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| Code: DBMAB-330 |
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5 |
| Studienjahr: 3 |
| Pflichtfach: ja |
Arbeitssprache:
Deutsch |
Prüfungsart:
Benotete Modulklausur (Dauer 120 Min., 100 Pkt.)
o Die Klausur wird im 5. Semester (Block 5A) gemäß Prüfungsplan geschrieben.
o Aufteilung
- 60 Pkt. (72 min) zu „Fertigungstechnologie-3“
- 40 Pkt. (48 min) zu „Wahlpflichtfach“
Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten:
Erreichen von mindestens 40 von 100 Punkten in der Modulklausur.
Die Modulnote entspricht der Leistung in der Modulklausur und wird als Dezimalnote gemäß HTW-Notenschema ausgewiesen.
[letzte Änderung 02.02.2023]
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DBMAB-330 (P720-0005) Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2021
, 3. Studienjahr, Pflichtfach
DBMAB-330 (P720-0005) Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2024
, 3. Studienjahr, Pflichtfach
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Der Gesamtaufwand des Moduls beträgt 150 Arbeitsstunden.
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Empfohlene Voraussetzungen (Module):
Keine.
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Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
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Modulverantwortung:
Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler |
Dozent/innen: Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler
[letzte Änderung 11.06.2021]
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Lernziele:
Fertigungstechnologie-3:
Die Studierenden verstehen die vertieften, werkstoffwissenschaftlichen Grundlagen zu Struktur und Eigenschaften von Metallen (Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe, thermomechanische Behandlung, Schweißbarkeit, Lötbarkeit) und erweitern ihre fachlichen Kompetenzen zu Polymerwerkstoffen auf technisch wichtige Klebstoffe. Sie können die Funktionsweise und die Einsatzmöglichkeiten der Fertigungsverfahren des Zerteilens, des Abtragens (funkenerosiv, elektrochemisch) und des Fügens (Schmelz- und Pressschweißverfahren, Löten, Kleben [Einführung]) sowie zur Änderung von Stoffeigenschaften (Wärmebehandlungen, thermomechanische Behandlung, Randschichtverfestigung) erklären. Sie sind in der Lage, geeignete Verfahren auszuwählen, und deren wichtigste Fertigungsparameter zum Erreichen der gewünschten Produkteigenschaften zu ermitteln und festzulegen.
Dieses Wissen befähigt sie, fertigungstechnische Probleme zu analysieren, die technische und wirtschaftliche Eignung von Metallen und Fertigungsverfahren zur Herstellung bekannter sowie neuer Produkte zu bewerten, und die hinsichtlich Produkteigenschaften und Kosten optimale Fertigungsroute (ggf. aus mehreren Fertigungsschritten bestehend) auszuwählen. Des Weiteren können sie fertigungstechnische Probleme, die beispielsweise zu unerwünschten Produkteigenschaften führen, erkennen und lösen. Entsprechendes gilt auch für die Konzeptionierung und Etablierung einer neuen Fertigungsroute. Die Studierenden können darüber hinaus etablierte Fertigungsrouten bewerten und Alternativen zur Verbesserung der Produkteigenschaften bzw. zur Kosteneinsparung begründend aufzeigen.
Wahlpflichtfach "Additive Fertigung":
Die Studierenden sind in der Lage:
• die verschiedenen Verfahren der additiven Fertigung zu beschreiben und zu vergleichen,
• die Vor- und Nachteile der additiven Fertigungsverfahren darzustellen,
• die Verfahrensschritte (Datenvorbereitung, 3D-Druck und Nacharbeit) durchzuführen, und
• die Methodik zur Entwicklung und Gestaltung neuer Produkte unter besonderer Berücksichtigung der Anforderungen aus der additiven Fertigung anzuwenden.
Wahlpflichtfach "Kunststofftechnik":
Die Studierenden verstehen die chemische Polymersynthese (Polymerisation, Polyaddition, Polykon-densation), kennen die gängigen, industriellen Syntheseverfahren und können unter Berücksichtigung der Struktur der Makromoleküle und der Molekülmassenverteilung Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für Kunststoffe ableiten. Sie können die Struktur homogener und heterogener Polymerwerkstoffe (amorphe und teilkristalline Thermoplaste, Duromere, Elastomere, Polymermischungen) beschreiben, sind mit der Schlagzähmodifizierung von Styrolpolymerisaten vertraut und verstehen die äußere und die innere Weichmachung von Polymerwerkstoffen. Sie sind in der Lage, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen herzustellen, womit sie die mechanischen und thermischen Eigenschaften von Polymerwerkstoffen erklären können. Des Weiteren kennen sie die Struktur von Verbundwerkstoffen wie faserverstärkten Polymerwerkstoffen und Nanokompositen, können den Einfluss von Verstärkungsstoffen auf die mechanischen Eigenschaften beurteilen und verstehen beispielsweise, dass die Belastungsrichtung gerade bei faserverstärkten Polymerwerkstoffen entscheidend ist. Die Studierenden besitzen Kenntnisse über die für Polymerwerkstoffe gängigen, experimentellen Charakterisierungsmethoden wie dynamische Differenzkalorimetrie, dynamisch-mechanische Analyse, Dilatometrie sowie Zug- und Zeitstandversuch und verstehen, wie sie die Messergebnisse zur Beschreibung der Struktur und Eigenschaften des unter-suchten Polymerwerkstoffes nutzen können. Auf Grund dieser Kenntnisse und erworbenen Kompeten-zen sind die Studierenden in der Lage, Polymerwerkstoffe für konkrete Einsatzgebiete auszuwählen.
