Musteraufgaben 7 2 3 Alternativszenario zur Gruppenarbeit Nat rlich wird es nicht immer m glich einer Gruppe von 2 bis 3 Sch lern je eine Station zur Verf gung zu stellen Gruppengr en ber 3 Sch ler haben sich nicht als effizient erwiesen Bei mehr als 3 Sch lern pro Station wird daher ein anderes Vorgehen empfohlen e Einf hrung und Werkbesichtigung alternativ Video wie in Kapitel 7 2 beschrieben e Anstelle der Gruppenarbeit arbeiten die Sch ler die Arbeitsbl tter theoretisch durch erstellen ihre L sungen in FluidSIM und testen diese mit der Station erst dann wenn die L sung in der Simulation korrekt funktioniert e Bei diesem Vorgehen k nnen die Sch ler allein oder in Gruppen von 2 Sch lern sinnvoll arbeiten Jeder Sch ler bzw die Gruppe sollte einen PC mit FluidSIM zur Verf gung haben e Nachteil dieser L sung ist selbstverst ndlich dass die Sch ler sehr wenig Gelegenheit haben mechanische nderungen an den Stationen vorzunehmen Der Unterricht ist dann sehr stark auf den Programmieraspekt beschr nkt e Vorteil ist dass problemlos bis zu 20 Sch ler mit drei Stationen arbeiten k nnen Weiterhin arbeiten die Sch ler alle an der gleichen Aufgabe Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 II 7 Tipps f r die Unterrichtsgestaltung 7 2 4 Nachbereitung und Bewertung Nach Durcharbeiten der Projektaufgaben sollte eine Reflexionsphase erfolgen Dabei k nne
46. il steuert um das Ventil ffnet den Weg f r die Druckluft und der Pneumatikzylinder f hrt aus Durch Bet tigung des rechten Tasters f hrt der Kolben des Zylinders in die Ausgangsposition zur ck In FluidSIM wird folgendes dargestellt e Pneumatischer Schaltkreis Die hellblau dargestellten Linien stellen die nicht mit Druckluft versorgten Leitungen dar die dunkelblaue die Leitung die aktuell unter Druck steht e Elektrischer Schaltkreis Die rot dargestellte Leitung stellt den momentan geschlossenen Strom f hrenden Teil des Schaltkreises dar beiten mit MecLab pic noname ct Ha 111 gw Abbildung 4 17 Simulation des gesamten elektropneumatischen Schaltkreises Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 33 4 Station Stapelmagazin Schritt 6 Test mit Station Stapelmagazin Hinweis Bitte beachten Sie die Sicherheitsvorschriften wenn die Station mit Druckluft und elektrischer Energie versorgt wird Wenn im FluidSIM Programm das Symbol des Multipolverteilers eingef gt ist wird auch der reale Zylinder ausfahren sofern die Station ber den EasyPort angeschlossen ist Ist der EasyPort nicht angeschlossen erscheint eine Fehlermeldung Trotzdem ist eine Simulation m glich vgl Abbildung 4 18 zs QA GRP 0333 PITT Arbeiten mit MecLab pic Inbetriebnahme Stapel cE mimmi mim m mm m um 25 ER m D 1 DJ HT ye
47. inden sich die mit 11 bis I6 bezeichneten Eing nge auf der rechten Seite die mit Q1 bis Q6 bezeichneten Ausg nge Die Ein und Ausg nge werden nun mit Logikbausteinen verkn pft Diese befinden sich in der Symbolleiste links am Bildschirm und werden wie alle anderen Komponenten in die Arbeitsfl che gezogen und miteinander verbunden Die prinzipielle Aufgabe der SPS besteht darin die von den Sensoren abgegebenen Signale so zu verarbeiten dass die Aktoren die gew nschte Funktion erf llen k nnen Dies wird mit Hilfe der Logikbausteine realisiert Folgende Funktionen werden ben tigt e Der Motor soll auf Tastendruck starten D h es wird ein Selbsthalteglied RS Glied ben tigt um das Tastersignal zu speichern e Bei Bet tigung des zweiten Tasters oder der Lichtschranke soll der Motor wieder stoppen Dazu wird ein ODER Glied ben tigt Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 5 Station Transportband Abbildung 5 9 zeigt das Digital Modul bzw die SPS mit den verbundenen Logikgliedern Durch Schlie en des Eingabefensters wird das Programm im Digital Modul SPS gespeichert Abbildung 5 9 Digital Modul mit Logikgliedern Hinweis Der lo Baustein dient dazu den dritten Eingang des ODER Gliedes immer auf Null zu setzen Das Programm funktioniert auch ohne den lo Baustein jedoch vermeidet man dadurch eine Fehlerquelle da der Eingang sonst undefiniert sein k nnte Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 47 5 St
48. jeweils gesondert als Lernmedien verwendet werden Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 37 5 Station Transportband 5 2 Komponenten der Station Transportband In der nachfolgenden Tabelle sind die wichtigsten Bestandteile der Station Transportband jeweils mit dem Schaltsymbol aufgef hrt Abbildung Symbol 38 Beschreibung Gleichstromgetriebemotor bewegt die Riemen des Transportbandes und alle aufliegenden Werkst cke Kann vorw rts und r ckw rts laufen Hubmagnet Stopper Weiche kann als Weiche oder als Stopper arbeiten d h Werkst cke vom Band ausschleusen oder anhalten je nachdem auf welcher Seite die Einheit am Band angebaut wurde Induktiver Sensor kann metallische oder metallisierte Werkst cke erkennen Optischer Sensor erkennt alle Werkst cke die den Strahlengang der Lichtschranke blockieren d h alle nicht durchsichtigen Werkst cke Relais steuert den Motor an dient zum Umpolen des Motors Richtungsumkehr Multipolverteiler Schnittstelle zum Anschluss aller Aktoren und Sensoren der Station Transportband an den Steuer PC Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 5 Station Transportband 5 3 Aufbau und Verdrahtung Die Station Transportband wird montiert geliefert Zur Inbetriebnahme muss die Station wie in Abschnitt 3 beschrieben mit dem EasyPort an die USB Schnittstelle des PC sowie mit dem mitgelieferten 24V Netzteil an die Stromversorgung angeschlossen w
