Technik

3-D-Druck für Hochvakuumanwendungen

3-D-Druck für Hochvakuumanwendungen

In Industrie und Forschung ist die Nutzung von Vakuumkammern äußerst nützlich. Da sie weitgehend luftleer gepumpt werden können, lassen sich in ihrem Innern verschiedenste Materialien ohne den störenden Einfluss von Sauerstoff herstellen und untersuchen. In der Regel sind solche Kammern jedoch recht teuer. Daher suchten Leopold Franz, Fabian Beck und Viktor Neumaier nach einer Methode, wie man sie kostengünstiger herstellen kann. Die Jungforscher entschieden sich für ein spezielles 3-D-Druckverfahren, bei dem ein Laser feines Metallpulver Schicht für Schicht verschmilzt. Auf diese Weise stellten sie den Rumpf einer kleinen Edelstahl-Vakuumkammer her, die noch fehlenden Teile schweißten sie an. Tests im Anschluss zeigten: Wie geplant ließ sich das gedruckte Kämmerlein mit einer Pumpe evakuieren.

Anchar – Entwicklung eines zukunftsfähigen Ladenetzes für Elektroautos

Anchar – Entwicklung eines zukunftsfähigen Ladenetzes für Elektroautos

Elektroautos gelten als zentrale Säule der künftigen Mobilität. Sofern sie mit grünem Strom betrieben werden, verursachen sie weder Schadstoffe noch CO2. Eine Herausforderung ist derzeit allerdings der Bau weiterer Ladestationen – denn bislang existiert in Deutschland noch kein flächendeckendes Ladenetz. Wie man dieses clever gestalten könnte, untersuchten Leonard Sondermann, Felix Ulonska und Moritz Kunz. In ihrem Forschungsprojekt setzten sie auf die Blockchain-Technologie, die auch Kryptowährungen wie der Bitcoin nutzen. Ein Vorteil dieses Ansatzes: Er ist weniger anfällig gegenüber Störungen und Hackerangriffen als herkömmliche Lösungen. Um die Praxistauglichkeit ihres Systems zu prüfen, bauten die Jungforscher ein Modellnetz, das aus einer kleinen Ladesäule und einem Elektro-Kettcar besteht.

Automatisierte Quantifizierung der Fototaxis von Mikroalgen

Automatisierte Quantifizierung der Fototaxis von Mikroalgen

Die Verbrennung von Benzin und Diesel heizt den Treibhauseffekt an. Daher ist die Entwicklung alternativer Treibstoffe dringend erforderlich. Algen könnten dabei eine wichtige Rolle spielen, denn sie erzeugen klimaneutrale Öle, mit denen sich Autos und Flugzeuge antreiben lassen. Jonas Grajetzki und Theo Sonnenberg wollten in ihrem Projekt klären, ob sich über die Ölgewinnung hinaus noch eine andere Eigenschaft der Algen nutzen lässt, die sogenannte Fototaxis. Dieser Begriff beschreibt die Fähigkeit der Mikroorganismen, sich in Richtung einer Lichtquelle zu bewegen. Mit einem raffinierten Versuchsaufbau konnten die beiden einige interessante Details darüber herausfinden, wie und unter welchen Bedingungen sich Algen unter dem Einfluss von Licht bewegen. So scheinen bestimmte Algenstämme mobiler zu sein als andere.

Autonomes Segeln

Autonomes Segeln

Autonomos Fahren ist in aller Munde, erste selbstfahrende Autos sind bereits testweise auf den Straßen unterwegs. In ihrem Forschungsprojekt übertrugen Michael Behrens und Tillman Keller diesen technologischen Ansatz auf Segelboote. Das Prinzip: Sensoren messen Windstärke und Segelstellung, batteriebetriebene Winden steuern Ruder und Segel. Diese Funktionalitäten werden von einem Autopiloten verknüpft und gesteuert. Dabei handelt es sich um einen Kleinrechner, der auf der Basis von Sensor- und GPS-Daten den Kurs errechnet und das Boot automatisch lenkt. Erste Tests mit einer Jolle verliefen Erfolg versprechend. Als Einsatzmöglichkeit stellen sich die Jungforscher zum Beispiel einen Segelroboter für die Klimaforschung vor, der eigenständig auf den Weltmeeren kreuzt und Wind- und Wetterdaten sammelt.

