20 Jahre Technische Hochschule Ingolstadt

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Sparte Lehre
Wie vermittelt man Studenten praxisnahes Wissen? Prof. Dr. Andreas
Frey berichtet, wie er und Prof. Dr. Konrad Költzsch mit 20 Studenten
einen Stratosphärenballon konstruierten und steigen ließen.
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raxisnahe Lehre wird an der Technischen Hochschule Ingolstadt
groß geschrieben. Deshalb sind studentische Projekte aus den
Studiengängen der Fakultät Elektrotechnik und Informatik nicht mehr
wegzudenken. Das Besondere: Die Studierenden haben die Möglichkeit,
ein Praxisprojekt von der ersten Konzeption über die Umsetzung bis hin zum
Abschluss selbst durchzuführen. Zum einen sind ihre technischen Fähigkeiten
gefordert, zum anderen trainieren sie klassisches Projektmanagement:
Sie planen Meilensteine, teilen Teams ein und organisieren Arbeitspakete.
Jedes Projekt hat einen direkten Bezug zu den Studieninhalten der Studenten.
Es wird von Professoren begleitet und abschließend benotet.
Ein besonderes Projekt ist für uns das Projekt „Stratosphärenballon“,
weil es in Kooperation mit der Fakultät Maschinenbau angeboten wurde.
Wir betreuenden Professoren der beiden Fakultäten stellten den Studierenden
die Aufgabe, einen Ballon in die Stratosphäre aufsteigen zu lassen,
während des Auf- und Abstiegs Messdaten aufzunehmen und schließlich
auch Kamerabilder zu machen. Das Projektteam der Fakultät Maschinenbau
war für die Berechnung und den Bau des Ballons verantwortlich, während
das Projektteam der Fakultät Elektrotechnik und Informatik die Sonde mit
den Mess-Sensoren und die Kameras mit der Bildaufzeichnungen entwerfen
und bauen sollte.
Eine erste Analyse zeigte den Studierenden schnell, dass für die Sonde
hohe technische Ansprüche zu erfüllen waren. Die Sonde durfte wegen der
maximalen Tragkraft des Ballons nicht mehr als zwei Kilogramm wiegen.
Doch damit nicht genug. Die Sonde musste angemessen isoliert werden,
da beim Aufstieg auf 20 bis 30 Kilometer Höhe die Temperaturen auf bis zu
minus 60 Grad sinken. Die Akkus und die empfindliche Elektronik durften
also weder zu kalt noch zu heiß werden.
Die ursprüngliche Idee, eine durchgehende Videoaufzeichnung vom
Start bis zur Landung der Sonde zu machen, mussten die Studierenden
nach Berechnung der erforderlichen Speichergröße verwerfen. Um aber die
Reise des Ballons vom Start bis zur Landung trotzdem dokumentieren zu
können, beschlossen sie, Einzelbilder im Zwei-Sekunden-Takt zu machen.
Die Idee, ein 360°-Panoramabild zu erstellen, erwies sich dann während
der Umsetzung ebenfalls als aufwändiger, als ursprünglich angenommen.
Um den Horizont komplett abzudecken, mussten sie es schaffen, sechs
Kameras synchron auszulösen und die Bilder mit einem Zeitstempel zu versehen.
Nur so würden sie die einzelnen Bilder später zu einem Gesamtbild
zusammensetzen können.
Um die erforderlichen Komponenten für den Ballon zu beschaffen,
gingen die Studierenden auf Sponsorensuche und waren auch bald
erfolgreich. Nun konnte es richtig losgehen. Um ihre Konzepte und die
gemachten Annahmen zu überprüfen, führten die Studierenden während der
Entwicklung Tests mit Prototypen durch. Besonders wichtig waren die Tests
in der Klimakammer, bei denen die Innentemperatur der Sonde während
eines simulierten Aufstiegs geprüft werden konnte. Nachdem erste Tests mit
einer Prototypensonde erfolgreich verliefen, konnte die eigentliche Sonde
gebaut werden.
Als Ballon und Sonde fertiggestellt waren, musste die Konstruktion nur
noch losfliegen. An einem sonnigen Morgen kam das gesamte Team am Ettinger
Segelflugplatz zusammen. Begleitet wurden sie unter anderem auch
von lokalen Medienvertretern. So konnten die Studierenden Erfahrungen im
Umgang mit der Presse machen.
Der Ballonstart verlief reibungsfrei. Schon bald schwebte die Sonde in
luftiger Höhe und war kurze Zeit später mit bloßem Auge nicht mehr erkennbar.
Bis in 20 Kilometer Höhe schaffte es der Ballon allerdings nicht, wohl
wegen Löchern in der empfindlichen Außenhülle der selbst geschweißten
Ballonhülle, die vermutlich der starke Wind zum Start des Ballons verursachte.
Die aufgezeichneten Bilder zeigen damit einen Flug über Oberbayern
in maximal 1000 Metern Höhe.
Da die Sonde von einem Landwirt bei Kasing unversehrt geborgen wurde,
konnten die Studenten einen zweiten Start unternehmen. Diesmal ließen
sie einen handelsüblichen Stratosphärenballon steigen, der tatsächlich auf
über 20 Kilometer Höhe stieg und dort, wie geplant, platzte. Die Sonde,
die an einem Fallschirm befestigt war, landete wohlbehalten auf einem
Feld bei Abensberg. Die tiefste gemessene Temperatur lag bei -34°C, bei
einem Luftdruck von 50hPa. Bilder wurden diesmal nicht aufgezeichnet. Der
komplexe Aufbau und die Synchronisierung der Kamerabilder wurden hier
zum Verhängnis. Aber auch diese Erfahrung ist Teil des Projektes. Messdaten
jedoch lieferte die Sonde jede Menge. Ein dritter Start mit nochmals
modifizierter Software brachte schließlich die ersehnten Bilder aus der
Stratosphäre.
Das Projekt war für die Studierenden am Ende ein Erfolg. Sie konnten
interessante Aufgaben umsetzen und sammelten dabei wertvolle Erfahrungen
für ihren künftigen Beruf.
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