49. kationen an ihrer technischen L sung vornehmen Mit MecLab sollen neue Ma st be f r den Technikunterricht gesetzt werden indem ingenieurtechnisches Denken f r die Lernenden begreifbar und erlebbar gemacht wird Die Verwendung von Industrieelementen sowie industrie blicher Symbole Schaltpl ne und Datenbl tter schafft ein bisher kaum erreichtes Ma an Realit ts und Praxisbezug Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 9 10 2 bersicht ber das Lernsystem MecLab Das Lernsystem MecLab besteht im Wesentlichen aus drei Stationen welche die Funktionen e Magazinieren und Vereinzeln e _Transportieren und e Handhaben modellhaft nachbilden Diese drei Prozesse sind typisch f r jede automatisierte Fertigung Abbildung 2 1 zeigt eine reale Fertigungsstra e zur Herstellung von Blechbiegeteilen Rohbleche werden durch ein Rollenband 3 zu den Bearbeitungsstationen 1 2 7 transportiert Funktion Transport und dort gepr gt Der erste Roboter 4 legt die Bleche vom Band in ein Magazin 5 Funktion Magazin der zweite Roboter 6 entnimmt die Bleche dem Magazin und f hrt diese der dritten Bearbeitungsstation 7 zu Handhaben und Vereinzeln Abbildung 2 1 Automatisierte Herstellung von Blechbiegeteilen Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 2 bersicht ber das Lernsystem MecLab hnliche Funktionen haben die Stationen von MecLab e Station Stapelmagazin Speichern von Werkst cken Vereinz
50. m Schaltsymbol aufgef hrt Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 4 Station Stapelmagazin Abbildung Beschreibung Befestigungsbausatz zur Montage von N herungsschaltern Magnetischer N herungsschalter zur Erfassung der Lage des Zylinderkobens 3 2 Wege Absperrhahn zum Absperren der Druckluft und Entl ften T Verteiler zur Verteilung der Druckluft Einfachwirkender Zylinder mit 50 mm Hub 10 mm Kolbendurchmesser Doppeltwirkender Zylinder mit 50 mm Hub und 10 mm Kolbendurchmesser Drossel R ckschlagventil dient zur Geschwindigkeits Regulierung der pneumatischen Antriebe 4 2 Wege Magnetventil mit pneumatischer R ckstellung 4 2 Wege Magnet Impulsventil Multipolverteiler zum Anschluss der elektrischen Komponenten Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 19 4 Station Stapelmagazin 4 3 Aufbau und Verdrahtung MecLab wird in teilmontierter Form ausgeliefert Dennoch kann es f r bestimmte Unterrichtsziele und Unterrichtsverfahren notwendig sein das System zu demontieren bzw dann wieder zu montieren Dies ist problemlos m glich wenn die in diesem Abschnitt folgenden Hinweise beachtet werden Als Basis f r die Station Stapelmagazin dient eine Aluminiumprofilplatte mit Nuten auf der die Einzelteile des Stapelmagazins mit Hammermuttern befestigt werden Alle anderen Komponenten sind ebenfalls verschraubt und k nnen mit dem mitgelieferten Maul und Innensechskantschl ssel zerlegt und montiert we
51. magnet des ersten Ventils Anschluss Yentilmagnet i X Marke fimi Zugehornge komponente im elektrischen Schalkreis Y entilmagnet Abbrechen Hilfe Abbildung 6 8 Eintragen einer Marke am Ventilmagnet Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 63 6 Station Handling Um die N herungsschalter am Zylinder anzubringen klickt man mit der rechten Maustaste auf den Zylinder Es wird ein Fenster ge ffnet in dem man die am Zylinder angebrachten N herungsschalter und deren Position eintragen kann Der Zylinder tr gt zwei N herungsschalter einen in der hinteren und einen in der vorderen Endlage Die Position des einen N herungsschalters ist daher O mm die des anderen 100 mm Die N herungsschalter werden mit 151 und 152 bezeichnet f r den ersten und zweiten N herungsschalter des ersten Zylinders Durch Klick auf OK wird das Eingabefenster wieder geschlossen der Bet tigungsmarken Postion 4 Marke Anfang Ende el Is NT of o mm 0 100 Zugeh rnge Komponenten vllt Abbrechen Hilfe P Abbildung 6 9 Eintragen der N herungsschalter 64 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 Station Handling Schritt 6 Test des pneumatischen Schaltkreises Durch Bet tigen des Start Buttons wird die Simulation gestartet Wird eine der beiden Handhilfsbet tigungen angeklickt steuert das Ventil um und der Zylinder f hrt ein oder aus Optionen Fenster FEED a 0
52. n Fertigkeiten und F higkeiten zur Nutzung automatisierter Systeme e St rkung der Handlungsf higkeiten in Bezug auf zweckentsprechende Auswahl funktionssichere Inbetriebnahme sowie sorgf ltige Wartung automatisierter technischer Systeme Gerade die Komplexit t der Automatisierungstechnik macht die Bestimmung von Bildungsinhalten f r einen allgemeinbildenden vorberuflichen Technikunterricht schwierig und wichtig zugleich Innovationen die f r jede Volkswirtschaft unerl sslich sind bed rfen in erster Linie der Kreativit t technisch gebildeter Menschen die flexibel und vor allem positiv auf die sich stetig weiterentwickelnde Technik eingestellt sind Hieraus erwachsen besondere Anforderungen an eine allgemeine Technikbildung Sie muss technische Bildungsinhalte ausw hlen und bereitstellen die dem Sch ler helfen Technik zu begreifen und mit Technik umzugehen Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 1 Einleitung und didaktische Begr ndung Der Mensch soll sich rechtzeitig auf die sich permanent ver ndernden Bedingungen der Berufs und Arbeitswelt einstellen und entsprechende Kompetenzen erwerben Dies findet bei den meisten Menschen erst w hrend der Berufsausbildung statt Grundeinstellungen werden jedoch bedeutend fr her angelegt und erworben Deshalb kommt dem allgemeinbildenden Technikunterricht sowie der Technikbildung im Rahmen der Arbeitslehre oder innerhalb fach bergreifender Projekte eine besondere Bedeutung zu Moder
53. n die Sch ler falls noch nicht geschehen die Erkenntnisse hinsichtlich der Funktionsweise der Stationen der in den Stationen genutzten Sensoren Aktoren und Steuerungsalgorithmen vorstellen und gemeinsam einen Vergleich zwischen den Stationen ziehen Dabei sollte die Erkenntnis gewonnen werden dass in automatisierten Systemen immer Sensoren Aktoren und Steuerungen zusammenwirken Ebenso ist es sinnvoll die gewonnenen Erkenntnisse zu spiegeln mit den Ergebnissen welche in der Vorbereitungsphase gesammelt wurden Gleichzeitig k nnen in dieser Phase Ideen f r weitere Projekte gesammelt werden Anregungen dazu enth lt das n chste Kapitel 7 2 5 Weiterf hrende Projekte Die mitgelieferten Aufgabenbl tter sind als Einf hrung in das Thema Automatisierung gedacht Sie zeigen wie die Stationen arbeiten und wie sie programmiert werden Die Aufgabenstellungen in den mitgelieferten Aufgaben sind sehr techniknah formuliert d h die technische L sung wird unmittelbar angesprochen Die Aufgaben k nnen aber realit tsn her werden indem der Lehrer als Kunde auftritt und eine Gruppe von Sch lern beauftragt eine Station oder eine Fertigungslinie mit einer bestimmten Funktionalit t zu liefern Die Sch ler m ssen dann die gesamte Projektplanung Durchf hrung und Dokumentation z B auch mit Bedienungsanleitung liefern und das Produkt dem Kunden bergeben Dies kann z B in Form einer Pr sentation geschehen F r
