Technische Mechanik - Biegebalken

Im Rahmen des Forschungsprojektes “Interaktive Lehre in virtuellen MINT-Laboren | MINT-VR-Labs" wurde an der Berliner Hochschule für Technik (BHT) eine virtuelle Lernumgebung für Studierende im Bachelorstudiengang Theater- und Veranstaltungstechnik und -management entwickelt, um sie mittels Virtual Reality (VR) darin zu unterstützen, die Balkentheorie der Technischen Mechanik mit Schwerpunkt auf Querkraft- und Biegemomentverläufen zu erlernen. Dafür sollen die Lernenden ein Verständnis hinsichtlich des Einflusses von Kräften und mechanischen Belastungen in ihrem komplexen Zusammenspiel erlangen, indem mechanische Belastungen und deren Auswirkungen auf einen Träger visualisiert werden.

Die virtuelle Lernumgebung basiert auf einem Prototyp, der im Sommersemester 2021 im Forschungsprojekt „Im/material Theatre Spaces“ von den drei Studenten Robin Klein, Jonas Krapf und Samuel Vocke entwickelt wurde. Das Forschungsprojekt war eine Kooperation zwischen der Berliner Hochschule für Technik und dem Projekt digital.DTHG, in dem Studierende eigene VR-basierte Lernumgebungen programmiert haben.

Innerhalb der virtuellen Laborübung befinden sich die Lernenden in einer Messehalle, in deren Mitte ein Träger aus der Veranstaltungstechnik angebracht ist. Die virtuelle Lernumgebung ist in vier Level und einen Freeplay-Modus unterteilt. Besonders der Freeplay-Modus ermöglicht es Lernenden, eine qualitative Bewertung von Querkraft- und Biegemomentverläufen vorzunehmen und gerade diese qualitative Bewertung der Belastung von Trägern kann im späteren Berufsleben von Theater- und Veranstaltungstechniker:innen fester Bestandteil des täglichen Aufgabenbereiches sein.

Im ersten Level soll der Verlauf des Biegemomentes und der Querkraft eines mit Lampen und Scheinwerfern belasteten Trägers dahingehend vorhergesagt werden, ob dieser innerhalb eines Bereichs des Trägers positiv oder negativ ist. Hierfür sollen „Plus-Symbole“ oder „Minus-Symbole“ in einem blau markierten Bereich oberhalb des Trägers platziert werden.

Im zweiten Level sind die Biegemoment- und Querkraftverläufe vorgegeben und die Lernenden sollen die Belastung mit Equipment aus dem Veranstaltungsbereich wie Lautsprechern und Scheinwerfern so nachbauen, dass sie den vorgegebenen Verläufen entsprechen. Objekte sollen dafür an die Stellen des Trägers angebracht werden, an denen sich ein Sprung im Querkraftverlauf befindet.

Das dritte Level kennzeichnet sich dadurch, dass eine vorgegebene Belastung der beiden Auflager des Balkens erreicht werden soll. Dafür sollen die Lernenden die korrekte Art und Anzahl an technischem Equipment an einen Träger anbringen. Die vorgegebene Belastung wird durch graue Pfeile am Rand des Trägers visualisiert.

Aufbauend auf den vorherigen Leveln verfügt die virtuelle Lernumgebung auch über einen Freeplay-Modus. Dieser unterstützt Lernende dabei, eine qualitative Bewertung von Querkraft- und Biegemomentverläufen eines Trägers vorzunehmen. Hierfür können die Studierenden verschiedene Lasten an einen Träger befestigen und erhalten direkt eine Rückmeldung dazu, ob der Balken durch das angebrachte Equipment überbelastet ist oder nicht. Eine potenzielle Belastung wird durch farbliche Markierungen am Balken angezeigt.