Project Description

Experiment Eisschalen

Pha­se 1: Tücher vor­be­rei­ten, wäs­sern und auf­hän­gen

Pha­se 2: durch­här­ten las­sen, umdre­hen, spie­len.…

Eis­scha­len foto­gen

Experimentreihe Eisschalen

Das Kli­ma und die natür­li­chen Roh­stoff­vor­kom­men eines Ortes ste­hen seit jeher in direk­tem Zusam­men­hang mit dem Bau­en von Behau­sun­gen und Kon­struk­tio­nen. Sie haben Ein­fluss auf Mate­ri­al­wahl, Kon­struk­ti­on, Sta­tik, Form, Gestalt, Bau­pro­zess, Halt­bar­keit und Funk­ti­on und sind somit wesent­lich betei­ligt am Bau­pro­zess und am Ergeb­nis. Die Mög­lich­kei­ten und Erkennt­nis­se, die sich dar­aus im Win­ter erge­ben kön­nen, wer­den in der Expe­ri­ment­rei­he „Eis­scha­len“ getes­tet. Sie ver­mit­telt spie­le­risch kon­struk­ti­ve und archi­tek­to­ni­sche Prin­zi­pi­en und lässt ganz neben­bei die kal­ten Außen­tem­pe­ra­tu­ren im Spiel ver­ges­sen. Was­ser ist ein zunächst uner­war­te­tes Bau­ma­te­ri­al und dadurch beson­ders reiz­voll. Durch die Ver­än­de­rung der Aggre­gat­zu­stän­de kön­nen viel­fäl­ti­ge phy­si­ka­li­sche Beob­ach­tun­gen gemacht wer­den, die direk­te Aus­wir­kun­gen auf den aktu­el­len Bau­zu­stand haben. Beim Bau selbst spie­len vie­le Fak­to­ren eine Rol­le: man muss sich hand­werk­lich auf das Mate­ri­al Was­ser ein­stel­len, Erfah­run­gen in der Grup­pen­ar­beit ein­setz­ten und sich mit dem Bau­pro­zess aus­ein­an­der­set­zen. Durch die kal­ten Außen­tem­pe­ra­tu­ren ent­steht schnell der Wunsch nach einem schnel­le­ren, opti­mier­ten Bau­ab­lauf.

Scha­len­kon­struk­tio­nen aus Hän­ge­for­men
Hän­ge­for­men ent­ste­hen allein durch Schwer­kraft und die Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten. Ihre Form ent­spricht dem natür­li­chen Kräf­te­ver­lauf und bil­det somit eine opti­mier­te sta­ti­sche Form, die sehr sta­bil ist und umge­dreht dann zur „Scha­len­kon­struk­ti­on“ wird. Die Mate­ri­al­stär­ke ist extrem dünn im Ver­hält­nis zur Spann­wei­te, was die­se Kon­struk­tio­nen so leicht und fas­zi­nie­rend macht.

In die­sem Expe­ri­ment wer­den die sich ergän­zen­den Eigen­schaf­ten der Mate­ria­li­en Was­ser und Stoff genutzt. Der Stoff dient als Trä­ger­ma­te­ri­al, das gefrie­ren­de Was­ser fixiert die Scha­len­kon­struk­ti­on. In der Rea­li­tät ent­spricht die­ses kon­struk­ti­ve Prin­zip dem bewehr­ten Stahl­be­ton- der Beton bil­det die Mas­se (= Trä­ger­ma­te­ri­al), die Stahl­m­at­ten und -stä­be sta­bi­li­sie­ren und fixie­ren den gegos­se­nen Beton. Die­se Kon­struk­tio­nen wer­den in der Rea­li­tät für Dach­scha­len genutzt, die stüt­zen­frei gro­ße Räu­me über­span­nen sol­len – z.B. Markt­hal­len, Flug­zeug­han­gars oder Tri­bü­nen­über­da­chun­gen.

