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Technisches Gestalten
Feuerkörbe und Feuersäulen
Text: Thomas Stuber / he
Fotos: Thomas Stuber
>
Den Unterschied zwischen den Verfahren Löten und
Schweissen kennen.
Schutzgasschweissen und nach Bedarf weitere Verfahren
der Metallbearbeitung üben und anwenden.
Einen Gebrauchsgegenstand planen, entwickeln.
Metallbearbeitung fasziniert
Schüler innen und Schüler und ist
Thema vor allem auf der Oberstufe.
Neben mechanischen Verfahren
stehen Löt- und Schweissverfahren
im Vordergrund. Vorgestellt wer den
zwei attraktive An wendungsbeispiele
aus dem Set «Outdoor – am Feuer»
der Do-it-Werkstatt.
Schweissen und Löten werden im Alltag oft verwechselt.
Schweissen ist grundsätzlich eine Verbindung von zwei
gleichen Werkstoffen mithilfe eines gleichen Materials.
Zwischen den Werkstücken entsteht eine Schweissnaht.
Besonders häufig wird das Verfahren verwendet bei Metallen,
aber auch thermoplastische Kunststoffe und teilweise
Glas lassen sich schweissen. Im Unterschied zum Löten wird
dabei die Verflüssigungstemperatur der Grundwerkstoffe
überschritten. Beim Löten entsteht eine feste Verbindung
zwischen den Metallteilen, in deren Fuge geschmolzenes
Lot als Bindemittel eingebracht wird. Sobald die Metallteile
genügend erhitzt sind, öffnen sich die Poren und etwas Lot
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Schweissen mit der Autogenanlage.
Schutzbrillen tragen bei der
Metallbearbeitung ist ein absolutes
Muss. Das Tragen von Handschuhen
erhöht die Sicherheit.
dringt zusätzlich in die Metalle ein. Es kommt in diesem
Bereich zu einer «Mikro-Legierung». Lote bestehen immer
aus einem anderen Metall als die zu verbindenden Stücke.
Beim Weichlöten beträgt die Arbeitstemperatur bis 450°C,
in der Schule gebräuchliches Weichlot schmilzt bei 230°C
und besteht aus einer Legierung von Blei und Zinn, dem
Lötzinn (Verhältnis ist häufig auf der Rolle angegeben).
Beim Hartlöten liegt die Arbeitstemperatur wesentlich
höher und Lote beispielsweise aus Messing, Neusilber oder
Silber schmelzen zwischen 450°C bis gegen 1000°C. Beim
Weich- und Hartlöten sind Flussmittel unerlässlich. Diese
verhindern während des Lötens die Oxidbildung und erhöhen
die Fliessfähigkeit auf den Oberflächen der zu verbindenden
Metalle.
Bereits 3500 v.Chr. kannten die Erfinder der Bronze im mittleren
Osten den Lötzinn, indem Blei- und Zinnerze zusammen
geschmolzen wurden. Die Schweisstechnik ist jünger
und wurde in Kleinasien um 1500 v.Chr. erfunden. Bei der
Hammerschweissung legte man weissglühende Eisenstücke
aufeinander und schlug mit einem Hammer so lange darauf,
bis sie miteinander verbunden waren. Bis gegen Ende des
19. Jahrhunderts kannte man nur die Hammerschweissung.
1877 erfand ein amerikanischer Ingenieur die Methode
der elektrischen Widerstandsschweissung, welche bereits
acht Jahre später zur Lichtbogenschweissung führte. An
die metallenen Werkstücke und den Schweissstab, Stabelektrode
genannt, wird eine elektrische Spannung angelegt,
so dass bei Berührung des Stabs am Werkstück ein elektrischer
Lichtbogen entsteht. Dieser führt zum Schmelzen des
Materials und verschweisst die Metallstücke. Man spricht
von Elektrodenschweissen.
Ein anderes oft verwendetes Schweissverfahren ist das Gasschmelz
schweissen. Dieses wurde kurz nach 1900 in Frankreich
entwickelt und arbeitet mit einer über 3000°C heissen
Stichflamme eines Acetylen-Sauerstoff-Bren ners. Diese
Flam me erhitzt das Metall auf eine Schmelztemperatur von
ca. 1350°C. Der Zusatzwerkstoff wird von Hand zugeführt,
es kann aber auch ohne Zusatz geschweisst werden, daher
der Name Autogenschweissen.
