Schülerwettbewerb Zeitung Version 2013tu-freiberg.de/sites/default/files/media/sonderforschungsbereich-799... · Familie Ertle beim Emaillieren im Institut für Keramik, Glas- und

Der Schülerwettbewerb wurde durch den Freiberger Sonderforschungsbereich (SFB) 799 „TRIP-Matrix-Composite“ ins Leben gerufen. In diesem SFB arbeiten Wissen-schaftler aus vier Fakultäten der TU Berg-akademie Freiberg an einer neuen Klasse von Hochleistungsverbundwerkstoffen aus Stahl und Keramik. Es sollen extrem bean-spruchbare und dennoch gut formbare Werkstoffe entstehen. Mittels des Schüler-wettbewerbs wollen die beteiligten Wissen-schaftler die Funktionsweise von Verbund-werkstoffen und den Zusammenhang zwi-schen Werkstoffzusammensetzung und Eigenschaften auch für den Nachwuchs greifbar werden lassen. Ziel ist es, mit rela-tiv einfachen Mitteln zu verdeutlichen, wie sich Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs durch die Wahl der Ausgangswerkstoffe und des Herstellungsverfahrens zielgerichtet beeinflussen lassen. Auf diese Weise kön-nen die Teilnehmer ihr Wissen aus dem

naturwissenschaftlichen Unterricht aktiv anwenden und sich neue fachübergreifende Kenntnisse aneignen. Natürlich soll der Wettbewerb auch neugierig machen – auf die Disziplin Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, auf Herausforderungen in Forschung und Entwicklung und auf Mög-lichkeiten eines werkstoffbezogenen Studi-ums an der TU Bergakademie Freiberg. Die Ziele dieser Zeitung sind zum einen den Schülerwettbewerb „Ganz schön gerissen“ 2011 als Pilotprojekt mit seiner Aufgabe, der Jury, den Beiträgen der Teilnehmer und den Preisen vorzustellen und zum anderen die wissenschaftlich-kreativen Leistungen der einzelnen Teilnehmer des Schülerwettbe-werbs zu würdigen. Zeitgleich soll diese Zeitung als Motivation für Schülerinnen und Schüler dienen, sich zukünftig an weiteren Schülerwettbewerben zu beteiligen.

Editorial

DAS PILOTPROJEKT:DAS PILOTPROJEKT:DAS PILOTPROJEKT:

„Ganz schön gerissen!“ „Ganz schön gerissen!“ „Ganz schön gerissen!“ --- Der Schülerwettbewerb 2011Der Schülerwettbewerb 2011Der Schülerwettbewerb 2011

Eine Initiative des Sonderforschungsbereichs 799: „TRIP-Matrix-Composite“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)

Inhalt

Die Aufgabe 2

Jury & Gewinner 2

Meinungen 2

Die Preise 3

Projekte der Gewinner 4

Weitere Kurzportraits 8

Der Schülerwettbewerb 2013 12

Impressum 12

Seite 2 Schülerwettbewerb — „Ganz schön gerissen!“ 2011

Die Aufgabe

1. Herstellen: Zeitungspapier, Wasser und Leim waren als „Zutaten“ für die Herstellung des Verbundwerkstoffs vor- gegeben. Für die weitere Zusammensetzung waren dann Köpfchen und Kreativität gefragt, denn die Schülerinnen und Schüler sollten das Pappmaché mit eigenen Materialien, die im Haushalt zu finden sind, ergänzen. 2. Testen: Der hergestellte Werkstoff sollte bereits vor dem Einsenden von den Teilnehmern auf Herz und Nieren getestet werden, um noch Verbesserungen vornehmen zu können. 3. Protokollieren: Die Zusammensetzung und die Herstellung des Werkstoffes sollten in einem Protokoll festgehal- ten werden. Wie bereits das Motto „Ganz schön gerissen!“ erahnen lässt, war das Ziel des Wettbewerbs, einen besonders reißfesten Verbundwerkstoff herzustellen. ■

Die Jury des Schülerwettbewerbs (v.l.n.r.): Annett Wolf (Koordinatorin des Schülerlabors), Peggy Rathmann, Johannes Bergk, Stefan Martin, Christian Ode, Christian Weigelt, Prof. Dr. Horst Biermann (Sprecher des Sonderforschungsbereichs und Leiter des Schülerlabors). Es fehlt Andreas Jahn.

