Auf Erkundungstour im Institut für Werkstofftechnik

 

Endlich war es soweit – der erste Ausflug an die Universität. Letzte Woche hatten die Kinder der 5a im NaWi-Unterricht neue Erkenntnisse zum Thema „Forschen“ gewonnen. Wie bekomme ich verlässliche Daten bei einem Experiment, war die Frage. Und beim Ausprobieren eines Experimentaufbaus fanden sie heraus, was der Kern des Ganzen  ist: Kontrollierbare Rahmenbedingungen, damit die Daten so präzise wie möglich und auch vergleichbar sind.

Jetzt wollten sie diese Erkenntnisse gemeinsam mit Herrn Mädler, Frau Clausen & Co. überprüfen und an den Werkstoffprüfmaschinen arbeiten.

Sicherheit geht immer vor

Als erstes aber versammelten sich alle im Seminarraum (der gar nicht mal so viel anders aussah als ein ganz normaler Klassenraum). Das erste und wichtigste Thema des Tages war: Sicherheit im Labor und in der Werkstatt! Viele konnten zu diesem Thema etwas beisteuern und von den gefahrvollen Berufen ihrer Eltern berichten. Eine ganze Menge Unfall- und Gefahrenanekdoten kamen da zusammen. Ingo Bunjes, der technische Leiter der Wärmebehandlung und zuständig für die Sicherheitseinweisung, war sehr zufrieden über die verständigen Schülerinnen und Schüler. Die ließen sich dann aber auch durch die Gefahrquellen am Institut (z. B. 1000 Grad heiße Öfen!!!) ihren Forschergeist nicht nehmen. Im Gegenteil, nach der Einweisung gab es einen großen Run auf die Sicherheitskleidung und es wurde schon mal getestet, ob die Stahlkappen der Schuhe auch das Gewicht der Mitschülerinnen und -schüler aushalten. Alle getesteten Füße blieben heil!

Experimente und Führung durch Labore und Hallen

Frau Clausen stellte im Labor die Mohs’sche Härteskala vor. Eine von vielen Möglichkeiten, einen Stoff auf seine Härte durch Ritzen zu testen. Die Härteprüfung nach Mohs wird für Mineralien angewendet. Der Diamant steht als härtestes Material auf dieser Skala. Am anderen Ende findet sich Talk, den man mit dem Fingernagel schaben kann. Natürlich durften die Kinder der 5a auch selber tätig werden. So wurde munter ausprobiert, welche Materialien sich mit dem Fingernagel oder einem Messer zerkratzen lassen. Anschließend konnten alle unter einem stark-vergrößernden Computermikroskop betrachten, wie tief die Schnitte waren.

In einem anderen Versuch testete Heike Sonnenberg mit den Kindern die Elastizität von Werkstoffen. Sie spannten die Werkstoffe in ein Gerät, welches sie dann unter stetiger Krafteinwirkung zerbrach oder verbog. Zur Enttäuschung von einigen Kindern, konnten wir  manche Stoffe auch unter tonnenschweren Gewichten nicht kaputt kriegen.

Aus den Metallen aus der letzten Nawi-Stunde hatten die technischen Mitarbeiter am IWT Rohlinge für Schlüsselanhänger gezaubert. Die Kinder konnten diese mit einem CNC-Universal-Nadelmarkierer gravieren. Herr Mädler machte mit den Nachwuchswissenschaftlern noch einen Ausflug in ein Labor mit einem großem Lasergerät. Hier wird sonst auch mit Radioaktivität gearbeitet (manche Kinder hatten schon Hoffnung geschöpft, zu Spiderman mutieren zu können – aber leider nicht heute, alle Geräte waren aus!).

Die Kinder konnten noch eine CNC-Universalfräsmaschine bedienen, zusehen, wie eine Zahnrad-Wälzfräsmaschine arbeitet und Zahnräder entstehen.  Und feststellen, dass Metall auch in hauchdünnen Fäden ganz schön scharfkantig sein kann. Die Fäden werden wieder eingeschmolzen und das gewonnene Material weiter verwendet.  Als letztes gab es noch ECHTE Diamanten zu bestaunen, die im Institut für das Profilieren und Schärfen von Schleifwerkzeugen eingesetzt werden. Die funkeln zwar nicht so dramatisch schön wie erwartet, aber sie sind ziemlich scharf und können als Schneide genutzt werden. Bei uns z.B.  zum Drehen von metallischen Spiegeln.

Diamant ist übrigens nicht für die Zerspanung von Stählen geeignet, weil es zu Diffusionsvorgängen zwischen dem Kohlenstoff im Stahl und den C-Atomen im Diamanten kommen kann, welche die schönen Klunker in Graphit umwandeln  würden. Daraus könnte man dann allerdings noch Bleistifte mit interessanter Geschichte zaubern.

Unsere Kolleginnen und Kollegen haben sich sehr über die vielen interessierten Nachfragen der Kinder gefreut. An dieser Stelle  ihnen allen ein großes Dankeschön! Es war ein spannender Vormittag!

Keiner kennt die Härte eines Kiesels besser….

…als wer auf ihn einschlägt, behauptete Seneca vor 2000 Jahren. Aber es ist nicht überliefert, ob er auch eine Idee dazu hatte, wie man herausfindet, welcher Kiesel aus einer Menge von Kieseln denn der härteste sein könnte. Und genau das wollten wir heute wissen und noch etwas mehr.  Unsere Forschungsfrage lautete: „Wie kann man die Härte sowie die Elastizität von Stoffen herausfinden?“

Dafür hatte ich an diesem Morgen auch 8 Versuchskästen dabei.

