Brückenbauwettbewerb (VIDEO)
Ein Beitrag von Hartwig Horwedel (Freie Waldorfschule St. Georgen/Freiburg)
In der Mechanikepoche der 10. Klasse lernen die Schüler die Gesetze der Statik kennen. Zum Abschluss der Epoche wurde ein Wettbewerb um die stabilste Modellbrücke ausgeschrieben. Materialien und Maße wurden vorher festgelegt.
Um die Stabilität der Brücken unter möglichst konstanten Bedingungen untersuchen zu können, haben zwei Schüler der 12. Klasse im Rahmen des Technologieunterrichts ein Prüfgerät entwickelt und gebaut.
Die Schülerinnen und Schüler erhielten folgende Aufgabenstellung
2. Brückenbauwettbewerb an der FWS St. Georgen
Aufgabenstellung:
Es soll eine freitragende Brücke (keine Stützen) mit einer Länge von 510 mm gebaut werden. Die durchgehende Fahrbahn soll eine lichte Breite von 80 mm aufweisen. Es können Teams zu zwei Schülern gebildet werden.
Materialien:
Papier, Pappe, Karton, Haushaltskleber, Naturschnur aus Wolle, Sisal, Hanf, Baumwolle o. ä. - kein Nylon, Draht usw.
Abmessungen:
Die zu überspannende Länge soll 450 mm betragen, hinzu kommen beidseitige Auflagen von je 30 mm. Für die Belastungsprüfung soll in der Mitte der Brücke von oben ein Prüfauflagekörper von 80 mm Breite und 15 mm Durchmesser eingefahren werden können. Prüfstützen sind nicht zu bauen!
Gewicht:
maximal 400 g
Bewertung:
Gewinner ist der Schüler bzw. das Team, dessen Brücke das größte Verhältnis zwischen der Tragfähigkeit FT und der Eigenmasse m, also FT/m, erreicht.
Beispiel:
Tragfähigkeit FT = 250 N
Eigengewicht m = 250 g
FT /m = 250N/250g = 10N/g
Viel Spaß beim Konstruieren und Bauen!
Hier sehen Sie, wie wir am Ende die Belastbarkeit der Brücken geprüft haben.
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Zum Bau des Prüfgerätes
Ein in einem Stahlrahmen eingebundener Hydraulikkolben drückt dabei auf die Brückenmitte. Von einem Kraftmesser am Ende des Kolbens wird ein elektrisches Signal an eine Messapparatur weitergegeben, aus dem die Kraft errechnet bzw. mithilfe eines Schreibers dargestellt wird. Der Schreiber erstellte eine Kurve, die dem Belastungsverhalten der Brücke entsprach. Der sehr teure Kraftsensor und die benötigte Messelektronik wurde uns von der Firma M. E. Systeme kostenlos zur Verfügung gestellt.
Zum Aufbau des Geräts mussten verschiedene metallbearbeitende Arbeitsschritte durchgeführt werden, wie Feilen, Sägen, Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden. Der Stahlrahmen war zu schweißen. Des Weiteren waren die Hydraulikkomponenten, bestehend aus Pumpe, Elektromotor und Ventilen mit Rohren zu verbinden. Der Messablauf war automatisiert. Aus Sicherheitsgründen konnte er nur mit beiden Händen ausgelöst werden. Durch einen Endschalter schaltete er sich selbsttätig ab. Er wurde mithilfe elektrischer Relais gesteuert.
Der Entwicklungsablauf war ergebnisorientiert, d. h. die genaue Ausführung lag in den Händen der Schüler. Sämtliche Komponenten stammen nicht aus dem Schulmittelversand, sondern finden gleichermaßen in der Industrie Verwendung.