Die 8-köpfige Fachjury des Schülerwettbewerbs „Ganz schön gerissen!“ 2011 setzte sich aus Wissenschaftlern, Doktoranden und Studenten des SFB 799 zusammen. Zunächst prüfte Johannes Bergk am Institut für Werk-stofftechnik die eingesandten Werkstoffproben kritisch auf ihre Zugfestigkeit. Im Anschluss daran traf sich die Jury, um die Gewinner des Schülerwettbewerbs zu er-mitteln. Gekürt wurden die Gewinner in den Bereichen: höchste Zugfestigkeit, bestes Forschungsprotokoll, Kreativpreis, bestes Familienforscherteam.

Nach ausführlicher Begutachtung der Forschungspro-

tokolle, die zusammen mit der Werkstoffprobe von den Schülerinnen und Schülern eingeschickt wurden, und der Auswertung der Ergebnisse des Zugversuchs im For-schungslabor standen die Gewinner fest. Simon Franke und Lisa Kriehme gewannen in der Kategorie „Höchste Zugfestigkeit“. Der Preis für das fachgerechteste For-schungsprotokoll ging an das Team Juliane Moritz und Hans Hoffmann. Die Geschwister Tobias, Johanna und Nils Ertle konnten mit ihrer Kreativität beim Erstel-len und Testen der Werkstoffe punkten. Die Gewinner dieser drei Preiskategorien wurden zu einem individuel-len Forschungstag an die TU Bergakademie Freiberg eingeladen.

Die Auszeichnung für das beste Familienforscherteam erhielt Erik Kretzschmar und seine Familie. Um eine gemeinsame Forschungsaktivität mit der gesamten Fa-milie erleben zu können, bekam Familie Kretzschmar Eintrittskarten für das „Erlebnisland Mathematik“ in Dres-den. ■

Jury & Gewinner

Meinungen zum Schülerwettbewerb 2011

Prof. Dr. Horst Biermann, Direktor des Instituts für Werkstofftechnik und Leiter des Schülerlabors „Science meets School – Werkstoffe und Technologien“ in Freiberg:

„Die Ergebnisse der Schülerinnen und Schüler waren überaus beeindruckend. Der Werkstoff mit der höchsten Zugfestigkeit hielt immerhin einer Belastung von mehr als 6.000 Newton stand. Dies entspricht etwa dem Sechsfa-chen der Zugfestigkeit von Proben, die in Vorversuchen bei uns entstanden waren.“

Ilona Ertle, Mutter von Tobias (12), Johanna (11) und Nils (8), die den Kreativpreis gewannen:

„Unsere ganze Familie hat vier Wochen lang experimen-tiert. Wir haben getestet, wie beispielsweise Eigelb, Mehl, Zahnpasta oder Sisalschnur Festigkeit bringen. Die Pro-ben haben wir dann mittels eines Hängestuhls ausgetes-tet, in den sich die Kinder als Gewichte hinein gesetzt haben. Das hat den Kindern sehr viel Spaß bereitet.“

Schülerwettbewerb — „Ganz schön gerissen!“ 2011 Seite 3

Um den Forschergeist, die Arbeit und die Kreativität der Schülerinnen und Schüler zu belohnen, wurden die Gewinner des Schülerwettbewerbs „Ganz schön geris-sen!“ am 23. Juni 2011 zu einem ganz persönlichen Forschungstag an die TU Bergakademie Freiberg ein-geladen. Zunächst begrüßte Prof. Dr.-Ing. Horst Bier-mann, Direktor des Instituts für Werkstofftechnik und Leiter des Schülerlabors „Science meets School – Werk-stoffe und Technologien“, die insgesamt sieben Gewin-ner zwischen acht und 16 Jahren in den Räumlichkeiten des Schülerlabors. Nach einer kurzen Einführungsveran-staltung überreichte Prof. Dr.-Ing. Horst Biermann ge-meinsam mit der Organisatorin des Schülerwettbewerbs Peggy Rathmann den Gewinnern ihre Urkunden. Als zusätzliche Überraschung gab es außerdem für jeden eine rote Erstsemestertasche, die auch die Studienan-fänger an der TU Bergakademie Freiberg bekommen.

