Dienstag - 24. März 2015

"Jugend forscht": Technik

Windkanal zur Optimierung eines Horizontalwindrotorflügels

Giacomo Ricciardi (links), Tom Ortmann (rechts) - Städt. Gymnasium Lünen-Altlünen, Fraunhofer IML, Dortmund
Wir möchten in einem selbst gebauten Windkanal die Flügelform eines Horizontalwindrotorflügels untersuchen und seine Form aerodynamisch optimieren. Das Ziel ist eine gute Bauform eines Flügels zu erhalten, der möglichst die strömungstechnischen Eigenschaften eines Darrieux- und eines Savonius-Flügels vereint um im Einsatz bei einer Horizontalwindturbine einen möglichst guten physikalischen Wirkungsgrad zu erreichen.

Lokpit - eine automatische Modelleisenbahnsteuerung

Fabian Lüpke - Marianne-Weber-Gymnasium, Lemgo
Ziel des Projektes ist, eine voll / teils automatisierte Modellbahnsteuerung (bestehend aus Hardware und Software) zu realisieren, mit der von einer grafischen Oberfläche aus Züge, Signale, Weichen sowie Lampen (Tag / Nacht Simulation) einer Anlage gesteuert werden können.
Dabei überwacht die Software stets die Positionen der Züge, um durch automatisches Eingreifen Kollisionen zu verhindern.
Die skriptingfähige Software soll über offene Schnittstellen verfügen, mittels derer eine Unterstützung für weitere Hersteller hinzugefügt werden kann.
Als eigene Hardware werden vernetzte Mikrocontrollerboards zur Steuerung von Licht sowie zur Rückmeldung (Gleisbelegtmelder) benutzt.
Zur Ansteuerung der Züge wird teils auf kommerzielle Produkte zurückgegriffen.
Zunächst wird die Umsetzung der Software im Vordergrund stehen, danach folgt die Integration vorhandener Hardware und deren Weiterentwicklung.
Je nach Zeit soll das System zur Testplattform (z.B. für Fahrplangeneratoren) ausgebaut werden.

smart IOT

Maurice Schepers (links), Simon Winther (Mitte), Frederic Schröder (rechts) - Berufskolleg Rheine
IOT – Internet of Things, die zunehmende Vernetzung, auch von Alltagsgegenständen, schreitet immer weiter voran. Haushaltsgeräte mit Netzanbindung, das Licht und die Heizung über eine Smartphone App schalten – kein Problem! Der Aufbau dieser Systeme ist jedoch eine Einzellösung und zumeist mit kommerziellen, kostenintensiven und auf die jeweilige Anwendung zugeschnittenen Baugruppen realisiert. Die „Dinge“, die hier mit dem Netz verbunden werden, sind normalerweise einfacher Natur (Sensoren und Aktoren). Die Datenprotokolle des Webs sind hier meist überdimensioniert und notwendige Hardware ist teuer. Wenn viele Dinge ins Netz eingebunden werden sollen, fällt die schlechte Preisrelation besonders ins Gewicht. Am Beispiel einer interaktiven Kletterwand zeigen wir ein universelles und kostengünstiges System, welches über das Internet Dinge steuern und Sensordaten erfassen kann. Mit unserer Entwicklung wird es möglich, viele Geräte und eigene technische Anwendung einfacher ins Netz zu bringen.

Dynamic Bike Lighting System

Moritz Hoffmann (links), Peter Maucher (Mitte), Paul Seeger (hinten rechts) - Norbert-Gymnasium Knechtsteden, Dormagen
Fahrradfahren im Dunkeln ist bei unzureichender Beleuchtung gefährlich und kann zu schweren Unfällen führen. Scheinwerfer in Kombination mit Kurvenlicht können die Strecke hell ausleuchten. Die dritte Version des Dynamic Bike Lighting System (DBLS v3.0) steuert über Servomotoren und einer speziellen Konstruktion den Scheinwerfer, sodass die Kurve gezielt ausgeleuchtet wird. Die Unfallgefahr kann somit minimiert werden und macht das Fahrradfahren besonders im Dunkeln sicherer.


Think Cool 2.0

Momme Hengstenberg (links), Bastian Redecker (Mitte), Joshua Wagner (rechts) - Steinhagener Gymnasium
Wie auch letztes Jahr beschäftigen wir uns mit der Verbesserung der Effizienz von Photovoltaikmodulen durch Kühlung mit Phase Change Material (=PCM). Aufbauend auf den in mehreren Messreihen nachgewiesenen Effekten beweisen wir dieses Jahr, dass sich eine solche Kühlung auch in der Realität lohnt. Dazu haben wir verschiedene Arten von Dächern nachgebaut und einen Sonnensimulator entwickelt, um den positiven Effekt auf die Modulleistung bei der Verwendung von PCM experimentell zu erforschen.

