Beschreibungen der einzelnen Versuche im Bereich Werkstoffwissenschaften
WW 1 Walzen, glühen, staunen – Wie macht man Metalle härter?
WW 2 Metallschaum - Zukunftswerkstoff selbst gemacht
WW 3 Von der Natur abgeguckt: was wir von Muscheln für das Design von neuen Materialien lernen können (NEU)
WW 5 Die Vielfalt der Kunststoffe entdecken
WW 1 Walzen, glühen, staunen – Wie macht man Metalle härter?
Ob als dünne Folie oder in der Autokarosserie, das Leichtmetall Aluminium begegnet uns in unserem Alltag in ganz verschiedenen Formen. Bei der Herstellung so unterschiedlich geformter Teile wird es oft auch in kaltem Zustand durch z.B. Walzen oder Biegen verformt. Je mehr Verformung aber in ein Metall eingebracht wird, desto fester wird es. Die Eigenschaften eines Metalls werden also immer von all dem mitbestimmt, was vorher mit dem Material geschehen ist. Aber große Verfestigung ist bei der weiteren Bearbeitung der Bauteile natürlich ein Problem. Deshalb ist es wichtig, die Härte und Verformbarkeit gezielt beeinflussen zu können. Aber wie? Was der Trick dabei ist und wieso das Ganze funktioniert, schauen wir uns in diesem Versuch am Beispiel von Aluminium genauer an.
Dazu muss das Ausgangsmaterial erst einmal kräftig verformt werden, das geschieht in einer großen Walze. Die dadurch entstandene Verfestigung können wir durch Härteeindrücke bestimmen. Anschließend glühen wir das Aluminiumblech. Dabei finden im Inneren des Blechs Prozesse statt, durch die sich das Material erholt. Durch metallographische Präparation der Proben können wir diese Vorgänge sogar sichtbar machen.
| Betreuer: | Christina Hasenest, Eva Preiß | Standort: |   |
| Versuchsdauer: | ca. 4 Stunden | • ER – Südgelände | |
| Teilnehmerzahl: | 3 - 5 SchülerInnen | ||
| Adresse: | Martensstraße 5, 3. Stock | ||
| Lehrstuhl: | Lehrstuhl für Allgemeine Werkstoffwissenschaften | ||
| Treffpunkt: | Foyer im Erdgeschoss | ||
| Raum: | 3.31 | ||
| Bushaltestelle: | Technische Fakultät (287, 293), Stettiner Str. (287, 293), Erlangen Süd (30/30E, 295) |
Lageplan
Ein Lageplan mit markiertem Versuchsort / Treffpunkt ist in der Druckansicht enthalten.
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WW 2 Metallschaum - Zukunftswerkstoff selbst gemacht
Umweltschutz ist ein wichtiges Thema zu dem auch Werkstoffwissenschaftler ihren Beitrag leisten. Zum Beispiel kann der Kraftstoffverbrauch eines Autos gesenkt werden, wenn das Fahrzeug leichter wird. Eine Möglichkeit Gewicht einzusparen, ist die Verwendung von sogenannten Leichtmetallen. Dazu gehört Aluminium. Im Vergleich zu anderen Metallen, wie Stahl, hat es eine geringere Dichte. Dadurch ist eine Kugel aus Aluminium leichter, als eine gleichgroße Kugel aus Stahl. Noch leichter wird die Aluminiumkugel, wenn sie wie Schaum aufgebaut ist und in ihrem Inneren viele kleine Löcher hat. In unserem Versuch wollen wir mit euch solch einen Metallschaum herstellen. Das Ganze ähnelt dem Kuchen backen, nur dass wir nicht Mehl und Backpulver mischen, sondern Aluminiumpulver und das Triebmittel MgH2. Diese Mischung wird zu einer Tablette gepresst und dann im Ofen bei über 600 °C „gebacken“. Dabei schmilzt das Aluminium und das Treibmittel erzeugt Gasblasen. Durch Abkühlen wird das Aluminium wieder fest und schließt die Blasen ein, wie in einem luftig lockeren Kuchen. Im Labor schauen wir uns dann an, wie die fertigen Teile von Innen aussehen. Am Ende dürft ihr natürlich euer selbst gefertigtes Teil mit nach Hause nehmen und könnt allen zeigen wie toll Aluminiumschaum aussieht.
