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Sieger LNF16 Content Contest für Schüler: Martin Zwifl

 Martin Zwifl von der HTBLA Eisenstadt war bei der Langen Nacht der Forschung bei der FOTEC Forschungs- und Technologietransfer GmbH in Wiener Neustadt zu Besuch und hat darüber einen Bericht geschrieben.

Dieser Bericht von Martin Zwifl wurde von der Jury als Gewinner in der Sparte „Text“ gekürt und mit einem iPad Air prämiert. fti…remixed gratuliert ganz herzlichst!

Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 - FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt
Fotoquelle: Martin Zwifl

Da mein Kollege und ich nicht den richtigen Eingang am Gebäudetrakt erwischten, genossen wir sogleich als Einstieg einen kleinen Feststoff-Sauerstoff-Triebwerk-Test. Diese imposante Vorführung diente lediglich der Veranschaulichung des Funktionsprinzips eines Feststoff-Raketentriebwerks. Es handelte sich bei diesem Triebwerk jedoch nur um ein Analogmodell bzw. Simulationsmodell und dieses findet in der Raumfahrtindustrie keine Anwendung.

Grundlegende Funktionsweise:

Ein Kunststoffzylinder mit Bohrung wird von hinten durch einen angeschlossenen Druckschlauch mit Sauerstoffzufuhr aus einer Pressluftflasche versorgt, welche durch ein elektrisches Ventil (schwarze Box, links am Druckschlauch) unterbrochen werden kann. Nach einer „Zündung“ verbrennt das Plastik mit dem Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Dies erzeugt durch die Expansion des Feststoffs (rasche Oxidation) und durch Druck des ausströmenden Gases einen Impuls ->dieser könnte als Schub für Vortrieb genutzt werden. (Prinzip eines echten Triebwerks)

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Mit Umwegen am Eingang angekommen, erlebten wir einen überaus freundlichen und hilfsbereiten Empfang zweier engagierter Mitarbeiter am Infostand. Jungen Forschern wurden hier Informationen zu spannenden Stationen im ganzen Gebäude und generelles zur Langen Nacht der Forschung zugesteckt. Auch einen LNF-Forscher Aufkleber bekamen die Besucher. Traubenzucker gab es ebenso zur Stärkung. Für Verpflegung und somit lange Ausdauer beim Forschen wurde auch gesorgt. Im Hintergrund ist bereits das Buffet mit den zwei charmanten Verkäufern zu sehen.

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Raketenstarts standen ebenso am Programm. Das Highlight: man musste nicht extra nach Cape Canaveral (Amerika) fliegen und jeder durfte mal! Die jungen Forscher und auch die Erwachsenen tüftelten am perfekten Treibstoffverhältnis, um höher als die zuvorigen zu kommen. Das Experiment

diente vor allem dabei, Kindern das Prinzip des Rückstoßes und der Relevanz der Treibstoffzusammensetzung näher zu bringen.

 

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Funktionsweise:

Eine kleine Rakete (umgebaute Trinkflasche) mit einem Volumen von ca. 580ml wird bis zu einem bestimmten Grad mit Wasser befüllt. Der Rest wird

in der Abschussvorrichtung mit 2bar Pressluft aufgefüllt. Durch die Inkompressibilität des Wassers unter diesen Bedingungen, hängt die maximale Höhe, die in dem Versuch erreicht werden kann, hauptsächlich vom Verhältnis von Wasser zu Druckluft ab. Durch mehrmalige Durchführung des Experiments, kam man zum Ergebnis, dass das beste Verhältnis dann gegeben ist, wenn die Rakete bis ca. einem Drittel mit Wasser befüllt ist.

Nur dann besitzt die Pressluft genug Druckenergie, um die gesamte Wassermenge so stark wie möglich zu beschleunigen, um den maximalen

Impuls (Schub) zu erzielen.

Grafik:

Ein Mitarbeiter des Unternehmens, welcher diesen Versuchsaufbau über hatte, hielt die Ergebnisse der zahlreichen Starts auf einem selbstgezeichneten Flipchart-Diagramm fest. Die Ordinate beschreibt den größten, vertikalen Abstand der Rakete zum Boden in Meter während ihres Fluges. Die Abszisse ergänzt dazu die zuvor getankte Wassermenge in Milliliter, um nachträglich das beste Mischungsverhältnis zwischen Luft und Wasser herausfinden zu können.

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Wasserstoff. Es handelt sich um das Element mit dem größten Vorkommen im Universum. Wissenschaftler sehen es als nachhaltige Möglichkeit Energie darin zu speichern, jedoch ist es leicht entzündlich. Also wie könnte man es lagern? Diese Frage klärte ein FOTEC-Mitarbeiter anschaulich an diesem Analogmodell mit Styroporkugeln.

