Für den zu realisierenden Unterrichtsentwurf hat sich der Autor der hier vorliegenden Arbeit den Ausbildungsberuf des Mechatronikers ausgesucht. Mechatroniker sind Metallfachkräfte und Elektrofachkräfte in einem. Die Ausbildung dauert in der Regel 3,5 Jahre und ist so gestaltet, dass sie selbstständig an mechanischen und elektrotechnischen Anlagen arbeiten dürfen. Ebenso sind die Grundlagen der Pneumatik, Hydraulik und der Steuerungstechnik notwendig. Die Ausbildung kann, wenn möglich auf drei Jahre verkürzt werden. Mechatroniker können vielseitig eingesetzt werden. Zum Beispiel für die Wartung, Inbetriebnahme oder Montage von mechatronischen Systemen.
Diese Tätigkeiten werden an unterschiedlichen Arbeitsorten durchgeführt. Da das Ausbildungsspektrum breit gefächert ist, können unterschiedliche Schwerpunkte gesetzt werden. Beispielsweise werden in manchen Unternehmen die Schwer-punkte am Elektroniker orientiert. Der Grund dafür ist die unterschiedliche Spezialisierung in den Betrieben. Dies kann zum einen die elektronische aber auch die mechanische Instandhaltung sein. Die Einsatzgebiete der Mechatroniker sind ganz verschieden. Von Automobilbau bis Stahlindustrie über Elektroindustrie ist alles möglich. Die Ausbildungsvergütung der verschiedenen Lehrjahre liegt zwischen 830 – 1120€ Brutto. Das Einstiegsgehalt liegt bei durchschnittlich 2000 – 2500€. Der Beruf Mechatroniker gibt es seit 1998. 2011 wurde die gestreckte Abschlussprüfung eingeführt. Das bedeutet, dass die damalige Zwischenprüfung in gewissem Maß in die Endnote der Abschlussprüfung mit einfließt. Als Mechatroniker sollte man bestimmte Eigenschaften mit-bringen.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Fachwissenschaftliche Analyse
2.1 Auswahl des Fachinhalts
2.2 Berechnung und Funktionsgrundlage eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders.
3. Didaktische Analyse
3.1 Bedingungsanalyse
3.2 Exemplarische Bedeutung
3.3 Gegenwartsbedeutung
3.4 Zukunftsbedeutung
3.5 Sachstruktur
3.6 Didaktische Reduktion
4. Handlung benennen
5. Kurze Erläuterungen zu den Aufgabenstellungen
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Prüfungsleistung zielt darauf ab, die Berechnungsgrundlagen sowie die Funktionsweise eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders für Auszubildende im Bereich der Mechatronik didaktisch aufzubereiten und praktisch anwendbar zu machen.
- Grundlagen der Pneumatik und Funktionsweise von Zylindern
- Physikalische Zusammenhänge zwischen Druck, Fläche und Kraft
- Handlungsorientierte Einbindung in technische Kontexte (CNC-Maschinen)
- Didaktische Reduktion für eine verständliche Unterrichtsvermittlung
- Mathematische Anwendung und Einheitenumrechnung
Auszug aus dem Buch
2.2 Berechnung und Funktionsgrundlage eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders.
Einen Grundbestandteil automatisierter pneumatischer Steuerungen stellt der Pneumatikzylinder da. Der Zylinder macht sich die physikalische Wechselwirkung zwischen Druck, einer Fläche und der senkrecht auf die Fläche wirkenden Kraft zunutze und ist somit ein Arbeitsglied.
Mathematisch: Druck p = F/A
Pa, „Pascal“ = 1 N/m2
1 bar = 100.000 Pascal
Das Wirkungsprinzip und der Grundaufbau eines Pneumatikzylinders sind immer gleich. Er besteht aus Zylinderrohr, Boden- und Lagerdeckeln, Dichtungen, Kolbenstange und Kolben. Boden und Deckel sind luftdicht mit dem Zylinderrohr verbunden. Die Kolbenstange und der Kolben befinden sich im inneren des Pneumatikzylinders. Diese sind miteinander fest verbunden und lassen sich axial entlang des Zylinderrohres verschieben. Die Kolbenstange wird durch ein Loch im Lagerdeckel axial geführt. Diese Führung ist ebenfalls luftdicht. Die beiden nun entstehenden Kammern im Zylinder werden mit einer Dichtung luftdicht von einander abgetrennt. Jede dieser Kammern hat einen Anschluss, an dem die Luftversorgung angeschlossen werden kann.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung stellt den Beruf des Mechatronikers sowie die Relevanz der Ausbildung und die inhaltlichen Anforderungen im Bereich der Pneumatik dar.
2. Fachwissenschaftliche Analyse: Dieses Kapitel erläutert die Auswahl der Fachinhalte und liefert die physikalischen sowie technischen Grundlagen zur Berechnung eines Pneumatikzylinders.
3. Didaktische Analyse: Hier wird der Unterrichtsentwurf theoretisch begründet, wobei Aspekte wie die Heterogenität der Lernenden, die Sachstruktur und didaktische Reduktionsschritte analysiert werden.
4. Handlung benennen: Dieser Abschnitt beschreibt die konkrete methodische Umsetzung, inklusive Experimenten mit Legomodellen und der Einbindung realer technischer Anwendungen.
5. Kurze Erläuterungen zu den Aufgabenstellungen: Das Kapitel erläutert die praktischen Rechenbeispiele, die den Auszubildenden helfen sollen, die Theorie auf komplexe technische Probleme anzuwenden.
Schlüsselwörter
Mechatronik, Pneumatikzylinder, Fachdidaktik, Automatisierungstechnik, Unterrichtsentwurf, Physik, Druck, Kraft, Fläche, Ausbildung, Handlungsorientierung, Pneumatik, Technische Berufsbildung, Berechnungsgrundlagen
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die didaktische Aufbereitung und die physikalischen Grundlagen eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders für die Mechatronik-Ausbildung.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Funktionsweise pneumatischer Komponenten, der Berechnung physikalischer Größen und der praxisnahen Vermittlung dieser Inhalte im Unterricht.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, Auszubildenden durch handlungsorientierte Aufgaben ein tieferes Verständnis für das Zusammenspiel von Druck, Kraft und Zylindergeometrie zu vermitteln.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine didaktische Analyse angewandt, um fachwissenschaftliche Inhalte auf die Bedürfnisse einer heterogenen Lerngruppe in der Berufsschule zuzuschneiden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine fachwissenschaftliche Analyse, eine didaktische Einordnung sowie die konkrete Beschreibung der Unterrichtshandlung und der Aufgabenstellungen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Mechatronik, Pneumatik, Didaktik, Berechnungsgrundlagen und Handlungsorientierung.
Warum wird im Unterrichtsbeispiel eine CNC-Fräsmaschine genutzt?
Die CNC-Fräsmaschine dient als praxisnaher Kontext, um das Verständnis für pneumatische Hebevorgänge und die Anwendung der Berechnungsformeln zu erleichtern.
Welche Rolle spielt die Einheitenumrechnung in den Aufgaben?
Die Umrechnung von bar in Pascal und Kilogramm in Newton ist essenziell, um die mathematischen Zusammenhänge der Druckgleichung korrekt zu erfassen.
- Arbeit zitieren
- Jan-Niklas Brüggemann (Autor:in), 2018, Berechnung und Funktionsbeschreibung eines doppeltwirkenden Pneumatikzylinders. Eine Analyse für die Anwendung in einem Unterrichtsgeschehen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1038959
