Planung und Herstellung eines Gegenstandes aus Kunststoff: Stempel zur Herstellung von Schiffsrümpfen/Katamaranrümpfen (im Tiefziehverfahren)

Inhalt

1. Bedingungsanalyse
1.1 Beschreibung der Klassensituation
1.2 Räumlich – sachliche Voraussetzungen

2. Sachanalyse
2.1 Überlegungen zum Lerninhalt

3. Didaktische Überlegungen
3.1 Stellung des Themas im Lehrplan und in der Unterrichtseinheit
3.2 Verankerung im Lehrwerk
3.3 Die vorausgegangene Stunde

4. Lernziele

5. Methodische Analyse
5.1 Begründung der Methode und Alternativen

6. Möglicherweise auftretende Probleme

7. Unterrichtsskizze

8. Literatur

9. Audio-visuelle Medien

10. Abbildungen

11. Erklärung

12. Arbeitsblätter

1. Bedingungsanalyse

1.1 Beschreibung der Klassensituation

Das Bildungszentrum in XXX besteht aus Grund-, Haupt- und Realschule. Die Schüler kommen aus XXX und seinen Teilorten, somit hat die Schule ein eher kleines Einzugsgebiet. An der Realschule XXX wurden im vergangenen Schuljahr XXX Schüler unterrichtet, in diesem Schuljahr sind es XXX.

Die Klasse besteht aus acht Jungen der Klasse 7X.

Die Schüler sind recht arbeitswillig und begeisterungsfähig und nehmen rege am Unterricht teil. Vor allem im handwerklichen, aber auch im kognitiven Bereich ist ein Leistungsgefälle festzustellen. So sind XXX und XXX kognitiv und handwerklich den anderen Schülern etwas voraus. XXX und XXX haben des öfteren Probleme beim praktischen Arbeiten und sind sehr unselbstständig. Hier wird die Notwendigkeit einer Differenzierung im Unterricht deutlich.

Alle Schüler sind beim praktischen Arbeiten meist sehr motiviert. Wenn die Schüler sich in einer Gruppe die Arbeiten selbst aufteilen müssen, zieht sich der eine oder andere oftmals zurück. Sie haben zum Teil Schwierigkeiten in der gemeinsamen Abstimmung und gegenseitigen Unterstützung. Da die Teamfähigkeit aber auch ein Ziel in meinem Unterricht ist, müssen die Schüler lernen, gemeinsam im Team zu arbeiten. Dies gilt auch dann, wenn die Gruppen nach dem Zufallsprinzip eingeteilt werden.

Beim praktischen Arbeiten sind alle Schüler sehr motiviert. Diese Freude am praktischen Tun hat den Nachteil, dass die Schüler Reflexionsphasen vergleichsweise weniger attraktiv empfinden. Ich musste die Schüler schon das ein oder andere Mal daran erinnern, dass es sich nach wie vor um eine schulische Veranstaltung handelt, in der ab und zu auch einmal nachgedacht werden muss, und nicht um eine Freizeitaktivität.

Die Schüler verstehen sich untereinander recht gut, wobei es ab und zu auch zu kleinen Rangeleien vor dem Werkraum kommen kann. Während des Unterrichts kam es auch schon zu Hänseleien und verbalen Wortgefechten, die ich dann unterbinden musste. Der Beginn der Pubertät ist bei einigen Schülern zu erkennen. Dennoch sind auch Jungen in der Gruppe, die noch dem späten Schulkindalter zuzuschreiben sind.

1.2 Räumlich – sachliche Voraussetzungen

Die heutige Unterrichtsstunde liegt außerhalb des planmäßigen Technikunterrichts. Normalerweise findet der Unterricht dienstags statt. Die acht Schüler der 7X müssen sich zur fünften Stunde im Werkraum einfinden, während der Großteil der Klasse regulären Unterricht beim Klassenlehrer Herrn XXX hat. Vor der Stunde liegt die zweite große Pause. Verzögerungen am Anfang können also ausgeschlossen werden.

Die Technikraum befindet sich im Untergeschoss der Schule. 24 Arbeitsplätze werden hier durch 12 massiv gebaute Werkbänke, die jeweils mit Schraubstöcken ausgestattet sind, bereitgestellt. Es gibt einen Maschinenraum, der von Real- und Hauptschullehrern bzw. Real- und Hauptschülern gleichermaßen benutzt wird.

Jeder Technikraum hat seine eigene Grundausstattung an Werkzeugen, die vom jeweiligen Lehrer selbst verwaltet werden. Werkzeugeinheiten werden in verschiedenen Schränken (Holz, Metall) im Blocksystem aufbewahrt. Das Aufräumen habe wir so organisiert, dass am Ende der Stunde jeder Schüler eine Karte zieht, auf dem seine Aufgabe steht (z.B. Kehre die Tische, stelle die Stühle auf den Tisch/ Kehre den Werkraum/ Säubere die Werkzeuge, überprüfe sie auf Vollzähligkeit und ordne sie an ihren Platz im Werkzeugschrank/...). Erst wenn er die Arbeit erledigt hat, gibt er mir die Karte zurück. So habe ich die Möglichkeit, den Schüler gegebenenfalls zu einer gründlicheren Reinigung zu ermahnen.

