Landessieger 2017

Arbeitswelt

Easily Detachable Connector

3. Platz beim Bundeswettbewerb in Erlangen

 

Jan Egly und

Jonas Baumann

Bürkert Werke GmbH und Co. KG Ingelfingen

 

Arbeitswelt BW

 Arbeitswelt Landeswettbewerb

Um einen CEE-Stecker zu lösen wird viel Kraft benötigt. Während man viel Kraft aufwendet um an dem Stecker zu ziehen, löst sich der Stecker ab einem Punkt ruckartig. Durch das plötzliche Lösen und die überschüssige Kraft entstehen am Boden nur geringe Gefahren. Sind in einer Industriehalle Stromschienen montiert, in Höhen um die 3,5 Meter, wird aus dem plötzlichen Lösen und der überschüssigen Kraft eine enorme Gefahr von der Leiter zu fallen und sich dabei schwerst zu verletzen.

Wie kann ein CEE-Drehstromstecker gefahrenlos gelöst werden?

 

 

 

 

 

Biologie

Antibiotikaresistenzen in Rohmilchbakterien - Die Gefahr aus dem Stall

3. Platz beim Bundeswettbewerb in Erlangen

Biologie BW

Biologie Landeswettbewerb

Julia Piazolo und Margaretha Feulner

Landesgymnasium für Hochbegabte, Schwäbisch Gmünd

 

Keime, gegen die kein Mittel hilft: Antibiotikaresistenzen gelten als eine der größten gesundheitlichen Bedrohungen unserer Zeit. Grund für diese soll unter anderem der falsche und übermäßige Gebrauch von Antibiotika in der Tierzucht sein. Doch ist eine Gefahr in unseren Ställen konkret nachweisbar? Dieser Frage gingen wir in unserem Projekt nach und wählten Rohmilch als Untersuchungsgrundlage für den Nachweis antibiotikaresistenter Keime in der Tierzucht aus. So verglichen wir Proben aus einem Großbetrieb und einem Biobauernhof. Mit Hilfe von Ausstrichen gelang es uns, eindeutig festzustellen, dass in der Milch des Großbetriebes mehr resistente Bakterienkulturen vorlagen als in der Biomilch. Dies bestätigte unsere These, dass der Einsatz von Antibiotika wirklich zu einer vermehrten Resistenzentwicklung führt und zeigt, dass strengere Richtlinien zur Antibiotikagabe (z.B. bei Biobauernhöfen) wirkungsvoll sind. Außerdem konnten wir zeigen, dass einige Bakterien (aus der Großbetriebsmilch) Multiresistenzen aufwiesen. Durch ein 16SrRNA-Fragment gelang es uns, sie genau zu identifizieren. Zusätzlich wiesen wir ein System nach, welches den Bakterien einen effektiven Austausch von Resistenzgenen ermöglicht.
Auf diese Weise bestätigten wir unsere These: Es besteht eine konkrete Gefahr aus dem Stall.

 

 

Chemie

Fehling-Probe - Neuinterpretation notwendig?

1. Platz beim Bundeswettbewerb in Erlangen

Einladung zum 29th European union contest for Young Scientists in Tallinn, Estland

Europa-Preis für Teilnehmer am European union contest for Young Scientists in Tallinn, Estland

Chemie BWChemie LandeswettbewerbJohannes Waller

Mörike-Gymnasium, Ludwigsburg

 

Philipp Kessler

Friedrich-Schiller-Gymnasium

 

Die Fehling-Probe ist ein 1848 von Hermann Fehling entwickelter Nachweis auf reduzierende Zucker, wie zum Beispiel Glucose. Ursprünglich zur Diagnose von Diabetes, findet die Fehling-Probe heute nur noch in der Schule Anwendung, als Beispiel für eine pH abhängige Redox- Reaktion. Unser Projekt basiert auf dem Vergleich der beiden Zucker Glucose (Traubenzucker) und Fructose (Fruchtzucker) hinsichtlich ihrer Reaktion bei der Fehling-Probe. In den Lehrbüchern wird erklärt, dass die Fructose sich bei der Reaktion zunächst in Glucose umwandelt. Allerdings wird beobachtet, dass die Reaktion von Fructose schneller abläuft, als die der Glucose. Das ist ein logischer Widerspruch.
Ziel unserer Forschung ist es, die Fehling-Probe zu untersuchen und einen alternativen Reaktionsmechanismus zu formulieren. Dies geschieht hauptsächlich über den Vergleich ähnlicher Substanzen und die Erfassung der Reaktionsgeschwindigkeit. Hierfür haben wir ein eigenes Messinstrument konstruiert. Inzwischen sind wir in der Lage wichtige Abläufe der Fehling-Reaktion benennen zu können und die anfängliche Frage nach der erhöhten Reaktionsgeschwindigkeit der Fructose plausibel zu erklären zu können.