AutoRain – Multibotsystem 2.0

AutoRain – Multibotsystem 2.0

70 Prozent des weltweiten Wasserverbrauchs entfallen auf die Landwirtschaft. Aufgrund der langen Trockenperiode im Jahr 2018 wurden auch in Deutschland die Wasservorräte knapp. Landwirte hatten mit Ernteausfällen und hohen Kosten zu kämpfen, denn der Einsatz herkömmlicher Bewässerungssysteme ist aufwendig und zeitintensiv. Um hier Abhilfe zu schaffen, entwickelten die drei Jungforscher ihr innovatives Multibotsystem. Diese solarbetriebene Roboterlösung verbraucht weniger Wasser und keinen Dieselkraftstoff. Das Leistungsspektrum der Version 2.0 ist sogar noch größer: Sie übernimmt Tätigkeiten vollautomatisch – von der Aussaat über das Ausbringen von Düngemitteln bis hin zur Ernte – und entlastet damit Landwirte bei ihrer täglichen Arbeit.

Dielektrischer Elastomer-Roboter

Dielektrischer Elastomer-Roboter

Unter einem Roboter stellen sich viele einen starren Blechkorpus mit robusten Metallarmen vor. Doch seit einiger Zeit arbeiten Fachleute an einem anderen Konzept, Soft Robots genannt. Diese sind an biologische Systeme angelehnt, haben weiche, nachgiebige Gliedmaßen und eignen sich daher für die direkte und gefahrlose Zusammenarbeit mit Menschen. In ihrem Forschungsprojekt konstruierten Julian Kobes und Yanick Prianon den Prototyp eines Soft Robots. Er basiert auf rußbeschichteten Silikonmembranen, die sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung verformen lassen. Die Jungforscher zeigten, dass sich diese Verformung gezielt steuern lässt: Ein von den Membranen bewegter Spiegel konnte einen Laserstrahl präzise in die gewünschte Richtung ablenken.

Effiziente Audiosysteme

Effiziente Audiosysteme

Gute Hi-Fi-Verstärker benötigen eine gewisse Mindestgröße. Dadurch sind sie nicht gut geeignet für mobile Anwendungen zum Beispiel in Bluetooth-Lautsprechern. Aus diesem Grund setzte sich Richard Gundermann in seinem Forschungsprojekt ein ehrgeiziges Ziel: Er wollte einen hochwertigen Verstärker bauen, der möglichst wenig Platz benötigt und zudem mit einem geringen Stromverbrauch überzeugt. Denn nur dann ist es sinnvoll, ihn mit einem Akku zu betreiben. Nach diversen Tüfteleien konnte der Jungforscher einen Prototyp präsentieren, der Sprache und Musik ohne auffallende Verzerrungen – also in guter Qualität – wiedergibt. Darüber hinaus kommt das Gerät im Gegensatz zu herkömmlichen Verstärkern komplett ohne Kühlkörper aus – was eine ganze Menge Raum und auch Energie spart.

Entwicklung und Konstruktion einer multifunktionalen CNC-Maschine

Entwicklung und Konstruktion einer multifunktionalen CNC-Maschine

3-D-Drucker sind heute so preiswert, dass sie für viele Menschen erschwinglich sind. Doch die Geräte haben ein entscheidendes Manko: Zumeist können sie nur Kunststoffteile herstellen. Wer dagegen ein maßgeschneidertes Metallteil benötigt, muss es in der Regel für viel Geld bei einer Werkstatt in Auftrag geben. Hier schafft die Erfindung von Marten Gralla Abhilfe: Er konstruierte eine Werkzeugmaschine, die vom Computer gesteuert wird und mehrere Bearbeitungsmethoden für Metalle oder Holz beherrscht – darunter Fräsen, Bohren und Gravieren. Der Clou ist, dass sich das Gerät als Bausatz für einen Preis von deutlich unter 1.000 Euro vermarkten ließe. Damit wäre es für Heimwerker interessant, aber auch für Ingenieure in Entwicklungsländern, die damit schnell und preiswert Ersatzteile und Prototypen fertigen könnten.

