Eine geschwungene Fahrbahn, Stützen aus gepresster Pappe und ein ferngesteuerter LKW als Härtetest: Im diesjährigen PaTe-Projekt der Fakultät für Maschinenbau entwickelten sechs studentische Teams Behelfsbrücken für den zerstörten Ringabschnitt zwischen Halberstädter Straße und Hellestraße. Im Juli mussten sich ihre Konstruktionen schließlich im direkten Wettbewerb beweisen.
Der Wettbewerb bildete den Abschluss des Moduls „Projektarbeit im Team“ (PaTe). Darin bearbeiten Bachelorstudierende der Fakultät für Maschinenbau jedes Semester eine praxisnahe ingenieurwissenschaftliche Aufgabe, von der ersten Idee über technische Berechnungen und die Planung bis hin zum fertigen Prototypen. Das jeweilige Projektthema wird jedes Jahr von einem Lehrstuhl der Fakultät vorgegeben, die Betreuung der Teams übernehmen alle Lehrstühle gemeinsam. In diesem Jahr entwickelte Prof. Thorsten Halle, Leiter des Lehrstuhls für Metallische Werkstoffe am Institut für Werkstoffe, Technologien und Mechanik, die Aufgabenstellung für das PaTe-Projekt.
„Die Studierenden entwickeln zunächst verschiedene Lösungsansätze, berechnen ihre Konstruktionen und setzen sie anschließend praktisch um. Erst bei der abschließenden Challenge zeigt sich, wie gut die unterschiedlichen Konzepte tatsächlich funktionieren“, erklärt Projektbetreuer Sacha Sobotta, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für metallische Werkstoffe. „So erleben sie unmittelbar, wie sich theoretische Überlegungen in der Praxis bewähren.“
Projeleiter Sacha Sabotta (Foto: Benjamin Güllmar)
Die aktuelle Brückenthematik
In diesem Jahr sollten die sechs Teams eine Behelfsbrücke für den abgerissenen Ringabschnitt zwischen der Halberstädter Straße und der Hellestraße entwickeln. „Die Brücke wurde als thematischer Ausgangspunkt gewählt, weil sie durch die aktuelle Situation in Magdeburg ein praktisches und alltagsnahes Thema darstellte“, berichtet der Projektleiter. „Die Umgebung wurde im Maßstab 1:87 nachgebildet. Dafür stellte die Stadt Magdeburg Geodaten einschließlich entsprechender Höhenmessungen zur Verfügung. Aufgrund dieser Daten entstanden die Straßenverläufe. Die Studierendenwerkstatt Studi-Lab der Fakultät für Maschinenbau ergänzte unter anderem die umliegenden Gebäude, Bäume, eine Straßenbahn, die Baustelleneinrichtung und den ferngesteuerten LKW“, so der Projektbetreuer.
Die örtlichen Gegebenheiten machten die Aufgabe besonders anspruchsvoll. „Die beiden Anschlusspunkte liegen auf unterschiedlichen Höhen und sind außerdem geneigt“, erklärt Sacha Sobotta. „Zudem verläuft die Strecke in einer Kurve. Die Brücken mussten breit genug für den Modell-LKW sein und die Studierenden durften ihre Stützen nur an festgelegten Positionen platzieren.“
Papier statt Stahl
Gebaut wurde ausschließlich mit Papier und Pappe, bewusst ungewöhnliche Werkstoffe für angehende Maschinenbauer. „Wir wollten ein Material einsetzen, das den Studierenden aus ihrem bisherigen Studium noch weitgehend unbekannt ist“, sagt Sacha Sobotta.
Bevor die Teams mit dem Bau beginnen konnten, mussten sie deshalb zunächst die Eigenschaften ihres Materials selbst untersuchen. In Zug-, Druck- und Biegeversuchen bestimmten sie die Belastbarkeit der verschiedenen Papier- und Pappsorten und nutzten die Ergebnisse anschließend für ihre Konstruktionen.
Dabei wurden viele überrascht. „Die Belastbarkeit von Papier wurde häufig deutlich unterschätzt. Im Prüflabor erreichten selbst kleine Proben erstaunlich hohe Werte.“
Der große Belastungstest
Bei der Abschlussveranstaltung mussten die Brücken zeigen, was sie leisten können. Zunächst wurden sie mit der vorgesehenen Designlast von rund drei Kilogramm geprüft, dem Gewicht des Modell-LKWs. Dabei durfte sich die Konstruktion höchstens zwei Millimeter durchbiegen. Die Verformung wurde mithilfe eines Lasers berührungslos gemessen.
Mit dem LKW wurden die gebauten Brücken getestet. (Foto: Benjamin Güllmar)
Neben der Stabilität spielte auch das Eigengewicht eine wichtige Rolle. Denn eine leichte Konstruktion gilt im Ingenieurwesen oft als besonders effizient. Eine besonders geringe Durchbiegung war deshalb nicht automatisch ein Vorteil. Sie konnte auch darauf hindeuten, dass eine Brücke unnötig massiv gebaut wurde.
Die eigentliche Überraschung folgte erst während des Wettbewerbs: Die Last wurde schrittweise bis auf neun Kilogramm erhöht, das Dreifache der vorgesehenen Belastung, während der ferngesteuerte LKW über die Brücken fuhr.
Leicht gebaut, stabil geblieben
Den Wettbewerb gewann Team drei. Seine Brücke war die leichteste Konstruktion des Feldes und zeigte zugleich die zweitgeringste Verformung. „Vor allem die schlanken Stützen haben entscheidend dazu beigetragen, das Gewicht zu reduzieren“, erklärt Sacha Sobotta.
Das Gewinnerteam bestand aus zehn Studierenden verschiedener Studiengänge, darunter Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen mit den Schwerpunkten Maschinenbau und Logistik sowie AI Engineering.
„Unser Ziel war von Anfang an eine möglichst leichte Brücke, die trotzdem die geforderte Last sicher trägt“, erzählt Teamsprecher Vincent Luthe. Gemeinsam entwickelte das Team zunächst das Grundkonzept und optimierte die Konstruktion anschließend kontinuierlich mit digitalen Entwürfen.
Besonders aufwendig war die Herstellung der Stützen. Mithilfe von 3D-gedruckten Formen pressten die Studierenden Papier und Pappe mit Klebstoff zusammen, um besonders tragfähige Bauteile zu erzeugen. Auch die geschwungene Fahrbahn erforderte viel Präzision beim Zuschneiden und Verkleben.
Teamarbeit zahlt sich aus
Der Moment, in dem der LKW schließlich über die eigene Brücke fuhr, bleibt Vincent Luthe besonders in Erinnerung. „Wir waren unglaublich gespannt, ob unsere Konstruktion hält. Als der LKW tatsächlich problemlos darübergefahren ist, war die Erleichterung riesig.“
Für den Bachelorstudenten lag der Schlüssel zum Erfolg in einem einfachen Konzept. „Manchmal ist weniger mehr. Unsere vergleichsweise einfache Konstruktion ließ sich gut fertigen und wir konnten sie während des Projekts immer weiter verbessern.“
Noch wichtiger als der Wettbewerbserfolg sei jedoch eine andere Erfahrung gewesen. „Für unser weiteres Studium nehmen wir vor allem mit, wie wichtig gute Teamarbeit ist. Durch den ständigen Austausch und gemeinsame Diskussionen konnten wir unsere Ideen immer weiter verbessern. Das war mindestens genauso wertvoll wie der Sieg“, so der Student abschließend.