Grundlegende Funktion:

Mittels hohler Mikroglaskugeln (Durchmesser ca. 45 μm), welche bei Raumtemperatur Wasserstoff-undurchlässig sind, wird bei höherer Temperatur, unter hohem Druck, Wasserstoff eingelagert. Durch Lagerung dieser Kugeln in Wasser wird eine hohe Speicherkapazität und ebenso hohe Sicherheit gewährleistet. Durch Erwärmung der Kugeln kann der Wasserstoff wieder rückgewonnen werden.

Die Faszination von Videos mit „Head-Tracking“ wurde mittels einer Oculus-Rift und großer Mediathek an 360° Videos vermittelt. Besucher jeden Alters hatten die Möglichkeit, sich in den Videos wortwörtlich umzusehen und gänzlich in der virtuellen Welt zu versinken. So mancher Körper reagiert auf diese Sinnestäuschung mit Übelkeit. Andere wiederum können die Begegnung mit dieser anderen Welt vollkommen genießen.

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Fertigung von Spritzguss – Teilen aus Kunststoff:

Im Trichter (Bild-Mitte) lagert Kunststoffgranulat. Dieses wird durch eine Förderschnecke am unteren Trichterende nach hinten in das Innere der Maschine weitertransportiert und erhitzt. Der beim Spritzguss üblich verwendete Kunststoff ist ein sogenannter Thermoplast, d.h. er schmilzt bei Erwärmung auf ca. 130 – 180°C (je nach Art des Thermoplasts). Die Förderschnecke ist auch jener Bauteil, welcher den zum Gießen benötigten Druck von rund 900bar aufbaut.

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Dieser enorm hohe Druck ist notwendig, um den, im erwärmten Zustand zähflüssigen Kunststoff durch den dünnen Einflusskanal in die trennbare Form zu pressen und alle feinen Hinterschnitte zur Gänze auszufüllen. Hier ein Kunstoff-Spritzguss Bauteil, unter 900bar Druck gefertigt:

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Trockeneis kennen bereits viele – besonders Schüler vom Chemieunterricht. Aber haben Sie schon mal damit spielen, pardon… experimentieren dürfen? Nein? Dann haben Sie auf der LNF 2016 wirklich was verpasst. Bei FOTEC wurden junge Forscher bei einem Stand eingeladen, mit dem festen, unter -80°C kalten Kohlenstoffdioxid in Kombination mit Flüssigkeiten zu experimentieren. Im Vordergrund standen Experimente mit dem entstehenden Nebel, wie er am folgenden Bild im Gefäß zu sehen ist.

Der Nebel wurde beispielsweise durch einem Schlauch geleitet. Das Ende des Schlauchs konnte anschließend mit Seifenlauge benetzt werden. Somit hatten die entstehenden Seifenblasen eine „Nebelfüllung“ und sahen – besonders auf der Hand – spektakulär aus. Auf dem folgenden Bild ist eine der beiden Seifenblasen soeben geplatzt. Der Nebel ist jedoch noch deutlich sichtbar.

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Oberflächen-Rauheit an Drehteilen spielt besonders in der präzisen Raumfahrt-Industrie immer wieder eine wichtige Rolle. Diese Bearbeitungsgenauigkeit entscheidet beispielsweise darüber, ob die „Glattheit“ der Oberfläche ausreicht, in Verbindung mit einer Gummilippe genügend gegen Fremdkörper abdichten zu können. Im speziellen, wenn es sich um eine drehende Welle handelt, während die Dichtung mit einem Gehäuse in Verbindung sich im Stillstand befindet.

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Thermo – Akustik Experiment

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Wie auf dem nächsten Bild dargestellt, wird das Metallgitter zuerst erhitzt und danach in einen Kolben eingesetzt. Nach dem Einhängen erwärmt der Einsatz im Glaskolben die Luft, welche dann zu zirkulierende beginnt. Durch die Zirkulation entsteht eine schwingende Luftsäule, welche abhängig von der Kolbenlänge ein anderer Ton ertönen lässt – je länger der Kolben, desto tiefer der Ton.

fotec13Thermo – Metall – Element beim Erwärmen für das Thermo – Akustik Experiment

Eine ausstellende Firma zeigte deren Erzeugnisse aus deren hauseigenen Speziallegierungen. Die Produktpalette reicht von Kühlkörpern aus einer Aluminiumlegierung, über Gussscharniere für Spezialanforderungen, bis zuletzt Knetlegierungen für die Schmuckindustrie.fotec14

Hier nochmals um die Knetlegierungen für die Schmuckindustrie anzusprechen:

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Ein Ring aus einer Titan -Silber Legierung. Mit dem nötigen Kleingeld lassen sich solche Stücke auch erwerben, aber diese Firma setzt auf Spezialanfertigung, was den Verkaufspreis zwar schon verständlicher macht, aber leider immer noch nicht leistbar.

