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Didaktische FWU-DVD

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Grundlagen des Klebens

Zur Bedienung Die didaktische DVD startet automatisch. Der Vorspann kann mit der Enter- oder der Skip-Taste der Fernbedienung oder durch einen Mausklick am PC übersprungen werden. Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung können Sie die Menüpunkte (z. B. Film, Filmsequenz, Bild, Grafik, Karte etc.) ansteuern und mit Enter starten. Auch die Buttons am unteren Bildschirmrand steuern Sie mit den Pfeiltasten an und rufen diese mit Enter auf: • Der Button „Hauptmenü“ führt zurück zum Hauptmenü. Aus dem laufenden Film oder einer laufenden Filmsequenz gelangen Sie mit der Taste Menu oder Title der Fernbedienung wieder in das Ausgangsmenü zurück. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die didaktische DVD gibt Aufschluss über die theoretischen Grundlagen der Klebtechnik, indem die physikalischchemischen Prozesse dargestellt und eine systematische Unterscheidung der Klebstoffarten praxisbezogen veranschaulicht werden. Das vorliegende Unterrichtsmaterial (Filme und Arbeitsmaterialien) wurde für den Einsatz sowohl in der Berufsgrundbildung als auch im 2

allgemeinbildenden Bereich konzipiert. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler • beobachten die naturwissenschaftlichen Phänomene Adhäsion und Kohäsion und beschreiben sie mithilfe der Alltags- und Fachsprache. • definieren die Begriffe Adhäsion und Kohäsion. • erläutern Einflussfaktoren auf das Ausmaß der Adhäsion. • erläutern die Vorgänge im Inneren eines Stoffes, die für die Kohäsion bestimmend sind. • unterscheiden Monomere und Polymere. • unterscheiden physikalisch abbindende und chemisch härtende Klebstoffe. • geben Hinweise zur Handhabung der Klebstoffe. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler • erfassen die Arbeitsaufträge nach Besprechung vor der Arbeitsphase. • arbeiten selbstständig nach konkreten Arbeitsanweisungen. Personal- und Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler • arbeiten in verschiedenen Sozialformen (Klasse, Gruppe, Team) und unterstützen sich dabei gegenseitig.

Zum Inhalt Hauptmenü „Grundlagen des Klebens“ Vom Hauptmenü aus kann der in die Thematik einführende Film „Kleben – das Fügeverfahren der Zukunft“ gestartet werden. Die zwei Untermenüs „Warum klebt ein Klebstoff?“ und „Klebstoffarten“ können ebenfalls von hier angewählt werden. Sie bieten durch Filme und Animationen vertiefende Einblicke in die Grundlagen des Klebens.

Kleben – das Fügeverfahren der Zukunft (Film 5:40 min) Der Film bietet eine allgemeine Einführung in die Fügetechnik Kleben. Es wird klar, wie allgegenwärtig das Kleben im Alltag und in der industriellen Fertigung ist. Untermenü „Warum klebt ein Klebstoff?“ Adhäsion (Film 6:30 min) Sechs Berufsschüler besuchen zusammen mit ihrem Lehrer einen Sonderkurs beim Fraunhofer-Institut für Fertigungs3

technik und Angewandte Materialforschung IFAM. Sie starten mit einem Experiment. Getestet wird, ob man auch mit Wasser kleben kann. Zunächst probieren die Auszubildenden, ob zwei Glasplättchen aneinanderhaften, was aber nicht funktioniert. Durch Benetzung einer Glasplatte mit Wasser haften die beiden jedoch stärker aneinander als zuvor. Verantwortlich dafür sind Adhäsionskräfte. Eine Animation erklärt, wie es zur Adhäsion kommt. Kurz wird auch auf chemische Reaktionen oder mikromechanische Verklammerungen eingegangen. Da Wasser die beiden Glasplättchen jedoch nicht dauerhaft miteinander verbinden kann, wird klar, dass die Fähigkeit, Adhäsionskräfte auszubilden, nur eine Eigenschaft eines Klebstoffes ist. Adhäsion (Animation 2:20 min) Die Animation aus dem Film veranschaulicht die Adhäsion im Detail.