In der Volksschule wird heute fast ausschliesslich das
Schutz gasschweissen eingesetzt. Zwischen einer kontinuierlich
zugeführten Metallelektrode (Draht) und dem
Werkstück wird ein Lichtbogen gezündet (Temperatur
zwischen 5000 und 6000°C). Dieser Lichtbogen, das Zusatz­
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material und das Schmelzbad werden durch ein Schutzgas
gegen die Einwirkung des Luftsauerstoffs abgeschirmt. Die
Vorteile dieses Verfahrens sind eindeutig:
Im Unterschied zum Gasschmelzverfahren wird das ganze
Werkstück sehr schnell und örtlich begrenzt erhitzt, so dass
es weniger zu Verformungen der Werkstücke kommt.
Im Unterschied zum Elektrodenschweissen entsteht keine
Schlacke, so dass das mühsame mechanische Entfernen entfällt.
Zudem wird das Zusatzmaterial kontinuierlich nachgeführt.
Das Schutzgasschweissen eignet sich im Freien nur
bedingt, da durch Luftzug die Schutzgashülle weggeblasen
werden kann.
Unterrichtseinstieg
Je nach Voraussetzungen der Schülerinnen und Schüler
müs sen die verschiedenen Verfahren der Metallbearbeitung
eingeführt und geübt werden. Eine theoretische und praktische
Einführung der Schweissverfahren ist sicher an gebracht.
Besonderes Gewicht ist auf die Ein richtung der
Ar beitsplätze und auf Sicher heitsaspekte zu legen, Hin wei se
dazu unter www.bfu.ch > Informationsblätter > Flam men
und Lichtbogen. Be festigungs möglich keiten sind Grund lage
für präzises Schweissen: Geeignet sind Klemm zangen und
Schraubzwingen, Schweissmagnete, winklige Metallplatten
oder Hilfslehren (z.B. Quadrat aus Holz). Unumgänglich
und Voraussetzung für selbständiges Arbeiten sind Mate rial ­
erprobungen und Schweissübungen mit den zu verarbeitenden
Materialien.
Experimente und Übungen
• «Schweissraupen» ziehen auf Reststücken. Testen verschie
dener Einstellungen (Drahtvorschub und Stromstärke)
für verschiedene Materialstärken.
• Eisenreststücke miteinander verschweissen mit den
Materialdicken, die nachher verarbeitet werden.
• Versuche ohne Schutzgas und Resultate vergleichen.
• Zwei Reststücke verbinden und im Schraubstock mit
dem Hammer auf Festigkeit testen. Vorsicht: Metallteile
können wegfliegen!
Planung
Entwicklung Feuerkörbe oder Feuersäulen: Zuerst Skizzen
entwerfen, anschliessend Modellbau mit Kartonstreifen,
Draht, Elektrikerdraht u.a. geeigneten Materialien durch­
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Gestaltung mit den Verfahren Bohren oder Schneidbrennen.
Variationen von Feuerkörben.
Feuerkörbe lassen sich kombinieren mit Grillieren:
Eine Öffnung und ein Haltestab genügen.
führen. Dabei Materialvorgaben resp. Materialmasse von
Flachstahl, Rundstahl, Stahlblech oder Schrott berücksich
tigen. Für die Feuersäule aus ökonomischen Gründen
Masse vorgeben und die Teile auf professionellen Abkantma
schinen zuschneiden lassen. Besprechungen mit der
Lehr person führen zu Verbesserungen und Verein fa chungen.
Nun lässt sich eine individuelle Kosten rechnung durchführen
und im Anschluss daran eine Mate rial liste erstellen.
Umsetzung Feuerkorb
Möglicher Auftrag zu einem Feuerkorb: Entwickle zeichnerisch
(Plan) oder in Form eines massstabgetreuen
Mo dells aus Karton einen Feuerkorb. Schweisse nun deinen
Feuerkorb, indem du die zugesägten Metallteile mittels
Punktschweissen heftest, dann richtest und endgültig verschweisst.
Verputze den Feuerkorb mit groben Eisenfeilen.