Akustische Mikrofluidik am Beispiel kleiner Tropfen

Adrian Lenkeit (links), Jan Matthias Schäfers (rechts) - Städt. St. Michael-Gymnasium, Bad Münstereifel
In unserem Projekt beschäftigten wir uns mit der Entwicklung und dem Bau von Steuereinheiten in der Mikrofluidik. Die Mikrofluidik ist ein aktueller Forschungsbereich, der es erlaubt, komplette Laboratorien, sogenannte Labs-on-a-Chip im Miniaturbereich zu bauen. Damit werden Kosten minimiert und das Gefahrenpotential wird stark reduziert. Da im Mikrometerbereich keine herkömmlichen mechanischen Steuerelemente genutzt werden können, wird aktiv nach neuen Methoden zur Steuerung gesucht. Uns war es möglich, mithilfe von Computersimulationen Steuerelemente zum Erzeugen einer Strömung in Tropfen zu entwickeln und diese in einem Experiment funktionsfähig aufzubauen. Damit ist es uns möglich, Chemikalien zu mischen, sowie feste Bestandteile in einem Flüssigkeitstropfen im Zentrum des Tropfens zu konzentrieren. Zurzeit arbeiten wir daran, kleine Tropfen gezielt zu bewegen.

Schlafmessungen für jedermann

Levin Burghardt (links), Niklas Sander (Mitte), Moritz Ellermann (rechts) - Gymnasium an der Schweizer Allee, Dortmund
Um zuverlässige Werte über den eigenen Schlaf zu erhalten, gehen viele Menschen in ein teures Schlaflabor. Solche Schlafuntersuchungen waren bisher zu Hause nur ansatzweise möglich. Deshalb haben wir uns vorgenommen, unser eigenes "Schlaflabor" selbst kostengünstig herzustellen. Da die meisten Geräte in Schlaflaboren sehr empfindlich sind und nur in abgeschirmten Räumen funktionieren, greifen wir auf andere Sensoren zurück.
Wir stellten uns die Frage „Können wir mit einfachen Mitteln den Schlaf untersuchen und daraus Schlüsse für effizientes Lernen ziehen?“
Dazu haben wir die Augenbewegungen, die Pulsfrequenz sowie die Körperbewegung gemessen. Wir arbeiten an weiteren Möglichkeiten unsere Schlafqualität zu erfassen.

Quasi stufenloses formschlüssiges Getriebe

Ivo Köster (links), Simon Alexander Wegener (rechts) - Archigymnasium, Soest
Entwicklung und Konstruktion eines quasi stufenlosen Getriebes, das im Gegensatz zu einfachen stufenlosen Getrieben, wie zum Beispiel einer Variomatik, die häufig in Motorrollern verbaut wird, nicht über Haftreibung arbeitet, sondern formschlüssig ist.
Das Getriebe nutzt anstelle von normalen Zahnrädern Seile die zwischen zwei Scheiben hängen und so wie ein in seiner Größe verstellbares Zahnrad arbeiten, dessen Anzahl von Zähnen keiner natürlichen Zahl entsprechen muss.

Funktionsbeschichtung von Glas mittels Sputtertechnik:Konstruktion und Inbetriebnahme der Sputteranlage

Fabian Marischen (links), Roderich Wallrath (rechts) - TU Dortmund
Geplant ist die praktische Umsetzung des PVD ­Verfahrens der Sputtertechnik, dh. die Kathodenzerstäubung im Vakuum zur Funktionsbeschichtung von Glassubstraten. Unser Ziel ist es, eine Schicht mit elektrochromen Eigenschaften zu produzieren; dabei haben wir Wolframoxid ins Auge gefasst, welches wir auf bereits TCO­vorbeschichtetes Substrat aufsputtern möchten. Optimalerweise wird ein so beschichtetes Glasmodul in einem Verbund aus mehreren Glasschichten eingebaut, um das sogenannte "Intelligente Glas" zu erhalten. Weil dazu aber noch weitere Komponenten nötig sind, wollen wir uns primär auf die Darstellung des Wolframoxid-beschichteten Substrates konzentrieren. Der mit Abstand größte Teil des Projektes ist die Konstruktion der Sputteranlage, weshalb wir das Projekt zweitteilen und uns im ersten Teil komplett der Konstruktion der Anlage widmen.
In Kooperation mit der Gerresheimer Essen GmbH, und mit Leihgaben von der HHU Düsseldorf und der Bergischen Uni Wuppertal ist ein Prototyp der Sputteranlage bereits in Arbeit. Nach der Konstruktion wird die eigentliche Experimentierphase als zweiter großer Teil der Projekts beginnen.

Entwicklung eines Botijo-Lufthauses

Katharina del Moral (links), Alina Tegeler (rechts) - Erzbischöfliche Schule Marienberg, Neuss
Wir wollten den Botijo-Effekt eines typisch andalusischen Trinkgefässes zur Entwicklung eines ökologisch –verträglichen Hauses benutzen. Unser Ziel ist es, den Stromverbrauch durch Klimaanlagen durch den Hausbau mit den von uns speziell entwickelten Ziegelsteinen zu reduzieren, bzw. auch in heißen Gebieten ohne Stromanschluss eine Möglichkeit zu bieten, die Innentemperatur von Häusern auf ökologische Weise zu reduzieren.
Wir haben mit verschiedenen Lehmsorten experimentiert, um herauszufinden, welche den langanhaltensten Kühleffekt hat. Dafür konstruierten wir Doppel-Botijo-Modelle: Diese beruhen auf der Tatsache, dass sich - anders als beim Trinkgefäß - in einem Haus im Inneren Luft befinden muss, sodass sich das Wasser, welches für den Botijo-Effekt benötigt wird, bei diesem Modell in der doppelten Außenwand des „Hauses“ befindet. Das Botijo-Luft-Haus-Modell war entstanden!
Um den Hausbau verwirklichen zu können, entwickelten wir letztendlich die Idee eines Botijo-Ziegelsteins.

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Letzte Änderung: 5. Januar 2016 Copyright © Bayer AG