Papierbrücke

Der unscheinbare Nebenfluss der Aller, die Ihme, wird auf ihrer gesamten Strecke vom Ihmenstein bis zu ihrer Mündung in die Leine von insgesamt 21 Brücken überquert. Zwei dieser 21 Brücken sind Eisenbahnbrücken.

Ziel der Aufgabe ist es, unter ausschließlicher Verwendung von Papier, Bindfaden und Klebstoff eine Brücke mit minimalem Eigengewicht zu bauen, die eine vorgegebene Distanz von 1 m zwischen zwei Tischen überbrückt und dabei einen gegebenen zylinderförmigen Körper mit Durchmesser d = 6 cm und der Masse m = 1.000g trägt, der in der Mitte der Brücke aufgelegt wird. Der Probekörper wird während des Finales von der Wettbewerbsleitung zur Verfügung gestellt.

Aufgabenstellung als PDF
Icon Papierbrücke Aufgabe

Anforderungen

Nach welche kriterien wird die aufgabe bewertet?
  • Es darf ausschließlich 80 g/m2 Papier verwendet werden
  • Der verwendete Bindfaden hat einen max. Durchmesser von 1 mm
  • Der zylinderförmige Probekörper wird bei der Endausscheidung von der Wettbewerbsleitung zur Verfügung gestellt, ebenso die Auflagefläche (Tisch, s. Zeichnung im pdf).
  • Die Brücke darf auf beiden Seiten nur auf maximal DIN A4 großen Flächen aufliegen, und nicht gegen Boden oder Seiten abgestützt werden.
  • Der Klebstoff darf nur zur Verbindung einzelner Bauteile und nicht als eigenes Konstruktionselement (z.B. Klebstoffverstrebungen o.ä.) verwendet werden.
  • Die Brücke muss auf der Fahrbahn in Breite und Höhe so viel Freiraum lassen, dass eine Modelleisenbahn im Maßstab H0 (1:87) der Länge nach auf Schienen über die Brücke fahren könnte (also Fahrbahnbreite >40mm und Durchfahrthöhe >65mm). Eine Zug inklusive Schienen wird von der Wettbewerbsleitung gestellt.

Bewertung

Nach diesen Kriterien wird deine Lösung bewertet
  • Die Brücke muss das Testgewicht tragen und die den Anforderungen an Durchfahrtshöhe und Fahrbahnbreite genügen.
  • Die Reihenfolge wird durch die Eigenmasse der Papierbrücke (möglichst gering) bestimmt.
  • Es können Sonderpreise für besonders originelle, kreative oder elegante Lösungen vergeben werden.

FAQs Papierbrücke

Wie in der Aufgabenstellung beschrieben, darf nur 80g/m2 Papier verwendet werden, das Papierformat spielt dabei keine Rolle, lediglich die Größe der Auflagefläche ist vorgeschrieben (s. Aufgabenstellung). Die Wahl des verwendeten Klebers ist prinzipiell eingeschränkt. Laut Aufgabenstellung dürfen nur z.B. UHU oder Pattex verwendet werden. Mit der Benennung der Kleber soll aber hier nur der Kleber-Typ bezeichnet werden. Sofern es einen ähnlichen Kleber eines anderen Herstellers gibt, so ist der dann natürlich auch erlaubt. Die Einschränkung auf den Kleber-Typ ist notwendig, damit ein entsprechender Kleber nicht quasi als Konstruktionselement zu einer zusätzlichen Stabilisierung der Papierbrücke „missbraucht“ wird.

Dürfen Klebstoff oder Tacker verwendet werden?

Klebstoff: ja, Tacker: nein. Klebstoff nur UHU oder Pattex (siehe auch weiter unten).

Darf Tesafilm benutzt werden oder Pappmaschee?

Nein. Erlaubt sind nur Papier, Bindfaden und Klebstoff (siehe Aufgabenbeschreibung)!

Dürfen wir auch Nylonschnur oder Glasfaserschnur verwenden?

Nein, es dürfen nur Bindfaden oder Zwirn aus Baumwolle verwendet werden; also Materialien, die auch zum Nähen von Kleidung verwendet werden.

Darf man als Klebstoff auch Buchbinderleim verwenden?

Ja, auch Buchbinderleim ist zulässig; wie in allen anderen Fällen auch, darf der Leim aber nicht als Konstruktionselement verwendet werden; d.h. es dürfen Teile der Papierbrücke z.B. nicht großflächig mit Leim eingestrichen werden, um die Stabilität zu erhöhen. Alle möglichen Kleber (so auch Buchbinderleim) dürfen ausschließlich zur Verbindung von Papierteilen verwendet werden.

Ist die Verwendung von Sekundenkleber z.B. zum Fixieren einzelner Fäden erlaubt? Der Sekundenkleber wird nicht flächig aufgetragen, um die Konstruktion zu verstärken.

Ja, die Verwendung von Sekundenkleber ist so erlaubt.

Die beiden Auflageflächen sind jeweils 29,7 cm x 21 cm (DIN A4) groß. Innerhalb dieser Flächen darf die Brücke aufliegen. Natürlich muss nicht die gesamte Auflagefläche benutzt werden!

Abbildung der Auflagefläche für die Papierbrücke

Ein Stück „Fahrbahn“ für das Gewicht reicht nicht aus. Die Fahrbahn muss mit konstanter Breite über die gesamte Brücke reichen (s. Aufgabenstellung).

Der Probekörper muss auf der „Fahrbahn“, und zwar in der Mitte der Brücke, aufgelegt werden.