Wahlpflichtfach "Leichtbau und neue Technologien":
Die Studierenden sind in der Lage:
• neue und innovative Verfahren im Automobilbau zu beschreiben
• Vor- und Nachteile der innovativen Verfahren darzustellen
• sowohl innovative als auch konventionelle Verfahren zu vergleichen
• die Anforderungen, Einsatzbereiche und Randbedingungen für neue Verfahren zu beurteilen
• die Methodik zur Entwicklung neuer Produkte und zur Auslegung von Prozessen anzuwenden
Wahlpflichtfach "Werkzeugmaschinen":
• Die Studierenden kennen die Bedeutung des Werkzeugmaschinenbaus für den Industriestand-ort Deutschland.
• Die Studierenden können den grundsätzlichen Aufbau von gängigen Werkzeugmaschinen unterschiedlicher Fertigungstechnologien erkennen, einordnen und beschreiben.
• Die Studierenden kennen systematische Vorgehensweisen zur Planung und Auslegung von Werkzeugmaschinen und können diese anwenden.
• Die Studierenden kennen die Funktion wichtiger Elemente von Werkzeugmaschinen (z.B. Gestelle, Führungen, Antriebe, Getriebe, Steuerungen) und können diese in das Gesamtsystem Werkzeugmaschine einordnen.
• Die Studierenden kennen das Konzept der OEE und können systemische Ansätze zur Optimie-rung von Werkzeugmaschinen (z.B. KVP, Wertstrom, SMED, TPM) exemplarisch anwenden.
Das Modul „Fertigungstechnik-2“ dient der Erweiterung und der Stärkung der fachlichen Kompetenz „Wissen und Verstehen“ (Wissensverbreiterung und -vertiefung) und der instrumentalen Kompetenz (Anwendungs- und Lösungskompetenz) sowie dem Aufbau der systemischen Kompetenzen, wissenschaftlich fundierte Urteile aus einer ganzheitlichen Sichtweise abzuleiten.
[letzte Änderung 02.02.2023]
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Inhalt:
Fertigungstechnologie 3:
• Technologie des Trennens (Teil II):
o Zerteilende Verfahren: Verfahrensvarianten, Schneidkraft, Stempel- und Matrizenform, Feinschneiden
o Abtragende Verfahren: Funkenerosives Abtragen, elektrochemisches Abtragen
• Änderung von Stoffeigenschaften
o Fertigungstechnische Durchführung von Wärmebehandlungen metallischer Werkstoffe
o Aushärten von Aluminiumlegierungen und Aushärtungsbehandlungen
o Wärmebehandlung von Eisenwerkstoffen: Normalglühen, Härten, Vergüten, isothermes Umwandeln in der Bainitstufe,
Weichglühen, Glühen auf bessere Zerspanbarkeit
o Thermomechanische Behandlung von Eisenwerkstoffen
o Randschichtverfestigung von Eisenwerkstoffen: Wirkung einer Randschichtverfestigung auf Bauteileigenschaften,
Flamm- Induktions- und Laserstrahlhärten, thermochemische Wärmebehandlungen (Einsatzhärten, Nitrieren,
Borieren)
• Fügen:
o Überblick über die Fügeverfahren, form-, kraft- und stoffschlüssiges Fügen
o Schweißen:
- Einteilung der Schweißverfahren, Schweiß- und Wärmeeinflusszone
- Schmelzschweißverfahren: Lichtbogenhand-, Unterpulver-, Elektroschlacke-, Schutzgas-, Plasma-,
Elektronenstrahl-, Laserstrahl- und Gasschweißen
- Pressschweißverfahren: Punkt-, Abbrennstumpf-, Diffusions-, Reib-, Reibrühr- und Ultraschallschweißen
- Schweißbarkeit von Metallen: Gefügeausbildung in Schweiß- und Wärmeeinflusszone, Schweißfehler,
Schweißspannungen, Schmelzschweißen von Stählen (un-, niedrig- und hochlegiert) sowie von Al-, Ti- und Cu-
Werkstoffen, Schmelzschweißen verschiedener Metalle, Schweißbarkeit als übergeordnete Bauteileigenschaft
o Löten: Grundvorgänge, Weich- und Hartlöten, Lötbarkeit
o Kleben
- Einführung in die Klebtechnologie
- Vor- und Nachteile des Klebens
- Klebgerechtes Konstruieren
- Einführung in die Klebstoffchemie
Wahlpflichtfach "Additive Fertigung":
• Einführung in die additiven Fertigungsverfahren
