Studierende der Hochschule Bielefeld bauen mit an einem nachhaltigen
Segelboot. Organisiert vom Verein Deutscher Ingenieure (VDI) beteiligen
sich fünf Hochschulen aus der Region an dem interdisziplinären Projekt
sail.Ing OWL. Die HSBI-Studierenden liefern die wichtige Steuerung und
haben dafür eine bewährte Rudertechnik neu interpretiert. 2024 soll das
Boot bei der internationalen Studierenden-Regatta 1001VelaCup vor Sizilien
in See stechen.
Minden (hsbi). Der kollegiale Rat war eindeutig: „Lass das lieber sein.“
Ein für Maschinenbauer unüblicher Werkstoff, eine ungewöhnliche Thematik –
und das als Studierendenprojekt. Aber Prof. Dr.-Ing. Andreas Tenzler,
passionierter Segler und am Campus Minden der Hochschule Bielefeld (HSBI)
zuständig für das Lehrgebiet Konstruktionstechnik, reizte die
Herausforderung – und so sagte er zu: Gemeinsam mit Studierenden würde er
sich am Bau eines nachhaltigen Segelbootes beteiligen und das wichtige
Ruder beisteuern. Vom großen Erfolg ist Tenzler selbst ein bisschen
überrascht: Die Studierenden entwickelten in Eigenregie ein innovatives
Ruder aus Flachsfaser mit einem speziellen Tragflügel, auch Foil genannt.
Teams von fünf Hochschulen aus der Region beteiligt
Initiiert wurde der Bootsbau als interdisziplinäres Studierendenprojekt
sail.Ing OWL vom Verein Deutscher Ingenieure (VDI). Mittlerweile sind fünf
Hochschulen aus der Region mit Teams zwischen fünf und fünfzehn Lehrenden
und Studierenden beteiligt. Das Boot wird nach dem Vorbild eines
Segelboot-Klassikers von 1939 (ein modifizierter International 14‘ nach
Plänen von Uffa Fox) konstruiert. Jedes Team übernimmt eine Teilaufgabe
von Konstruktion und Bau: vom Rumpf über Ausreitsitz bis zum Mast und –
wie im Fall der HSBI – Ruder. Eigenverantwortlich sollen die Ingenieure in
spe Lösungen entwickeln und sie auf das Gesamtprojekt abstimmen. Das
gemeinsame Ziel: der Start bei der internationalen Studierenden-Regatta
1001VelaCup 2024 vor Palermo.
PAWs am Campus Minden: Wissen praktisch anwenden
Die Idee hinter sail.Ing OWL passt hervorragend in das Konzept der
Projekte Angewandte Wissenschaft (PAW), die am Campus Minden der HSBI gute
Tradition sind. PAWs gehören als feste Bestandteile zu den
praxisintegrierten Studiengängen Elektrotechnik, Maschinenbau und
Wirtschaftsingenieurwesen, in denen die Studierenden zugleich in einem
Unternehmen beschäftigt sind und abwechselnd Praxisphasen im Betrieb und
Theoriephasen an der HSBI durchlaufen. „In den PAWs wird das in den
Lehrveranstaltungen erworbene Wissen im geschützten Rahmen praktisch
angewendet“, erläutert Prof. Tenzler. „Die Studierenden bearbeiten in
interdisziplinären Teams eine praxisnahe Aufgabe, tüfteln und sammeln
Erfahrungen.“
Studierende ließen sich von Herausforderungen nicht abschrecken
Die erste Herausforderung für das PAW sail.Ing OWL, so Tenzler: „Mit den
spezifischen Anforderungen des Bootsbaus kannte sich eigentlich kaum
jemand aus.“ Das allerdings hat fünfzehn Studierende nicht abgeschreckt,
Maschinenbauer wie Wirtschaftsingenieure. Die meisten von ihnen
ausgewiesene Landratten, aber konstruktions- und bastelbegeistert. „Etwas
selbst zu bauen und ein Material zu verarbeiten, mit dessen Fertigung ich
bisher nichts anfangen konnte, hat mich besonders gereizt“, beschreibt
Bjarne Essiger von den Wirtschaftsingenieuren seine Motivation. Denn: Der
im Bootsbau verwendete Werkstoff hat es in sich. „Normalerweise arbeiten
wir mit Metall. Das ist ein isotroper Werkstoff, dessen Eigenschaften wie
Festigkeit oder Elastizität in alle Richtungen gleich sind. Für Segelboote
braucht man aber etwas anderes“, erklärt Andreas Tenzler und nimmt ein
Stück schwarzen Stoff in die Hand: Kohlefaser. Getränkt mit Epoxidharz ist
das heute der Stand der Technik – sehr leicht und mit der Festigkeit von
Stahl.
Allerdings reagiert der Faserstoff unterschiedlich, je nachdem, aus
welcher Richtung die Kraft wirkt. Tenzler zieht senkrecht am Stoff, nichts
rührt sich. Er zieht diagonal, und das gesamte Stoffstück verzieht sich.
