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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