Kohäsion (Film 5:10 min) In einem Experiment überprüfen die Berufsschüler die Wirksamkeit eines UVhärtenden Klebstoffes. Der verwendete Klebstoff ist ähnlich dünnflüssig wie Wasser und kann die Fügeteile gut benetzen. So können die Adhäsionskräfte ihre Wirkung entfalten. Durch die Bestrahlung der Klebfläche mit einer UVLampe wird der Härteprozess ausgelöst, der nur wenige Sekunden dauert. Im Unterschied zu Wasser entwickelt diese Klebung nach dem Aushärten eine hohe innere Festigkeit, was als Kohäsion bezeichnet wird. In einer Animation wird erklärt, wie es dazu kommt. Die Auszubildenden probieren nun aus, ob Wasser unter bestimmten Bedingungen wie ein Klebstoff ausreichend hohe Kohäsionskräfte ausbildet. Durch Gefrieren des Wassers zwischen den zwei Glasplättchen gelingt ihnen das. Kohäsion (Animation 1:10 min) Die Animation aus dem Film veranschaulicht die Kohäsion im Detail. Untermenü „Klebstoffarten“ Physikalisch abbindende Klebstoffe (Film 7:50 min) Die Auszubildenden beschäftigen sich mit physikalisch abbindenden Klebstoffen.

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Eine Animation erklärt, was verschiedene physikalisch abbindende Klebstoffe gemeinsam haben. Sie werden fest, indem Lösemittel oder Dispersionsmittel entweichen oder sie wieder auf Raumtemperatur abkühlen. Zu den Klebstoffen, bei denen erst eine Flüssigkeit entweichen muss, gehören lösemittelhaltige Nassklebstoffe, Dispersionsklebstoffe und Kontaktklebstoffe. Zu den abkühlenden Systemen zählen Schmelzklebstoffe. Die Auszubildenden probieren alle diese Klebstoffe aus. Anwendungsgebiete, Handhabung und Trockenzeiten werden verdeutlicht. Physikalisch abbindende Klebstoffe (Animation 1:00 min) Die Animation zeigt, dass physikalisch abbindende Klebstoffe bereits beim Auftragen in Polymerfom vorliegen. Der Klebstoff besteht also bereits aus fertigen langen Ketten. Damit sie die Fügeteiloberflächen gut benetzen können, werden sie beispielsweise in Lösemitteln gelöst, in Wasser dispergiert oder geschmolzen. Physikalisch abbindende Klebstoffe werden fest, indem Lösemittel oder Dispersionsmittel entweichen oder sie wieder auf Raumtemperatur abkühlen. Ein Vorgang, den man als Abbinden bezeichnet. Nur Polymere, die

sich verflüssigen oder schmelzen lassen, eignen sich für diese Klebstoffe.

Chemisch härtende Klebstoffe (Film 9:10 min) Die Berufsschüler informieren sich auch über chemisch härtende Klebstoffe. Anhand einer Animation werden die charakteristischen Eigenschaften dieser Klebstoffe geklärt. Es gibt sehr viele chemisch härtende Klebstoffe. Sie unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung und ihrem Reaktionsverhalten. Da sie oft gezielt für einen bestimmten industriellen Bedarf entwickelt wurden, verfügen sie über die jeweils geforderten Eigenschaften wie hohe Festigkeit, große Flexibilität oder schnelle Verarbeitbarkeit. Drei typische Klebstoffe aus der Gruppe der chemisch härtenden Klebstoffe werden von den 5

Auszubildenden erprobt: Zweikomponenten-Epoxidklebstoff, einkomponentiger Cyanacrylatklebstoff und einkomponentiger Polyurethanklebstoff. Anwendungsgebiete, Handhabung und Trockenzeiten werden verdeutlicht. Chemisch härtende Klebstoffe (Animation 2:00 min) Die Animation zeigt, dass chemisch härtende Klebstoffe, auch als Reaktionsklebstoffe bekannt, in ihrer Ausgangsform aus kleinen Molekülen, sogenannten Monomeren oder Prepolymeren, bestehen. Das unterscheidet sie grundsätzlich von den physikalisch abbindenden Klebstoffen. Erst durch die  Auslösung einer chemischen Reaktion verbinden sich die Ausgangssubstanzen zu langen Molekülketten, die für Kunststoffe typisch sind, den Polymeren. Die Polyreaktion kann je nach Klebstoffart unterschiedlich verlaufen. Mit Bildung der Polymere be-

