JIA 2016

Der Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik hilft seit 2011 den Schülerinnen und Schülern des Einhard-Gymnasiums bei der Konstruktion und Fertigung der Rennwagen, die sie Rahmen ihres Wahlpflichtfachs "Junior-Ingenieur-Akademie" (kurz JIA) in der Stufe 9 anfertigen. Mit den selbst gefertigten Boliden erarbeiteten sie sich eine Teilnahme am multidisziplinären, internationalen Technologie-Wettbewerb Formel 1 in der Schule ("F1 in Schools").

Die Schülerinnen und Schüler konstruieren und fertigen die Rennwagen im Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik mit fachlicher Unterstützung schrittweise an. Der Ablauf der einzelnen Herstellungsstufen ist fest vorgegeben und bei jeder JIA gleich.

Im Folgenden wird exemplarisch anhand der JIA im Jahre 2016 der Herstellungsweg beschrieben, den die Boliden der Schülerinnen und Schüler durchlaufen - von einem Stück Holz bis zum finalen Wettkampfeinsatz als Rennwagen:

Miro schaut gebannt auf die Startampel. Die Spannung steigt – die Ampel gibt das Startsignal und Miro betätigt reflexartig den Auslöser in der rechten Hand. Hierdurch wird die CO2-Kartusche im Heck des Fahrzeuges "gezündet", der Bolide saust die Rennstrecke entlang und erreicht nach nur 1.081 Sekunden das Ziel. Bestzeit in diesem Rennen! Die 1.081 Sekunden sind das Ergebnis mehrerer Monate harter Arbeit, die das Team um Miro hinter sich hat.

Miro ist Team-Manager des F1-Teams SpeedyOne, das aus sechs 14- bis 15-jährigen Schülerinnen und Schülern des Aachener Einhard-Gymnasiums besteht. Vom 29. September bis 2. Oktober 2015 besuchten 16 Schülerinnen und Schüler das CAD/CAM-Labor den Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik, um in einem speziell zugeschnittenen CAD-Grundkurs die Grundlagen der computergestützten Konstruktion kennenzulernen. Vorbereitet und durchgeführt wurde diese Schulung von Herrn Sander, Mitarbeiter des CAD/CAM-Labors, der die Schüler schrittweise mit der Software Inventor der Fa. Autodesk vertraut machte, so dass sie zum Schluss in der Lage waren, ein CAD-Modell aus einem handskizzierten Entwurf zu erstellen.

Die Schüler bildeten bereits in dieser Entwurfsphase drei Teams:

1. SuperSonic (AG)
2. SpeedyOne (JIA)
3. Flying Pegasus (JIA)

Jedes Team entwickelte ein individuelles  Fahrzeugmodell und von jedem Entwurf mussten drei identische Fahrzeuge für den Wettbewerb gefertigt werden. Nach Abschluss der Konstruktion mussten die Modelle zunächst auf ihre Fräsbarkeit überprüft werden, denn nicht alles, was am PC konstruiert wurde, lässt sich auch so fertigen. Nach der Überprüfung durch Herrn Sander wurden, basierend auf den CAD-Daten, die individuellen Programme zur Fertigung auf der Fräsmaschine erzeugt. Je nach Komplexität der Modelle besteht ein solches Programm aus bis zu 60 Einzelbearbeitungsschritten.

Mit den berechneten CAM-Daten gingen die Schüler dann vom 20.-22. Januar 2016 in die Zentralwerkstatt der FH Aachen, wo der Bolide an der Fräsmaschine DMU 50 eVo aus Balsaholz gefertigt wurde. Mehrere Probleme galt es zu lösen. Um die bei der Zerspanung notwendigen Kräfte aufnehmen zu können, werden die Werkstücke (Rohlinge) meistens in einen Schraubstock eingespannt. Dies war bei dem druckempfindlichen Material Balsaholz nicht möglich. Die realisierte Lösung kam von den Teams selber: Der Rohling wird zunächst nur von der Unterseite bearbeitet und dann mit dieser Seite auf einen Aluminiumblock geklebt. Der Kleber muss gewährleisten, dass sich der Balsablock während der Bearbeitung nicht löst. Nach der Bearbeitung wird das nun fertige Chassis inkl. Alublock in einem Ofen erwärmt. Die Temperatur ist so zu wählen, dass sich der Kleber löst, das Holz aber nicht in Mitleidenschaft gezogen wird – aufgrund der langjährigen Erfahrung ist dieser Prozess sicher beherrschbar.

Ein weiteres Problem, das bei der Bearbeitung von Metallen ebenfalls nicht auftritt, ist die bei der Bearbeitung von Holz entstehende Staubentwicklung. Hierzu entwickelte, konstruierte und baute Florian Rust, Student des Bachelorstudiengangs Maschinenbau, eine spezielle Staubabsaugung für die Fräsmaschine, die nahezu alle Holzpartikel an der Zerspanstelle absaugt!

Das Schweißtechnische Labor des Fachbereichs Maschinenbau und Mechatronik stellte Härteöfen zum Lösen der Modelle von der Spannvorrichtung zur Verfügung. Das Goethe Lab for Additive Manufacturing erstellte die Anbauteile der Fahrzeuge durch 3D-Druck.
Ob die gefertigten Fahrzeugmodelle auch windschnittig sind, testeten die Schüler anschließend noch durch Strömungsversuche im Strömungslabor des Fachbereichs Maschinenbau und Mechatronik. Im letzten Arbeitsgang mussten die Schüler noch den Korpus des Boliden lackieren und mit Rädern versehen. Unterstützung bei der Achskonstruktion gab Andreas Vollmann, Mitarbeiter des Schweißtechnischen Labors.

Am 4./5. März 2016 traten die drei Teams des Einhard-Gymnasiums zur Landesmeisterschaft Nordrhein-Westfalen an - natürlich mit dem Ziel, sich für die Deutsche Meisterschaft zu qualifizieren und sich gegen die insgesamt 28 teilnehmenden Teams in zwei Altersklassen durchzusetzen.

Das mit der Qualifizierung hat leider nicht geklappt - es wurden folgende Plätze belegt:

8. SpeedyOne
12. SuperSonic
18. Flying Pegasus

Dazu schreibt das Team SpeedyOne auf seiner Homepage: „Trotz der Tatsache, dass wir zum ersten Mal am Wettbewerb f1inschools teilgenommen hatten, erreichten wir einen soliden 8.Platz. Wir schafften es im Knock-Out-Rennen bis ins Halbfinale und wurden hier vom diesjährigen Juniormeister RoyalRacing ganz knapp geschlagen. Unser Auto war eines der schnellsten mit einer Fahrtzeit von 1.081 Sekunden. Wir bekamen auch den Preis für das beste Portfolio. Hierauf sind wir besonders stolz, da wir direkt einen Preis abräumen konnten, obwohl dies unsere erste Teilnahme war ...“
Da gibt es von unserer Seite nichts hinzuzufügen, außer: Mädels und Jungs, ihr habt das toll gemacht, ihr könnt mit Recht stolz auf Euch sein!