 

 

Geo- und Raumwissenschaften

Wandernde Steine 4 - Ein Vergleich des Racetrack Playa und der Laguna Altillo Chica

5. Platz beim Bundeswettbewerb in Erlangen

Preis für eine Arbeit auf dem Gebietder Geographie (1.000 €)

Geo/Raum BWGeo/Raum Landeswettbewerb Ronja Spanke

Hans-Thoma-Gymnasium Lörrach

 

Seit 2012 beschäftige ich mich mit dem Phänomen der wandernden Steine des Racetrack Playa im kalifornischen Death Valley. Man bezeichnet damit Schleifspuren im Boden, die von 320 kg schweren Steinen verursacht werden, die sich bis zu 880 m pro Monat bewegen. Das Phänomen ist nur in sehr unregelmäßigen zeitlichen Abständen zu beobachten. Manchmal dauert es Jahre, bis sich neue Schleifspuren bilden. Nach dem ich seit 2012 den Bewegungsmechanismus, warum die Steine wandern, heraus finden wollte und dies inzwischen sehr detailliert beschreiben kann, habe ich mich gefragt, ob es noch mehr Orte auf der Welt gibt, an dem sich Steine bewegen. Durch Literaturrecherchen bin ich auf die wandernden Steine der Laguna Altillo Chica in Spanien gestoßen. Diese habe ich 2016 besucht, um zu untersuchen, ob dort die gleichen Mechanismen für die Bewegung wie im Death Valley, Kalifornien gelten.
Hierbei habe ich mir folgende Leitfragen gestellt: Wie unterscheiden sich die Gegebenheiten beider Orte? Wie wird die Steinbewegung an der Laguna Altillo Chica erklärt? Sind die möglicherweise unterschiedlichen Erklärungen der Steinbewegungen beider Phänomene aufeinander übertragbar?
In dieser Arbeit konnte ich durch  Beobachtungen (Klima, Boden, Steingrößen), Messungen (Reibungskoeffizienten, Gefrierpunkte, Bewegungen im Windkanal) und theoretische Überlegungen (Bewegungen von Steinquadern) nachweisen, dass beide Bewegungsmechanismen an beiden Orten auftreten können.

 

 

Geo- und Raumwissenschaften

Stereoskopie eines Meteorstroms mit Echtzeit-Aufnahmen

Geo/Raum BWGeo/Raum LandeswettbewerbAntonio Schmusch

Philipp-Matthäus-Hahn-Schule, Balingen


Moritz Wolf

Progymnasium, Rosenfeld

 

Die Flugbahn von helleren Meteoren ist essenziell, um mögliche Einschlagsorte von interplanetarer Materie auf der Erde zu ermitteln.
In dieser Arbeit wird der Meteorstrom der Perseiden in der Nacht vom 12. auf 13. August 2016 mit Echtzeit-Aufnahmen dokumentiert und die Flugbahnen teilweise ausgemessen. Von zwei Standorten auf der Schwäbischen Alb mit 15 km Abstand wurde mit zwei sehr lichtempfindlichen Kameras derselbe Himmelsausschnitt gefilmt, um möglichst viele Meteore mit beiden Kameras nachzuweisen. Die benutzte Kombination von hoher Auflösung und extremer Empfindlichkeit ist bei Farbvideoaufnahmen erst seit etwa zwei Jahren möglich. So wurden ca. 300 Leuchterscheinungen gefunden.  
Durch rechnerische Triangulation wurden die Flugbahnen von neun ausgewählten Meteoren berechnet.  Diese erschienen in einer Höhe von maximal 135 km und waren bis 78 km über dem Erdboden noch nachzuweisen. Die Länge der Leuchterscheinung variierte zwischen 32 km und 72 km. Durch die Echtzeit-Aufnahmen konnte auch die Geschwindigkeit zwischen 38 km/s und 97 km/s bestimmt werden. Als mediale Neuheit wurde durch die entsprechende Wahl der Standorte eine stereoskopische 3D-Darstellung der Perseiden erstellt. Mit einer VR-Brille oder einem 3D-Monitor bekommt der Betrachter einen räumlichen Eindruck des Meteors sowie des dahinterliegenden Sternenhimmels.

 

Mathe/Informatik

Infrarotlaser-Computersteuerung

2. Platz beim Bundeswettbewerb in Erlangen

Preis für eine Arbeit, die in besonderer Weise den nutzen der Informatik verdeutlicht (1.500 €)

MatheInfo BWMatheInfo Landeswettbewerb Lukas Nullmeier

Salier-Gymnasium, Waiblingen

 

Die Infrarotlaser-Computersteuerung soll eine angenehme Steuerung eines Computers und dessen Bildschirms ermöglichen. Statt eines sichtbaren Lasers wird ein Infrarotlaser verwendet. Im sichtbaren Lichtspektrum lässt sich der Punkt eines Lasers, aufgrund der Hintergrundbeleuchtung des Bildschirms oder der Projektionsfläche, schon mit den Augen schwer erkennen, geschweige denn mit einer Kamera. Im infraroten Bereich hingegen ist ausschließlich der Laserpunkt von der Kamera erkennbar. Dieser Punkt wird von der Kamera aufgenommen, seine Position wird vom Computer errechnet. An die entsprechende Stelle wird dann der Mauszeiger des Computers bewegt. Auf diese Weise lässt sich der Mauszeiger auch aus größerer Entfernung noch bequem steuern. Es ermöglicht zudem den besseren Einsatz von Laserpointern bei Präsentationen, auch dann wenn ein herkömmlicher Laserpointer gar nicht sichtbar wäre, z.B. bei einem LCD. Diese Technologie eignet sich zudem auch für Videokonferenzen.

