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Practical example

LEGO Technic in the world of mechanisms and gear systems

Teachers
Dr.-Ing. Stefan Griebel
Last update
University(s)
  • Ilmenau University of Technology
Subject group(s)
  • Engineering sciences
Target group(s)
Format | Mode
  • Seminar

|

  • Presence
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Im Rahmen des Praxisbeispiels werden klassische Inhalte der Mechanismen- und Getriebetechnik durch den Einsatz von LEGO Technic anschaulich und handlungsorientiert vermittelt. Dazu werden Demonstrationsanlagen aufgebaut, die unterschiedliche Getriebeformen mit jeweils einem zentralen Antrieb enthalten. Studierende analysieren ausgewählte, aus LEGO-Bausteinen aufgebaute Teilgetriebe, indem sie diese als Anschauungsmodelle in der Vorlesung händisch ausprobieren und im Seminar selbstständig nachbauen, um deren Funktionsweise zu untersuchen. Ziel ist es, abstrakte getriebetechnische Darstellungen und Zusammenhänge durch praktisches Erleben besser verständlich zu machen.

The challenge of teaching

Abstrakte Inhalte der Mechanismen- und Getriebetechnik sind für Studierende häufig schwer greifbar. Insbesondere das Verständnis von Bewegungszusammenhängen, Freiheitsgraden und Übertragungsfunktionen fällt ohne anschauliche Modelle schwer. Der fehlende Praxis- und Anwendungsbezug erschwert zudem die aktive Auseinandersetzung mit den Lehrinhalten.

Goals of your practical example

Ziel des Praxisbeispiels ist die Aktivierung und der nachhaltige Kompetenzerwerb im Bereich der Mechanismen- und Getriebetechnik. Durch die Aktivierung der Studierenden mittels händischen Bauens und Verstehens von Getriebestrukturen wird ein praxisnaher Zugang zu theoretischen Inhalten geschaffen.

Im Fokus steht die Schulung der Kompetenzen Analysefähigkeit sowie technisches Vorstellungsvermögen. Darüber hinaus werden die Studierenden befähigt, kinematische Zusammenhänge (z. B. Freiheitsgrade, Übertragungsfunktionen und den Einfluss geometrischer Parameter) eigenständig zu untersuchen und zu bewerten. Die Arbeit in Kleingruppen fördert zusätzlich den fachlichen Austausch und die kooperative Problemlösung.

Prerequisites for implementation

Für die Umsetzung des Praxisbeispiels werden geeignete Lego-Technic-Bauteile, Demonstrationsmodelle sowie ausreichend Zeit für Konzeption, Aufbau und Erprobung der Modelle benötigt. Inhaltlich sind Grundlagenkenntnisse der Mechanismen- und Getriebetechnik erforderlich, damit die Studierenden die Modelle analysieren und diskutieren können. Räumlich wird ein Vorlesungs- oder Seminarraum benötigt, der praktische Tätigkeiten und Gruppenarbeit ermöglicht. Zusätzlich sind Lager- und Transportmöglichkeiten für die Lego-Kästen und Demonstrationsanlagen sinnvoll. Für die Betreuung und Weiterentwicklung der Modelle ist außerdem personelle Unterstützung, beispielsweise durch studentische Assistenzen, hilfreich.

Procedure

Im Rahmen des Praxisbeispiels wurden zunächst geeignete Lego-Technic-Komponenten angeschafft. Anschließend wurden Demonstrationsanlagen konzipiert und aufgebaut, die typische Mechanismen und Getriebe anschaulich darstellen. Anschließend wurden diese Modelle in die Vorlesung bzw. Seminare integriert. Die Studierenden analysierten einzelne Teilgetriebe hinsichtlich Funktion, Freiheitsgrad und Übertragungsverhalten und bauten ausgewählte Mechanismen eigenständig nach. Durch das praktische Arbeiten in Kleingruppen wurden technische Zusammenhänge händisch erfahrbar gemacht sowie Diskussion, Problemlösung und aktives Lernen gefördert.

Material for the practical example

(1) LEGO Technic Baukästen / Einzelteile der Marke Lego Education sind empfehlenswert
– Zahnräder (verschiedene Übersetzungen)
– Achsen, Verbinder, Rahmen
– Kurbel, Hebel, Lochstangen
– Grundplatten

(2) Motoren (wenn kein händischer Antrieb über bspw. Kurbeln gewünscht ist)
– einfache Antriebe für Demonstrationsmodelle (z. B. Motoren- und Akkubausteine von Circuitcube https://circuitcubes.com/): hierfür keine Programmierung notwendig
– LEGO Technic Motoren: hierfür sind bspw. Module von LEGO Education Spike Prime zur einfachen Ansteuerung notwendig
– LEGO Technic EV3 für anspruchsvolle Programmierung; Achtung (Support wurde 2020/21 eingestellt) jedoch viele didaktische Materialien online verfügbar

(3) Programmierung
– PCs / Laptops
– Software über https://education.lego.com/de-de/downloads/

(4) Spezialteile für Getriebe und Mechanik
z. B. Differential, Schneckengetriebe, Stirnradgetriebe

Lego Technik Bausatz
Einblick in Programmierung
fertige Demonstrationsmodelle

Helpful links and sources

– https://education.lego.com/ 
– https://spike.legoeducation.com/
– https://education.lego.com/de-de/downloads/
– https://circuitcubes.com/

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