Im Anschluss an die Auszeichnung der Gewinner wur-

de Nils, der jüngste Teilnehmer des Forschungstags, zur Glücksfee auserkoren. Aus einer Urne zog er aus allen Teilnehmern des Wettbewerbs die drei Gewinner der Apple iPods. Hans Gerlach, Marc Neumann und Hans Hoffmann konnten jetzt einen iPod ihr eigen nennen.

Nun konnte der Forschungstag beginnen. An diesem

Tag erhielten die Nachwuchswissenschaftler die Gele-genheit, wie die „Großen“ zu forschen. In verschiedenen Workshops stellten sie Verbundwerkstoffe her und teste-ten ihre Eigenschaften, um sich dabei mit den Herausfor-derungen vertraut zu machen, die ein Forscher täglich zu bewältigen hat. Oft ließen sich Parallelen zur Herstellung und Prüfung ihres Pappmaché-Gemischs finden.

Im ersten Workshop konnten die Gewinner am Institut

für Keramik, Glas- und Baustofftechnik beim Emaillieren ihr künstlerisch und handwerkliches Geschick erneut unter Beweis stellen. So kreierten sie eigene Schmuck-stücke aus Metall und Glas. Außerdem stellten sie einen Wabenkörper aus einem Verbundwerkstoff aus Stahl und Keramik her. Die Eigenschaften dieses neuartigen Werkstoffs werden derzeit von Wissenschaftlern im SFB

799 „TRIP-Matrix-Composite“ erforscht. Danach war es erst einmal Zeit für die Mittagspause.

Anschließend ging es für einen zweiten Workshop in

das Institut für Eisen- und Stahltechnologie. Mit Schutz-kleidung ausgerüstet konnten die Schülerinnen und Schüler hier bei der Produktion von Roheisen zu-schauen und das Schwebeschmelzen kennenlernen.

Während sich die ersten beiden Workshops auf die

Herstellung von Werkstoffen konzentrierten, wurden im dritten Workshop am Institut für Werkstofftechnik mehre-re Möglichkeiten zur Charakterisierung der Eigenschaf-ten von Werkstoffen vorgestellt. Zunächst konnten die Gewinner des Forschungstags noch einmal Zugversu-che im Forschungslabor mit ihren eingesandten Papp-maché-Proben durchführen. An der biaxialen Zugma-schine, dem Rasterelektronenmikroskop und dem Fall-werk wurde den Schülerinnen und Schülern anschaulich erklärt, wie sich mithilfe dieser Maschinen die Eigen-schaften eines Werkstoffs untersuchen lassen. ■

Die Preise

Die Gewinner des Schülerwettbewerbs mit ihrer neuen Tasche der TU Bergakademie Freiberg.

Familie Ertle beim Emaillieren im Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik.

Die Gewinner bei der Produktion von Roheisen am Institut für Eisen- und Stahltechnologie.


Holzleim Kupferdraht

Eingesetzte Materialien:

Kraft bei Zugversuch im Forschungslabor:

7510 N (Dehnrate 2,5 mm/min; Vorkraft 20 N)

Gewinnerin: Höchste Zugfestigkeit

Lisa Kriehme

Gewinner: Bestes Forschungsprotokoll

Juliane Moritz & Hans Hoffmann

Juliane und Hans zerkleinerten das Zeitungspapier mithil-fe eines Aktenvernichters, um es anschließend in heißem Wasser einweichen zu lassen. Danach rührten die beiden Holzleim unter das Pappmaché, bis es eine breiige Kon-sistenz annahm. Für die Herstellung der ersten Probe rauten sie zunächst die Nylonschnur mit Schleifpapier an,

damit das Pappmaché besser daran haften konnte. Bei der zweiten Probe verwendeten sie gedrillten Papierfa-den. Zur Herstellung der dritten Probe haben Juliane und Hans Baumwollstoff in Streifen geschnitten und abwech-selnd mit Pappmaché in die Form geschichtet. In einer vierten Probe verarbeiteten sie Stahlwolle.