Ersatzteile selbst produziert – Planung und Bau einer computergesteuerten 3-D-Fräsmaschine

Ersatzteile selbst produziert – Planung und Bau einer computergesteuerten 3-D-Fräsmaschine

Fräsmaschinen sind Standardwerkzeuge in der Metallbearbeitung. Mit ihnen lassen sich beispielsweise aus einem Stück Stahl verschiedenste Werkstücke herstellen. In der Regel sind solche Maschinen allerdings recht teuer, weshalb Ruben Rodermann ein eigenes Modell konstruierte. Unter Verwendung mehrerer Elektromotoren und Zahnriemen sowie eines Aluminiumgestells baute er eine Fräse, die per Computer gesteuert wird: Größe und Form des herzustellenden Bauteils lassen sich detailgenau am PC programmieren. Eine Besonderheit des Geräts ist das raffinierte und zugleich preisgünstige Schmiersystem, das auf einer handelsüblichen Druckerkartusche basiert: Es sprüht den Fräser automatisch mit einem Spezialöl ein, sodass dieser länger hält und nicht so schnell ausgetauscht werden muss.

Faltbarer Quadrokopter – ein aktives und autonomes Landesystem

Faltbarer Quadrokopter – ein aktives und autonomes Landesystem

Quadrokopter – kleine Drohnen mit vier Rotoren – werden mittlerweile in vielen Bereichen genutzt, etwa als fliegende Kameras für Profifotografen. Cedric Frauendorf, Deborah Hintzsche und Marius Glaeser haben etwas Spektakuläreres vor: Sie wollen einen Quadrokopter für Landungen auf fremden Monden und Planeten einsetzen. Zunächst soll ihr Fluggerät platzsparend zusammengefaltet in einer Trägerrakete starten. Beim Eintritt in die Atmosphäre wird es dann in einer Kapsel abgekoppelt und per Fallschirm abgebremst. Rechtzeitig vor dem Aufsetzen faltet sich der Quadrokopter auf und kann so sicher auf der Oberfläche landen. Um herauszufinden, inwieweit sich das Konzept umsetzen lässt, bauten die drei einen solchen Quadrokopter und testeten ihn in einer teilweise luftleer gepumpten Glasglocke zur Simulation großer Flughöhen.

Homebot –  Zuhause 4.0

Homebot – Zuhause 4.0

Ein kleiner Roboter, der einem die eine oder andere lästige Aufgabe abnimmt – das würde man sich zuweilen für den Alltag wünschen. Beflügelt von dieser Vision entwickelten Benedikt Fassian und Fabian Schmidtchen einen speziellen Roboterarm namens Homebot. Mithilfe diverser Sensoren und einer Kamera kann er seine Umwelt erfassen. Clevere Algorithmen sorgen für eine präzise Ansteuerung von sechs Motoren, die den Arm in Bewegung versetzen. Die jeweilige Programmierung erfolgt über eine selbstgeschriebene Smartphone-App. Derzeit ist Homebot in der Lage, Würfel zu erkennen, zu greifen und nach Farben zu sortieren – eine wichtige Grundlage für spätere Anwendungen wie das Einsortieren von Besteck aus einer Spülmaschine in das richtige Schubladenfach.

Im Schallfeld gefangen – Objektpositionierung im phasengesteuerten Ultraschallfeld

Im Schallfeld gefangen – Objektpositionierung im phasengesteuerten Ultraschallfeld

Positioniert man zwei Speziallautsprecher in der richtigen Stellung, können die von ihnen erzeugten Schallwellen kleine Kügelchen scheinbar wie von Geisterhand in der Schwebe halten. In Ergänzung dazu entwickelten Christoph Schütze, Stefan Kribbe und Leon Krasniqi ein ausgefallenes System, mit dem sich die Position der Kügelchen zwischen den Lautsprechern präzise verändern lässt. Sie machten die eigentlich unsichtbaren Schallwellen mit einer raffinierten Methode, der sogenannten Schlierenoptik, sichtbar. Diese nutzt unter anderem einen Hohlspiegel und eine Digitalkamera. Auf dieser Grundlage sind die drei Jungforscher in der Lage, mit ihrem Versuchsaufbau ein im Ultraschallfeld schwebendes Objekt in kleinen Schritten von nur 25 Mikrometern Länge vor- und zurückzubewegen.

Mikrofasern – Gefahr aus der Waschmaschine? 2.0

Mikrofasern – Gefahr aus der Waschmaschine? 2.0

Die Weltmeere werden immer stärker durch Plastikmüll verschmutzt. Besonders bedenklich ist das sogenannte Mikroplastik – winzige Kunststoffpartikel, die unweigerlich von Meereslebewesen aufgenommen werden. Ein Teil des Mikroplastiks stammt aus unseren Waschmaschinen: Es sind Mikrofasern von synthetischen Textilien, die beim Waschen ausgeschwemmt werden und so ins Abwasser gelangen. Leonie Prillwitz befasste sich in ihrem Forschungsprojekt mit der Frage, wie sich diese Fasern effektiv herausfischen lassen. Sie konstruierte ein spezielles Filtersystem, das in ein Abwasserrohr eingebaut ist. Das System besteht aus drei feinen Sieben mit jeweils unterschiedlicher Maschenweite. Damit ließen sich zwar nicht alle Plastikpartikel aus dem Waschwasser entfernen, immerhin jedoch der größte Teil.