 

 

 

 

Physik

Galileis Leiteralptraum

Physik BW Physik LandeswettbewerbLennart Resch und Tim Kubetzko

Hans-Thoma-Gymnasium, Lörrach

 

 

Nimmt man einen auf einem Tisch liegenden Bleistift an einem Ende in die Höhe und lässt ihn zeitgleich mit einer Kugel aus der gleichen Höhe fallen, so ist zu beobachten, dass das obere Ende des Stiftes den Tisch vor der Kugel erreicht.
Nun nehme man viele Stifte, verbinde sie durch Schnüre zu einer „Galileischen Leiter“ mit schrägen Sprossen und lasse diese Anordnung auf einen Tisch fallen. Mit welcher Beschleunigung hat man hier zu rechnen? Welche Rolle spielt der Neigungswinkel der Sprossen?
Um diese Fragen zu beantworten, teilten wir den Fallvorgang eines geneigten Stabes zunächst in vier Zustände ein und berechneten die Geschwindigkeiten in jedem Zustand. Durch diese Betrachtungen konnten wir eine neue theoretische Beschreibung für die Geschwindigkeit einer „Galileischen Leiter“ herleiten. Anschließend wurden Versuche mit einem Stab und mit „Galileischen Leitern“ durchgeführt, wodurch die theoretischen Betrachtungen des Stabes und der Leitern überprüft werden konnten.
Zusätzlich untersuchten wir auch Strickleitern mit Platten als Sprossen, sowie „Rauten-Leitern“. Bei diesen Systemen tritt ebenfalls das Phänomen einer zusätzlichen Beschleunigung auf.

 

 

 

 

Technik

Intelligente Propellerenteisung für Multicopter

3. Platz beim Bundeswettbewerb in Erlangen

Stipendium für einen Studienplatz an einer Universität der Bundeswehr

Technik BWTechnik Landeswettbewerb Fabian Albrecht

Ferdinand-von-Steinbeis-Schule, Tuttlingen

 

Felix Haag

Gymnasium, Spaichingen

 

Schlechtes Wetter ist ein massives Problem in der Rettung und Versorgung von Menschen in Notsituationen, egal ob im Hochgebirge oder in Katastrophengebieten. Um die Helikopter-Besatzung bei schlechter Sicht oder schlechtem Wetter keiner Gefahr auszusetzen, dürfen Rettungshubschrauber bei diesen Bedingungen nicht mehr abheben.  

Hierfür wären Drohnen bestens geeignet. Doch auch diese müssen vor der Witterung geschützt werden. Die Herausforderung liegt jedoch nicht dabei die Drohne vor Feuchtigkeit zu schützen, sondern primär darin, die Rotorblätter vor der durch Kälte verursachten Vereisung zu schützen.

 

 

 

Interdisziplinäre Arbeit

Echtzeitregelung eines 5-Achs Bearbeitungszentrums

 

5. Platz beim Bundeswettbewerb in Erlangen

Preis für eine Arbeit zum Thema »Zukunftsorientierte Technologien« (1.500 €)

Technik BWInterdisziplinär Landeswettbewerb Marc Engelhardt

ulrich medical GmbH&Co. KG, Ulm


Jannik Münz

Kilian-von-Steiner-Schule, Laupheim


Lukas Bohnacker

Gymnasium, Blaubeuren

 

Unser Team hat bereits letztes Jahr am Jugend-Forscht Wettbewerb eine Vorschubsregelung für Fräsmaschinen vorgestellt. Dieses Jahr optimierten wir unser System und entwickelten eine Branchenlösung für die Bearbeitung mit 5-Achs-Bearbeitungszentren. Auch 5-Achs-Simultanbearbeitung, die Königsdisziplin der Zerspanung, wird jetzt unterstützt. Dadurch kann jetzt auch in diesem Bereich der Fräserverschleiß stark reduziert werden.
Es wurden folgende Neuerungen/Verbesserungen durchgeführt:
Die Simulation wurde neu in Python geschrieben, funktioniert jetzt vektorbasiert und unterstützt die 5-Achs-Bearbeitung.
Die komplette Sensorik wurde überarbeitet, die Elektronik wurde von uns selber neu entwickelt und funktioniert nun Akkubetrieben mit neuer extraschneller Bluetooth-Datenübertragung. Der komplette Messaufbau wurde geometrisch so überarbeitet, dass in der Maschine keine Bauhöhe mehr verschenkt wird. Der SMART-Sensor ist direkt im Schraubstock integriert. Die Regelung läuft nicht mehr auf einem externen Computer, sondern direkt im Herz der Maschine auf der PLC, sodass wir nur noch minimale Zeitverzögerungen haben (15-65ms).

 

 

 

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