Als Zusatzauftrag lässt sich ein Glutauffang-Behältnis herstellen,
evtl. aus etwas Bestehendem. In der Brocken stube
lassen sich Behältnisse, Kuchen- oder andere Bleche finden,
die sich eignen. Als Grundplatte eignet sich eine Stahlrondelle,
zu beziehen bei metallverarbeiten den Be trie ben
mit Laseranlage. Ergänzend können schmiede tech nische
Elemente eingesetzt werden: Abschlüsse breitschmieden,
Rundungen schmieden. Statt mit der Metallfeile kann das
«Verputzen» mit einem Winkelschleifer mit Schruppscheibe
erfolgen: Unbedingt Brille, Handschuhe und Gehörschutz
tragen und kantonale Vorschriften beachten.
Umsetzung Feuersäule
Als Einstieg lässt sich beispielsweise ein Miniquader schweissen.
Stahlblechtafeln haben die Grösse 2000 mal 1000 mm.
Wenn die Platte gedrittelt wird und die Seitenwände 250 mm
betragen, reicht die Platte für drei Schüler/innen. Unbedingt
zuerst ca. alle 10 cm Punktschweissen: Erst wenn die Säule
steht alle Seiten durchgehend schweissen.
Alle weiteren Hinweise befinden sich auf der Kopiervorlage.
Quellen: José Antonio Ares (2006): «Gestalten mit Metall:
Schweissen, Löten, Schmieden». Haupt Verlag, S. 90ff.
Hans Geissberger (2009): Dokumentation Technisches Gestalten.
Bern, S. 32ff.
Martina Lauinger (2002): «Alles Schrott?». Haupt Verlag, S. 222ff.
Do-it-Werkstatt.ch (2008): Set «Outdoor – unterwegs / in Bewegung /
am Feuer», technische und textile Aufgaben.
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Feuerkorb Outdoor 17 - Am Feuer
Aufgabenstellung
Entwickle zeichnerisch (Plan) oder in Form eines massstabgetreuen Modells aus
Karton einen Feuerkorb.
Übe dich vorerst im Schutzgasschweissen: Hefte, ziehe Raupen, verschweisse
einige Eisenreststücke miteinander, bestenfalls mit dem Material, das du
nachher verarbeiten willst. Prüfe die Übungsstücke im Schraubstock mit einem
Hammer auf ihre Festigkeit.
Schweisse nun deinen Feuerkorb, indem du die zugesägten Metallteile mittels
Punktschweissen heftest, dann richtest und endgültig verschweisst. Verputze
den Feuerkorb mit Feilen.
Material Ziele Tüftelidee
***
+ Stahlrondelle Dicke 6 - 10 mm
+ Flach-, Vierkant-, Rundstahl, je nach
persönlichem Projekt z.B. Flachstahl
25/2 mm oder 30/3 mm
+ Modell Schrott: gesammelter
Eisenschrott
+ Einen originellen
Gebrauchsgegenstand entwickeln
und mittels Schweissverfahren
anfertigen.
+ Eine passendes Zusatzbehältnis
entwickeln oder einen bestehenden
Gegenstand umfunktionieren,
abändern, erweitern.
+ Entwickle eine Art Unterlage oder ein
Glutauffang-Behältnis, damit du den
Feuerkorb z.B. auch auf dem Rasen
aufstellen und einsetzen kannst.
Vielleicht hast du eine Idee, wie man
etwas Bestehendes umfunktionieren
könnte , z.B. ein altes Kuchenblech.
Feuerkorb Outdoor 17 - Am Feuer
Hinweise
© DO-IT-WERKSTATT.CH
+ Achtung: Sicherheitshinweise beim Schweissen beachten. Informationen unter
http://www.bfu.ch -> Informationsblätter -> Flammen und Lichtbogen.
+ Als Grundplatte eignet sich eine Stahlrondelle (zu beziehen bei
metallverarbeitenden Betrieben mit Laseranlage).
+ Unumgänglich sind Schweissübungen mit den zu verarbeitenden Materialien.
+ Befestigungsmöglichkeiten aufzeigen: Klemmzangen, Schweissmagnete,
winklige Metallplatten, evtl. Schraubzwingen.
+ Als Ergänzung können schmiedetechnische Elemente eingesetzt werden:
Abschlüsse breitschmieden, Rundungen schmieden. Dazu das Metall erhitzen
mit Autogen-Schweissanlage.
