Auf dem Nationalen Science on Stage Festival kamen vom 08.-10. Oktober 2021 MINT-Lehrkräfte zu Deutschlands größter MINT-Ideenbörse zusammen. Elf Projekte wurden ausgewählt, die Bundesrepublik beim Europäischen Science on Stage Festival im März 2022 in Prag zu vertreten. Auch eine Lehrerin von der Heinrich-Wieland-Schule in Pforzheim (HWS) ist dabei.
Wie können sich Schülerinnen und Schüler mit einer digitalen Messtechnik mithilfe moderner Einplatinencomputer, wie dem Raspberry Pi, auseinandersetzen?
Am vergangenen Wochenende beim Nationalen Science on Stage Festival an der Pädagogischen Hochschule Karlsruhe zeigte Dr. Marinela Wong von der HWS, wie das funktioniert. Mit ihrem Projekt konnte sie nicht nur die anwesenden Lehrkräfte, sondern auch die Fachjury des Festivals überzeugen. Diese lobte: „Mit dem Projekt erhalten Schülerinnen und Schüler die einfache Möglichkeit, individuell und differenziert im Rahmen der Oberstufenphysik mit digitaler Messwerterfassung zu experimentieren.“
Dr. Marinella Wong (HWS), Dominik Braig (KIT)
Im nächsten Jahr geht es nun für Frau Wong als Delegationsmitglied von Science on Stage Deutschland nach Prag, Tschechien. Bei Europas größtem MINT-Festival kommen vom 24. bis März 2022 mehr als 450 Lehrkräfte aus 36 Ländern zusammen, um sich über gelungene Unterrichtsideen auszutauschen.
Mit ihrem Projekt findet damit eine innovative Unterrichtsidee aus Pforzheim über den internationalen MINT-Lehrergipfel seinen Weg in Europas Klassenzimmer und begeistert über Landesgrenzen hinweg Schülerinnen und Schüler für MINT.
Das Projekt an der HWS
Dr. Marinela Wong (sie unterrichtet Mathematik und Physik) von der HWS und Dominik Braig, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Digitales Messen im Physikunterricht mit dem Raspberry Pi
In diesem durch die Baden-Württemberg Stiftung geförderten Projekt setzen sich die Schüler*innen mit der digitalen Messtechnik mithilfe moderner Einplatinencomputer, wie dem Raspberry Pi, auseinander. Der Fokus liegt auf Ansteuerung und Auslese zahlreicher präziser, aber dennoch preiswerter Sensoren zur Messung von beispielsweise Spannung, Stromstärke, Beschleunigung, Weg und Kraft. Das vom Herrn Prof. Quast am KIT entwickelte Software-Paket PhyPiDAQ unter open Source-Lizenz wird in Schülerexperimenten eingesetzt. Sie ermöglicht eine direkte Messdatenerfassung in Echtzeit mit unterschiedlichen grafischen Darstellungen, die Eingabe von Formeln, mit denen die Daten in andere Größen umgerechnet werden können, die Kalibrierung von Sensoren und die Speicherung der Messwerte für spätere Anwendungen. Eine Vielzahl von Konfigurationsoptionen für Sensoren und Anzeigemodulen machen die digitale Messtechnik transparent erlebbar.
Die Heinrich-Wieland-Schule Pforzheim mit ihrem technischen Schwerpunkt bietet in allen Schularten und Jahrgangstufen Unterricht in den Fächern Mathematik, Naturwissenschaft, Informationstechnik und Technik an (MINT).
Im Zuge dieses MINT-Profils hat die HWS verschiedene Lehr- und Lernangebote zusammengestellt. Gerade in den jetzigen Zeiten können Online-Angebote eine sinnvolle Unterstützung sein.
Auch der aktuelle MINT-Kalender zeigt in einer Übersicht über mögliche Praktika, Ausstellungen, etc.
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Mit Unterstützung der Firma Dr. Johannes Heidenhain GmbH fand an der HWS eine erfolgreiche Schulungswoche statt.
Durch dieses Projekt, die Industrie 4.0, ist die CNC-Technik an unserer Schule auf einem sehr hohen zeitgemäßen Niveau angekommen. Niemals zuvor konnte die HWS so durchgehend in der CNC Technik arbeiten, wie es jetzt möglich war.
(v.l.n.r) Die Trainer Markus Coroniti und Florian Bauer. Technischer Lehrer Friedhelm Hauth mit dem Abteilungsleiter der Metalltechnik Bruno Weber
In dieser Schulungswoche wurden durch die Heidenhain-Trainer Florian Bauer und Markus Coroniti weitreichende Grundlagen in der CNC-Programmierung (Drehen) mit Heidenhain PILOT CP 640 vermittelt.
