Saskia Kutscheidt

MINT-Kolleg Baden-Württemberg

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Im Fokus: NWT-Werkstoffkunde

Werkstoffe verstehen

Werkstoffe wie Keramiken oder Aluminium finden in zahlreichen Konstruktionen Anwendung – so etwa in der Luft- und Raumfahrt oder im Anlagenbau. Ingenieure, Materialforscher und Industriedesigner befassen sich mit Fragestellungen wie „kann der Brückenbeton den Belastungen standhalten“? „Wie verhält sich Material, das stark verbogen oder verformt wird?“ Um Antworten auf solche Fragen zu finden, müssen Konstrukteure die Eigenschaften der Materialen umfassend verstehen.

Werkstoffkunde im Studium

Die Werkstoffkunde ist daher zentraler Bestandteil aller ingenieurwissenschaftichen Studienfächer. Bei Studierenden ist das Fach meist wenig beliebt: „zuviel Chemie“, „zu viel Physik“ oder „zuviel Auswendiglernerei“ lauten die Begründungen. Dabei sind geeignete Werkstoffe eine wichtige Voraussetzung für die Verwirklichung vieler Erfindungen und Konstruktionen. Um für Konstruktionen geeignet zu sein, müssen Werkstoffe, ganz gleich ob Keramiken oder Metalle, bestimmten mechanischen Anforderungen entsprechen. „Studierende müssen die Eigenschaften eines Werkstoffs mechanisch verstehen, um ihn in Anwendungen ‚maßgeschneidert‘ einsetzen zu können“, erläutert Dr. Brigitte Mayer, Dozentin für Chemie am MINT-Kolleg. Denn ohne fundierte naturwissenschaftliche Grundlagenkenntnisse ließen sich Werkstoffeigenschaften kaum nachvollziehen. Tatsächlich vereint die Werkstoffkunde unterschiedliche Disziplinen wie die Chemie und die Physik – und fordert daher fächerübergreifendes, vernetzendes Denken.

Nahezu alle MINT-Studierenden begegnen der Werkstoffkunde bereits innerhalb der ersten drei Semester. Häufige Schwierigkeiten bestünden darin, die Grundlagen der Werkstofftechnik zu verstehen und zu verinnerlichen, insbesondere dann, wenn Fächer wie Physik oder Chemie in der Oberstufe abgewählt wurden, so Mayer. Hier setzt das MINT-Kolleg an: Mit vorbereitenden Kursen in Chemie und Physik sowie studienbegleitenden Kursen in Werkstoffkunde.

Exkurs: Geschichte der Werkstoffkunde

Die Geschichte der Werkstoffkunde reicht weit zurück: Die Erfindung der Luftschraube, der Vorreiter des Hubschraubers, geht auf Leonard da Vinci zurück. Da Vinci fehlten jedoch im 15. Jahrhundert sowohl geeignete Werkstoffe als auch ein ausreichend starker Motor, der die Luftschraube hätte antreiben können.  Folglich machten die Entwicklung leichter und zugleich stabiler Struktur- und Funktionswerkstoffe erst den Siegeszug des Hubschraubers möglich, darunter das Leichtmetall Aluminium, das die Luft- und Raumfahrt revolutioniert hat. Flugzeug-Hersteller, aber auch  Automobilkonstrukteure nutzen das Leichtmetall aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit und seiner hohen Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht.

Anregung für den Unterricht: den Werkstoff Aluminium verstehen

Die MINT-Kolleg-Dozierenden Dr. Brigitte Mayer und Dr. Michael Marz haben Materialien entwickelt, mit denen Schülerinnen und Schüler lernen können, die Eigenschaften von Werkstoffen wie Aluminium zu berechnen und einzuschätzen. Das Lehrmaterial verdeutlicht damit die Bandbreite an Fragestellungen, mit denen sich die Werkstoffkunde auseinandersetzt. Lehrkräfte können das Material als Anregung für den Unterricht einsetzen, etwa im fächerübergreifenden NWT-Unterricht.

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