Für eine zusätzliche Herausforderung sorgte das Reglement der Regatta:
Teilnehmen dürfen nur Boote, die zu 75 Prozent aus nachhaltigen
Materialien bestehen. „Kohlefaser ist nur schwer abbau- oder recyclebar
und deshalb wenig nachhaltig“, sagt Tenzler. Die Studierenden besannen
sich deswegen als Alternative auf eine Faser mit langer Tradition in der
Region: Flachs. Allerdings mussten sie sich hier erst einmal in die
Fasertechnik einarbeiten.
Damit nicht genug, es fehlte noch Know-how auf dem Gebiet der
Strömungsmechanik, ein besonders kompliziertes mathematisches Feld: Welche
Kräfte walten im Wasser? Wie groß ist der Widerstand, dem das Ruder
ausgesetzt ist? In einer detaillierten Liste wurden alle Anforderungen
erfasst, inklusive erwünschter Schnelligkeit und Stabilität. Diese wird
auch durch das Profil, also die Form des Querschnitts eines Bauteils,
beeinflusst. „Hierfür konnten wir immerhin auf eine Datenbank
zurückgreifen und ein passendes Profil auswählen. Aber die
Werkstoffberechnungen waren trotzdem ziemlich komplex“, erzählt
Maschinenbaustudentin Lena Priehs.
Höhenverstellbarer Tragflügel als High-Tech-Komponente
Mit den Ergebnissen erstellte die Konstruktionsgruppe in einem CAD-
Programm („Computer Aided Design“) schließlich den kompletten Bausatz des
Ruders am Rechner, zusätzlich abgestimmt auf die Vorgaben der TH OWL. Das
Kernstück: ein unter Wasser liegender Tragflügel, Foil genannt, der am
Ruder angebracht und in der Höhe verstellt werden kann. „Eine echte High-
Tech-Komponente“, weiß Priehs, die eine der wenigen erfahrenen Segelnden
an Bord des HSBI-Teams ist. „Damit wird das Boot angehoben und kann
schneller durch das Wasser gleiten.“
Probieren, verwerfen, verändern, wieder probieren
Fehlte noch die Umsetzung der CAD-Pläne. Eine Gruppe übernahm die im
Maschinenbau übliche mechanische Fertigung der Metallteile wie Schrauben,
eine andere widmete sich den Besonderheiten des Bootsbaus. Und hier kam
der Faserstoff ins Spiel. „Aber der ist nur für die Festigkeit
verantwortlich, das Bauteil braucht auch eine Form“, erklärt
Maschinenbaustudent Robin Hirsch. Die erstellte ein 3-D-Drucker nach den
CAD-Vorgaben aus Kunststoff. „In unserem Fall nachhaltig auf Basis von
Maisstärke“, schiebt Tenzler ein. Faserstoff und Kunststoff-Form
zusammengebracht ergeben das fertige Bauteil, das Epoxidharz sorgt für
eine feste Verbindung der beiden. Tenzler: „Laminieren nennen wir das.“
Auf der Werkbank in der Maschinenhalle am Campus Minden liegt ein
Wäschesack, darin ist ein altes Handtuch zu sehen, zusammengepresst von
einer dicht anliegenden Plastikhülle. Maschinenbaustudent Robin Hirsch
überprüft die ungewöhnliche Konstruktion. „Im Handtuch steckt das
Verbindungsstück von Ruder und Boot, wir laminieren es gerade“, erklärt
Hirsch. In Betrieben wird für das Verfahren üblicherweise eine Vakuumpumpe
eingesetzt. Die Studierenden haben improvisiert und einen Staubsauger
genommen. „So können wir Dellen vermeiden und die Faser sehr dicht auf die
Form pressen.“ Die Flachsfaser hatte sich dabei bisweilen etwas störrisch
gezeigt. „Wir mussten mit ihr kämpfen. Besonders rund um die Übergänge,
etwa beim Foil und der Klemme, mit der es am Ruder befestigt wird, ließ
sie sich nur schlecht legen“, beschreibt Robin Hirsch das Problem. Die
Studierenden probierten, verwarfen, veränderten, probierten wieder und
wieder – und griffen für die sehr kritischen Bauteile schließlich wieder
auf die flexiblere Kohlefaser zurück.
Wie beim Verbindungsstück: Vorsichtig öffnet Robin Hirsch den Wäschesack.
Schnell füllt sich der mit Luft, das alte Handtuch löst sich und gibt das
Bauteil frei: keine Luftbläschen mehr, die Laminierung ist geglückt. „Ja,
einen Schönheitspreis gewinnen wir damit nicht“, sagt Hirsch mit Blick auf
das schlichte, aber funktionale Teil. Aber dafür vielleicht die Regatta.
Und etwas gewonnen hat das Team schon jetzt: „Wir haben alle eine ganze
Menge dazugelernt und dabei noch viel Spaß gehabt“, sagt Andreas Tenzler.