Aufbau des Verbundwerkstoffs:

UHU-Holzleim Nylonfaden: Angelschnur (Probe 1); verdrillter Papierfaden (Probe 2); Stahlwolle (Probe 4) Baumwollgewebe (Probe 3) → eingesandt



1210 N (Probe 3) (Dehnrate 2,5 mm/min; Vorkraft 20 N)

Juliane und Hans führten ihren eigenen Zugversuch im Labor des Instituts für Keramik, Glas- und Baustofftech-nik der TU Bergakademie Freiberg durch. Dabei schnitt

die Probe mit dem Baumwollgewebe mit einer Zugfestig-keit von 1204,8 N am besten ab.

Eigener Zugversuch im Labor:

Mithilfe einer Papierschneidemaschine hat Lisa eine Zei-tung in 20 cm lange und 3 cm breite Streifen geschnitten. Auf diese Papierstreifen klebte sie nun 5 Kupferdrähte mit einem Durchmesser von 0,1 mm. Durch eine Vorrichtung wurden die Drähte mit Schrauben in Vorspannung ge-bracht (Saitenprinzip). Es entstanden zwei Varianten von den Papier-Kupferdraht-Streifen, zum einen dünne und zum anderen dicke Module. Bei dem dünnen Modul beklebte Lisa den

Draht auf der unteren und oberen Seite lediglich mit einer Schicht Papier. Das dicke Modul hingegen wurde mit mehreren Schichten Papier bedeckt. Der Verbundwerk-stoff wurde nun aus den einzelnen Teilen zusammenge-klebt. Die dicken Module wurden in der Mitte des Werk-stoffes angeordnet, die dünneren Module bildeten den Rand. Die Module wurden so zusammengeklebt, dass der Werkstoff die Maße 20 cm x 3 cm x 1,2 cm annahm. Abschließend wurde der Verbundwerkstoff in einem Schraubstock fest zusammengepresst.


Dickes Modul Papier Draht Papier

Dünnes Modul


Gewinner: Höchste Zugfestigkeit

Simon Franke



Simon orientierte sich bei der Auswahl seiner zusätzli-chen Komponente an der Natur. Die Idee basierte auf dem menschlichen Körper, der durch Knochen und Mus-keln gestützt wird. Simon webte aus Paketband ein Ge-rüst (Armierung), das in das Pappmaché eingelassen wurde. Da das Paketband in seiner ursprünglichen Form aus mehreren Fäden bestand, trennte er es auf. Um die einzelnen Fäden neu miteinander zu verflechten, baute Simon ein Webbrett. In einem ersten Test konnte das Webmuster bis zu 30 kg Zug standhalten. Weitere Zuta-ten wurden nicht verwendet, um die Wirkung der Armie-rung nicht negativ zu beeinflussen.

Für das Pappmaché verwendete Simon 2-Komponenten-Epoxyd-Harz Leim, da dieser besonders strapazierfähig ist. Dieser Harzleim härtet in Verbindung mit Wasser nicht aus, deshalb stellte er die Masse ausschließlich aus Zei-tungspapier und dem Leim her. Das Zeitungspapier wur-de mit Hilfe einer Küchenmaschine zerkleinert. Im nächs-ten Schritt fügte der Gewinner der Kategorie Zugfestigkeit lediglich den Harz hinzu und mischte es, bis eine homo-gene Masse entstand. Als nächstes gab er den Härter hinzu. Der Verbundwerkstoff setzt sich aus fünf Schichten zu-sammen. Zuerst kam eine Schicht Pappmaché-Leim-Gemisch in eine selbstgebaute Form, danach eine Schicht Armierung, bis zur fünften und letzten Schicht, die wiederum aus dem Pappmaché-Leim-Gemisch bestand.


2-Komponenten-Epoxyd-Harz (Leim) Gewebter bzw. geflochtener Faden vom Paketband (Armierung)


Weitere Informationen und Videos zu Werkstoffprüfungen mit einzelnen Alltags-gegenständen unter:

schuelerlabor.tu-freiberg.de/facebook


Gewinner: Kreativpreis

Tobias, Nils & Johanna Ertle



Zuerst mischten die drei Zeitungsschnipsel mit kochen-dem Wasser und pürierten alles. Nach dem ein einheitli-cher Brei entstanden war, gaben sie dem Ganzen Zell-stofftaschentücher hinzu. Da die Zellstofftaschentücher aus einem geringeren Anteil Recyclingpapier bestehen, gingen sie von einer höheren Zugfestigkeit aus.