54. n mit dem mitgelieferten Schlauchschneider abgel ngt werden 6 Schlie en Sie das Ventil an den Multipolverteiler an Ventilmagnet 1M1 wird an Steckplatz 3 Ventilmagnet 1M2 an Steckplatz 5 angeschlossen Abbildung 4 5 Montage des zweiten Ventils Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 21 4 Station Stapelmagazin 22 Weiterhin ist es m glich einen Sensor zur Kontrolle der Endlage einzubauen Dies sichert die berwachung des Ablaufes und erm glicht bei Erreichen der Endlage des doppeltwirkenden Zylinders einen weiteren Schritt in der Programmfolge zu starten Hierzu wird der Befestigungsbausatz zur Montage von N herungsschaltern um den Zylinder gelegt und mit der vorgesehenen Schraube befestigt Dann wird der Sensor in die Sensorhalterung eingef hrt und durch eine halbe Drehung mit der Innensechskantschraube vorsichtig fixiert Abbildung 4 6 N herungsschalter am Zylinder Um eine Verbindung vom Computer zu den einzelnen Bauteilen herstellen zu k nnen ist es erforderlich die Sensoren mit dem Multipolverteiler zu verbinden Die Kabel der Ventile werden in der mit ungeraden Ziffern bezeichneten Reihe Eing nge des Multipolverteilers 1 3 5 7 9 11 angeschlossen In der mit geraden Ziffern Ausg nge bezeichneten Reihe 0 2 4 6 8 10 werden die Kabel der Sensoren angeschlossen Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 4 Station Stapelmagazin 4 4 Umbau des 4 2 Wege Magnetventils Die in MecLab
55. ne Didaktik geht dabei immer vom Entwicklungsstand des Lernenden aus und holt ihn dort quasi ab Vorberufliche Technikbildung steht in einem engen Kontext mit anderen Unterrichtsf chern die die Technik theoretisch begr nden helfen ihre Strukturzusammenh nge aufdecken sie nutzen und ihre Verwertbarkeit transparent machen Die Ziele einer vorberuflichen Technikbildung k nnen daher wie folgt formuliert werden e Vermittlung des Wesens der Technik als ein vom Menschen geschaffenes Instrument das Naturgesetze erschlie t anwendet und real neben den Naturm chten existiert e F rderung des Verst ndnisses von Technik als kreative Leistung der Menschen in ihren Wirkungszusammenh ngen mit konomischen kologischen und sozialen Bed rfnissen Erfordernissen und Zw ngen e _Ermutigung der Lernenden zur Aneignung und Anwendung von Technik e Schaffung von f rderlichen Bedingungen f r ein kreatives Denken und Handeln beim Umgang mit Technik e Unterst tzung der Individualentwicklung junger Menschen ausgerichtet auf M ndigkeit im Allgemeinen und auf technische M ndigkeit im Besonderen e Er ffnung von Zug ngen zu ganzheitlichem Handeln selbstst ndiges Planen Durchf hren Kontrollieren Bewerten bei der Erkundung Schaffung Konstruieren Fertigen Anwenden und Aneignung der Technik Orientierung vorberuflicher Technikbildung an neuesten Erkenntnissen der Lern Psychologie e Initiierung von vernetztem ganzheitlichem und kreativ
56. nf gen HXI L schen 111 hr Ausrichten b 1 3 Rotieren Sale Eigenschaften Kompanentenbeschreibung Abbildung 4 10 Drehen der Drossel R ckschlagventile Anschlie end m ssen die Komponenten verschlaucht d h miteinander verbunden werden Dazu fahren Sie mit dem Mauszeiger ber einen Knotenpunkt des Symbols bis ein Fadenkreuz dargestellt wird Mit gedr ckter linker Maustaste fahren Sie dann bis zum gew nschten Knotenpunkt des n chsten Symbols Sobald durch das Fadenkreuzsymbol die Verbindung best tigt wird lassen Sie die linke Maustaste los Abbildung 4 11 Pneumatische Komponenten verschlaucht 28 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 4 Station Stapelmagazin Um die Ventilmagnete mit dem elektrischen Schaltkreis und der Station verkn pfen zu k nnen m ssen den Anschl ssen der Ventilmagnete die entsprechenden Marken zugeordnet werden Dazu klickt man mit der rechten Maustaste auf den Knoten eines Ventilmagneten Es ffnet sich ein Kontextmen in dem der Men punkt Eigenschaften gew hlt wird Im Feld Marke wird die Bezeichnung eingetragen Gem der Anschlusstabelle hei t der linke Ventilmagnet 1M1 der rechte 1M2 Marke 11441 Zugeh rige Komponente im elektrischen Schaltkreis IH entiimagnet JK Abbrechen Hilfe Abbildung 4 12 Eintragen einer Marke an am Ventilmagnet Br Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 29 4 Station Stapelmagazin Sch
57. ng e besitzen grundlegende Probleml sef higkeiten e haben Selbstvertrauen im Umgang mit Problemen ausgepr gt e verf gen ber die Bereitschaft den Willen und die Beharrlichkeit zur Auseinandersetzung mit Problemen auch bei R ckschl gen Das Stufenmodell des Probleml sungsprozesses kann eine Hilfe f r die Planung und Durchf hrung des Projektunterrichts sein wobei es dem Lehrer vorbehalten bleibt gegebenenfalls von diesem Modell abzuweichen 8 3 1 Aufdecken und Verstehen des Problems Vorbereitungsphase In dieser Vorbereitungs oder Informationsphase geht es um die Kl rung der Problemstellung im Idealfall also das Finden der Projektidee und die Ableitung der konkreten Projektaufgabe durch die Sch ler Das Projektziel muss definiert werden Wenn es f r die Lernenden der erste Projektunterricht ist m ssen vom Lehrer in dieser Phase auch alle Informationen ber Zweck und Durchf hrung von Projektarbeit gegeben werden Die Vorbereitungsphase sollte zeitlich m glichst kurz gehalten werden um die Motivation der Sch ler nicht verpuffen zu lassen 8 3 2 Bestimmen m glicher L sungswege Evaluationssphase In der Evaluationssphase m ssen die Sch ler m gliche L sungswege zum Ziel eruieren und gegeneinander bewertend abw gen Die L sungsvarianten m ssen mit den eigenen materiellen wie personellen M glichkeiten und Kompetenzen verglichen werden Eine dann gew hlte L sungsvariante stellt immer einen gewissen Kompromiss zwi
