Unter der Federführung unseres MINT-Beauftragten Thorge Singer, Lehrkraft für Metalltechnik und Mathematik entstand für extracurriculare Themen hieraus die MINT-AG. Diese steht seit September 2019 allen interessierten Schülerinnen und Schülern offen, um an mathematischen, informatisch geprägten, naturwissenschaftlichen und technischen Projekten zu arbeiten, welche über das Unterrichtspensum hinaus gehen.

Hierbei engagierten sich vor allem der Abiturjahrgang 2021 und der Abschlussjahrgang 2021 der dualen Ausbildung zum Konstruktionsmechaniker stark in der AG.

Die Schüler beschäftigten sich in der AG zuerst mit der CAD-Technologie, dem Verfahren, dreidimensionale Objekte digital zu erstellen. Als Einstiegsübung konnte jeder Schüler einen Schlüsselanhänger nach seinen Vorstellungen am PC designen.

Hierfür halten die BBS-Peine stets leistungsfähige Rechner und Lizenzen der Software Autodesk Inventor bereit, einer CAD-Software, die auch in Industrie und Forschung eingesetzt wird. Da Herr Singer drei Jahre seiner beruflichen Laufbahn als Konstrukteur für den Sondermaschinenbau in der Industrie tätig war, konnte hier vom Profi gelernt werden. Das Produkt dieses Schaffens war jedoch leider nur eine digitale Datei, in der alle relevanten 3D-Daten des Schlüsselanhängers gespeichert sind.

Der konventionelle Weg der Herstellung über CNC-Maschinen wurde beleuchtet. Um Die Schlüsselanhänger in Aluminium fertigen zu können, wurde die Herstellung einer CNC-Fräse in der MINT-AG auf die TODO-Liste gesetzt.

Um jedoch zu schnellen Ergebnissen zu kommen wurde ein direkt verfügbares Verfahren gewählt, welches momentan auch in der Industrie in Bereichen wie Rapid-Prototyping oder bei der Gewichtsreduktion in der Flugzeugindustrie zum Tragen kommt.

Herr Makowka und Herr Singer stellten der MINT-AG ihre 3D-Drucker zur Verfügung, sodass die Schüler ihre 3D-Daten in vom Drucker lesbaren Code umwandeln konnten. Der Drucker wurde von den Schülern eingerichtet und die Schlüsselanhänger konnten somit direkt in PLA, einem Milchsäureplastik, gedruckt und von den Schülern in Empfang genommen werden. Hierbei wurden Vorteile und Herausforderungen der Additiven Fertigung kritisch betrachtet.

Im Folgeprojekt wollten die Schüler ein bereits auf Thingyverse (KLICK!) veröffentlichtes Open-Source-Projekt nachbauen und

optimieren. Die Wahl fiel auf einen 4-Achs-Industrieroboter in Spielzeuggröße, dem EEZYbotARM Mk1 (KLICK!). Hierzu wurden die 3D-Daten des Projekts von den Schülern heruntergeladen und für die 3D-Drucker konvertiert. Die Drucker liefen dann ununterbrochen, um jeweils ein Set für jeden der acht Schüler auszudrucken. Gleichzeitig wurde eine Materialliste erstellt, um notwendige Antriebe, Elektronik und Schrauben zu beschaffen.

Als alle Bauteile zur Verfügung standen wurden die Roboterarme montiert und eingestellt. Hierbei mussten verschiedene Hürden genommen werden. Immerhin handelte es sich hierbei nicht um einen erprobten Bausatz, sondern um einen Prototypen aus dem Internet. Somit mussten gewisse Nacharbeiten an den Druckteilen vorgenommen werden und das Spiel in den verschiedenen Achsen aber auch die korrekte Ausrichtung der verwendeten Servos eingestellt werden.