Wie testet man ein Material auf Härte und Elastizität?

Die Aufgabe der Kinder war es, sich mit dem Inhalt dieser Kästen selbst-ständig zu überlegen, wie sie die Forschungsfrage lösen konnten. In jedem Versuchskasten waren zum Testen Metallstreifen (Aluminium, Baustahl, VA-Stahl, Messing und Kupfer) und Material für einen möglichen Versuchsaufbau.

„Einfach“, dachten viele und verbogen erstmal fröhlich die Metallstäbe oder hämmerten auf sie ein, um dann festzustellen: Damit hat man kein vernünftiges Ergebnis! Wieviel Kraft jeweils aufgewendet wird, bleibt dabei unklar und auch hat man nur ein Gefühl, wie schwer etwas zu biegen ist – keine Werte, die man vergleichen kann. Aha! Gut geplant ist halb gewonnen, war die erste Erkenntnis des Tages.

Wie gehen wir am schlauesten vor?

Und dann folgten intensive Besprechungen, Geistesblitze und Antworten auf die Fragen: Welche Werte benötige ich eigentlich? Wie stelle ich Vergleichbarkeit her? Woher weiß ich, dass ich immer die gleiche Kraft anwende?

Wie tief wird der Abdruck?

Am Ende waren alle Gruppen zu Ergebnissen gekommen, aber beim Sammeln an der Tafel mussten wir feststellen, dass diese Ergebnisse sehr unterschiedlich waren und wir immer noch nicht wussten, welches der mitgebrachten Metalle denn nun am härtesten oder am elastischsten war. Und das, trotzdem alle so genau wie möglich gearbeitet hatten?!

Wie elastisch sind unsere Metalle?

Die zweite Erkenntnis: Verschiedene Versuchsanordnungen führen zu verschiedenen Ergebnissen, die aufgewandte Kraft war über die Gruppen nicht vergleichbar und auch die Messungen der Einzelergebnisse waren mit dem Lineal nicht exakt möglich. Das geht mit Messinstrumenten und richtigen Maschinen sicher besser und genauer. Stimmt! Und das sehen wir uns dann nächste Woche an der Uni an.

Knete, Kohl und Katzenhaar

Diese Materialien sind irgendwie besonders, fanden die Schülerinnen und Schüler der 5a.  Wir wollten uns damit beschäftigen, was einen Werkstoff ausmacht und hatten die Kinder gebeten, sich doch mal umzuschauen. Und so landete unter dem Motto „Wenn du ein Außerirdischer wärst, welches Material fändest du am interessantesten?“ alles Mögliche auf den Tischen:  Stein, Holz, Gras, Wasser, Knete und sogar Katzenhaar hatten die Kinder mitgebracht.

Bei der Vorstellung der  Gegenstände wurde  das Material benannt und schon erste Mutmaßungen über Eigenschaften angestellt. Um noch mehr über Werkstoffe herauszufinden, begaben sich unsere Werkstoffdetektive in eine Gruppenarbeit und diskutierten, welche Eigenschaften sie den Materialien noch zuschreiben wollten. Das war gar nicht so einfach!!! Denn, wenn Knete hüpfen kann, wie lautet dann der Name der Eigenschaft? Ist sie hüpfig .)? Auf elastisch muss man erstmal kommen! Aber wir hatten da frühmorgens schon lauter kluge Köpfe an Bord.

Welches Material und welche Eigenschaften?

Frau Clausen und Frau Börger pinnten Eigenschaftskategorien an die Tafel, in welche die Kinder dann die herausgefundenen Eigenschaften einordneten. Die Verformbarkeit sortierten sie noch  zögernd in die Gruppe mechanischer Eigenschaften, das Blau der Knete dann schon sehr zielstrebig zu den optischen. Und manche  Eigenschaften passten auch in mehrere Kategorien. „Gar nicht immer so eindeutig“, gab Frau Clausen zu.

Und jetzt wissen wir auch was „tribologische Eigenschaften“ sind…

Ein Schreibfehler führte zu einem kollektiven Lachanfall: Beim Wort ,,Verschleißfestigkeit“ hatte ich das ,,l“ vergessen.  Diese Eigenschaft eines Materials werden sie sich bestimmt für immer merken, behaupteten alle.

Nach einigen regen Diskussionen, in welche Kategorie denn jetzt welche Eigenschaft gehörte, erstellten die Kinder noch eine abschließende Mindmap zu den Eigenschaften, das schaffte dann eine richtig gute  Übersicht!

Eine Mindmap zu Werkstoffeigenschaften? Nichts leichter als das!

Galt noch zu klären, in welche Werkstoffgruppen die mitgebrachten Stoffe gehören und ob es überhaupt Werkstoffe sind. An dieser Stelle war ich schwer begeistert, wie einfach den Kindern ein Wortungetüm wie „anorganische/nichtmetallische Werkstoffe“ über die Lippen ging!

Ist Wasser eigentlich ein Werkstoff?

Nach diesem bravourös gemeisterten,  theoretischen Einstieg geht es dann aber nächste Woche auch endlich los mit den ersten Experimenten:  Wir testen Metalle auf deren Härte und Elastizität.