Am Mittwoch, den 21. Februar 2018 besuchte der 4 stündige Physikkurs der 11. Klasse des Kepler-Gymnasiums Freudenstadt unter der Leitung von Albrecht Ortmann die Firma EMAG eldec in Dornstetten.Zunächst wurden die Schüler in der Firma von der Personalleiterin Mirja Brett-Perica, dem Leiter der Ausbildung Torsten Iffland, und dem Elektroingenieur Dr. Dirk Schlesselmann empfangen. Zum Einstieg wurde den Schülern durch Herrn Dr. Schlesselmann ein theoretischer Vortrag über die Aufgabenbereiche der Firma aber auch über die physikalischen Grundlagen geboten. Die Firma eldec deckt durch ihre Maschinen, die allesamt mit Induktion arbeiten, mehrere Anwendungsbereiche ab. Der wichtigste und hauptsächliche Bereich ist das Härten, also das starke Erhitzen und schnelle Abkühlen von Werkstoffen. Dadurch werden die Oberflächen widerständiger und somit die Fertigungsteile langlebiger gemacht. Des Weiteren kann man durch Induktion sehr einfach Bauteile durch zielgerichtete lokale Erwärmung miteinander verlöten. Dies wird z.B. beim Bau von Windradgeneratoren genutzt, die aus sehr vielen Einzelzeilen bestehen, die elektrisch so miteinander verbunden werden müssen, dass sie gleichzeitig den starken Kräften, die die Rotoren auf sie ausüben, stand halten.
Die Exkursion schloss die Unterrichtseinheit Induktion ab. So waren die Schüler inhaltlich gut vorbereitet. Viele Inhalte des Einführunsgvortrags von Dr. Schlesselmann waren aus dem Unterricht bekannt und vertraut, jedoch wurden den Schülern auch neue Inhalte näher gebracht. Dazu gehörte unter anderem der sogenannte Skineffekt, der von den Maschinen von eldec raffiniert ausgenutzt wird. Dieser erklärt, dass mit höherer Frequenz eines Wechselstromes, der durch einen Leiter fließt, sich dieser immer mehr ringförmig außen im Leiter verteilt, also quasi wie eine Haut („Skin“) nur auf die äußerste Schicht eines elektrischen Leiters beschränkt. Diesen Skineffekt macht man sich bei eldec bei den Induktionsprozessen so zu Nutze, dass Fertigungsteile wie Zahnräder nur am Rand, an ihrer Oberfläche, gehärtet werden, also genau dort, wo man eine höhere mechanische Belastbarkeit anstrebt.
Nach dem lehrreichen und interessanten Vortrag wurden die Schüler dann von Herrn Dr. Schlesselmann und seinen Kollegen Dr. Christian Krause durch die Fertigungshalle und die Werkstätten geführt. Dabei sind den Schülern an den Maschinen die zuvor erklärten Prozesse veranschaulicht worden. So haben sie unter Anderem sehen können, wie das Ausbreiten der Hitze in einem Werkstück mithilfe von Infrarotkameras analysiert wird, um die Härtungsprozesse zu optimieren. Das Highlight des Tages kam dann am Ende der Führung. Der Physikkkurs durfte eine fast fertige Maschine bei ihrer Arbeit, der Härtung der Achse eines Motors eines Elektroautos, beobachten. In einem weiteren Demonstrationsexperiment wurde Aluminium binnen kurzer Zeit mit einem Induktor zum Schmelzen gebracht. Durch den induzierten Wirbelstrom streckte sich der flüssige Aluminiumtropfen plötzlich wie von Geisterhand der Schwerkraft entgegen nach oben in Richtung Hallendecke. Eindrucksvoller kann man die aus dem Physikunterricht bekannte Lenzsche Regel, „der induzierte Strom wirkt immer seiner Ursache entgegen“, kaum erleben.
Am Ende des Tages waren die Schüler des Kepler Gymnasiums sehr beeindruckt von den Maschinen und den Prozessen bei eldec. Regelrecht begeistert hat sie, dass die nicht immer leicht zu verstehende Physik in der Praxis die existenzielle Grundlage von innovativen Unternehmen in ihrer unmittelbaren Umgebung ist, wie ihnen am Beispiel eldec induction an einem einzigen Vormittag nachhaltig vergegenwärtigt wurde.
(Autoren: Benjamin Funk und Ruben Hoch, Klasse 11, überarbeitet von Albrecht Ortmann)