Als zweite Zusatz-komponente setz-ten sie Sisalschnur ein. Diese wurde bis zur kleinsten Faser aufgedreht, so konnten sich die Fasern inei-nander verhaken, ähnlich wie bei einem Klettver-

schluss. Außerdem arbeiteten sie noch ein Netz aus Si-salschnur mit in die Probe ein.

Auf Grund der festigenden Wirkung, die Mehl und Eiweiß beim Backen und Kochen aufweisen, fügten die kreativen Bastler auch diese beiden Zutaten hinzu. Den Holzleim nutzen sie dabei als Bindemittel. Johanna ist beim Zähneputzen aufgefallen, dass Zahn-pasta in trockenem Zustand extrem hart wird, deswegen, und um der Masse einen einzigartigen Geruch zu geben, mischten sie auch Zahnpasta unter. Zusätzlich kam noch rote Tinte dazu. Zum einen bekam die Masse dadurch eine schönere Farbe und zum ande-ren konnten sie feststellen, ob sie alles gut vermischt hatten. Zum Schluss wurden die Proben für 30 min bei 180 Grad gebacken, um das Eiweiß fest werden zu lassen. Um den Werkstoff auch außen zu verschönern, wurde er noch mit einer gemusterten Serviette beklebt.


Für den Zugversuch wurde ein Hängestuhl genutzt. Mit Schraubzwingen wurde der Verbundwerkstoff am De-ckenhaken und am Hängestuhl befestigt. Nun setzten sich die Testpersonen mit verschiedenen Körpergewich-ten in den Hängestuhl, bis der Werkstoff riss. Gewichte: Nils (30 kg), Johanna (35 kg), Papa (80 kg), Stuhl und Schraubzwingen (5 kg) Bei ihren Versuchen stellten sie fest, dass die Zahnpasta keine Auswirkung auf die Zugfestigkeit hat. Der Holzleim wirkte sich allerdings positiv auf die Festigkeit aus. Aus diesem Grunde schickten die Geschwister ihren Werkstoff ohne Zahnpasta ein. Die stabilste Probe riss bei 155 kg.

Methode des eigenen Zugversuchs:

Sisalschnur Holzleim (Ponal Klassik) (18 g) Mehl (1,5 EL) Rote Tinte Zellstofftaschentücher Eiweiß (von einem Hühnerei) (Zahnpasta)



Gewinner: Bestes Familienforscherteam

Erik Kretzschmar

Um die Proben auf ihre Zugfestigkeit zu prüfen, hat das Forscherteam den Probekörper in Schraubzwingen einge-spannt und die obere Schraubzwinge an einer Eisenstan-ge befestigt. An die untere Schraubzwinge haben sie ei-nen Eimer gebunden, der nach und nach mit Rollsplitt gefüllt wurde. Reichte der Rollsplitt im Eimer nicht aus, um die Probe zu zerreißen, wurden zusätzlich gefüllte Wasserflaschen auf den Eimer gestapelt. Bei diesem Zugversuch schnitten die Proben aus Quark-Kalk-Leim sowie die Proben aus Quark-Kalk-Leim und Hanf am besten ab.


Erik entwickelte seinen Verbundwerkstoff mit der Unter-stützung seines Bruders und seines Opas. Als erstes stellten sie die Grundmasse aus geschreddertem Zei-tungspapier und warmem Wasser her.

Im nächsten Schritt rührten sie Quark (250 g), Kalk (125 g) und Holzleim (100 ml) in die Pappmachémasse ein. Die Idee bestand darin, dass der Quark zusammen mit dem Kalk eine leimartige Verbindung eingeht. Denn einer Legende nach sollen schon beim Freiberger Stadtmauer-bau Quark und Eier in den Mörtel gemischt worden sein. Als nächstes wurde die Masse aufgeteilt, um jeweils die weiteren Zusatzstoffe Hanf, Sisal, Metallspäne und Plas-tikteile hinzuzugeben. Zum Trocknen füllten sie die unter-schiedlichen Mischungen in eine extra gebaute Form aus Holz und Aluminium. Nach einer Trockenzeit von fünf Wochen haben sich die Holzprofile als besonders geeignet erwiesen. Das Holz hatte nach dieser Zeit die Feuchtigkeit aufgenommen und die Proben trockneten ohne zu verkrümmen.