Durch­füh­rung
Für das Expe­ri­ment benö­tigt man saug­fä­hi­ge Tücher in ver­schie­de­nen Grö­ßen (Stoff­win­deln, Küchen­hand­tü­cher, Stoff­res­te, Bett­la­ken), außer­dem eine Unter­kon­struk­ti­on zum Auf­hän­gen der Tücher (Holz­leis­ten oder Stö­cke, dazu Schnü­re und Klam­mern o.ä.) und natür­lich Was­ser.

Zunächst wird die Unter­kon­struk­ti­on vor­be­rei­tet, um die Tücher dar­an zu befes­ti­gen. Nun kön­nen ver­schie­de­ne For­men und das Ver­hal­ten der Tücher aus­pro­biert wer­den. Anschlie­ßend wird die Form je nach Grö­ße in Was­ser ein­ge­taucht oder reich­lich begos­sen und direkt in die gewünsch­te Form gehängt – das Gefrie­ren kann je nach Tem­pe­ra­tur sehr schnell gehen. Wenn die Form hart und fest ist, kann sie von der Unter­kon­struk­ti­on gelöst und umge­dreht wer­den. Sie steht nun frei und ganz ohne Stüt­zen da. Ihre Gestalt ist das genaue Abbild der vor­han­de­nen Kraft­li­nie. Eine sol­che Kon­struk­ti­on wird „Scha­len­kon­struk­ti­on“ genannt. Die­ses Prin­zip kann nun auf unter­schied­li­che Unter­kon­struk­tio­nen, Hän­ge­for­men und Mate­ri­al­grö­ßen ange­wandt wer­den. Allein mit der Ver­än­de­rung der Schwer­kraft­li­nie las­sen sich die ver­rück­tes­ten Gebil­de for­men. Im Ergeb­nis ent­ste­hen immer Scha­len, die auf­grund ihrer Form sta­bil sind und für sich allei­ne ste­hen. Im Detail kann man aber auch vie­le Unter­schie­de erken­nen. Je dehn­ba­rer und saug­fä­hi­ger ein Mate­ri­al z.B. ist, des­to sanf­ter sind die Über­gän­ge an den Auf­hän­ge­punk­ten. An einer Stoff­win­del kann man durch die qua­dra­ti­sche Gewe­be­struk­tur sehr gut erken­nen, wie die Maschen sich ver­zie­hen und deh­nen. Das Bett­la­ken dage­gen kann die Deh­nungs­kräf­te nicht auf­neh­men und legt sich zum Eck­punkt hin in Fal­ten. Es ist dadurch kon­struk­tiv kei­ne rei­ne Scha­le mehr, son­dern ein „Falt­werk“. Wo das Mate­ri­al gesät­tigt war und kein Was­ser mehr auf­neh­men konn­te, bil­den sich am tiefs­ten Hän­ge­punkt Eis­trop­fen, die im umge­dreh­ten Zustand ihre geheim­nis­vol­len Spit­zen nach oben recken und jeden ver­wun­dern, der nicht weiß, wie die­se For­men ent­stan­den sind.

Im Expe­ri­ment über­rascht das schnel­le Ergeb­nis. Mit wenig Mate­ri­al­auf­wand wer­den unge­wöhn­li­che über­dach­te Räu­me erzeugt, die sofort zum Spie­len genutzt wer­den kön­nen. Vie­le Spiel­va­ri­an­ten las­sen sich dar­aus ent­wi­ckeln, wobei es natür­lich sehr auf die Tem­pe­ra­tur­ver­hält­nis­se ankommt. Ande­rer­seits kön­nen geschmol­ze­ne Kon­struk­tio­nen sofort wie­der erneu­ert oder vari­iert wer­den, was eigent­lich sogar noch einen erhöh­ten Reiz dar­stellt. Die For­men­viel­falt ist unend­lich und die Kom­bi­na­ti­on vie­ler Ele­men­te führt zu schnel­len Raum­ver­wand­lun­gen. Doch wie stark kön­nen die­se Kon­struk­tio­nen belas­tet wer­den? Wie sta­bil sind die Scha­len, kön­nen sie beklet­tert wer­den? Kann man Löcher, z.B. Ober­lich­ter oder Dach­ein­stie­ge hin­ein schnei­den? Auch die­se Erfah­run­gen gehö­ren zum Expe­ri­ment und kön­nen im Ver­lauf sehr gut mit Hin­ter­grund­wis­sen in Dis­kus­sio­nen ergänzt wer­den. Auch ein Pro­jekt­heft als Doku­men­ta­ti­ons­map­pe bie­tet sich an, denn in die­sem Expe­ri­ment kom­men neben Archi­tek­tur und Kon­struk­ti­on auch The­men aus Phy­sik, Che­mie und Bio­lo­gie hin­zu. Die Schwer­punk­te kön­nen dabei indi­vi­du­ell gesetzt wer­den.