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ginnt unmittelbar die innere Verfestigung des Klebstoffes. Die Kohäsion nimmt zu. Der Klebstoff härtet aus. Bei der räumlichen Trennung liegen Reaktionspartner in zwei getrennten Behältern vor. Sie werden als „Harz“ und „Härter“ bezeichnet. Für die Verarbeitung müssen sie zusammengebracht und miteinander gemischt werden. Diese Klebstoffe werden daher als Zweikomponenten-Klebstoffe bezeichnet. Bei Einkomponenten-Klebstoffen hingegen liegen die Reaktionspartner in einem Behälter meist als fertige Mischung vor. Sie können aber noch nicht reagieren. Erst durch das Eintreten besonderer Bedingungen, wie beispielsweise hohe Temperaturen, Strahlung oder Luftfeuchtigkeit, wird die Reaktion eingeleitet. Spezielle Behälter und Verpackungen schützen den Klebstoff vor diesen Einflüssen und verhindern, dass er im unverarbeiteten Zustand reagiert.

Verwendung im Unterricht Vorkenntnisse Das Filmmaterial ist so aufbereitet, dass ohne weitere Hilfsmittel Kenntnisse über die physikalischen und chemischen Grundlagen des Fügeverfahrens Kleben vermittelt werden und ist somit in Allgemein- und Berufsbildung einsetzbar. Grundkenntnisse über den molekularen Aufbau und die Herstellungsverfahren der Kunststoffe erleichtern den Zugang zu den Inhalten der DVD, sind aber nicht zwingend erforderlich. Ist die Systematik der Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 bekannt, kann die Verwendung der didaktischen DVD durch eine Abgrenzung des Klebens zu den anderen Fügeverfahren hinsichtlich der Vor- und Nachteile vorentlastet werden. Es ist zu erwarten, dass die Schülerinnen und Schüler aufgrund individueller Erfahrungen hier über ein beträchtliches Vorwissen verfügen. Einsatz in der Berufsbildung In der Berufsbildung wird das Thema Kleben im Zusammenhang mit anderen kraft-, form- und stoffschlüssigen Fügeverfahren betrachtet, wobei die grundsätzlichen physikalischen und chemi-

schen Grundlagen relevant sind und eine Abgrenzung der einzelnen Fügeverfahren auf der Grundlage ihrer Vor- und Nachteile vorgenommen wird. Im Folgenden werden Ausbildungsberufe und Lernfelder genannt, bei denen sich ein inhaltlicher Bezug ergibt. • Augenoptiker/in • Behälter- und Apparatebauer/in • Berg- und Maschinenmann • Betonstein- und Terrazzohersteller/in • BGJ Berufsfeld Holztechnik • BGJ Fachgruppe Metalltechnik • Bodenleger/in • Buchbinder/in: Lernfelder Buchbinderei • Elektroanlagenmonteur/in • Fachkraft Fruchtsafttechnik • Fahrzeuginnenausstatter/in • Feinoptiker/in • Fertigungsmechaniker/in • Fluggerätemechaniker/in: Lernfelder Fügen I und Fügen II • Glaser/in • Holzbearbeitungsmechaniker/in • Industriemechaniker/in • Isolierfacharbeiter/in • Karosserie- und Fahrzeugbaumechaniker/in • Klempner/in • Mechatroniker/in • Parkettleger/in • Verpackungsmittelmechaniker/in 7

Lernfelder in Ausschnitten: • Eigenschaften und Bearbeitung von Werkstoffen • Grundlagen der Fertigungs- und Prüftechnik • Herstellen von Bauteilen und Baugruppen durch Fügen • Verarbeiten von Halbzeugen und Bauteilen aus Metallen • Auswählen von Werkstoffen und Fertigungsverfahren für die spanlose Fertigung von Bauteilen Einsatz als unterstützendes Medium im Unterricht Der Film „Kleben – das Fügeverfahren der Zukunft“ bietet einen Überblick über die Anwendungsbereiche der Klebtechnik und stellt das Besondere dieses Fügeverfahrens heraus. Dieser Film eignet sich somit als Einstieg in die Thematik „Kleben“, gegebenenfalls mit anschließender strukturierter Zusammenfassung der Anwendungen und Vorteile des Fügeverfahrens, wobei das Vorwissen der Schülerinnen und Schüler einbezogen werden sollte. Die Filme in den Untermenüs veranschaulichen differenziert „Warum klebt ein Klebstoff“ und „Klebstoffarten“. Die Animationen sind zusätzlich gesondert 8