+ Verputzen mit Winkelschleifer (Schruppscheibe) statt feilen: Unbedingt Brille,
Handschuhe und Gehörschutz tragen, kantonale Vorschriften beachten.
+ Der Feuerkorb ist nur im Aussenbereich einsetzbar und auf feuerfester
Untergrund, da je nach Konstruktion glühende Holzstücke herunterfallen
können.
+ Literaturhinweis: «Alles Schrott?» von Martina Lauinger, Haupt Verlag, S. 222ff.
Hinweise zur Tüftelidee
+ Im Brockenhaus können Behältnisse und Bleche gefunden werden, die zu einer
«Auffangwanne» umgebaut werden können.
Feuersäule Outdoor 18 - Am Feuer
Aufgabenstellung
Schweisse eine quadratische Feuersäule. Mache zuerst Materialerprobungen mit
dem Schweissgerät. Sobald du dich sicher fühlst, beginnst du mit deiner
Feuersäule. Schweisse zuerst je zwei Einzelteile rechtwinklig zusammen, indem
du zuerst nur wenige Punktschweissungen machst. Benutze Haltehilfen und
Schraubzwingen. Anschliessend punktierst du die beiden «Winkel» zusammen.
Kontrolliere die Winkel, korrigiere und schweisse alle Seiten durchgehend. Für
die Bedienung des Feuerraums lässt du auf einer Seite eine Öffnung. Das nicht
gebrauchte Stück als Boden anschweissen. Übertrage die gestalterischen
Experimente auf das Blech, bohre und entgrate alle Löcher.
Material Ziele Tüftelidee
****
+ Stahlblech 3 - 5 mm
+ Graukarton für gestalterische
Experimente
Für die Tüftelidee:
+ Material aus dem Lager gemäss
individueller Planung
+ Schutzgas-Schweissen einführen,
üben und anwenden.
+ Weitere Verfahren üben und eigene
Lösungen umsetzen.
+ Baue einen Rost, eine
Aschenschublade und evtl. sogar ein
kleines Tor ein: So kannst du den
Feuerraum besser bedienen.
Feuersäule Outdoor 18 - Am Feuer
Hinweise
© DO-IT-WERKSTATT.CH
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+ Achtung: Sicherheitshinweise beim Schweissen beachten. Informationen unter
http://www.bfu.ch -> Informationsblätter -> Flammen und Lichtbogen.
+ Schweissmagnet oder Hilfslehren (z.B. Quadrat aus Holz ), mit Schraubzwingen
fixiert, sind Grundlage für präzises Schweissen.
+ Materialerprobungen und Vorübungen sind Voraussetzung für selbständige
Umsetzungen. Auftrag z.B.: Schweisse aus Restmaterial einen Miniquader.
+ Vor der Gestaltung der Seitenwände Entwürfe aus Halbkarton gestalten: Figuren
vorzeichnen und mit Locheisen den Linien entlang perforieren. Gute Wirkungen
bringen Löcher ab 5 mm. Überprüfung vor Lichtquellen oder direkt vor einem
Feuer. Die Entwürfe lassen sich auch vor dem Schweissen auf das Blech
umsetzen. Schälbohrer benötigen keine Nachbearbeitung.
+ Schüler und Schülerinnen mit viel Metallbearbeitungs-Erfahrung können ihre
Gestaltung auch mit dem Schweissbrenner herausbrennen. Dies muss aber nach
dem Schweissen erfolgen, da sich sonst das Blech zu stark verbiegt.
+ Stahlblech gibt’s im Grosshandel in der Grösse 200 x 100 cm. Die Teile auf
professionellen Abkantmaschinen zuschneiden lassen.
Hinweise zur Tüftelidee
Bildlegende
1+2 Tüftelauftrag: Schublade und Rost
3+4 Gestaltungen mit den Verfahren Bohren
und Schweissbrennen
+ Ein Rost erleichtert das Entfachen des Feuers. Das Stahlblech sollte mindestens
5 mm dick sein. Ein nicht angeschweisster Rost erleichtert das Entnehmen der
Asche.
+ Falls die Feuersäule dauernd der Witterung ausgesetzt ist, braucht es in der
Aschenschublade ein Loch, damit das Wasser ablaufen kann.
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