58. ngen der Menschen indem sie eine hohe Produktivit t der Arbeit sowie eine kontinuierliche Qualit t der Erzeugnisse sichert und zugleich die permanent wachsenden Bed rfnisse der Menschen an technischem Know how befriedigt Dies gilt in gleichem Ma e f r die berufliche wie die private Lebenssph re Als technischer Wissenschaftsbereich b ndelt die Automatisierungstechnik Erkenntnisse nahezu aller anderen technischen Einzelwissenschaften Ohne wissenschaftliche Grundlagen aus der Elektrotechnik dem Maschinenbau der Verfahrenstechnik und der Informationstechnik um nur einige Beispiele zu nennen k nnte sich ein so hochgradig interdisziplin r ausgerichteter Forschungsbereich kaum angemessen entwickeln T glich werden Menschen aller Altersgruppen mit automatisierten technischen Systemen konfrontiert Sie nutzen Rolltreppen beobachten die automatischen T r ffner erleben den Warentransport an der Kasse eines Supermarktes oder bedienen Geldautomaten Automatisierungstechnik ist in diesem Sinne ubiquit r Jedermann ist privat wie beruflich regelm ig direkt oder indirekt mit der zweckgerichteten Auswahl Nutzung sowie der Bewertung und Beurteilung automatisierter Systemen konfrontiert Die Ziele einer zukunftsorientierten allgemeinen technischen Bildung m ssen deshalb st rker als bisher darauf ausgerichtet werden Bestimmende Ziele sind e F rderung des impliziten und expliziten Wissens ber automatisierte Systeme e Entwicklung vo
59. ntil zwei Drossel R ckschlagventilen und der Druckluftversorgung Abbildung 4 9 zeigt die Komponenten auf der Arbeitsfl che FluidSIM P Datei Bearbeiten Ausf hren Bibliothek Einf gen Didaktik Ansicht Optionen Fenster gt FESTO Hierarchische Darstellung Kompone le A Q GRP 0333 PITT Arbeiten mit MecLab pic noname ct Eigene Dateien Gemeinsame Dateien Pneumatik versorgungselemente u Aktuatoren mm p Be Wegmakstab Zylinder ei Zylinder do wakuumsau Saugnapf Vemi p a H ufig verwendete Wegeventile Mechanisch bet tigt eR gii Pneumatisch bet tigt E Elektromagnetisch bet tigt 4 arte au a au 2 Wege hi H2 Wege hi 92 Wege h 1372 Wege hi 52 Wege hi hi a 52 Wege hi 5 3 Wege hi ventilmagnet FF Sperr Stromventile Wechselwentil Zweidruckw Drosselrick Drosselwentil Abbildung 4 9 Platzieren der Elemente auf der Arbeitsfl che Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 27 4 Station Stapelmagazin Die Drossel R ckschlagventile sollten gedreht werden um einen bersichtlichen Schaltplan zu erhalten Dies erreicht man indem man das Symbol des Drossel R ckschlagventils auf der Arbeitsfl che mit der rechten Maustaste anklickt und im Kontextmen den Men punkt Rotieren und dann 270 w hlt Ze Susschneiden Kopieren Ei
60. nungstabelle Station Handling Analyse der Aufgabestellung Bevor man mit dem Programmieren beginnt sollte man sich ber die Aufgabenstellung im Klaren sein Dazu ist es sinnvoll die Aufgabenstellung mit eigenen Worten wiederzugeben oder einen Ablaufplan zu erstellen e Der Kolben des horizontalen doppeltwirkenden Zylinders soll aus der Ausgangslage eingefahren ausfahren Der Befehl hierf r wird ber einen Taster in FluidSIM erteilt e Der Zylinder darf aber nur ausfahren wenn er sich in der hinteren Endlage befindet d h eingefahren ist Dies kann ber den N herungsschalter abgefragt werden Dieser N herungsschalter ist in der Prinzipskizze und im Schaltplan mit 151 bezeichnet e Der R ckhub soll ebenfalls durch ein Tastersignal ausgef hrt werden Aber auch in diesem Fall darf der Zylinder nur einfahren wenn er vorher voll ausgefahren war e Der Sensor f r die vordere Endlage ist in der Prinzipskizze mit 152 bezeichnet e Im FluidSIM Programm ben tigt man zwei Taster f r die Bedienung e Der horizontale Zylinder wird ber ein bistabiles 4 2 Wege Magnetventil angesteuert Durch Einschalten des Ventilmagneten 1M1 f hrt der Zylinder aus durch Einschalten des Ventilmagneten 1M2 f hrt der Zylinder ein Weil es sich um ein bistabiles oder Impulsventil handelt gen gt ein kurzer Stromsto damit das Ventil und damit der Zylinder in der jeweiligen Schaltstellung bleibt 58 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 Sta
61. on FluidSIM Aufbau der Stationen Sicherheitshinweise Wartungshinweise Station Stapelmagazin Technische Bedeutung Komponenten der Station Stapelmagazin Aufbau und Verdrahtung Umbau des 4 2 Wege Magnetventils Exemplarische L sung einer Beispielaufgabe mit dem Stapelmagazin Station Transportband Technische Bedeutung Komponenten der Station Transportband Aufbau und Verdrahtung Erstellen eines Beispielprogramms f r das Transportband Station Handling Technische Bedeutung Komponenten der Station Handling Inbetriebnahme der Station Handling Umsetzung einer einfachen Aufgabe mit der Station Handling Tipps f r die Unterrichtsgestaltung _ bersicht ber die mitgelieferten Medien Unterrichtsgestaltung Arbeit an Projekten Ziele des Projektunterrichts Merkmale des Projektunterrichts Phasen des Projektunterrichts Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 10 13 13 13 14 15 16 16 18 20 23 24 36 36 38 39 39 51 51 53 55 56 73 73 74 82 82 82 85 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 1 Einleitung und didaktische Begr ndung Im Wissenszeitalter gewinnt die Automatisierungstechnik als ein wichtiger Teilbereich der Technikwissenschaften zunehmend an Bedeutung Sie ist als technisch wissenschaftliche Errungenschaft Ausdruck des kreativen Denkens und Handelns von Technik und Naturwissenschaftlern Die Automatisierungstechnik ver ndert nachhaltig die Arbeits und Lebensbedingu
62. onenten sinnvoll Ebenso m ssen die Sch ler mit den Sicherheitshinweisen vertraut gemacht werden Die Projektarbeit kann eingeleitet werden mit einer Einf hrung in bestimmte Themen wie z B Sensorik Pneumatik Schaltungs oder Programmiertechniken Dabei kann auf die Informationen im Theorieteil auf die mitgelieferte Powerpoint Pr sentation und die Animationen auf CD ROM und in FluidSIM zur ckgegriffen werden Die Informationen k nnen in einem Lehrervortrag dargebracht werden oder durch die Sch ler selbst in Form von Referaten Insbesondere f r die Sch ler kann auch das Internet eine gute Informationsquelle sein Hier sei insbesondere auf die Online Ezyklop die Wikipedia verwiesen Alternativ kann die Erarbeitung der zur Bearbeitung der Aufgaben notwendigen Informationen auch im Rahmen der Projektarbeit durch die Sch ler selbst erfolgen In diesem Fall ist es besonders sinnvoll die Ergebnisse im Rahmen von Referaten nach Abarbeitung der Aufgaben pr sentieren zu lassen Dies ist insbesondere deshalb wichtig weil die Lerninhalte bei den verschiedenen Stationen zwar hnlich aber nicht v llig gleich sind Durch die Referate kann sichergestellt werden dass alle Sch ler den gleichen Wissenstand haben Die Aufgaben werden zunehmend anspruchsvoller Tabelle 7 1 gibt einen berblick ber die Lernziele der Aufgaben Insgesamt l sst sich sagen dass das Stapelmagazin die Station mit den einfachsten Aufgaben ist und das Handling