Als das mechanische Modell stand ging es an dessen Programmierung. Hierbei wurde zunächst alles mit dem Entwicklerboard Arduino Uno verkabelt. Anschließend mussten sich die Schüler mit der Programmierumgebung auseinandersetzen, bis erste Programme erstellt wurden, die einzelne Servos des Roboters hin- und her-fahren lassen konnten. Im Anschluss daran wurden mehrere Ansätze von den Schülern verfolgt, um den Roboter zu steuern. Einige verwendeten Potentiometer, einstellbare Widerstände, die vom Arduino ständig ausgelesen wurden, um die Servoposition anzupassen. Somit konnte man hiermit jeden Servo einzeln über einen Drehregler ansteuern. Andere recherchierten, wie man Raumkoordinaten in der Umgebung des Roboters in Einstellwinkel für die einzelnen Gelenke des Roboters umrechnen könne. Und wieder andere integrierten eine direkte Ansteuerung über einen Nunchuck von der Nintendo Wii.

Leider musste diese Phase des Projektes aufgrund der Coronapandemie in den Fernunterricht ausgelagert werden. Umso erfreulicher ist es, dass der Abschlussjahrgang das Projekt noch vor ihren Abiturprüfungen mit einem funktionsfähigen Modell des Roboterarms abschließen konnte.

Wir hoffen, dass die MINT-AG im kommenden Schuljahr 2021/22 ihre Türen für eine neue Gruppe interessierter Schülerinnen und Schüler öffnen können wird.

Als sich die MINT-AG für ein Projekt entschied, in welchem 3D-Druck und die Ansteuerung beweglicher Komponente mittels des Entwicklerboards Arduino verwirklicht werden sollten, plante die AG eine Exkursion nach Wolfsburg. In der Autostadt bietet Volkswagen interessierten Schülerinnen und Schülern verschiedene Workshops an (KLICK!).
Passend zum Projekt sollte während der Exkursion der Workshop „Robot Smartcar“ besucht werden (KLICK!).
Nach einem frühen Treffen der Teilnehmer der Exkursion am morgen des 20.12.2019 am Bahnhof Peine ging es mit dem Zug nach Wolfsburg und dort angekommen zu Fuß zur Autostadt.

Der Workshop war im Zeithaus der Autostadt untergebracht. Aufgrund der engen Termine ging es zuerst hierhin, um dann auch direkt von den beiden freundlichen und kompetenten LeiterInnen des Workshops in Empfang genommen zu werden.

Und dann ging es auch gleich los. Das Robot Smartcar wurde als Bausatz verteilt und jeder Schüler bekam einen Werkbankplatz, an dem alle erforderlichen Werkzeuge und Materialien zur Verfügung standen. Anhand einer Anleitung wurden die einzelnen Komponenten montiert, verschraubt und verlötet. Da die Teilnehmer der MINT-AG alle schon Erfahrungen im Löten und in der Materialbearbeitung im Praxisunterricht Technik an den BBS-Peine gesammelt hatten, konnte hier zügig gearbeitet werden, so dass noch genug Zeit blieb, um zu fachsimpeln und um Tipps und Tricks auszutauschen.

Die fertigen Fahrzeuge wurden dann mit dem erforderlichen Programm versehen und über Bluetooth mit den Smartphones der Schüler gekoppelt. Eine App (Arduinoblue) ermöglichte es dann, die einzelnen Motoren des Smartcars über das Smartphone anzusteuern. Abgerundet wurde der Workshop mit einem Quiz für die Schüler über die verwendeten Technologien und deren naturwissenschaftlichen Hintergründe.

Nach dem Workshop blieb noch genug Zeit, um die Autostadt zu erkunden. Besonders interessiert haben sich die Schüler hierbei für das Markenerlebnis Audi und den zu dieser Zeit aufgebauten Weihnachtsmarkt mit der Möglichkeit zum Schlittschuhfahren.
Nachmittags wurde gemeinsam der Zug in zurück nach Peine genommen. Während dieser Fahrt wurden schon heiß mögliche Optimierungsmöglichkeiten für das gebaute Smartcar diskutiert.