Zum Konzept der Junior-Ingenieur-Akademie im Wahlunterricht unserer Jahrgänge 8 bis 10 gehört auch die Kooperation mit außerschulischen Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft.
Diese Pressemitteilung des Instituts für Maschinenbau der Universität Kassel zeigt, wie Universität und Schule voneinander profitieren können:
Prof. Dr. Angelika Brückner-Foit und Christian Skaley von der Universität Kassel zeigten den Schülerinnen und Schülern der Kasseler Lichtenberg-Schule, dass Maschinenbau vielseitig ist und beantwortet: Wie viel Material kann ich von einem Bauteil wegnehmen, sodass es immer noch hält?
Zehn Schülerinnen und Schüler der Kasseler Lichtenberg-Schule halten ihre selbst entworfenen 3D-gedruckten Stiftschälchen in den Händen. Im Wahlpflichtfach „Junior-Ingenieur-Akademie“ konstruierten sie unter Anleitung ihrer Lehrer Dr. Regina Gente und Dr. Hans-Jürgen Harms mit dem Programm „TinkerCAD“ die 3D-Modelle. Die Aufgabe war: Ein Stiftschälchen soll materialsparend konstruiert werden, aber so stabil sein, dass es unbeschadet den Aufprall eines schweren Buches übersteht, das von einem Regal auf das Schälchen fällt.
Prof. Brückner-Foit, Projektleiterin für Lebensdauer und Zuverlässigkeit im Fachgebiet Maschinenelemente und Tribologie der Universität Kassel, erklärte den Schülern vorab das Thema Topologie-Optimierung im virtuellen Unterricht und welche Kräfte beim Aufprall des Buches wirken. Dipl.-Ing. Christian Skaley, Chefkonstrukteur am gleichen Fachgebiet, und Masterstudentin Beatrice Arendes haben die Konstrukte mithilfe eines Computerprogramms optimiert.
Die Entwürfe optimieren
„Ich wollte den Schülern zeigen, was im Maschinenbau möglich ist. Durch Anwendung der sogenannten Finite-Elemente-Methode habe ich gezeigt, wie eine Strukturanalyse am Computer funktioniert, um eine Grundlage für die folgende Optimierung des Konstruktes zu schaffen. Eine andere Software ist dann dafür zuständig, wie der Entwurf hinsichtlich der Menge an nötigem Baumaterial optimiert werden kann“, erklärt Skaley. Denn nach der Konstruktion ist die Frage: Wie viel Material kann ich von dem Konstrukt wegnehmen, sodass es weniger Material verbraucht und weniger wiegt, aber immer noch hält? Diese Topologie-Optimierung kommt in der Luft- und Raumfahrt, in der Automobilbranche oder im Bauingenieurwesen zum Einsatz.
„Beatrice Arendes optimierte zwei Entwürfe, die wir anschließend 3D-druckten“, sagt Skaley. Auch die übrigen Konstruktionen wurden an der Uni Kassel gedruckt und den Nachwuchsingenieuren übergeben.
Die Junior-Ingenieur-Akademie
Die Schülerinnen und Schüler machen sich in der Junior-Ingenieur-Akademie durch die praktische Anwendung ein Bild vom Beruf eines Ingenieurs. Mit den Stiftschälchen arbeiten sie den Prozess vom Entwurf über die Optimierung bis zum Druck selbst durch und erhalten am Ende ein fertiges Produkt.
„Es war eine große Bereicherung, dass unsere Schülerinnen und Schüler während des Homeschoolings im Lockdown durch diese Kooperation Einblicke in das aktuelle Forschungsgebiet der topologischen Optimierung erhalten haben und sogar selbst auf diesem Gebiet tätig werden konnten. Spannend war hierbei zu erleben, dass ein intuitiver Zugang zu den Optimierungen den Schülerinnen und Schülern dies ermöglicht,“ sagt Dr. Gente. Schülerin Nuraa Barekzay (15) wollte mit diesem Wahlpflichtfach etwas Neues ausprobieren in der MINT-Richtung: „Ich habe gelernt, wie man Objekte effektiv konstruiert und fand die Erfahrung mit dem 3D-Druck cool.“ Timo Block (15) gefiel das kreative Arbeiten und etwas über Leichtbau zu lernen. „Ich könnte mir vorstellen, mich in der Zukunft mal selbstständig zu machen.“
An der Georg-Christoph-Lichtenberg-Schule, Gymnasium des Landkreis Kassel, wird die zweijährige Junior-Ingenieur-Akademie von Dr. Hans-Jürgen Harms (Physik und Chemie) und Dr. Regina Gente (Mathematik und Physik) geleitet. Die Lichtenberg-Schule ist eine MINT-EC-Schule. Die Junior-Ingenieur-Akademie wird im Rahmen der Telekom Stiftung gefördert.
MUE / Text & Foto: Uni Kassel mit freundlicher Genehmigung