Auch eine Robotik – Challenge fand im Hause FOTEC statt.

LNF der Forschung 2016 Fotoquelle: Martin Zwifl

LNF der Forschung 2016
Fotoquelle: Martin Zwifl

Der Robotik-Parkur wurde aufgebaut und jedes Team wurde mit gleichen Bausets  ausgestattet, mit diesen konnten sie jeweils 2 Roboter bauen, welche dann gegen ein anderes Team antraten. Das Ziel bestand darin, möglichst viele farbige Bälle einzusammeln. Es war ein Wettbewerb, bei dem Besucher der LNF zwar „nur“ zusehen durften, aber durch Kommunikation mit den jungen Mechatronikern konnte jeder Wissensdurst bis zur gänzlichen Zufriedenheit gestillt werden.

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Hier noch ein Rezept – zwar leider nichts leckeres wie Kuchen oder Muffins, aber dafür nachhaltig! Und es ist nicht derselbe Kunststoff, als in unseren Alltags-Gegenständen, dafür nachhaltig.

Hier gegen Ende meines Beitrags möchte ich nun meinen persönlichen Lieblingsteil des Abends mit Ihnen teilen.

Es ist die Rede vom 3D Druck mithilfe Laser und Metallpulver. Damit lassen sich beinahe alle am Computer zeicfotec18henbaren Gegenstände wie zuhause am

Drucker „ausdrucken“ – nur eben in 3D!

 

Vorteile dieser Fertigungsart sind wie folgt:

  • Möglichkeit zu extremen Hinterschnitten und Hohlräumen in Bauteilen
  • Festigkeit wie Ausgangswerkstoff (Baustahl, Kupfer, Titan, weitere Legierungen)
  • Nachträglich wärme-behandelbar (z.B.: Härten möglich)

fotec19Ein Würfel in Form einer Gitterstruktur aus dem Metall-Laser-„Drucker“. Erstaunlicherweise wiegt dieser nur wenige Gramm – und ist Geometrie- und Werkstoffbedingt trotzdem hochfest. Die genaue Fertigungsmöglichkeit ermöglicht hauchdünne Strukturen.

Dieser „gedruckte“ Werkzeugschlüssel ist trotz geringer Wandstärker (0.5mm) hochfest und im Vordergrund ist er im Schnitt dargestellt um der Wandstärke nochmals verstärkten Ausdruck zu verleihen.

Carbon-Gewebematten bzw. Glasfaser-Gewebematten finden großen Aufschwung in der Technik. Besonders in der Luftfahrt und in der Raumfahrt werden die leichteren Alternativen zu Blechen gerne, und vermehrt eingesetzt. Das Problem dabei ist jedoch, dass Bruchstellen, besonders bei verklebten Teilkomponenten nur schwer auffindbar, aber sehr gefährlich sein können. Die Kompensation der geringeren Dichte und des Bruchproblems ist folgende, überaus innovative Idee: 4 Piezokristalle werden im Zusammenbau eingesetzt. Bei einem Bruch kann damit die Position der Bruchstelle im Raum (3D) und die freigewordene Bruchenergie ermittelt werden.

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Beschichtet man einen magnetischen Kern mit Gold und lässt darauf organisches Zell – Material anwachsen, kann dieser in großer Stückzahl als Anzeige von Krankheiten bzw. Zellschädigung dienen. Dazu legt man diese in eine Blutprobe, welche beispielsweise mit Bakterien angereichert wurde. Eine Spule versetzt diese beschichteten, in Blut eingelegten Partikel in Rotationsbewegung. Bei einem Angriff der Zellen durch diese Bakterien wird eine Massenzunahme durch das „beiwohnen“ der Bakterien hervorgerufen. Dies führt zu Erhöhung des Massen -Trägheitsmoments.

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Durch polarisiertes („gerichtetes“) Licht wird die Phase der Partikel in der Rotationsbewegung bestimmt – wenn diese nicht mit der Phase der Spule übereinstimmt, kann daraus geschlossen werden, dass die Zellen befallen wurden.

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Lange Nacht der Forschung 22.04.2016 – FOTEC Wr. Neustadt Fotoquelle: Martin Zwifl

Stress kennen wir alle und jeder von uns handelt dabei unterschiedlich. Wie Blutkörperchen reagieren wenn sie durch ultra dünne Kanäle (1nm2) gejagt werden, möchten Wissenschaftler mit dieser speziellen Platte, geschützt hinter einem Kunststoffgehäuse, herausfinden.

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Juni 29th, 2016

Posted In: Gewinnspiel, Lange Nacht der Forschung, Veranstaltungen

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