abspielbar und visualisieren den jeweiligen Vorgang. Zusätzlich erschließen fünf Interaktionen diese Vorgänge in spielerischer Weise und dienen zugleich als Ergebnissicherung und Lernkontrolle. Titel der interaktiven Übungen sind: Dipole, Adhäsion, Adhäsion und Kohäsion, Physikalisch abbindende Klebstoffe und Chemisch härtende Klebstoffe. Das Arbeitsmaterial wurde vor dem Hintergrund des didaktischen Konzepts der Problemorientierung erstellt. Im Alltag und im beruflichen Kontext werden wir ständig mit komplexen Problemen konfrontiert, für die wir Lösungen finden müssen. Ziel soll es sein, die Schülerinnen und Schüler zu befähigen, ihr erworbenes Wissen zu nutzen, um anwendungsbezogene Probleme lösen zu können. Eine positive Einstellung zu einem Problem ist für den Problemlöseprozess förderlich. Dafür muss das Problem erkennbar, die Situation für die Lernenden bedeutsam sein und die Probleme sollten entweder einen Alltagsoder Berufsbezug aufweisen. Da die DVD sowohl im Bereich der Allgemeinbildung als auch im Unterricht für die oben genannten Ausbildungsberufe einsetzbar sein soll, wurden für die Problemstellung sechs Situationen

konstruiert, die realen alltäglichen Kontexten entstammen und für Schülerinnen und Schüler unabhängig von Schulform oder Fachrichtung der beruflichen Bildung Relevanz besitzen. Die verschiedenen Situationen sind konstituierend für die Arbeitsaufgabe, wobei die übergeordnete Aufgabenstellung (Arbeitsaufgaben der Gruppen 1 bis 6) für alle Lernenden dieselbe ist. Die sechs Problemsituationen werden jedoch arbeitsteilig in Kleingruppen bearbeitet. Die weiteren Arbeitsblätter sind als Beobachtungsprotokolle (AB 1-4) und als weiterführende, selbstständig zu bearbeitende Aufgaben (AB 5-7) angelegt. Eine ausführliche Beschreibung zu diesen Arbeitsblättern ist im ROM-Teil der DVD unter „Verwendung im Unterricht“ zu finden.

Arbeitsmaterial Im ROM-Teil der DVD stehen Ihnen Hinweise zur Verwendung im Unterricht sowie Arbeitsblätter (mit Lösungen) und weitere Materialien zur Verfügung (s. Tabelle). Um die Arbeitsmaterialien zu sichten und auszudrucken, legen Sie die DVD in das DVD-Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen Sie im Windows-Explorer den Ordner „Arbeitsmaterial“. Die Datei „Inhaltsverzeichnis“ öffnet die Startseite. Über diese können Sie bequem alle Arbeitsmaterialien aufrufen. Um die PDFDateien lesen zu können, benötigen Sie den Adobe Reader. Auf der Startseite des ROM-Teils befindet sich ein Link zum Download des Adobe Readers. Im Ordner „Arbeitsmaterial/Lehrer/Word_Dateien“ finden Sie die Arbeitsblätter und die Filmtexte auch als Word-Dokumente.

Ordner

Materialien

Verwendung im Unterricht

Hinweise zum Einsatz der DVD im Unterricht

Arbeitsblätter

13 Arbeitsblätter (inkl. Lösungsvorschlag) als PDF- und Word-Dokument

Interaktionen

5 Interaktionen

Filmtexte

5 Filmtexte als PDF- und Word-Dokument

Begleitheft

Begleitheft zur DVD

Programmstruktur

Übersicht über den Aufbau der DVD

Weitere Medien

Info zu ergänzenden FWU-Medien

Links

kommentierte Linksammlung zum Thema

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46 02753 Grundlagen des Klebens

Programmstruktur

Programmstruktur Hauptmenü

Untermenü

Warum klebt ein Klebstoff?

