Physikpreisträger: Schüler erhält Physikpreis für eigenes Kugellager

Physikpreisträger : Schüler erhält Physikpreis für eigenes Kugellager

Moritz Pfeiffer hat die Reibung durch Magnete verringert. Die wichtigsten Bauteile hat er mit seinem 3D-Drucker produziert.

Vom Schulprojekt zum Dr.-Hans-Riegel-Fachpreis: Moritz Pfeiffer aus Titz hat mit seinem innovativen Projekt den zweiten Platz im Bereich Physik belegt. Seine Idee? Ein reibungsfreies Kugellager mit Magneten. „Als ich zwei Magnete in meiner Hand hielt, kam ich darauf, dass durch die abstoßenden Kräfte keine Reibung entsteht“, erzählt Pfeiffer, der in diesem Schuljahr sein Abi­tur am Gymnasium Haus Overbach macht.

Physik fasziniert den Schüler auch außerhalb des Unterrichts und so war es für ihn keine Frage, seine Facharbeit in diesem Bereich zu schreiben. „Primär treibt mich der Ehrgeiz an, einen Prozess zu verbessern oder einen Gegenstand im Alltag zu optimieren“, erklärt der 17-Jährige.

Kugellager lassen sich normaler­weise in nahezu allen Gegenständen finden, die sich bewegen können, wie etwa Autos, Inlineskates oder Maschinen in Fabriken. Herkömmliche Kugellager bestehen aus einem Außenring, vielen Kugeln in einem Käfig und einem Innenring. Dreht man den Außenring, rollen die Kugeln in der Mitte mit, während der Innenring still stehen bleibt. Bei Pfeiffers Kugellager hingegen werden die Kugeln teilweise durch Magnete ersetzt, die die Reibung verringern können. Das hat einen großen Vorteil, wie der Nachwuchsphysiker ausführt: „Wenn man die ansonsten baugleichen Lager auf dieselbe Drehzahl bringt, dann kann sich mein Magnetlager länger drehen.“

Alltagsgegenstände mit 3D-Drucker verbessern

Eine andere Besonderheit des Projektes ist, dass Pfeiffer die wichtigsten Teile für sein Kugellager mit seinem eigenen 3D-Drucker gedruckt hat. „Man kann sich das ein bisschen vorstellen wie dreidimensionales Malen“, erklärt der Titzer. „Das ist halt einfach mein Hobby.“ Den 3D-Drucker besitzt er schon seit mehreren Jahren. Seitdem denkt sich der Schüler immer wieder kleine Verbesserungen von Gegenständen in seinem Alltag aus, die er mit der dreidimensionalen Drucktechnik anfertigen kann.

„Das Kugellager zu entwerfen war ein laufender Optimierungsprozess. Ich baue ein Teil, bewerte es und baue es dann nochmal besser.“ Etwa zehn Wochen hat er gebraucht, bis er seine finalen Kugellager entworfen hatte, um Vergleichsmessungen durchführen zu können.

Besondere Unterstützung im methodischen Teil erhielt der Schüler von seinem Physiklehrer Lukas Krings. Das Experimentieren, Ausprobieren und Konstruieren macht Pfeiffer Spaß und lässt ihn von der Zukunft träumen. „Es ist natürlich schwierig, als Schüler etwas Innovatives und Neues zu machen, was es noch nicht gibt.“ So stieß er bei seinen Recherchen für das Projekt etwa auf Forschungen aus den 1960er-Jahren zu einem ähnlichen Thema, die seine Überlegungen stützen.

Vor allem in Turbomolekularpumpen, also Pumpen, mit denen man ein Vakuum erzeugen kann, könnte sich die Magnettechnik der Kugellager anwenden lassen, so der angehende Abiturient. Vergangenen Mittwoch wurde er nun für seine Idee von der Dr.-Hans-Riegel-Stiftung und der Universität zu Köln geehrt. Die Preisverleihung fand digital statt. Von den 400 Euro Preisgeld will sich Pfeiffer ein Teleskop kaufen, um sich so einem neuen Bereich der Physik widmen zu können: der Astrophysik.