Nein, die Brücke muss auf dem Tisch aufliegen. Kein Teil der Brücke darf sich gegen Boden oder Tischkante abstützen.

Die Brücke muss über eine Fahrbahn verfügen, die mit konstanter Breite über die gesamte Länge der Brücke reicht, so dass eine Modelleisenbahn (Maßstab H0) über die Brücke fahren kann (eine Modelleisenbahn wird von uns zur Verfügung gestellt). Das zylindrische Probe-Gewicht wird nur in der Mitte der Brücke aufgelegt. Das Probe-Gewicht ist schwerer als die Eisenbahn; trotzdem sollte man deshalb rechts und links – von der Mitte der Brücke aus gesehen – nicht nur lediglich zwei Papierstreifen als „Fahrbahn“ ankleben……d.h., die Brücke sollte nicht gleich zusammenkrachen, wenn man das Gewicht nur etwas weiter von der Mitte ablegt. Bedenkt auch, daß es nicht alleine auf das minimale Eigengewicht der Brücke ankommt, sondern vor allem auch auf die möglichst kreative Lösung und technische Realisierung der Brücke. Man kann also viele Punkte machen – und dabei u.U. sogar besser abschneiden als eine Gruppe mit einer leichteren Brücke – wenn man sich eine eher außergewöhnliche Konstruktion überlegt, die ebenso tragfähig ist.

D.h. gab es bereits eine solche Aufgabe und wenn ja, wie schwer waren dort in etwa die besten Brücken? Ziel der Aufgabe ist es, vor allem eine Brücke mit möglichst kleiner Eigenmasse zu konstruieren. Eine Brücke, die ein Gewicht von 1.000 Gramm trägt, kann durchaus ein Eigenmasse von nur 30 Gramm oder sogar etwas darunter haben. Welche Platzierung erreicht wird, hängt von der Entscheidung der vielköpfigen Jury ab, die neben dem Eigengewicht der Brücke auch die Konstruktionsmerkmale, also technische Raffinesse, und die Originalität der Bauweise bewertet. Es ist sehr wahrscheinlich, daß die leichteste Brücke auch den ersten Platz belegen wird, da eine so leichte Brücke gleichzeitig auch sehr clever konstruiert sein muss. Den zweiten und dritten Platz können aber durchaus Brücken erreichen, die z.B. 150 Gramm schwer sind, wenn sie dafür aber eine außergewöhnliche Konstruktíon haben. Die Entscheidung der Jury hängt hier sehr stark vom „Angebot“ ab.

Ein Auto im Maßstab H0 ist ca. 2,3cm breit. Reichen also 2,5 cm schon als Breite der Fahrbahn?
Alle Details finden sich in der Aufgabenstellung

Zur Aufgabenstellung

Zunächst mal soll die Papierbrücke ja ein möglichst kleines Eigengewicht haben, und sie muss der Belastung durch den Messingzylinder standhalten, der in der Mitte der Brücke aufgelegt wird. Diesem Test wird jede Papierbrücke unterzogen.

Weiterhin soll die Brücke so konstruiert sein, dass auch eine Modelleisenbahn (Maßstab H0) über die Brücke fahren könnte. Dieser Test wird sicher nicht bei jeder Brücke durchgeführt, weil wir es bei der Menge der zu erwartenden Brücken, die beim Finale gezeigt werden, voraussichtlich zeitlich gar nicht schaffen können, die Modelleisenbahn über jede Brücke fahren zu lassen. Prinzipiell muss die Brücke deshalb keine extra Rampen haben (für die Schienen), aber andererseits soll die Brücke ja auch sehr leicht sein; man wird also eh nicht so viel Material verarbeiten, dass da eine riesige Stufe wäre….

Es ist vorgesehen, dass wir ein ausreichend langes Schienenstück über die Brücke legen, das an beiden Seiten der Brücke ausreichend übersteht, so dass man die Schienen auf beiden Seiten der Brücke auch (außerhalb der DIN A4 großen Auflagefläche) unterstützen kann (dafür stellen wir entsprechende Holzklötze o.ä. zur Verfügung), und so die Eisenbahn aus eigenem Antrieb über die Brücke fahren kann, ohne dass die Brücke zusätzliche Rampen hat. Wie erwähnt, werden wir diesen Test nur bei denjenigen Brücken durchführen können, die die Juroren in die engere Wahl für einen der ersten Plätze gezogen haben. Diese Brücken müssen dann natürlich unter Beweis stellen, dass sie dieser Anforderung entsprechend der Aufgabenstellung auch entsprechen.

Die Größe „H0“ bezeichnet den Maßstab 1:87 im Modellbau; die Fahrbahn sollte so ausgelegt sein, daß eine Modelleisenbahn (z.B. Märklin, Roco, etc) die Brücke überqueren kann. Die Jury wird während der Begutachtung diejenigen Brücken auswählen, über die die Modell-Eisenbahn u.U. fahren soll.

Wir verwenden verschiedene Modelle mit unterschiedlichem Gewicht; die Modelleisenbahnen wiegen aber alle deutlich weniger, als die Masse 1kg, die zuvor zum Zwecke der Belastung auf die Papierbrücke gelegt wird.

im unbelasteten Zustand muss die Fahrbahn eben sein; die Fahrbahn darf sich natürlich unter Belastung durchbiegen; in der Aufgabenstellung ist nicht definiert, wie weit sich die Fahrbahn bei Belastung durchbiegen darf