Probe 1: 210 N Probe 2: 230 N Probe 3: 280 N (Dehnrate 2,5 mm/min; Vorkraft 20 N) Probe 4: 290 N Probe 5: 410 N

Quark-Kalk-Leim und Holzleim (Probe 1) Metallspäne (Probe 2) Naturfaser: Sisal (Probe 3) Naturfaser: Hanf (Probe 4) Plastikteile: Kartoffelnetz (Probe 5)




2510 N (Dehnrate 2,5 mm/min; Vorkraft 20 N; Probe ausgedünnt)

Tapetenkleister Stahldrahtgerüst: Gartenzaun (Probe 1) → eingesendet Nylonfasern: Strumpfhose (Probe 2)



Für den Zugversuch wurden die Proben in Schraubzwin-gen eingespannt. Um die Zugkraft immer weiter zu erhö-hen, wurden Steine und Wasser in einen Plastikeimer gefüllt, der dann an die untere Schraubzwinge gehangen wurde. Mit Hilfe einer Haushaltswaage wurde das Ge-wicht des Eimers in 2 kg-Schritten erhöht. Neben den oben aufgeführten Proben fertigten die beiden auch eine Referenzprobe an, die nur aus Pappmaché bestand. Diese riss bereits bei 420 N. Die zweite Probe mit den eingearbeiteten Nylonfasern hielt einer Kraft von 540 N stand. Der Verbundwerkstoff mit dem Stahldrahtgerüst konnte mit diesem Zugversuch nicht zerstört werden. Auch bei einem weiteren Zugversuch mit einem Flaschenzug stieß die Probe nicht an ihre Grenzen. Somit gingen die beiden davon aus, dass die Stahl-Pappmaché-Probe einer Zug-

kraft von über 700 N standhält. Die Ergebnisse des Heim-zugversuches waren eindeutig, deshalb schickten sie ihr „Flaggschiff“ aus Stahl und Pappmaché ins Rennen um den Forschungstag.

Als erstes zerkleinerten die beiden das Zeitungspapier mithilfe eines Aktenvernichters und weichten es mit war-mem Wasser ein. Mit einem Rührgerät wurde das Papier mit dem Wasser solange vermischt, bis ein homogener Brei entstand, da die beiden davon ausgingen, dass ein Werkstoff eine höhere Zugfestigkeit hat, wenn er in Fa-serform vorliegt.

Im nächsten Schritt wurde der Tapetenkleister dazugege-ben, somit entstand eine dickflüssige Masse. Diese wur-de dann zusammen mit der jeweiligen kreativen Kompo-nente in eine mit Folie ausgekleidete Form aus Pappe gegeben. Probe 1: Stahldraht Für diese zusätzliche Komponente wurden Vanessa und Felix von Stahlbeton inspiriert. Sie bauten ein dünnes, filigranes Stahldrahtgerüst aus einem alten Gartenzaun. Das Gerüst wurde außerdem noch mit Sandpapier aufge-raut, um die Bindung zwischen dem Pappmaché und dem Draht zu erhöhen. Probe 2: Nylonfasern Für die zweite Probe wurde eine Nylonstrumpfhose ver-wendet. Vanessa und Felix schichteten dafür abwech-selnd Pappmaché und Nylonfasern in die Form.


Kurzportraits weiterer Projekte: Vanessa Lé & Felix Heyde



Benedikt knetete das Zeitungspapier-Wasser-Gemisch solange, bis sich alle Papierfetzen aufgelöst hatten. Au-ßerdem ließ er die Masse zwei Tage ruhen. In den so entstandenen Faserbrei knetete er als Nächstes die Stahlwolle ein. Um Hohlräume zu vermeiden, formte er die Stahlwolle flacher und drückte sie zusammen. Nun wurde die Stahlwolle mit dem Faserbrei in eine selbst gebaute Holzform gefüllt. Weil der Verbundwerkstoff die geforderten Maße überschritt, musste er noch in Form gefeilt werden. Im letzten Schritt wurde die Oberfläche mit Holzleim versiegelt.

