Homepage Mechatronik-AG Gymnasium Oberursel


FB MN der Hochschule DarmstadtGymnasium Oberursel

Homepage des MINT-Schul-Labors an der Hochschule Darmstadt
und der Mechatronik-AG des Gymnasiums Oberursel


Zur Förderung des naturwissenschaftlichen Nachwuchs bieten der
Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften der Hochschule Darmstadt
(Ansprechpartner: Prof. Dr. M. Brinkmann)
und das
Gymnasium Oberursel (Ansprechpartner: Carsten Bär, Timo Vogt und Jens Frowerk)
an:

  • das MINT-Schul-Labor auf dem Campus Darmstadt für alle interessierten Schülerinnen und Schüler
  • die Mechatronik-AG am Gymnasium Oberursel für Schülerinnen und Schüler dieser Schule.

Die teilnehmenden Schülerinnen und Schüler treffen sich in verschiedenen Gruppen einmal pro Woche und experimentieren zu modernen Technik-Themen. Ihre Ergebnisse werden auf diesen Seiten dargestellt.

Thematisch sind beide Projekte folgendermaßen gegliedert:

1. Haupt-Thema: 3D-Formung


Die zentrale Herausforderung in der heutigen industriellen Produktion besteht nicht mehr in der Massenherstellung identischer Bauteile sondern in der automatisierten Herstellung von Produkten mit jeweils individuellen "Besonderheiten". Ein gutes Beispiel hierfür ist der Automobilbau. Jedes einzelne Pkw-Modell einer Automarke kann in einer Vielzahl von Variationen hergestellt werden (beispielsweise Farbe, Motorstärke, Innenausstattung ...). Unter dem Schlagwort "Industrie 4.0" summiert man derzeit die heutige Prozesskette aus:
Auftragsbearbeitung - Rohstoffbeschaffung - Produktion - Lieferung - Reparatur/Wartung.
Diese Kette ist mit Hilfe von vernetzten Computersystemen hochgradig automatisiert.
Den zentralen Prozessschritt der 3D-Formung und 3D-Bearbeitung individueller Bauteile behandeln wir als großes Thema unserer AG. Wir beschäftigen uns mit verschiedenen Verfahren:

3D-Druck

  • Bei diesem "aufbauenden" Verfahren startet man mit einem "leeren Raum" und der Drucker fügt an den "richtigen" Stellen Material hinzu (nach einem digitalen "Bauplan").
  • Die Schülerinnen und Schüler sollen aktuelle 3D-Druckverfahren kennen- und beherrschen lernen.
  • Dazu steht uns drei moderne professionelle 3D-Drucker und der 3D-Drucker-Bausatz der Firma Fischertechnik zur Verfügung.
  • Zum 3D-Drucken benötigt man leistungsstarke Software, mit der man die 3D-Objekte designen und im Anschluss an die 3D-Drucker transferieren kann. Hier verwenden wir momentan neben den Windows10-Programmen Paint_3D und 3D_Builder u.a. die Software Blender.
  • Nach dem Druck vermessen wir mit verschiedenen Methoden die Geometrie und Beschaffenheit der Druckergebnisse, um etwas über die Genauigkeit der Druckverfahren zu lernen.
  • Neben am Computer designten 3D-Modellen scannen wir reale 3D-Objekte ein, um beispielsweise hiervon eine 3D-Kopie auszudrucken. Zum 3D-Scannen verwenden wir sowohl die App von QLONE (Photogrammetrie) als auch den 3D-Scanner von MATTER and FORM (Lichtschnittverfahren).


CNC-Bearbeitung

  • Bei diesen "abtragenden" bzw. schneidenden Verfahren startet man mit einem Vollmaterial-Block und die jeweilige Bearbeitungsstation entfernt an den "richtigen" Stellen Material bzw. trennt es ab (ebenfalls nach einem digitalen "Bauplan").
  • Uns stehen als kleine (Trainings-)Anlagen eine CNC-Fräse, eine selbstgebaute CNC-Drehbank und eine Styropor-Schneidanlage zur Verfügung.
  • Bei allen Verfahren können die Schülerinnen und Schüler sowohl die Hardwareseite des Prozesses als auch die Programmierung der Steuerungen erlernen.


2. Haupt-Thema: Robotik


Nach dem Start-Thema 3D-Druck (siehe unten) haben wir begonnen, uns mit dem Thema Robotik zu beschäftigen:

  • Die Schülerinnen und Schüler sollen spielerisch den Bau, die Programmierung und den Betrieb von Robotor-Modellen kennen- und beherrschen lernen.
  • Dazu steht uns der moderne Trainings-Roboterarm ‎Dobot Magican zur Verfügung.
  • Zusätzlich bauen, programmieren und verwenden wir vorgegebene und selbst entwickelte Roboter-Modelle und andere Maschinen aus den Serien Fischertechnik Robotics, Lego Mindstorms, makeblock und eitech.


3. Haupt-Thema: Elektronik


Bei der Arbeit auf dem Gebiet der Robotik haben wir erkannt, dass heutige Sensoren, Aktoren und Controller hochkomplexe elektronische Bauteile sind, welche wir gerne näher verstehen wollen. Als drittes Thema wollen wir uns daher mit dem Thema Elektronik beschäftigen.

  • Die Schülerinnen und Schüler sollen elektronische Bauteile und Komponenten näher kennenlernen und damit erste Schaltungen realisieren.
  • Parallel zum "realen" Aufbauen und Testen der Schaltungen sollen diese auch "virtuell" mit Simulations-Software untersucht werden.
  • Den Weg in die Digitalelektronik wollen wir über die Hardware-Entwicklungsplattformen ARDUINO, Calliope mini, micro:bit und RASBERRY PI gehen.


4. Haupt-Thema: Regenerative Energien


Im Laufe des Jahres 2019 ist das Thema Regenerative Energien aufgebaut worden. Auch hierbei gibt es viele mechatronische Komponenten und Anlagen, die die Erzeugung und Speicherung von regenerativen Energien steuern. Ausgesucht haben wir uns u.a. die Themen:

  • Solarzellen
  • Windkraft
  • Wasserkraft
  • Wärmepumpe
  • Brennstoffzelle

5. Haupt-Thema: Chemie- und Bio-Technik


Im Laufe des Jahres 2020 ist das Thema Chemie- und Bio-Technik hinzugekommen. Teilschwerpunkte sind hier:

  • Basis-Chemie-Experimente zur Analyse und Synthese von chemischen Stoffen
  • Wasseranalysen in Biotopen (Aquarien, Teiche, Bäche)