Kleben – das Fügeverfahren der Zukunft

5:40 min

Adhäsion Film Animation

6:30 min 2:20 min

Kohäsion Film Animation

5:10 min 1:10 min

Warum klebt ein Klebstoff? Klebstoffarten Klebstoffarten Physikalisch abbindende Klebstoffe Film 7:50 min Animation 1:00 min Chemisch härtende Klebstoffe Film 9:10 min Animation 2:00 min

Arbeitsmaterial (im ROM-Teil der DVD) Legen Sie die DVD in das DVD-Laufwerk Ihres Computers und öffnen Sie im Windows-Explorer den Ordner Arbeitsmaterial. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite.

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Verwendung im Unterricht 13 Arbeitsblätter 5 Interaktionen 5 Filmtexte Begleitheft Programmstruktur Weitere Medien Links

Produktionsangaben Grundlagen des Klebens (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2011 DVD-Konzept Petra Müller, Désirée Sappert DVD-Authoring und Design ModernLearning GmbH – Bildung mit neuen Medien im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2011

Buch und Regie Martin Helmbrecht, Reinhold Frenz Schnitt Martin Helmbrecht Animation Matthias F. Schulz Grafik Katrin Dornhauer

Interaktionen Matthias F. Schulz

Sprecherin Sabine Roth

Bildnachweis Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM Industrieverband Klebstoffe e.V.

Fachberatung Dr. Heiko Bauknecht, Dr. Hermann Onusseit, Ulrich Lipper, Kirsten Grube-Rost, Helmut Zacharias, Reinhard Murner

Arbeitsmaterial Kirsten Grube-Rost

Redaktion Petra Müller

Fachliche Unterstützung

Dank an Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

ALP Dillingen – Akademie für Lehrerfortbildung und Personalführung Referat Gewerblich-technische Bildung Begleitheft Désirée Sappert Pädagogische Referentin im FWU Petra Müller Produktionsangaben zu den Filmen Kleben – das Fügeverfahren der Zukunft, Adhäsion, Kohäsion, Physikalisch abbindende Klebstoffe, Chemisch härtende Klebstoffe Produktion ModernLearning GmbH – Bildung mit neuen Medien im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2011

Industrieverband Klebstoffe e.V.

AIRBUS Operations Gmbh Vocational Training Nur Bildstellen/Medienzentren: öV zulässig © 2011 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (089) 6497-1 Telefax (089) 6497-240 E-Mail [email protected] [email protected] Internet www.fwu.de

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Didaktische FWU-DVD

46 02753 Grundlagen des Klebens Windräder, Flugzeuge, Hallendächer und Brillengläser werden geklebt. Keine andere Fügetechnik ist so innovativ und vielseitig. Fünf Filme führen mit Experimenten und Animationen in die Grundlagen des Klebens ein: Warum klebt ein Klebstoff? Wie funktionieren Adhäsion und Kohäsion? Was passiert bei physikalisch abbindenden beziehungsweise chemisch härtenden Klebstoffen? Umfangreiches Arbeitsmaterial unterstützt den Einsatz im Unterricht. (Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM und dem Industrieverband Klebstoffe e.V.) Erscheinungsjahr: 2011 Laufzeit: 34 min Filme: 5 Animationen: 4 Interaktionen: 5 Sprache: Deutsch

DVD-ROM-Teil: Unterrichtsmaterialien Arbeitsblätter: 13 Adressaten: Allgemeinbildende Schule (Klasse 8 - 12); Berufsbildende Schule

Schlagwörter: Kleben, Klebstoffe, Fügen, Fügetechnik, Klebtechnik, Fügeverfahren, Verbindungstechnik, Fertigungsverfahren, Fertigungstechnik, Kohäsion, Adhäsion, physikalisch abbindende Klebstoffe, chemisch härtende Klebstoffe, Van-der-Waals-Kräfte, Dipole Systematik: Chemie  Physikalische Chemie  Bindung  Struktur  Eigenschaften  Organische Chemie  Polymere Stoffe  Anorganische Chemie  Verbindungen  Angewandte Chemie  Technische Chemie  Chemie in Alltag und Umwelt Physik  Technologie Berufliche Bildung  Chemie  Physik

Lehrprogramm gemäß § 14 JuSchG

GEMA-FREI

Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC: DVD-Laufwerk und DVDPlayer-Software, empfohlen für Windows ME/2000/XP/ Vista/Windows 7

www.fwu-shop.de Bestell-Hotline: +49 (0)89-6497-444 [email protected]

FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 82031 Grünwald Telefon +49 (0)89-6497-1 Telefax +49 (0)89-6497-240 [email protected] www.fwu.de

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