Theorie trifft Praxis: Maschinenbaustudierende optimieren Bootsausleger

Wie lässt sich ein Bauteil verbessern, das im täglichen Einsatz immer wieder an derselben Stelle versagt? Dieser Frage gehen Studierende und Mitarbeitende des Instituts für Mechanik der Universität Kassel nach. Im Mittelpunkt des Projekts steht der Bootsausleger eines Ruderbootes, der künftig langlebiger und belastbarer werden soll.

Ausgangspunkt des Projekts war ein konkretes Problem des UNISports: Die Bootsausleger versagen regelmäßig an derselben Stelle und können nicht einfach ersetzt werden, da sie vom Hersteller nicht mehr produziert werden, erklärt Lukas Toby, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Sport und Sportwissenschaft (IfSS). Um die betroffenen Ruderboote langfristig sowohl im Kursbetrieb des UNISports als auch in der Lehramtsausbildung des IfSS weiter nutzen zu können, musste daher eine neue technische Lösung entwickelt werden.

Den entscheidenden Impuls lieferte Simon Nowak, langjähriger Ruderübungsleiter im UNISport und Maschinenbaustudent. Er brachte die Idee ein, Dr.-Ing. Matthias Oxe anzusprechen, der selbst über Erfahrung im Rudersport verfügt.

Unter der Leitung von Dr.-Ing. Matthias Oxe vom Institut für Mechanik, Fachgebiet Technische Mechanik/Kontinuumsmechanik, im Fachbereich Maschinenbau wird das Projekt im Rahmen eines Seminars umgesetzt. Dabei verbindet es wissenschaftliche Forschung mit den praktischen Anforderungen des Sportbetriebs und ermöglicht den Studierenden, ihr theoretisches Wissen an einer realen Fragestellung anzuwenden.

Im Rahmen der Vorlesung zur Betriebsfestigkeit beschäftigen sich die Studierenden mit unterschiedlichen Arten des Materialversagens. Im Fokus steht dabei das sogenannte Ermüdungsversagen, bei dem Bauteile nicht durch eine einmalige hohe Belastung, sondern durch viele wiederkehrende Belastungen über einen langen Zeitraum geschädigt werden erklärt Joshua Wrobel (Studentische Hilfskraft am Institut für Mechanik).

Um die tatsächlichen Kräfte im Rudereinsatz zu erfassen, wurden Dehnmessstreifen an der kritischen Stelle des Auslegers angebracht. Während einer Testfahrt auf der Fulda ruderte Simon Nowak, begleitet von einem Motorboot mit Studierenden. Die Messdaten wurden per Funk in Echtzeit auf ein Smartphone übertragen. So konnte unmittelbar verfolgt werden, welche Belastungen während des Ruderns auf den Ausleger wirken.

Die gewonnenen Messwerte werden anschließend mit einer Computersimulation auf Basis der Methode der Finiten Elemente verglichen. Ziel ist es, die Simulation zu validieren und auf dieser Grundlage ein optimiertes Bauteil zu entwickeln. Der neue Ausleger soll die auftretenden Kräfte besser aufnehmen und dadurch eine deutlich höhere Lebensdauer erreichen.

Ein erster Prototyp befindet sich bereits in der Fertigung. Dabei spielt auch die Materialauswahl eine wichtige Rolle. Da Aluminium durch den Schweißprozess an Festigkeit verliert, wird das Bauteil anschließend wärmebehandelt, um seine ursprünglichen Materialeigenschaften weitgehend wiederherzustellen. Parallel wird auch eine Ausführung aus Edelstahl als mögliche Alternative untersucht.

Für den Maschinenbaustudenten Aschour Youkhanna bietet das Projekt einen besonderen Mehrwert: "Man versteht viel besser, was in der Vorlesung behandelt wird, und erkennt, wie aufwendig die Entwicklung eines einzelnen Bauteils tatsächlich ist." Zu seinen Aufgaben gehörte es, den vorhandenen Bootsausleger im 3D-Labor einzuscannen, daraus ein digitales Modell zu erstellen und dieses anschließend in einer CAD-Software zu rekonstruieren und mit dem Scan abzugleichen.

Auch bei der Messtechnik waren kreative Lösungen gefragt. Die ursprünglich eingesetzte Messeinheit erwies sich als wenig benutzerfreundlich. Laboringenieur Eugen Prints entwickelte deshalb auf Basis eines Raspberry Pi eine eigene Lösung, mit der die Signale der Dehnmessstreifen zuverlässig erfasst, verarbeitet und für die Live-Übertragung bereitgestellt werden konnten.

Das Projekt zeigt eindrucksvoll, wie Forschung, Lehre und Praxis an der Universität Kassel zusammenwirken. Studierende sammeln wertvolle Erfahrungen an realen technischen Fragestellungen, während der UNISport und das IfSS von innovativen und langlebigeren Bauteilen profitieren kann.

Der UNISport und das IfSS der Universität Kassel bedankt sich herzlich bei allen beteiligten Studierenden, Mitarbeitenden und Projektpartnern für ihren engagierten Einsatz. Das Projekt zeigt beispielhaft, wie durch die Zusammenarbeit verschiedener Fachbereiche nachhaltige Lösungen für konkrete Herausforderungen entwickelt werden können.