Dau­er und Ver­än­de­rung der Scha­len­sta­bi­li­tät ste­hen in engem Zusam­men­hang mit den äuße­ren Ein­wir­kun­gen des Kli­mas- Wind, Son­nen­ein­strah­lung und die Raum­po­si­ti­on bestim­men den Ver­lauf des Schmelz­pro­zes­ses. Auch hier lässt sich wie­der beob­ach­ten und doku­men­tie­ren, ana­ly­sie­ren und sogar wet­ten. Knickt die Ecke oder gibt sie sanft nach? Was pas­siert, wenn die Son­ne von oben oder von der Sei­te kommt? Stürzt das Gebil­de abrupt ein oder sinkt es lang­sam sanft in sich zusam­men? Wie schnell geht das alles? Wel­che Scha­le gibt zuerst nach und war­um? Wer genau doku­men­tie­ren möch­te, misst Tem­pe­ra­tu­ren und ver­gleicht Zei­ten und Beob­ach­tun­gen mit­ein­an­der.

Veröffentlichung + Informationen

Buch­ver­öf­fent­li­chung im Ver­lag an der Ruhr
“Wie bau­en Tie­re? Wie bau­en Men­schen” erscheint im Ver­lag an der Ruhr, in einer Werk­rei­he im Pap­pord­ner mit her­aus­nehm­ba­ren und kopier­fä­hi­gen A4- Blät­tern. In 9 Kapi­teln wer­den 9 Tie­re, ihre Behau­sun­gen und ihre Ana­lo­gie zur Archi­tek­tur in mehr als 60 nach­bau­ba­ren Expe­ri­men­ten vor­ge­stellt.

zum Buch

Buch­ver­öf­fent­li­chung im Her­der Ver­lag

Krea­tiv Bau­en nach dem Vor­bild der Natur

Kin­der zei­gen gro­ßes Inter­es­se für den Auf­bau und die Beschaf­fen­heit von Tier­be­hau­sun­gen, Tier­kör­pern und Pflan­zen und ver­glei­chen sie mit den von Men­schen gebau­ten Din­gen, die sie ken­nen. Das Werk­statt­heft greift die Fas­zi­na­ti­on der Kin­der auf und eröff­net einen krea­ti­ven und expe­ri­men­tier­freu­di­gen Zugang zu den bei­den gro­ßen The­men­be­rei­chen Natur und Archi­tek­tur. 20 Bau-Aktio­nen für Kita- und Schul­kin­der, mit vie­len Fotos anschau­lich erklärt.
zum Buch

Ver­öf­fent­li­chung in kin­der­gar­ten heu­te
(Fach­zeit­schrift für Erzie­hung, Bil­dung und Betreu­ung von Kin­dern) Heft 11–12/2009

Eisarchitektur – Experimente mit Wasser, Eis und Schnee

Wenn es drau­ßen klir­rend kalt ist, wird Was­ser zu einem uner­war­te­ten Bau­ma­te­ri­al. Genau­es Beob­ach­ten und Expe­ri­men­tie­ren ist gefragt, damit sogar aus Eis ein Unter­schlupf auf Zeit ent­steht. v

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