Während der Schulung an der HWS
Die Lerninhalte waren …
Bedienung, Tastatur und Betriebsarten, CNC PILOT 640 Bedienelemente, Simulationsmöglichkeiten, Programmierung, Rechtwinkliges Koordinatensystem, Werkzeugverwaltung, Programmaufbau und Programmiertechnik, Fräsen mit der C- und Y-Achse, Einführung in die Konturprogrammierung, Einführung in TURN PLUS, Einführung in die Komplettbearbeitung, DIN Programmierung, Werkstück Übernahme in die Gegenspindel, DXF Übernahme, Programmierte Werkstücke auf unserer EMCO E45 CNC Drehmaschine herstellen.
Friedhelm Hauth | Technischer Lehrer | Abteilung Metalltechnik an der HWS
Bitte kontaktieren Sie uns derzeit nur telefonisch, schriftlich oder per E-Mail.Aufgrund des Corona-Virus sind persönliche Vorsprachen bei der Stadtverwaltung Pforzheim aktuell ausschließlich nach vorheriger Terminabstimmung möglich.
Die Klasse 11.3 des Profilfachs Gestaltungs-und Medientechnik des Technischen Gymnasiums arbeitet im Fernunterricht im Fach Angewandte Gestaltungs- und Medientechnik an einer Aufgabe zum Thema Linie.
Gefordert ist der Einsatz der eigenen Fantasie. Mit dieser und dem Gestaltungselement Linie wird eine individuelle persönliche Fantasielandschaft zeichnerisch umgesetzt.
Da sich Schüler*innen und Lehrer*innen gerade alle im Homeoffice und Fernunterricht befinden, können Sie hier die besten Ergebnisse in dieser virtuellen Ausstellung sehen.
Seit Mitte November gibt es eine neue Ausstellung im Aufenthalts- bzw Mensaraum in unserer Schulaula.
Die Klasse 11.3 des Technischen Gymnasiums präsentiert dort ihre Ergebnisse aus dem Gestaltungsunterricht.
Auf euch warten unterschiedliche Designs von T-Shirts. Verbindendes Element: Jedes T-Shirt wurde in einem Farbkontrast gestaltet. Die Formgebung war weitestgehend frei wählbar.
Neugierig geworden? Schaut Euch die Ergebnisse an! Geöffnet ganzjährig während der Schulöffnungszeiten.
Die Pforzheimer Heinrich-Wieland-Schule ist eines der modernsten Industrie 4.0-Ausbildungszentren Deutschlands. Seit Anfang 2020 steht dort nun auch eine KUNZMANN 3-Achs-CNC-Fräsmaschine WF 650.
Eine KUNZMANN 3-Achs-CNC-Fräsmaschine WF 650 steht seit Anfang 2020 in einem der modernsten Ausbildungszentren für Elektro-und Metalltechnik Deutschlands. Die Heinrich-Wieland-Schule in Pforzheim hat in den vergangenen zwei Jahren ihre elektro- und metalltechnische Ausbildung für rund eine Million Euro zu einer mustergültigen Industrie 4.0-nahen Berufsbildung umgestaltet.
(vlnr.) Wolfgang Schühle, stellvertretender Schulleiter, Bruno Weber, Abteilungsleiter Metalltechnik, Friedhelm Hauth, technischer Oberlehrer, alle Heinrich-Wieland-Schule, und Martin Vetter, Vertriebsleiter KUNZMANN, vor der 3-Achs-Fräsmaschine WF 650 (Bildnachweis: KUNZMANN).
Unter Corona-Bedingungen können im Industrie 4.0-Lehrlabor gleichzeitig bis zu 16 Schüler unterrichtet werden. Sie lernen dort CAD-/CAM-Konstruktion, NC-Programmieren, das Fertigen von Prototypen, CNC-Drehen und ‑Fräsen sowie Hydraulik und Pneumatik. Das Lernkonzept stammt von Friedhelm Hauth, technischer Oberlehrer, der auch Initiator und Motor des Industrie 4.0-Lehrlabors ist. Es sieht vor, dass 3er- und 4er-Teams gemeinsam an Aufgabenstellungen arbeiten. Die Ergebnisse ihrer CAD-Werkstückkonstruktion und NC-Programmierung dürfen die Schüler zuerst als 3D-Prototyp in Kunststoff begutachten. Anschließend können sie die Daten an die Fräsmaschine senden und auf ihr das Bauteil fräsen.