MLV – Magnetically Levitated Vehicle

MLV – Magnetically Levitated Vehicle

In dem Science-Fiction-Klassiker „Zurück in die Zukunft II“ flitzt Filmschauspieler Michael J. Fox auf einem Skateboard durch die Straßen, das keine Rollen besitzt, sondern wie ein Hovercraft über dem Boden schwebt. Genau an dieser technologischen Vision tüftelten auch Felix Sewing und Alex Korocencev. Ihr Gefährt basiert auf vier rotierenden Scheiben, die auf einer darunterliegenden Metallplatte ein kräftiges, abstoßendes Magnetfeld hervorrufen können. Die Tragkraft des Boards ist durchaus beeindruckend, der Prototyp kann ein beträchtliches Gewicht stemmen. Zudem ist es möglich, die Rotorscheiben einzeln zu kippen, wodurch sich das Brett gezielt lenken lässt. Mittlerweile funktioniert die Technik so gut, dass die beiden Jungforscher für die darin verwendete Magnetanordnung ein Patent beantragt haben.

Murmel-Musik-Maschine

Murmel-Musik-Maschine

Glockenspiele, Drehorgeln und Spieldosen – mechanische Musikinstrumente haben die Menschen stets fasziniert. Auch Simon Metzendorf findet sie spannend. Daher konstruierte er selbst einen solchen Musikautomaten. Diese aus Holz gefertigte Maschine funktioniert höchst raffiniert: Eine Art Förderband transportiert kleine Murmeln wie auf einer Rolltreppe aufwärts. Oben angelangt sortiert ein ausgefeilter Mechanismus die kleinen Kugeln und verteilt sie auf diverse abgetrennte Bahnen. Über sie rollen und fallen die Murmeln dann auf die Metallplättchen eines Xylophons. Beim Auftreffen erzeugen die Kugeln eine mehrstimmige Melodie. Anschließend sammeln sie sich in einer Art Auffangbecken, über das sie wieder zum Förderband gelangen – und das wohlklingende Spiel beginnt von vorne.

Smorration – das smarte, mobile oberirdische Bewässerungssystem

Smorration – das smarte, mobile oberirdische Bewässerungssystem

Damit gerade in heißen Sommern die Pflanzen im Garten nicht vertrocknen, müssen sie regelmäßig bewässert werden. Doch das Sprengen mit dem Gartenschlauch ist mühselig, da nie sicher ist, ob ein Beet bereits genug bewässert wurde oder ob es noch mehr Feuchtigkeit benötigt. Für solche Situationen entwickelte Bennett Stalp ein spezielles, elektrisch betriebenes Fahrzeug, das per Smartphone gelenkt wird. Es fährt von Blume zu Blume und versorgt dabei jede Pflanze mit der erforderlichen Wassermenge. Auf den ersten Blick ähnelt „Smorration“ einer Seifenkiste. Doch innen steckt eine ausgefeilte Technik: Zwei Mikrocomputer übernehmen die Steuerung, ein trickreiches System aus Magnetventilen sorgt für die optimale Wasserverteilung. Zudem lässt sich der Garten mit diesem Bewässerungssystem deutlich schneller gießen.

Solarzellen von der Rolle – Untersuchungsmethode für eine Ursache von Produktionsdefekten

Solarzellen von der Rolle – Untersuchungsmethode für eine Ursache von Produktionsdefekten

Solarzellen befinden sich in der Regel auf Hausdächern. Die silbrig-blauen Elemente sind dabei in starren, festen Modulen montiert. Doch seit einiger Zeit gibt es auch Solarzellen, die sich hin und her biegen lassen. Daher können sie auf abgerundeten Gebäudeteilen installiert oder sogar in Rucksäcke und Kleidungsstücke integriert werden. Leon Cornelius Schmidt untersuchte in seinem Forschungsprojekt, inwieweit sich die Fertigung dieser flexiblen Zellen verbessern lässt. Dazu entwickelte der Jungforscher ein ausgefeiltes optisches Messverfahren, das präzise misst, wie stark die Trägerfolie, auf die die Dünnschichtsolarzellen aufgebracht werden, beim Produktionsprozess gedehnt wird. Ist diese Dehnung zu stark, drohen Beschädigungen, die das Leistungsvermögen der Zelle einschränken können.