Benedikt Bartsch


Stahlwolle (zum Säubern von Töpfen) Holzleim



Johannes Götz

Getestet wurde die Zugfestigkeit an einem Haarbüschel. Dieses rutschte erst bei einer Belastung von 588 N (60 kg) aus der Vorrichtung.



2560 N (Dehnrate 2,5 mm/min; Vorkraft 20 N; Probe ausgedünnt)

Haare (Kopfhaare vom Menschen, Schwanzhaare von Kühen) Holzleim und Heizkleber Klebeband


Zunächst strich Johannes eine Form aus Holz mit dem Pappmaché-Leimgemisch ein, um danach abwechselnd mehrere Schichten Haare und Grundmasse in die Form zu geben. Dann wurde die Masse in einem Schraubstock zusammengepresst. Der ganze Vorgang wiederholte

sich, bis sich der Verbundwerkstoff nicht mehr verdichten ließ und die gewünschten Maße erreicht waren. Die ver-bliebenen Risse wurden mit Heizkleber ausgefüllt und im Anschluss mit einem Heißluftföhn erhitzt. Zum Schluss wurde der Verbundwerkstoff mit Klebeband umwickelt.



Amatus Regitz

Um den Verbundwerkstoff selbst auf seine Zugfestigkeit zu prüfen, spannte Amatus seine Probe in Schraubzwin-gen ein und befestigte einen Strick am Boden und an einer Schraubzwinge. Ein weiterer Strick wurde mit der

anderen Schraubzwinge verbunden. An diesem Strick wurde mittels eines Hebels (Längenverhältnis 3:1) gezo-gen.




Amatus zerkleinerte das Zeitungspapier vor der Herstel-lung des Pappmachés mit einem Aktenvernichter. Nach-dem er die Masse angerührt hatte, ließ er diese ungefähr drei Tage ziehen. Anschließend hing er die Masse in einem alten Betttuch auf, um überschüssiges Wasser abtropfen zu lassen. Nun schichtete er das Pappmaché zusammen mit den Kabelbindern in eine selbstgebaute Form aus Holz.


Kabelbinder


Hans Gerlach & Toni Funk

Tapetenkleister Orangennetz aus Bast


Hans und Toni nutzten für die Herstellung des Pappma-chés einen Pürierstab. Dann gaben sie zunächst ein Drit-tel der Masse in eine selbstgebaute Holzform. Nun legten sie das Orangennetz in die Form und deckten es mit dem restlichen Pappmaché ab. Anschließend verdichteten sie das Ganze. Die Masse wurde eine Woche in ihrer Form stehen gelassen. Da die Proben während des Trock-nungsprozesses schrumpften, musste immer wieder mit Pappmaché nachgespachtelt werden.



Probe 1: 970 N Probe 2: 900 N

(Dehnrate 2,5 mm/min; Vorkraft 20 N)


Marc formte als Erstes einen Kern aus Pappmaché, den er spiralförmig mit Stoffstreifen umwickelte. Danach wur-de dieser Teilkörper mit weiteren Schichten Pappmaché ummantelt, bis die Probe eine ausreichende Größe an-nahm.


Der Verbundwerkstoff wurde durch Dehnung auf Zugfes-tigkeit geprüft. Neben der Probe mit den Polyesterstreifen stellte Marc einen weiteren Verbundwerkstoff aus Papp-maché und Zucker her, allerdings zeigte diese Kombinati-

on kaum höhere Zugfestigkeit als eine Probe, die nur aus Pappmaché besteht. Deshalb wurde nur der Verbund-werkstoff aus Polyesterfasern eingesandt.




