Das beste Tauchboot kommt aus Neuburg

Schon im Schuljahr 2019/20 beschlossen die beiden Freunde Maurizio Christl (10c) und Philipp Weiß (Q11), sich für den Wettbewerb „exciting physics“, der jedes Jahr im Rahmen des Wissenschaftsfestivals „Highlights der Physik“ für Schülerinnen und Schüler ab der 5. Klasse ausgelobt wird, anzumelden. Aus sechs verschiedenen zur Auswahl stehenden praktischen Aufgaben wählten sie das Projekt „Tauchboot“ aus.

Die Aufgabenstellung

„Ziel der Aufgabe ist es, ein Tauchboot zu bauen, das ohne Fernsteuerung auf den Grund eines ca. 40 cm tiefen Bassins (z. B. Aquarium) taucht, und dort für einen bestimmten Zeitraum verweilt. Nach diesem Zeitraum soll das Tauchboot selbstständig wieder auftauchen. Die Zeitmessung beginnt, wenn das Tauchboot nach dem Abtauchen
den Boden berührt. Nach frühestens 1 Minute und spätestens nach Ablauf von 3 Minuten muss das Tauchboot wieder bis zur Wasseroberfläche aufgetaucht sein. Dabei sind folgende Regeln einzuhalten:

• Es dürfen weder Fernsteuerungen noch ähnliche Komponenten aus der Modellbautechnik eingesetzt werden.
• Das Tauchboot darf höchstens 30cm x 10cm x 10cm (Länge x Breite x Höhe) groß sein.
• Es dürfen weder pyrotechnische noch sonstige explosive Vorrichtungen verwendet werden.
• Das Tauchboot soll möglichst phantasievoll gestaltet sein.

Bewertungskriterien sind:

• Einhaltung des vorgegebenen Zeitrahmens für den Tauchvorgang.
• Originalität und technische Raffinesse des (möglichst ungewöhnlichen) Tauchmechanismus.“

(Quelle: https://www.exciting-physics.de/media/files/aufgaben_ep2022-03.pdf)

Die Umsetzung

Die Schüler bauten den Grundkörper ihres Tauchboots aus einem Acrylglasrohr und einer PET-Flasche und schlossen diesen wasserdicht mit zwei verschraubten Kunststoffplatten mit Gummidichtung ab. Im Inneren des Bootskörpers befindet sich eine reversible Brennstoffzelle. Wenn das Boot untergetaucht ist, wird dies durch einen Tauchsensor (Widerstandsmessung) festgestellt und dadurch die Elektrolyse von Wasser in der Brennstoffzelle in Gang gesetzt. Die Gase H₂ und O₂, die dabei entstehen, werden in zwei getrennte Ballaststofftanks geleitet. Da die Gase eine deutlich geringere Dichte als das Wasser besitzen, sinkt damit auch die Gesamtdichte des Tauchboots und es steigt nach oben. Gesteuert wird die Brennstoffzelle über Arduino Nano und einem eigens dafür entwickelten Programm. Die verschiedenen Phasen des Tauchvorgangs werden durch 10 LED (Ansteuerung durch Mosfets) angezeigt. Alle elektronischen Bauteile sind durch eine selbst gelötete Platine verbunden. Die Stromversorgung erfolgt über zwei getrennte Akkus (7,2 V à Arduino, Mosfets, LED; 2,4 V à Brennstoffzelle). Alle Bauteile sind auf einer gemeinsamen Plattform aufgebracht, die dem Tauchboot entnommen werden kann.

Außenansicht des Tauchboots	Innenleben des Tauchboots

Der Wettbewerb

Die „Highlights der Physik“ und damit auch der Wettbewerb „exciting physics“ wurden im September 2020 wegen der Corona-Pandemie abgesagt und auf September 2021 verschoben. So ging es mit einem Jahr Verspätung zu Beginn dieses Schuljahrs endlich zum lang herbei gesehnten Wettbewerb nach Würzburg. Nach der ordnungsgemäßen Anmeldung bereiteten Maurizio und Philipp ihr Boot für den Tauchgang in den Räumlichkeiten der Würzburger Universität vor.

Einer fachkundigen Jury erläuterten sie die Funktionsweise ihres Tauchboots und die praktische Umsetzung ihrer Ideen und Entwicklungen. Dann kam der entscheidende Moment – das Tauchboot musste bei der Vorführung alle vorgegebenen Bedingungen erfüllen.

Das Boot absolvierte seinen Tauchgang mit Bravour und alle Zuschauer sowie die Jury waren begeistert von Maurizios und Philipps Konzept. Ihre innovativen Ideen und die handwerklich geschickte Umsetzung wurden mit dem 1. Platz in der Kategorie „Tauchboot“ belohnt.

Der Tauchgang im Video

Aufgrund von Persönlichkeitsrechten kann leider nicht das Video vom Wettbewerb gezeigt werden. Stattdessen hier das Video, das Maurizio und Philipp 2020 erstellt hatten, als der Wettbewerb wegen Corona ausfallen musste:

Reaktion der Schule

Zurück an der Schule wurden die beiden Preisträger von Herrn Seyberth ausführlich über den Wettbewerb befragt. Er gratulierte den beiden Schülern zu ihrem großartigen Erfolg im Namen der gesamten Schulfamilie.

Übrigens, das Tauchboot und die Urkunden können noch bis zum Ende des Schuljahres in der Glasvitrine neben dem Sekretariat bewundert werden.

Ausblick

Der nächste exciting physics - Wettbewerb findet im September 2022 in Regensburg statt. Anmeldeschluss ist der 31. Juli. 2022. Na? Lust mitzumachen? Alle Infos gibt es hier.

Text, Fotos: S. Hammer, Ch. Eschner, M. Christl, Ph. Weiß