Tool-Changer für den 3-D-Druck

Tool-Changer für den 3-D-Druck

Seitdem man sie für wenig Geld kaufen kann, sind 3-D-Drucker groß in Mode: Gesteuert per Computer können sie die unterschiedlichsten Kunststoffteile herstellen. Doch die Geräte haben ein Manko: Mehrfarbige Gebilde lassen sich – wenn überhaupt – nur in mäßiger Qualität produzieren. Hier setzt das Forschungsprojekt von Tobias Neidhart an: Er konstruierte einen Zusatz für einen 3-D-Drucker, der verschiedene Druckdüsen automatisch wechseln kann. Dabei sorgt ein Elektromagnet dafür, dass die jeweilige Düse während des Druckens stabil mit dem Gerät verbunden bleibt. Das Resultat: Die Farbübergänge am gedruckten Objekt sind nicht verschmiert, sondern sauber. Zudem gibt es so gut wie keinen Materialabfall. Der „Tool-Changer“ funktioniert so überzeugend, dass der Jungforscher ihn zum Patent angemeldet hat.

Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von myzelbasierten Werkstoffen

Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von myzelbasierten Werkstoffen

Myzelien sind gewissermaßen die Wurzeln von Pilzen. Teilweise werden sie in unserem Alltag bereits für spezielle Anwendungen genutzt, etwa als nachhaltiges Verpackungsmaterial, das den Kunststoff Styropor ersetzt. Kolja Diehl wollte in seinem Forschungsprojekt herausfinden, ob der Naturwerkstoff zu noch mehr zu verwenden ist – zum Beispiel als umweltverträglicher Klebstoff, mit dem sich etwa die Bambusstäbe eines Fahrradrahmens verbinden lassen. Dazu ließ der Jungforscher die Pilzwurzeln in verschiedene Bambusproben einwachsen. Anschließend trocknete er sie, um zu überprüfen, wie gut die Myzelien an den jeweiligen Proben haften. Die Ergebnisse sind durchaus ermutigend: Zum Teil wiesen die „Pilzkleber“ deutlich bessere mechanische Eigenschaften auf als vergleichbare, bereits erhältliche Substanzen.

Abzugshaube mit automatischer Löschfunktion

Abzugshaube mit automatischer Löschfunktion

Es ist ein typischer Unfall mit Feuer im Haushalt: Öl in der Pfanne wird beim Braten zu stark erhitzt und fängt plötzlich an zu brennen. Der Brand muss mit einem Feuerlöscher bekämpft werden, der jedoch eine Menge Löschschaum produziert und damit auch großen Reinigungs- bedarf hinterlässt. Philipp Salm, Gabriel-Marius Hartmann und Jonas Mannweiler haben sich daher eine Alternative ausgedacht: Sie löschen das Feuer mit Schall. Ein Sensor, der auf ein für Flammen charakteristisches Lichtspektrum reagiert, überwacht den Herd. Fängt es an zu brennen, schlägt er Alarm und aktiviert einen Basslautsprecher. Dieser gibt starke, tiefe Schallwellen von sich, die das Feuer quasi auspusten. Pilotversuche mit einer Kerze verliefen vielversprechend. Die Vision der drei Jungforscher ist es, den weiter optimierten Schalllöscher in eine Abzugshaube zu integrieren.

Assistenzroboter HelpRob3000

Assistenzroboter HelpRob3000

Lucas Antonio Herrera Eckert hatte genug davon: Immer wenn dem jungen Rollstuhlfahrer etwas zu Boden fiel, musste er jemanden bitten, es für ihn aufzuheben. Also konstruierte er sich einen mechanischen Helfer – einen ferngesteuerten Roboter, der Objekte vom Boden auflesen kann. Er nutzte dafür ein Acrylglas-Chassis auf Rädern, angetrieben durch Elektromotoren. Darauf befestigt ist ein kleiner Bordcomputer sowie ein 3-D-gedruckter Roboterarm. Dieser ist mit einem kleinen Greifer ausgerüstet und kann sich mithilfe von Servomotoren in alle Richtungen bewegen. Steuern lässt sich der Roboter via Bluetooth mit einer Smartphone-App. Die Tests zur Erprobung bestand „HelpRob3000“ mit Bravour: Schrauben, Tintenpatronen und Kugelschreiber konnte er ohne größere Schwierigkeiten vom Boden aufheben.

