Jugendlabor Energie TUN-Technik und Naturwissenschaften

Osterpraktikum 2017

Tag 1: Hochhausbau

Das Ziel des ersten Praktikumstages war die Konstruktion eines Holzhochhauses. Die SuS bekamen durch die Theorieeinführung einen Einblick in die Welt der Hochhäuser. Hierbei wurden die verschieden Bauweisen (z.B Skelett- und Leichtbauweise) unter vielen Aspekten beleuchtet.
Parallel dazu konnten die SuS anhand von kleinen Experimenten die Zug- und Druckkräfte sichtbar machen. Damit konnten sie sich auf die bevorstehende Praktikumsphase vorbereiten und bereits gelerntes anwenden.
Die SuS zeigten sehr viel Freude bei der Konstruktion der Hochhäuser. Durch ihre technischen Fertigkeiten und der zuvor gelernten Theorie konnten verschiedenste Bauweisen eingebracht werden. Ihre Kreativität zeigte sich bei der Verwendung und Anordnung der Verbindungen und Verstrebungen. Diese wurden am Ende des Tages belastet, um die Vor- und Nachteile der jeweiligen Bauform gemeinsam mit den SuS zu diskutieren.

Tag 2: Flugzeugbau

Zu Beginn wurden die Begriffe statischer und dynamischer Auftrieb erläutert mit den dazu gehörigen physikalischen Formeln. Infolgedessen konnten die SuS den Strömungsverlauf eines Flugzeugflügels erkennen und die auf den Flügel wirkenden Kräfte beobachten.
Mit diesen grundlegenden Informationen wurden Flugzeugmodelle aus Alltagsmaterialien konstruiert. Hierbei konnten die SuS ihren Ideen freien Lauf lassen. Es wurden sehr viele interessante Modelle entwickelt. Anschließend wurden diese gewogen und von einer erhöhten Position getestet. Dabei hatten die SuS viel Spaß.
Nachmittags erfolgte eine Betrachtung der Stabilität und des Schwerpunktes der Flugzeuge. Das Prinzip des Gleitfliegers ermöglichte es den SuS, nun ein eigenes Modell zu bauen. Hierfür wurden dünne Balsaholzplatten verwendet, wodurch enorm an Gewicht gespart werden konnte. Zur Freude der SuS konnte wirklich jeder einen erfolgreichen Gleiter herstellen und mit nach Hause nehmen.

Tag 3: Brückenbau

Als Einstieg in das Thema Brückenbau versuchten zwei Gruppen jeweils eine selbsttragende Brücke zu bauen (Leonardo-Brücke). Hierbei waren sowohl Teamarbeit als auch technische Fertigkeiten gefragt. Mithilfe einer Einführung der verschiedenen Baustoffe Holz und Beton, sowie deren Materialeigenschaften, bekamen die SuS einen Einblick in die Welt eines Bauingenieurs.
Während der Praktikumsphase wurden verschiedene Brückentypen, wie Bogen-, Balken- und Fachwerkbrücke, besprochen und diese hinsichtlich der dort auftretenden Druck- und Zugkräfte untersucht. Parallel dazu bestand die Aufgabe der SuS darin, aus vorgegebenen Materialien das dazu passende Brückenmodell zu konstruieren. Diese wurden gemeinsam im Plenum bewertet und einem Belastungstest unterzogen.
Für die SuS war das Fachwerkmodell am spannendsten. Durch die simple Konstruktion ergaben sich sehr viele Modellmöglichkeiten. Während der Bauphase konnte jedes Modell individuell untersucht werden. Im Vordergrund standen hierbei die Kräfte, welche auf die Knotenpunkte wirken, der Einfluss eines Lagers und das Entfernen von überflüssigen Balken.

Jede Gruppe konnte ein gutes Modell herstellen. Der Belastungstest weckte hier besonders den Ehrgeiz der SuS, das stabilste Modell zu bauen. Wenige Konstruktionen konnten sogar mit einer großen Menge an Gewichten in unterschiedlichen Positionen belastet werden.

Tag 4: Krankonstruktion

Am letzten Praktikumstag war das Ziel, einen stabilen Kran zu konstruieren. Hierfür wurde der Baustoff Stahl genauer untersucht. Weiterhin wurde den SuS erklärt, was Spannungen sind und wo diese in einem Bauteil auftreten. Um die Kräfte zu erkennen, konnten die SuS verschiedene Probestücke unter einen Spannungspolarimeter legen. Hiermit waren sie in der Lage, zu erkennen, an welcher Stelle die Spannungen am größten sind und wo die Bruchgefahr am wahrscheinlichsten ist.
Darauffolgend wurden verschiedene Querschnitte hinsichtlich ihrer Druck- und Zugfestigkeit betrachtet. Ergänzend wurde den SuS der Elastizitätsmodul anhand von verschiedenen Beispielen erläutert.
Der Großteil des Praktikums bestand nun darin, das besagte Kranmodell zu planen und zu konstruieren. Hierbei konnten sie ihre Erfahrungen und Erkenntnisse der Woche miteinbringen. Den SuS hat das Arbeiten mit Holz, Sägen und Werkzeugen besonders viel Freude bereitet. Durch das Zuschneiden der Kanthölzer und das Verbinden durch Nägel und Tackerstifte entstanden eindrucksvolle Konstruktionen. Mithilfe der individuellen Betreuung konnten Möglichkeiten zur Verbesserung gefunden werden, wie z.B das Ausgleichen von Zugkräften durch das Einspannen von Schnüren.

Abschließend wurden die Modelle gemeinsam mit Federkraftmessern und Sandsäcken belastet, um die verschiedenen Schwachpunkte und Stärken des Krans zu finden und zu beurteilen.