Begeisternder Fernunterricht während des Lockdowns
An der Heinrich-Wieland-Schule mit technischem Gymnasium, Berufskolleg, Berufs-, Techniker- und Meisterschule werden rund 1.800 Jugendliche und Erwachsene aus- und weitergebildet, davon 800 im Metallbereich. Als sie während des Lockdowns geschlossen war, lernten die Nachwuchskräfte von zu Hause aus. „Mit Hilfe verschiedener Apps und dem Heidenhain-Lehrprogramm HIT haben die Schüler am Fernunterricht begeistert teilgenommen“, berichtet Hauth. Hierzu mussten sie sich lediglich auf dem HIT-Portal anmelden und konnten dann an den Aufgaben über eine App auf ihrem Smartphone oder Browser-basiert am PC arbeiten.
KUNZMANN-Fräsmaschine in der Ausbildung: robust, zuverlässig, präzise
Im Industrie 4.0-Lehrlabor lernen die 800 Schüler der Metalltechnik unter anderem an 40 TNC 640-Heidenhain-Trainingsplätzen, 18 Trainingsplätzen mit Tableau. An ihnen lernen die Schülerinnen und Schüler das NC-Programmieren. Anschließend können sie die Daten an die Fräsmaschine senden und auf ihr das Bauteil fräsen. Im Bild Friedhelm Hauth, technischer Oberlehrer, vor der 3-Achs-Fräsmaschine WF 650 (Bildnachweis: KUNZMANN).
Für eine WF 650 von KUNZMANN entschied sich die Schule aufgrund der positiven Erfahrungen mit bislang 16 Modellen des Herstellers im Unterrichtseinsatz, zu denen kürzlich noch eine weitere manuell bedienbare WF 410 M hinzukam. „Die Maschinen sind bestens für die manuelle und die CNC-Fräsausbildung geeignet. Die Präzision stimmt, die Maschinen sind robust und zuverlässig, der Service ist sehr schnell und kompetent“ lobt Bruno Weber, Abteilungsleiter Metalltechnik.
Die 3-Achs-CNC-Fräsmaschine WF 650 mit einem 38-fach-Werkzeugwechsler verfügt über einen dynamischen Hauptantrieb mit 23/44 kW (100%/25% ED) und bietet Drehzahlen bis zu 12.000 U/min. Mit ihrem großzügigen Arbeitsbereich von 650 mm x 500 mm x 450 mm (X/Y/Z) wird sie normalerweise im Maschinen-, Werkzeug- und Vorrichtungsbau sowie bei Lohnfertigern eingesetzt. Dank weit öffnender Front- und Seitentüren und den großen Sichtscheiben eignet sie sich genauso gut für eine moderne CNC-Ausbildung.
Bedient wird die WF 650 über eine ergonomisch angeordnete Heidenhain TNC 640-Steuerung mit 19 Zoll Touchscreen, zusätzlicher Tastatureinheit und elektronischem Handrad.
Eine thermisch stabile Maschinengeometrie mit aufwändiger Gusskonstruktion, Linearführungen und direkten Wegmesssystemen in allen Achsen sorgen für eine langfristig hohe Maschinengenauigkeit. Über das eingebaute Messsystem lassen sich Werkzeuge und Werkstücke in der Maschine sehr genau vermessen. Aus Gründen des Umweltschutzes entschied sich die Schule, die Fräsmaschine mit einem Minimalmengenschmiersystem zu wählen.
Kompakte Maschine vielfältig einsetzbar
Trotz großem Arbeitsraum kommt die WF 650 mit sehr kompakten Stellmaßen und einer maximalen Stellhöhe von 2,30 Metern aus. „Das ist wenig im Vergleich zu anderen Maschinen, allerdings zu viel für unsere Raumtür mit 2 Metern Höhe, durch die sie einzubringen war“, so Oberlehrer Hauth. Kein Problem für die Techniker des Maschinenbauers, die die Fräsmaschine kurzerhand im Herstellerwerk demontierten und im Lehrlabor wieder zusammenbauten.
Mit Hilfe der Option „CAD Import“ können an der Heidenhain-Steuerung der Fräsmaschine 2D-Konturen vom digitalen 3D-Modell oder von der 2D-Zeichnung direkt ins CNC-Programm übernommen werden. „Für die Belange der Ausbildung reicht eine 3-Achs-Maschine. Und auch wenn wir nicht mit fünf Achsen fräsen können, die Programmierung hierfür ist mit der Heidenhain TNC 640-Steuerung trotzdem möglich“, freut sich Hauth.