Automatisierter Fahrtrichtungsanzeiger für Fahrräder mit Bremslichtfunktion

Automatisierter Fahrtrichtungsanzeiger für Fahrräder mit Bremslichtfunktion

Radfahrer leben gefährlich – immer wieder kommt es vor, dass sie von Autofahrern übersehen werden. Daher erforschte Piet Kansteiner, wie sich die Sichtbarkeit eines Radlers verbessern lässt. Sein Vorschlag: ein Bremslicht, kombiniert mit einem Blinker, den man nicht manuell betätigen muss, sondern der beim Kurvenfahren ein automatisches Signal gibt. Um die Idee in die Tat umzusetzen, konstruierte der Jungforscher einen trickreichen Sensor. Dieser misst den Lenkerausschlag und lässt ab einem bestimmten Wert eine am Gepäckträger montierte LED-Leiste aufleuchten – je nach Fahrtrichtung auf der rechten oder linken Seite. Außerdem registriert ein Beschleunigungssensor, wenn der Radfahrer bremst. Dann leuchtet das LED-Licht hellrot auf.

Der Flash Shade – richtungsabhängige Verdunklungstechnik zur Sichtunterstützung

Der Flash Shade – richtungsabhängige Verdunklungstechnik zur Sichtunterstützung

Sei es durch die tief stehende Sonne beim Autofahren oder die Blitze bei Schweißarbeiten – es ist unangenehm und gefährlich, durch grelles Licht geblendet zu werden. Um hier Abhilfe zu schaffen, entwickelte Adrien Jathe eine intelligente Brille, die helle, direkte Lichteinstrahlung innerhalb von Millisekunden automatisch und punktuell abdunkelt. Dies gelingt durch ein winziges Wabengitter, gefüllt mit organischen Solarzellen und Flüssigkristallen, deren Moleküle sich in Abhängigkeit von der Spannung im Raum ausrichten. An dem Prototyp einer Wabe zeigte der Jungforscher: Je stärker der Lichteinfall in eine Wabe, desto höher ist die Spannung und damit der Grad der Verdunklung. Eine Brille aus vielen dieser Waben ließe ihren Träger die Umgebung gleichmäßig hell wahrnehmen, ohne dabei geblendet zu werden.

DIY-Dokumentenscanner

DIY-Dokumentenscanner

Jeder Schüler kennt das Problem: Heutzutage erhält man eine Vielzahl loser Blätter als Unterrichtsmaterial. Um den Überblick zu behalten, beschloss Nils Husung, die Dokumente einfach einzuscannen. Der zunächst von ihm genutzte Scanner erwies sich jedoch als ziemlich langsam, zudem musste er jedes Blatt einzeln per Hand einlegen. Aus diesem Grund konstruierte der Jungforscher einen eigenen Scanner. Als technische Basis diente ihm der automatische Papiereinzug eines alten Druckers. Diesen koppelte er mit einem Minicomputer, einer Digitalkamera, einer LED-Beleuchtung und einigen Fischertechnik-Komponenten. Darüber hinaus schrieb er eine Software, die die gescannten Bilder in Textdateien umwandelt. Damit lassen sich die Dateien nicht nur verschlagworten, sondern man kann auch nach beliebigen Begriffen suchen.

Entwicklung einer Methode zur Verbesserung der Ausrichtung von Windrädern

Entwicklung einer Methode zur Verbesserung der Ausrichtung von Windrädern

Damit ein Windrad möglichst viel Strom liefert, sollte sein Rotor optimal im Wind stehen. Dafür lässt sich der Rotor in jede Himmelsrichtung drehen. Um diese Drehungen zu steuern, ist das Windrad mit einem Windmessgerät ausgerüstet. Ein Problem ist dabei jedoch, dass sich dieser Sensor hinter den Rotorblättern befindet, was seine Messdaten zum Teil verfälscht. Tizian Holzhausen, Lennart Köhnke und Niklas Dehne haben diesen Effekt in ihrem Forschungsprojekt im Detail untersucht. Um unverfälschte Messdaten zu erhalten, befestigten sie ein Windmessgerät an einem speziellen Drachen, den sie neben einem Windrad steigen ließen. Und tatsächlich wichen die von den drei Jungforschern gemessenen Windrichtungen klar von denen des Windradsensors ab – für die Betreiberfirma eine wichtige Information.