Für die Versuche sind keine Vorkenntnisse nötig.
| Betreuer: | Timo Fromm | Standort: | |
| Versuchsdauer: | 3 Stunden | • ER – Südgelände | |
| Teilnehmerzahl: | 3 - 6 SchülerInnen | ||
| Adresse: | Martensstraße 5 | ||
| Lehrstuhl: | Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Werkstoffkunde und Technologie der Metalle) | ||
| Treffpunkt: | Foyer Werkstoffwissenschaften I bis III | ||
| Raum: | Technologische Halle, Zwischengang Werkstoffwissenschafttens, Nr. 053 | ||
| Bushaltestelle: | Technische Fakultät (287, 293), Stettiner Str. (287, 293), Erlangen Süd (30/30E, 295) |
Lageplan
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WW 3 Von der Natur abgeguckt: was wir von Muscheln für das Design von neuen Materialien lernen können
Mutter Natur hat uns Menschen schon oft inspiriert und damit zu neuen Entwicklungen und Erfindungen geführt, die unser Leben verändert und inzwischen fast selbstverständlich sind. Das bekannteste Beispiel ist mit Sicherheit das Fliegen, das wir uns von den Vögeln abgeguckt haben. Etwas weniger bekannt ist das Beispiel des Klettverschlusses – natürlich von der Klette abgeschaut – oder das des Papiers, deren Herstellung aus Holz wir von den Wespen gelernt haben. Die Natur hat aber noch weitere, ganz besondere Schätze auf Lager, von denen wir lernen können, neue Materialien mit besonderen Eigenschaften oder aus besonders günstigen Materialien herzustellen. Muscheln schützten ihren Körper durch eine Schale aus Kalk, die so geschickt aufgebaut ist, dass die Schale viel stabiler als einfacher, geologischer Kalk ist. Der Clou hierbei ist die Struktur auf der Mikrometer-Skala und die geschickte Kombination von weichen und spröden Materialen. Ein herausragendes Beispiel hierfür ist das Perlmutt, aus dem nicht nur Perlen, sondern auch eine Vielzahl von Muscheln aufgebaut sind: dünne Kalkplättchen, miteinander durch geringe Mengen von Proteinen und Chitin verklebt, bauen eine Schichtstruktur auf. Durch verschiedene Experimente werden wir sehen, wie diese Schichtstruktur das besondere Farbenspiel von Perlen und Perlmutt erzeugt und wie es zu der besonderen Festigkeit führt, die der Muschel im Meer oft genug das Leben rettet.
| Betreuer: | Corinna F. Böhm | Standort: |  |
| Versuchsdauer: | max. 4 Stunden | • ER – Südgelände | |
| Teilnehmerzahl: | 4 - 6 SchülerInnen | ||
| Adresse: | Martensstraße 5 | ||
| Lehrstuhl: | Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Glas und Keramik) | ||
| Treffpunkt: | Foyer im Ergeschoss | ||
| Raum: | Raum 136 | ||
| Bushaltestelle: | Technische Fakultät (287, 293), Stettiner Str. (287, 293), Erlangen Süd (30/30E, 295) |
Lageplan
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WW 5 Die Vielfalt der Kunststoffe entdecken
Die Vielfalt der Kunststoffe entdecken
Polymere, uns besser bekannt unter dem Namen Kunststoffe, sind aus unserem Alltag nicht mehr weg zu denken. Sie werden in vielen Bereichen eingesetzt. Beispielsweise als Polymerfolien für Lebensmittelverpackungen oder Polymerschäume zur Dämmung und Isolation. Bei uns lernt Ihr kennen, wie man sie herstellt bzw. verarbeitet, und wie wichtige Gebrauchseigenschaften getestet werden.
Im ersten Versuchsteil dürft Ihr selbst Styropor® und Polyurethanschaum herstellen. Das Innere des Schaums kann dann unter dem Mikroskop analysiert werden.
Im zweiten Teil werden Kunststoffe biaxial zu dünnen Folien mit guten mechanischen Eigenschaften verstreckt. Im Anschluss untersuchen wir spritzgegossene Prüfstäbe im Zugversuch und testen, wie sich die Kunststoffproben bei tiefer Temperatur verhalten.
Am Ende schauen wir uns noch die beim Zerreißen der Proben entstandenen Bruchflächen im Raster-Elektronen-Mikroskop in (bis zu) 20.000-facher Vergrößerung an. Außerdem dürft Ihr die Probenpräparation für das Raster-Elektronen-Mikroskop anhand von eigenen „Haarproben“ selbst ausprobieren.
Vorkenntnisse sind nicht erforderlich.
| Betreuer: | Andreas Ziegmann, Florian Küng | Standort: | |
| Versuchsdauer: | 3,5 Stunden | • ER – Südgelände | |
| Teilnehmerzahl: | 4 - 8 SchülerInnen | ||
| Adresse: | Martensstraße 7 | ||
| Lehrstuhl: | Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Polymerwerkstoffe) | ||
| Treffpunkt: | Raum 1.68, 1. OG | ||
| Raum: | Raum 1.68, 1. OG | ||
| Bushaltestelle: | Technische Fakultät (287, 293), Stettiner Str. (287, 293), Erlangen Süd (30/30E, 295) |
Lageplan
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