Die TNC 640 verfügt auch über zusätzliche Funktionserweiterungen wie das Optimized Contour Milling (OCM). Vorteile des Wirbelfräsens mit OCM gegenüber herkömmlichen Frässtrategien sind ein hohes Spanvolumen bei deutlich reduzierter Bearbeitungszeit und geringem Werkzeugverschleiß „Mit der WF 650 können wir so auch modernste Frässtrategien vermitteln“, erklärt Hauth.
Außerdem können über die Ausstattungsvariante „State Viewer“ sämtliche Statusinformationen der Maschine wie Wartungs- und Servicemeldungen an einem beliebigen PC im Netzwerk angezeigt und überwacht werden. Über eine zusätzliche Kamera kann der Fräsprozess außerdem den Schülern live gezeigt und aufgenommen werden.
Die WF 650 von KUNZMANN ist Teil des Industrie 4.0-Investitionsprogramms, in dessen Rahmen die Schule unter anderem eine Emco CNC-Drehmaschine Emcoturn E45 und einen Zoller Werkzeugeinstell- und Vermessungsplatz mit Tool Management erwarb. Darüber hinaus investierte sie in 40 TNC 640-Heidenhain-Trainingsplätze, davon 18 mit Tableau, und schaffte zwei 3D-Kunststoffdrucker, 3D-Konstruktionssoftware mit CAM und vier Lernstationen für Pneumatik und Hydraulik. Verbunden wurden alle Elemente über eine durchgehende IT-Infrastruktur mit OPC UA-Schnittstellen und einem eigenen SQL-Server.
„Zur Modernisierung von Schulen im Rahmen von Industrie 4.0- und Digitalisierungs-Vorhaben stellt die öffentliche Hand umfangreiche Fördermöglichkeiten bereit“, erläutert Hauth, der sehr zufrieden mit dem erfolgreich realisierten Projekt ist.
Moderne Ausbildung an Spitzenmaschinen
Wolfgang Schühle, der stellvertretende Schulleiter, hat das Projekt zusammen mit Schulleiterin Loralie Kuntner kräftig unterstützt. Er freut sich über die hochwertigen Anschaffungen: „Die KUNZMANN-Fräsmaschine ist ein wichtiger Teil unserer Industrie 4.0-Ausbildung, bei der wir Theorie und Praxis ideal miteinander vernetzen. Denn bei einer modernen und hochwertigen Ausbildung müssen Schüler auch an Spitzenmaschinen lernen können.“
In der Aula der HWS sollen die Wände mit Blick nach Süden und mit Blick nach Osten neu gestaltet werden. An dieser gestalterischen Aufgabe arbeiten 5 Teams der Klasse TG 11.3 im Unterricht Gestaltungs-und Medientechnik. Jedes Team erarbeitet einen Entwurf für eine der zwei Wände.
Die Herausforderung: eine Wandgestaltung zu planen, die zur Heinrich-Wieland-Schule passt, die positiv und energetisch auf den Betrachter wirkt und sich in die bereits vorhandene Aulasituation bereichernd integriert. Auf der obigen Abbildung seht ihr „work in progress“ einer der fünf Schülerteams. Eine Jury entscheidet nach Beendigung der Konzeptionsphase welche der zwei von den fünf Endergebnissen realisiert werden. Leider stagniert unser Projekt momentan durch die Coronabedingte Schulschließung.
Im Profilfach Gestaltungs-und Medientechnik wird in der 12. Klasse das Thema Farbgestaltung behandelt. Die Schüler bekamen die Gruppenaufgabe ein Farbleitsystem für die Gewürzfirma India-Spices zu erstellen. Den Produkten Gewürze, Gewürzmischungen, Reis, Pilze, Kräuter, Instantsaucen sollte jeweils eine Farbe zugewiesen werden, die dem Einkäufer bei der Orientierung auf der Homepage und in den Verkaufsräumen hilft. Nach einem Mindmap zur Zielgruppenbestimmung und einem Brainstorming zu den Geschmackswelten wurde die Collage als Kreativitätstool eingesetzt um sich spielerisch und emotional den zum Thema passenden Farben anzunähern. Ihr könnt hier zwei Schülerergebnisse zu diesem Arbeitsschritt sehen.
Im nächsten Schritt entschieden die Arbeitsgruppen mit Hilfe ihrer Collagen welche konkreten Farben welches Produkt repräsentieren sollen. Alle Schritte des Projektes und das entwickelte Farbleitsystem wurden anschließend von den Gruppen vor der ganzen Klasse präsentiert.