Entwicklung und Bau eines variablen Triebwerkseinlaufprototyps für die zivile Luftfahrt

Entwicklung und Bau eines variablen Triebwerkseinlaufprototyps für die zivile Luftfahrt

Flugzeugtriebwerke benötigen eine Menge Luft, um reibungslos zu funktionieren – nur so können sie den Treibstoff effizient verbrennen und den gewünschten Schub liefern. Technisch sorgt der sogenannte Lufteinlauf dafür, dass stets genügend Luft ins Triebwerk gelangt. Dies leisten aerodynamische Elemente, die den Luftstrom so kanalisieren, dass die Turbine möglichst gut angeströmt wird. Die drei Jungforscher wollten herausfinden, wie so ein Lufteinlass am besten beschaffen sein sollte. Dazu konstruierten sie mithilfe eines 3-D-Druckers ein Modell, bei dem sich die Einlaufelemente flexibel verstellen lassen. Das Verstellen übernimmt ein Kleinstcomputer, der kleine Elektromotoren ansteuert und dadurch die aerodynamischen Elemente in die gewünschte Position bringt.

FindIT – Suchen war gestern

FindIT – Suchen war gestern

Diese Situation kennt jeder: Man muss schnell los, kann aber partout die Haustürschlüssel nicht finden. Um hier gezielt Abhilfe zu schaffen, haben Theresa Anastasia Belz und Nina Schwarz ein nützliches Helferlein entwickelt. Es kann den Schlüssel im Haus aufspüren und seine Position in einer Smartphone-App darstellen. Basis ist ein GPS-Modul, das am Schlüsselbund befestigt wird. Der Clou: Um zusätzlich auch das Stockwerk zu identifizieren, in dem man den Schlüssel verlegt hat, ist ein Barometer integriert. Alle so ermittelten Informationen zum Standort werden per Funk an das Smartphone gesendet. Ist der Schlüsselbund gefunden, kann man ihn per Handy dazu bringen, einen Ton auszusenden. Ein zusätzliches Einsatzfeld ihrer Technik sehen die beiden Jungforscherinnen im „Tracken“ von Haustieren.

Kitzretter – Rehkitze vor dem qualvollen Mähtod bewahren

Kitzretter – Rehkitze vor dem qualvollen Mähtod bewahren

Schätzungen zufolge werden in Deutschland pro Jahr Hunderttausende Rehkitze von Mähdreschern getötet. Bislang verfügbare Warnsysteme wie akustische Pieper oder Kameradrohnen sind entweder wenig wirksam oder schlicht zu teuer. Aus diesem Grund ersannen Florian Kämpchen, Patrick Dormanns und Gustav Becker ein neues technisches Konzept. Am Mähdrescher werden dabei eine Kamera und ein Infrarotsensor befestigt. Deren Daten analysiert eine intelligente Bilderkennungssoftware, basierend auf neuronalen Netzen. Sie erkennt, wenn ein Rehkitz im Feld liegt und sendet eine Warnung an das Smartphone des Mähdrescherfahrers. Erste Tests verliefen vielversprechend: Der automatische Kitzretter konnte eine Tierattrappe zuverlässig erkennen, wobei die Körpertemperatur eines Rehs per Wärmflasche simuliert wurde.

Konstruktion und Bau einer Teleskopsteuerung

Konstruktion und Bau einer Teleskopsteuerung

Will man mit einem Teleskop über einen längeren Zeitraum einen Stern am Himmel beobachten, ist man mit dem Problem konfrontiert, dass der Stern über den Nachthimmel zu wandern scheint, da die Erde sich um sich selbst dreht. Um den Himmelskörper dennoch im Auge zu behalten, muss man das Teleskop daher nachführen. Zwar gibt es Systeme, die dies automatisch realisieren können – allerdings sind sie relativ teuer. Daher baute sich Tony Wunderlich seine eigene Teleskopnachführung. Als Basis dient ein preisgünstiger Minirechner, der kleine Schrittmotoren am Teleskop ansteuert. Die Positionsdaten der Sterne liefert eine frei erhältliche Planetariumssoftware. Die automatische Steuerung erleichtert die Bedienung des Teleskops und kann so vor allem Amateurastronomen unterstützen – und das für wenig Geld.