63. r Ergebnis vor Es wird gemeinsam entschieden welcher L sungsvorschlag realisiert wird Gemeinschaftlich wird das Projekt zu Ende gef hrt Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 83 8 Arbeit an Projekten 84 e Gemeinschaftlich getrennt gemeinschaftliche Bearbeitung des gleichen Projekts Alle Sch ler diskutieren den Projektgegenstand und die Varianten zu seiner Bearbeitung Das Gesamtprojekt wird erschlossen die zu l senden Teilaufgaben und Probleme werden festgelegt Die Teams entscheiden selbst welches Teilproblem sie l sen wollen Jedes Team stellt seine L sung der Klasse vor Nach einer Bewertungsrunde erfolgt die Fertigstellung des Projekts gemeinschaftlich Parallelarbeit mehrerer Teams die jeweils unterschiedliche Projekte bearbeiten Bei einer solchen Organisation der Projektarbeit m ssen geeignete Projekte ausgew hlt und an bereits bestehende Teams bertragen werden Die Projektthemen d rfen dabei die Leistungsf higkeit der Teammitglieder aber weder unter noch berfordern Sie m ssen dem Leistungsniveau der jeweiligen Gruppe entsprechen Der Projektunterricht enth lt Probleml sungsprozesse Ein wichtiges Merkmal des Projektunterrichts ist dass der Lernende zur Realisierung seines konkreten Handlungsziels einen oder mehrere Probleml sungsprozesse von der Vorbereitung bis zur praktischen Realisierung des gel sten Problems durchl uft W hrend der Probleml sung muss der Lernende Gebrauch von seinem vorher er
64. r Aufgabenstellung e F r die Aufgabe wird nur der Bandmotor ben tigt nicht aber der Hubmagnet oder die Rutsche Nicht ben tigte Komponenten k nnen m ssen aber nicht unbedingt entfernt werden e Am Bandende muss ein Sensor angebracht sein der alle Werkst cke erkennt Hierf r kommt nur eine Lichtschranke in Frage Der induktive Sensor kann nur metallische Werkst cke erfassen e m Steuerprogramm muss ein Taster zum Starten des Motors und ein zweiter Taster zum Abschalten vorgesehen werden L sung Die L sung vollzieht sich in vier Schritten 1 Erstellen des mechanischen Aufbaus 2 Erstellen der Schaltpl ne und Programmierung in FluidSIM 3 Test des Programms in der Simulation 4 Test des Programms mit der Station Transportband Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 39 5 Station Transportband Schritt 1 Erstellen des mechanischen Aufbaus DC Motor S1 O O O O O O O O O O O O O O O O O O oo eo O O O O O O O O O O O O O O O O O O O O gt Abbildung 5 2 Prinzipkskizze des Transportbandes Die Abbildung 5 2 zeigt eine Prinzipskizze des Transportbandes wie sie f r die Aufgabenstellung ben tigt wird Hier ist die Anordnung der Komponenten zu erkennen F r die Planung des Steuerprogramms hat die Prinzipskizze gro e Bedeutung Der optische Sensor Lichtschranke muss am Bandende angebracht werden Dies ist mit dem beigelegten Werkzeug leicht m glich Der Stopper kann entfernt werden kann
65. r dargestellt Abbildung 4 8 Pneumatischer Schaltplan der Station Stapelmagazin Steckplatz Belegung Marke e CE Tabelle 4 1 Steckerbelegung f r die Station Stapelmagazin Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 25 4 Station Stapelmagazin Schritt 1 Start des Programms FluidSIM e ffnen des Programms FluidSIM durch Doppelklick auf das Programmsymbol FluidSIM Preumsati e Aufrufen einer neuen Arbeitsfl che In der zweiten Men leiste links auf das leere wei e Blatt klicken Es erscheint eine neue leere Arbeitsfl che f r eine Steuerung atei Bearbeiten Ausf hren Bibliothek Einf gen Didaktik Ansic e _Abspeichern der neuen Steuerung Hierzu in der Men leiste Datei gt Speichern unter ausw hlen und die Datei an der gew nschten Stelle auf einem Datentr ger mit selbst gew hltem Namen speichern 26 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 4 Station Stapelmagazin Schritt 2 Erstellen des pneumatischen Schaltplanes Die zum Erstellen des pneumatischen Schaltplans notwendigen Komponenten befinden sich in der Symbolleiste auf der linken Bildschirmseite Sie werden in den Schaltplan eingef gt indem man e das entsprechende Symbol anklickt e die linke Maustaste gedr ckt h lt e das Symbol an die gew nschte Stelle des Schaltplanes zieht und dort die Maustaste losl sst Das pneumatische System besteht aus einem doppeltwirkenden Zylinder einem bistabilen 4 2 Wege Magnetve
66. rden Der mitgelieferte Schraubendreher dient vor allem zur Einstellung der Drossel R ckschlagventile Pneumatikschlauch kann mit dem Schlauchschneider in der passenden L nge abgeschnitten werden Hinweis Verwenden Sie keine Scheren oder andere Messer weil dies zu Undichtigkeiten f hren kann Die Station Stapelmagazin wird teilmontiert ausgeliefert der einfachwirkende Zylinder die Presse der doppeltwirkende Zylinder der Ausschieber sowie das monostabile 4 2 Wegeventil sind montiert verdrahtet und verschlaucht Das zweite bistabile Ventil sowie der magnetische N herungsschalter sind noch zu montieren Dies soll im folgenden kurz beschrieben werden Abbildung 4 4 Lieferzustand Station Stapelmagazin 20 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 4 Station Stapelmagazin Montage des bistabilen 4 2 Wegeventils 1 Trennen Sie die Station von der Druckluft und Stromversorgung L sen Sie die Halteschrauben die das bereits montierte Ventil mit der Ventilhalterung verbinden Tauschen Sie die beiden kurzen Schrauben gegen die mitgelieferten l ngeren aus Schrauben Sie die beiden Ventile mit den l ngeren Schrauben wie in Abbildung 4 5 gezeigt fest a PR ww N Verschlauchen Sie die Ausg nge 2 und 4 des Ventils mit den jeweils korrespondierenden Anschl ssen des doppeltwirkenden Zylinders Anschluss 2 wird mit der vorderen Zylinderkammer verbunden Anschluss 4 mit der hinteren Zylinderkammer Schlauch mit der passenden L nge kan
