innovationen in der chemie arbeitsmaterial kapitel 3 ... · quiz tragen sie die richtige antwort...
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WEITERFÜHRENDE AUFGABEN UND EXPERIMENTE
Innovationen in der Chemie Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen
Weiterführende Aufgaben und Experimente
Thema Niveau
Kapitel 3 Verfahrens- und Prozessinnovationen
Aufgabe 3.1 Fabriken der Zukunft – Chemieanlagen im Containerformat Sekundarstufe I/II
Aufgabe 3.2 Produkte aus dem 3D-Drucker Sekundarstufe I/II
Aufgabe 3.3 Quiz Sekundarstufe I/II
AUFGABE 3.1
Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen
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Aufgabe 3.1: Fabriken der Zukunft – Chemieanlagen im Containerformat
Ressourcenknappheit, veränderte Konsumentenbedürfnisse oder neue Kundenwünsche führen dazu, dass in der chemischen Industrie neue Produkte innerhalb weniger Jahre verfübar sein müssen. Um wettbewerbsfähig zu sein, darf die Entwicklungszeit („time-to-market“) für solch innovative Güter nicht wesentlich länger als zwei bis drei Jahre betragen. Trotzdem muss das Produkt höchsten Qualitätsansprüchen gerecht werden.
Um diese Herausforderungen meistern zu können, muss die chemische Produktion der Zukunft Stoffe schnell, sicher, ressourceneffizient und vor allem flexibel herstellen und sich an veränderte Marktlagen und Kunden- bedürfnisse anpassen. Dazu hat ein führendes deutsches Chemieunternehmen gemeinsam mit weiteren Firmen- und Hochschulpartnern aus mehreren Ländern eine betriebsfertige Mini-Chemiefabrik entwickelt, die in einem Überseecontainer Platz hat (siehe Abbildung 3.1).
Sekundarstufe I/II
a) Beschreiben Sie den Aufbau einer Chemieanlage im Containerformat.
„Klein, aber oho“: alles, was für den kompletten Produktionsprozess nötig ist, ist auf engstem Raum untergebracht
Leitraum
Rieselanlage
Brandschutz-wände F30
RauchmelderGasdetektoren
Belüftung/Klimaanlage
Prozessraum
KameraLogistikraum
Platz für vier Intermediate-Bulk-Container (IBC)-Rohstoffbehälter
Einbindung vonBetriebsmitteln
Montageelemente für Apparate
Auffangwanne mit LecksensorSchleuse zum Prozess- und Leitraum
Abbildung 3.1: Aufbau einer Chemieanlage im Containerformat
Bildnachweis: Evonik Industries AG (mod.)
Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen
AUFGABE 3.1
b) Recherchieren Sie unter den folgenden Stichworten, welche Vorteile eine solche Anlage im Vergleich zu einer großen, inflexiblen Chemieanlage bietet:
Containerbauweise Chemieanlagen Modularisierung Produktion Chemie F3-Factory
c) Recherchieren Sie, welche Produkte zurzeit in Containeranlagen produziert werden.
d)
Sekundarstufe I/II
Rätsel
Bilden Sie die richtigen Begriffspaare! (Mehrere Paarungen möglich!)
Sonderwünsche der Kunden
Produktion
Chemieanlagen im Containerformat
Marktlage
Wettbewerb
Ressourcenersparnis
Vernetzung
Miniaturisierung
Spezialisierung
Zeitvorteil
Flexibilität
geringere Kosten
Automatisierung
Optimierung
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Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen
AUFGABE 3.2
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Aufgabe 3.2: Produkte aus dem 3D-Drucker
Sekundarstufe I/II
a) Beschreiben Sie anhand der Abbildung 3.2 das Funktionsprinzip eines 3D-Druckers. Begründen Sie, warum für die Fertigung einer Kunststoffsohle nur thermoplastische Kunststoffe infrage kommen.
Werkstück
Selektives Lasersintern (SLS)Pulver wird durch einen Laser verfestigt
Die Pulverrolle legt bei jedem Bauschritteine neue, dünne Pulverschicht von der Versorgungsplattformauf den Bauraum auf
Versorgungsplattform,mit Pulver befüllt
Verstellbare Spiegel fürdie Ausrichtung desLasers in der X- und der Y-Achse
Bauteile mit komplexen Formen sind möglich.Das lose Pulver in denZwischenräumen dientals Stützmaterial.Z-Achse
Optik
Werkstück
UV-Laser
Y-Achse
X-Achse
Abbildung 3.2: Phasen der additiven Fertigung am Beispiel des pulverbasierten Lasersinterns
Bildnachweis: https://www.protec3d.de/3d-drucken/ (mod., Abruf: 08/2018)
AUFGABE 3.2
Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen
Sekundarstufe I/II
b) Recherchieren Sie, welche weiteren Produkte mit Hilfe der 3D-Drucktechnik hergestellt werden. Geben Sie an, welche Ausgangsmaterialien/Werkstoffe dazu genutzt werden können.
c) Der 3D-Druck gehört zu den additiven Fertigungsverfahren. Recherchieren Sie, was man unter „additiver Ferti-gung“ versteht. Nennen Sie Vorteile der additiven Fertigung.
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Arbeitsmaterial Kapitel 3 – Verfahrens- und Prozessinnovationen
AUFGABE 3.3
Sekundarstufe I/II
Aufgabe 3.3:
3D-Drucker bauen Objekte Schicht für Schicht auf. Man bezeichnet dieses Verfahren auch als …?
A) Rapid Prototyping B) 3D-Typewriter
C) subtraktive Fertigung D) additive Fertigungrichtige Antwort
Quiz
Tragen Sie die richtige Antwort (A, B, C oder D) rechts ein
Digitale Technologien machen die Chemieproduktion …?
A) schneller B) schonender
C) schöner D) schlauerrichtige Antwort
Verkleinerte komplette Produktionsanlagen in der chemischen Industrie passen in …?
A) einen Hangar B) einen Tornister
C) einen Container D) einen Ozeandampferrichtige Antwort
In welcher Form liegt das Ausgangsmaterial beim „echten“ 3D-Druckverfahren vor?
A) als Flüssigkeit B) als Plasma
C) als Gas D) als Pulverrichtige Antwort
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