Holzleim Polyesterfasern (Zucker)


Marc Neumann

Madeleine Cichos & Marcel Gürgens

Tapetenkleister (Probe A) Tapetenkleister und Zementpulver (Probe B) Tapetenkleister, Zementpulver und verflochtene Polyester-

und Baumwollstoffstreifen (Probe C)


Madeleine und Marcel fertigten drei Verbundwerkstoff-proben an. Für die erste Probe wurden nur die vorgege-benen Zutaten Wasser, Zeitung und Kleister genutzt. Bei der zweiten Probe wurde neben den Grundzutaten noch Zementpulver dazugegeben. Bei Werkstoff Nummer drei arbeiteten die beiden in die Zement-Pappmaché-Masse Baumwollstoffstreifen und Polyesterstoffstreifen ein. Sie

verwebten die Stoffstreifen miteinander, danach trugen sie die Pappmaché-Masse auf und wiederholten den Vorgang, bis der Werkstoff die gewünschte Höhe erreicht hatte. Der erste Werkstoff benötigte ca. zwei Tage zum trocknen, die anderen beiden sogar fast drei Tage.



Probe A: 840 N Probe B: 310 N (Dehnrate 2,5 mm/min; Vorkraft 20 N) Probe C: 440 N


Impressum Schülerwettbewerb „Ganz schön gerissen!“

Ausgabe:

Herausgeber Prof. Dr.-Ing. habil. Horst Biermann Sprecher des SFB 799 Institut für Werkstofftechnik Gustav-Zeuner-Straße 5, 09596 Freiberg Tel. +49 (3731) 39 35 64 Fax +49 (3731) 39 37 03 [email protected]

Redaktion und Layout Univ.-Prof. Dr. habil. Anja Geigenmüller, Dipl.-Kffr. Peggy Rathmann Teilprojekt Öffentlichkeitsarbeit des SFB 799 Institut für Werkstofftechnik Gustav-Zeuner-Straße 5, 09599 Freiberg Tel.: +49 (3731) 39 3727 Fax: +49 (3731) 39 4021 [email protected]

Fotos Detlev Müller, Christian Waitschies, TU Berg-akademie Freiberg Druckversion Medienzentrum der TU Bergakademie Freiberg

Das Teilprojekt „Öffentlichkeitsarbeit“ wird gefördert durch die Deutsche Forschungs-gemeinschaft DFG.

Ausblick auf den Schülerwettbewerb 2013 „Ein kniffliger „FALL“!“

Wer kann mitmachen?

Optimal geeignet ist der Wettbewerb für Schülerinnen und Schüler der Klassenstufen 8 bis 12. Jedoch können sich auch gern jüngere Teilnehmer und weitere Familienmitglieder am Wettbewerb beteiligen. Einsendeschluss ist Mittwoch, der 22. Mai 2013. Neugierig? Mehr Informationen unter: http://schuelerlabor.tu-freiberg.de

Prämiert wird die Crashstruktur in den folgenden Kategorien: 1. „Kreativpreis“ – für die kreativste Crashstruktur 2. Preis für den „besten Crashabsorber“ – für die beste massespezifische Energieabsorption 3. Preis für die „beste Berichterstattung“ – für den fachgerechtesten Bericht 4. „Familienpreis“ – für das beste Familienforscherteam

Welche Preiskategorien gibt es?

Die Gewinner der vier Preiskategorien laden wir zu einem persönlichen Forschungstag an die TU Bergakademie Freiberg ein. An diesem Tag sind sie die „Stars“ der Forschung. Die Gewinner können gemeinsam mit Wissenschaft-lern eigene Werkstoffe herstellen und an Werkstoffen verschiedene Tests durchführen. Außerdem warten jede Men-ge Überraschungen und kleine Geschenke auf sie! Des Weiteren verlosen wir unter allen Teilnehmern des Schülerwettbewerbes drei Apple iPods!!!

Was gibt es zu gewinnen?

Was ist die Aufgabe?

Herstellung einer Crashstruktur aus haushaltsüblichen Verpackungsmaterialien (aus Papier und Karton) und Klebstoffen

Eigenständiges Testen der Druckbelastung der hergestellten Werkstoffproben und schrittwei- se Optimierung der massespezifischen Energieabsorption der Werkstoffe

Protokollieren des Entwicklungsprozesses von der Herstellung bis hin zur eigenen Ermittlung der Druckbelastung der Crashstrukturen

Ziel ist es, eine leichte, feste und zugleich verformbare Crash-struktur herzustellen, die viel Energie aufnehmen kann, aber trotz-dem eine minimale Druckverformung von ca. 20 % zulässt. Dabei muss genau überlegt werden, welche Struktur der hergestellte Werkstoff haben sollte, um dieses Ziel zu erreichen.

Documents

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