67. rgebnisse vor Neben der Vorstellung des konkreten Handlungsproduktes z B fertige Steuerung sollte jede Gruppe auch einen Erfahrungsbericht ber das Vorgehen in der Gruppe ber eventuelle Fehler und Probleme und deren L sung geben Der Lehrer ist in dieser Phase haupts chlich als Moderator gefragt Wenn mehrere L sungsvarianten erarbeitet wurden sollten diese bewertet und eine Entscheidung f r die beste L sung getroffen werden Diese L sung muss mit dem in der Planungsphase definierten Projektziel verglichen werden Im Anschluss k nnen ein Erfahrungsaustausch und eine Bewertung der gesamten Projektarbeit stattfinden Aus diesem Abschlussgespr ch k nnen dann neue Ablauf und Organisationsstrukturen f r hnlich gelagerte Projektarbeiten entstehen Die L sung eines Problems durch Projektarbeit f rdert nicht selten das Entstehen neuer Probleme f r die Sch ler auf einer h heren Erkenntnisebene und mit gewachsenen Anspr chen sowohl an die eigenen F higkeiten wie Fertigkeiten als auch an das Ergebnis des neuen projektorientierten Problem l sungsprozesses Mit jeder realisierten Projektarbeit erh ht sich die Handlungskompetenz der Sch ler Aufdecken und Verstehen des Problems Vorbereitungsphase Bestimmen m glicher L sungswege Evaluationsphase Planung eines L sungsweges Planungsphase Realisierung der Projektl sung Interaktionsphase Bewerten der Probleml sung Pr sentationsphase us
68. ritt 3 Simulation des pneumatischen Schaltplanes FluidSIM erlaubt die Simulation und damit den Test dieses pneumatischen Schaltkreises Dazu wird die Simulation durch Anklicken des Start Buttons gestartet Indem man mit der linken Maustaste die jeweilige Handhilfsbet tigung des Ventils rechts oder links anklickt f hrt der Zylinder aus bzw wieder ein m n a i 111 Abbildung 4 13 Simulation des pneumatischen Schaltkreises 30 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 4 Station Stapelmagazin Schritt 4 Erstellen des elektrischen Schaltplanes Zun chst m ssen die ben tigten Komponenten eingef gt werden Hierzu w hlt man in der linken Spalte in der Unterkategorie Elektrik die Symbole aus Diese werden dann mit der linken Maustaste in das Bearbeitungsfenster im rechten Teil des Programmfensters gezogen Ben tigt werden die Komponenten Stromversorgung 24 V und O V 2 Taster Schlie er und 2 Ventilmagnete Hinweis Das Symbol des Ventilmagneten finden Sie in der Unterkategorie Pneumatik siehe Abbildung 4 9 nn ZH ira Abbildung 4 14 Arbeitsfl che mit pneumatischem Schaltplan und elektrischen Komponenten Die Verdrahtung der Komponenten erfolgt in der gleichen Weise wie bei den pneumatischen Komponenten durch Anklicken der Kontakte und ziehen der Verbindungsleitung zum n chsten Kontakt Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 31 4 Station Stapelmagazin Auf diese Wei
69. rten Anleitung wie die drei Stationen von MecLab aufzubauen und In Betrieb zu nehmen sind Dies wird Schritt f r Schritt erl utert Es wird empfohlen den Aufbau der Stationen anhand dieses Dokuments nachzuvollziehen Dieses Dokument ist als pdf Datei abgespeichert Zusammen mit MecLab haben Sie das Recht erworben diese Datei auszudrucken und an die Sch ler Ihrer Schule zu verteilen Sie d rfen die Inhalte jedoch nicht ver ndern Aufgabensammlung Die Aufgabensammlung enth lt zu jeder Station mehrere Aufgabenbl tter die von einfachen bungen zum Kennenlernen der Komponenten deren Funktion und Symbolen ber die Erstellung von Prinzipskizzen und Schaltpl nen bis hin zu komplexen Programmieraufgaben reichen Die Aufgaben bauen aufeinander auf und verlangen zunehmend mehr Vorwissen Jede Aufgabe enth lt eine knappe Beschreibung der Lernziele Die Aufgabenbl tter sind als sofort einsetzbare Arbeitsbl tter f r Sch ler konzipiert Die Arbeitsbl tter liegen als Word Dateien vor Sie k nnen und d rfen diese selbst ndern und Ihren Anforderungen anpassen Die ben tigten Grundlagen sind im Theorieteil enthalten Pr sentation Ebenfalls mitgeliefert wird eine Pr sentation im PowerPoint Format ppt Diese enth lt im Wesentlichen die Abbildungen aus dem Theorieteil welche f r Erkl rungen im Rahmen eines Lehrervortrags oder zur Erstellung eigener Unterlagen genutzt werden k nnen Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 7
70. schen dem technisch Gewollten dem konomisch Vertretbaren und dem von den materiellen wie personellen Bedingungen Machbaren dar 8 3 3 Planung eines L sungsweges Planungsphase In der Planungsphase besteht f r die Lernenden die Aufgabe darin den kompletten Ablauf d h die Teill sungsschritte auf dem Weg zum Ziel zu planen und zu organisieren Dazu geh ren sowohl die materielle Planung Werkzeuge Werkstoffe Hilfsstoffe als auch die personale Planung Anzahl an Gruppen Gr e und Zusammensetzung der Gruppen Es k nnen Teilprojektziele definiert Methoden zu deren L sung fixiert und Teil Projektgruppen zur L sung konkreter Teilaufgaben gebildet werden Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 85 8 Arbeit an Projekten 8 3 4 Realisierung der Projektl sung Interaktionsphase W hrend der Interaktionsphase arbeiten die Lernenden in den Teilprojektgruppen gem dem vorher festgelegten Ablauf an der L sung der Teilprojektziele Alle ben tigten Informationsquellen m ssen zur Verf gung stehen bzw f r die Gruppen erreichbar sein Dies ist die wesentliche Aufgabe des Lehrers in dieser Phase der Projektarbeit Die Ergebnisse sollten von den einzelnen Gruppen schriftlich festgehalten werden und f r die Pr sentation vorbereitet werden 8 3 5 Bewerten der Probleml sung Pr sentationsphase In der Pr sentationsphase stellen die Mitglieder der einzelnen Teilprojektgruppen dem ganzen Projektteam bzw der Klasse ihre Arbeitse