Der Werkraum der Realschule bietet genügend Platz für jeden Schüler. Eine breite Fensterfront bietet die Möglichkeit, den Raum bei Lackierarbeiten oder ähnlichem gut durchzulüften.

Die Tafel ist nicht magnetisch und kann nicht nach oben oder zu Seite bewegt werden. Der Einsatz des Tageslichtprojektors ist möglich. Die Schule besitzt einen Laptop und einen Beamer, die schnell installiert werden können. Der Laptop ist zur Zeit aber in der Reparatur. XXX XXX, der neue Referendar an der Schule erklärte sich bereit, seinen Laptop zur Verfügung zu stellen. Das Bild kann an die Diawand projiziert werden. Vor der Stunde werde ich alles aufbauen. Auf Lautsprecherboxen habe ich verzichtet, da die integrierten Boxen ausreichen.

2. Sachanalyse

2.1 Überlegungen zum Lerninhalt

Kunststoffe werden heute in allen Bereichen des alltäglichen Lebens eingesetzt. Sie haben zum Teil sehr unterschiedliche Stoffeigenschaften. In dieser Unterrichtseinheit haben die Schüler zum ersten Mal die Gelegenheit, einige Stoffeigenschaften und Bearbeitungsverfahren eines häufig verwendeten Kunststoffes kenn zu lernen. Kunststoffe werden aber heute auch immer mehr ein Problem bei der Entsorgung und Wiederverwertung. Deshalb ist es wichtig, das Thema Kunststoff im „Natur und Technik“ - und Chemieunterricht zu behandeln.

Der Hauptteil der Stunde beschäftigt sich mit der Planung des Stempels zur Serienfertigung eines Katamarans. Den Katamaran habe ich als Werkstück deswegen ausgewählt, da hier jeder Schüler zwei Rümpfe herstellen muss und eine Serienfertigung somit nötig ist, bedenkt man, dass nicht viel Zeit zur Herstellung vorhanden ist.

Die Planungsschritte sind bei allen Werkstoffen im Prinzip immer die gleichen, wobei hier an jeder Stelle, je nach Schwerpunkt und Funktion, Einschränkungen vorgenommen werden können. Zu einer kompletten Planung gehören jedoch prinzipiell folgende Schritte:

- Ideen sammeln
- Anforderungsliste erstellen
- Informationen beschaffen
- Skizzen anfertigen
- Fertigung vorbereiten
- Fertigungszeichnung erstellen
- Arbeitsplan erstellen
- Material- und Werkzeugliste erstellen
- Arbeitszeiten einschätzen
- Kontroll- und Beurteilungsbogen erstellen

Thermisches Umformen von Kunststoffen

Thermoplaste sind Kunststoffe, die unter Wärmeeinwirkung (thermos = warm) umgeformt werden können (z.B. Plexiglas). Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Kunststoffen eine neue Form zu geben. Das Tiefziehen ist eine davon. Für das Tiefziehen braucht man eine Tiefziehvorrichtung (siehe Foto).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tiefziehvorrichtungen bestehen aus einem Gestell, einem Ziehring und einem Niederhalter. Die Heizquelle befindet sich im Gehäuse. Als Wärmequelle eignen sich für das Tiefziehen insbesondere Keramikstrahler, weil sie größere Flächen gleichmäßig erwärmen. Die Kunststoffplatte wird zwischen Ziehring und dem Niederhalter befestigt. Wenn das Material erwärmt ist, wird es mit einem Stempel durch den Ziehring gedrückt. Die Wanddicken des geformten Stücks sind geringer als die des Ausgangsmaterials. Die Masse des Kunststoffzuschnittes bleibt beim Tiefziehen erhalten. Erst beim Stanzen bzw. Ausschneiden entsteht ein Werkstoffverlust.

Beim Tiefziehen von Kunststoffplatten wie auch von Blechen kommt es ohne Niederhalter zu einer Faltenbildung. In dem Film „Tiefziehen“^[1] wird sehr schön dargestellt, welche Funktion der Niederhalter hat. Ohne ihn kommt es zu einer Faltenbildung (siehe Abbildung). Dazu wird im Trick eine Ronde in einen mittleren Teil, der die Bodenfläche des Hohlkörpers bildet, und in parallele Elemente, die die Wandung des Hohlkörpers ergeben, aufgeteilt. Die übrigbleibenden Elemente sind „an sich“ überschüssiger Werkstoff und damit die eigentliche Ursache für die Faltenbildung (siehe Abbildung).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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Um möglichst gleichmäßige Wandstärken und große Ziehtiefen zu erreichen, werden mehrere Verfahren kombiniert, wie Vordehnen, Saugen, Einblasen von Heißluft oder Beheizen des Stempels. Der große Vorteil des Tiefziehens liegt in den niedrigen Herstellungskosten für das Formwerkzeug im Vergleich zum Spritzgießen.^[2]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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^[1] Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht: Video Tiefziehen. Grünwald 1988

^[2] Vgl.Umwelt: Technik 7 – Ein Arbeits- und Informationsbuch. 1. Auflage, Stuttgart 1996, S. 89