Leistungsfähiger Quadrokopter – wenig Rechenleistung für komplexe Ansprüche

Leistungsfähiger Quadrokopter – wenig Rechenleistung für komplexe Ansprüche

Als nützliche Hilfsmittel kommen zivile Minidrohnen in immer mehr Bereichen zum Einsatz, unter anderem machen sie eindrucksvolle Luftaufnahmen bei nur geringen Kosten. Es liegt an der ausgefeilten elektronischen Steuerung der Rotoren, dass die Fluggeräte so stabil in der Luft schweben können. Die dafür erforderlichen Algorithmen behalten die Hersteller allerdings lieber für sich – Betriebsgeheimnis. Daher musste Enrico Richter für seinen selbst konstruierten Quadrokopter eine eigene Flugsoftware entwickeln. Die Herausforderung dabei: Als Basis sollte ein preiswerter Kleinstcomputer mit beschränkter Rechenleistung dienen. Durch eine clevere Programmierung schaffte es der Jungforscher, aus dem elektronischen Minihirn einen passablen Flugassistenten zu machen und seine Drohne dadurch erfolgreich abheben zu lassen.

Materialprüfanlage für Elastomere

Materialprüfanlage für Elastomere

Modellflugzeuge mit Gummiantrieb sind originelle Fluggeräte: Ein verdrehtes Gummiband treibt einen Propeller an und lässt einen kleinen Flieger auf diese Weise erstaunlich lange durch die Lüfte schweben. Je dehnbarer das Gummiband ist, umso länger kann der Flug dauern. Um das optimale Material für diesen Gummimotor zu finden, entwickelte Noah Dormann eine ausgefeilte Prüfmaschine. Auf einem zwei Meter langen Schlitten sind Motoren befestigt, die ein Gummiband auseinanderziehen und gleichzeitig verdrehen können. Sensoren erfassen die hierbei wirkenden Kräfte und Drehmomente. Nach mehreren Testreihen kam der Jungforscher zu einem interessanten Ergebnis: Bei starkem Auseinanderziehen des Gummis bilden sich Knoten, die die Messwerte signifikant beeinflussen.

Methanol – Kraftstoff der Zukunft

Methanol – Kraftstoff der Zukunft

Vielen gilt das Elektroauto als Fortbewegungsmittel der Zukunft. Johannes Fischbach und Maximilian Backes favorisieren eine andere Idee: Sie wollen Autos mit Methanol antreiben. Der Vorteil: Methanol ließe sich mit Windstrom aus Wasser und CO2 klimafreundlich gewinnen. Dann könnte man es wie Benzin tanken und für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren nutzen. Allerdings sind die aktuellen Motoren nicht für den Methanolbetrieb optimiert. Daher machten sich die beiden Jungforscher detaillierte Gedanken über geeignete Umrüstungen. Unter anderem müsste man die Motorsteuerung anpassen, Dichtungen und Schläuche austauschen und dem Methanol ein Additiv gegen Korrosion hinzufügen. Ferner könnte ein Durchlauferhitzer dafür sorgen, dass der Methanolmotor auch im Winter zuverlässig anspringt.

Für alle Jungforscher, die voller Ideen für neue Erfindungen stecken und Spaß an handwerklicher Arbeit haben, ist Technik das richtige Fachgebiet

In diesem Fachgebiet wird entwickelt, konstruiert und optimiert: mit Dioden und Elektroden, mit Holz und Metall, mit und ohne Computer, mit dem Technikbaukasten oder der Lötpistole. Wichtig ist: Auf dem Wettbewerb muss ein funktionsfähiges Modell des Projekts präsentiert werden. Eine Ideenskizze oder ein Konstruktionsplan allein reichen nicht aus.

Disziplinen im Fachgebiet Technik sind vor allem

  • Bauingenieurwesen
  • Elektronik
  • Elektrotechnik
  • Maschinenbau
  • Mechanik
  • Messtechnik
  • Nachrichtentechnik
  • Optik
  • Robotik
  • Thermodynamik
  • Verfahrens- und Energietechnik
  • Verkehr
  • Wasserbau
  • Werkstoffwissenschaften

Welche Projekte passen nicht ins Fachgebiet Technik?

Klassische Softwarelösungen bzw. Computerprogramme gehören nicht ins Fachgebiet Technik. Das betrifft auch die reine Anwendung von Geräten etwa für biologische, chemische oder physikalische Untersuchungen.


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