71. se entsteht ein Schaltplan wie in Abbildung 4 15 dargestellt E 3 k ZH Abbildung 4 15 Verdrahtung des elektrischen Schaltkreises Ein wichtiger Schritt ist das Setzen von Marken f r die Ventilmagnete um die Verkn pfung zwischen elektrischem und pneumatischem Schaltkreis zu gew hrleisten Dies geschieht analog zum Vorgehen bei den pneumatischen Komponenten vgl Schritt 3 Durch Anklicken mit der rechten Maustaste auf das Symbol des Ventilmagneten ffnet sich das Kontextmen Hier w hlt man den Men punkt Eigenschaften In dem Dialogfenster tr gt man die Marke ein Abbildung 4 16 Die Ventilmagnete m ssen die gleichen Marken erhalten wie die Anschl sse des pneumatischen Schaltplans also hier 1M1 und 1M2 A Vertimegnet x gw Marke fim2 zugeh rige Komponente im pheumatischen Schaltkreis A OK Abbrechen Hilfe Abbildung 4 16 Einf gen von Marken an den Ventilmagneten 32 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 4 Station Stapelmagazin Schritt 5 Simulation des gesamten Schaltkreises Durch Bet tigen der Start Taste wird die Simulation im FluidSIM gestartet Sie erm glicht es die Funktionen des elektrischen und des pneumatischen Schaltkreises einfach und gefahrlos zu testen Um die einzelnen Programmschritte abzuarbeiten m ssen die Taster im Simulationsmodus per Mausklick bet tigt werden Durch Bet tigung des linken Tasters wird der Stromkreis geschlossen das Magnetvent
72. te Schaltkreise ICs in einer Palette welche in der Elektronikindustrie blicherweise Tray genannt wird Abbildung 4 2 ICs in einer Palette Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 4 Station Stapelmagazin Das Stapelmagazin ist einer der einfachsten M glichkeiten Werkst cke geordnet zu lagern In realen Produktionsanlagen werden die Bauelemente dann bereits in Stangenmagazinen angeliefert Damit ist ein schnelles Bef llen der Stapelmagazine m glich Die Station Stapelmagazin bietet neben der Funktion des Magazins und der Vereinzelung noch die Funktion Einpressen Wird auf dem Ablagetisch eine Dose abgelegt kann aus dem Stapelmagazin ein Deckel herausgeschoben werden welcher vom zweiten Pneumatikzylinder dann eingepresst wird Die Station Stapelmagazin bietet neben den elektrotechnischen Inhalten die M glichkeit den Themenkomplex Pneumatik in den Unterricht einzuf hren Dabei ist die Realisierung von einfachen Grundlagenaufgaben zur Funktion oder Handsteuerung eines Ventils aber auch die Verwirklichung komplexerer automatischer Steuerungen mit mehreren Pneumatikzylindern ber verschiedene Ventile m glich Im Unterricht kann die Station Stapelmagazin variabel genutzt werden Ob sie im darbietenden Unterricht oder beim selbstst ndigen und kooperativen Lernen der Sch ler eingesetzt werden Die einzelnen Stationen von MecLab erm glichen es die moderne Berufs und Arbeitswelt in die Schule zu holen und deren
73. tion Handling Schaltplanerstellung und Programmieren mit FluidSIM Zur Programmierung wird die beiliegende Software FluidSIM genutzt Dies erm glicht es die Schaltung zun chst auf dem Rechner zu simulieren Sollte sich in der Simulation kein Fehler ergeben kann die Station direkt angesteuert und betrieben werden Da der Versuchsaufbau aus elektrischen und pneumatischen Bauteilen besteht ist f r beide Systemkomponenten im Programm FluidSIM ein Schaltplan zu erstellen Es empfiehlt sich zun chst den pneumatischen und im Anschluss daran den elektrischen Schaltplan zu entwickeln Schritt 1 ffnen von FluidSIM Als Vorbereitung zum Erstellen des Schaltplanes ist es zun chst notwendig eine neue Seite zu erstellen um eine aktive Arbeitsfl che zu erhalten Dazu muss FluidSIM durch Doppelklick auf das Programmsymbol ge ffnet werden Aufrufen einer neuen Arbeitsfl che In der zweiten Men leiste links auf das leere wei e Blatt klicken oder auf Datei gt Neu Es erscheint eine neue leere Arbeitsfl che f r eine Steuerung FluidSIM P Datei Bearbeiten Ausf hren Bibliothek Einf gen Didaktik Projekt Ansicht 4 D0euEs i A Hierarchische Darstellung Komponentenbibliothek elx ETF E E Abspeichern der neuen Steuerung Hierzu in der Men leiste Datei gt Speichern unter ausw hlen und die Datei an der gew nschten Stelle auf einem Datentr ger mit selbst gew hlten Namen speichern
74. ung des doppeltwirkenden Zylinders durch Verschlie en des Ausgangs 2 ein 3 2 Wegeventil in Ruhestellung ge ffnet Steuert man mit diesem Ventil den einfachwirkenden Zylinder an wird dieser ausfahren wenn das Ventil nicht bet tigt wird und bei Bet tigung des Ventils einfahren vgl Abbildung 4 7 4 5 _Exemplarische L sung einer Beispielaufgabe mit dem Stapelmagazin Das Zusammenspiel der Software FluidSIM und der Hardwarekomponenten der Station Stapelmagazin soll an einer Beispielaufgabe Schritt f r Schritt verdeutlicht werden Aufgabenstellung Entwickeln Sie ein Stapelmagazin das nach kurzem Bet tigen eines Tasters genau ein Werkst ck ausschiebt und den Schieber nach Bet tigen eines zweiten Tasters wieder einf hrt Analyse der Aufgabenstellung e Das Signal zum Ausfahren muss gespeichert werden da der Taster nur kurz bet tigt werden soll e Der doppeltwirkende Zylinder wird mit einem 4 2 Wege Magnetventil angesteuert e Zur Speicherung des Tastersignals wird das bistabile 4 2 Wege Magnetventil verwendet Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 4 Station Stapelmagazin L sung Zun chst ist falls noch nicht geschehen das zweite Ventil sowie der magnetische N herungsschalter zu montieren und anzuschlie en vgl Abschnitt 4 3 Der Schaltplan in Abbildung 4 8 zeigt beispielhaft wie die Komponenten angeschlossen sein k nnen In der Tabelle 4 1 ist der Anschluss des Sensors und der Ventilmagnete an den Multipolverteile
75. urch Doppelklick ge ffnet Es erscheint ein neues Fenster mit den Ein und Ausgangskan len des Digital Moduls iol xi r Br E lt i J i E E E E E 4Digital Modul Abbildung 6 13 Ein und Ausgangskan le des Digital Moduls Auf der linken Seite befinden sich die mit 11 bis I6 bezeichneten Eing nge auf der rechten Seite die mit Q1 bis Q6 bezeichneten Ausg nge Die Ein und Ausg nge werden nun mit Logikbausteinen verkn pft Diese befinden sich in der Symbolleiste links am Bildschirm und werden wie alle anderen Komponenten in die Arbeitsfl che gezogen Die Aufgabenstellung verlangt dass der Zylinder ein bzw ausf hrt wenn jeweils der zugeh rige Taster bet tigt und der Zylinder die entsprechende Endlage erreicht hat e Wenn Taster S1 und N herungsschalter 151 bet tigt sind dann wird Ventilmagnet 1M1 eingeschaltet e Wenn Taster S2 und N herungsschalter 152 bet tigt sind dann wird Ventilmagnet 1M2 eingeschaltet Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 Station Handling Es werden also zwei UND Glieder im Programm ben tigt Weil das UND Glied in FluidSIM drei Eing nge hat werden zwei hi Glieder verwendet um den dritten eigentlich nicht ben tigten Eingang immer auf High zu setzen Ansonsten w rde FluidSIM durch eine Fehlermeldung darauf aufmerksam machen dass ein Eingang nicht belegt ist Ir Digital Modul Abbildung 6 14 Digital Modul mit Logikgliedern
76. uss des EasyPorts Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 13 3 Inbetriebnahme der Stationen 14 bersicht Beispielprogramme Beispielprogramm f r Station Funktion Transportband Einschalten Band durch Lichtschranke Aussortieren metallischer Werkst cke Abschalten nach 5 s 3 7 ct Handling Automatisches umsetzen eines Werkst ckes vom hinteren in den vorderen Ablageteller 3 3 Sicherheitshinweise MecLab wurde unter Beachtung aller einschl gigen Sicherheitsrichtlinien konstruiert Wie bei jedem technischen System sind jedoch einige Sicherheitshinweise zu beachten um eine Gef hrdung von Personen auszuschlie en Allgemein e Die Auszubildenden d rfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin eines Ausbilders an der Station arbeiten e Beachten Sie die Angaben der Datenbl tter zu den einzelnen Elementen insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit Elektrik Herstellen bzw abbauen von elektrischen Verbindungen nur in spannungslosem Zustand e Verwenden Sie nur Kleinspannungen maximal 24 V DC Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 3 Inbetriebnahme der Stationen Pneumatik e berschreiten Sie nicht den zul ssigen Druck von 400 kPa 4 bar e Schalten Sie die Druckluft erst ein wenn Sie alle Schlauchverbindungen hergestellt und gesichert haben e Entkuppeln Sie keine Schl uche unter Druck e Seien Sie beim Einschalten der Druckluft besonders vorsichtig Zylinder k nnen selbstt tig aus o
77. ventile El e E Lo C Program Files Didactic fl_sim_p4_MecLabisymipneutsupply 94 Dateien h Abbildung 6 5 Komponenten des pneumatischen Schaltplans 60 Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 6 Station Handling Schritt 3 Ausrichten der Drossel R ckschlagventile Die Drossel R ckschlagventile sollten gedreht werden um einen bersichtlichen Schaltplan zu erhalten Dies erreicht man indem man das Symbol des Drossel R ckschlagventils auf der Arbeitsfl che mit der rechten Maustaste anklickt und im Kontextmen den Men punkt Rotieren und dann 270 w hlt H Ausschneiden Kopieren Einf gen L schen Ausrichten gt 180 Eigenschaften 270 Komponentenbeschreibung Abbildung 6 6 Ausrichten der Drossel R ckschlagventile Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 61 6 Station Handling 62 Schritt 4 Komponenten verschlauchen Anschlie end m ssen die Komponenten verschlaucht d h miteinander verbunden werden Dazu fahren Sie mit dem Mauszeiger ber einen Knotenpunkt des Symbols bis ein Fadenkreuz dargestellt wird Mit gedr ckter linker Maustaste fahren Sie dann bis zum gew nschten Knotenpunkt des n chsten Symbols Sobald durch das Fadenkreuzsymbol die Verbindung best tigt wird lassen Sie die linke Maustaste los Danach sieht der pneumatische Schaltplan so aus ruia ME Datei Bearbeiten Ausf hren Bibliothek Einf gen Didaktik Ansicht Optionen F
78. worbenen Wissen und K nnen machen und auch neue F higkeiten und Fertigkeiten erwerben Der Projektunterricht ist zweck und zielorientiert Mit jeder Handlung in der Technik wird ein Ziel verfolgt F r die Sch ler ist der Projektgegenstand z B eine Steuerung zur Automatisierung eines Prozesses das Ziel Erkennen sie dass zum Erreichen dieses Ziels neue fachliche Kenntnisse erforderlich sind so sind sie intrinsisch motiviert sich die erforderlichen F higkeiten und Fertigkeiten selbst ndig anzueignen weil sie f r sich deren Wert zur Erreichung des Ziels erkennen F r den Lehrer spielt der Projektgegenstand an sich nur eine untergeordnete Rolle er ist ein Mittel zum Zweck ein Medium an dem die Sch ler arbeiten und lernen sollen und das dazu beitr gt die Bildungs und Erziehungsziele zu verwirklichen Letztlich geht es immer um die Entwicklung von Handlungskompetenz und deren Teilkompetenzen bei den Sch lern Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 8 Arbeit an Projekten 8 3 Phasen des Projektunterrichts Um ein Projekt wirklich selbst ndig durchf hren zu k nnen m ssen die Sch ler nicht nur ber bestimmte fachliche sondern mindestens im gleichen Ma e ber methodische Kompetenzen verf gen Sie sollten bereits eine gewisse Erfahrung beim selbst ndigen L sen von Problemen besitzen Das bedeutet die Sch ler e kennen Probleml sungsstrategien ihre Stufen vom Erkennen des Problems bis zur Bewertung der L su
79. zeigt Das Programm kann nun Schritt f r Schritt erweitert werden um die andern Aktoren und Sensoren der Station einzubinden V Yorrang bei angeschlossener Hardware Abbrechen Hilfe Abbildung 4 19 Dialogfenster des Multipolverteilers Voreinstellungen V Yorrang bei angeschlossener Hardware Abbrechen Hilfe Abbildung 4 20 Dialogfenster Multipolverteiler mit gesetzten Marken Festo Didactic GmbH amp Co KG 562070 35 36 5 Station Transportband 5 1 Technische Bedeutung Transportb nder sind technische Systeme die in der Berufs und Arbeitswelt u a bei der Produktion materieller G ter in der Industrie im Bauwesen und in der Landwirtschaft eingesetzt werden Transportb nder haben auch eine gro e Bedeutung f r den Alltag der Menschen in einer modernen Gesellschaft Handelsunternehmen nutzen Transportb nder f r Waren z B an den Kassen in Superm rkten aber auch in Form von Rolltreppen zum bequemen Transport ihrer Kunden Auf Bahnh fen und Flugpl tzen bef rdern sie Fahr und Flugg ste ber die immer weitl ufiger werdenden Terminals Ihre Entwicklung ging mit der Industrialisierung einher Anf nglich wurde zum Antrieb von Transportb ndern die Muskelkraft von Tieren oder Menschen genutzt Sp ter kamen Elektromotoren zum Einsatz die auf Grund ihrer vielen Vorteile auch heute noch verwendet werden Die Einf hrung der Transportb nder revolutionierte die industrielle Fertigung In diesem Zusammenh

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