• Gestaltungsregeln für Konstruktion additiv hergestellter Produkte
• Datentransfer und Datenvorbereitung für additive Fertigung
• Durchführung von 3D-Druck
• Technische und wirtschaftliche Bewertung additiv hergestellter Produkte
• Digitalisierung von Produkten für additive Fertigung durch Reverse Engineering
Wahlpflichtfach "Kunststofftechnik":
• Grundlagen der Polymerwerkstoffe
o Struktur der Makromoleküle: Konstitution, Konfiguration, Konformation
o Chemische Polymersynthese:
- Grundbegriffe: Monomere, Struktureinheit, Polymerisationsgrad, Bindungstypen (Kopf-Kopf, Kopf-Schwanz), Taktizität, Copolymerisation
- Polymerisation (radikalisch, anionisch, kationisch, koordinativ) und industrielle Syntheseverfahren (Substanz-, Lösungs-, Fällungs-, Suspensions- und Emulsions-polymerisation)
- Polykondensation
- Polyaddition
o Molekülmasse: Molekülmassenverteilung, Mittelwerte der Molekülmassenverteilung, Einfluss auf die Kunststoffeigenschaften
o Verhalten von Polymerschmelzen und -lösungen
• Homogene Polymerwerkstoffe
o Amorphe und teilkristalline Thermoplaste
- Amorphe Phase: Knäuel, Verschlaufungen, Verhakungen, freies Volumen
- Kristalline Phase: Kristallisationsgrad, Keimbildung und Keimwachstum, kristalline Überstrukturen (Lamellenstruktur, Fasern, Sphärolithe, Shish-Kebab-Strukturen), Schmelz- und Kristallisationstemperatur
o Duromere: Harz, Härter, Beschleuniger, Lagerungsbeständigkeit versus effiziente Aushärtung, Kalt- und Warmaushärtung, Härtungsverlauf, Vernetzungsgrad, Netzwerk
o Elastomere
• Heterogene Polymerwerkstoffe
o Polymermischungen, Verträglichkeitsmacher
o Schlagzähmodifizierte Styrolpolymerisate: Struktur, Crazebildung und Mechanismus
o Äußere und innere Weichmachung
• Verbundwerkstoffe
o Faserverstärkte Polymerwerkstoffe
o Wirkung ein-, zwei- und dreidimensionaler Füll- und Verstärkungsstoffe
o Nanokomposite
• Thermisch-mechanisches Verhalten
o Messverfahren:
- Dilatometrie
- Dynamische Differenzkalorimetrie (differential scanning calorimetry, DSC)
- Dynamisch-mechanische Analyse (DMA)
o Thermisches Verhalten:
- Strukturelle Bedingungen, kooperative Bewegungen, Nichtgleichgewichts-zustände, Relaxationsprozesse, Enthalpieretardation, Nachkristallisation, Schmelzen, Einflüsse des Temperatur-Zeit-Programmes bei Verarbeitung und Messung auf das thermische Verhalten
- Thermischer Glasübergang: Thermische Relaxationen, freies Volumen, Glasüber-gangstemperatur und ihre Abhängigkeit von Heiz- und Kühlrate (kinetische Kontrolle), thermodynamische Kenngrößen am Glasübergang
- Schmelzübergang, Reptation
- Einfluss der Makromolekülstruktur auf die Glasübergangs- und die Schmelztemperatur amorpher und teilkristalliner Polymerwerkstoffe
o Mechanisches Verhalten bei geringfügiger Deformation
- Komplexer Modul, Speichermodul, Verlustmodul, Verlustfaktor
- Linear-viskoelastisches Verhalten und dynamischer Glasübergang
- Frequenzabhängigkeit der Moduli bei konstanter Temperatur
- Temperaturabhängigkeit der Moduli bei konstanter Frequenz
- Statische und dynamische Glasübergangstemperaturen
o Thermisch-mechanisches Verhalten von Polymerwerkstoffen
• Mechanische Eigenschaften
o Messverfahren: Zugversuch, Zeitstandversuch
o Linear-viskoelastisches Verhalten: Hookescher, Newtonscher, Voigt-Kelvin- und Maxwell-Körper, Polymerwerkstoffe bei Relaxation und Retardation, Feder-Dämpfer-Modelle zur Modellierung des mechanischen Verhaltens von Polymerwerkstoffen
o Festigkeitskennwerte: Streckspannung, Zugfestigkeit, Dehnspannung, Bruchspannung, Biegefestigkeit, Druckfestigkeit, Schubfestigkeit
o Verformungskennwerte: Streckdehnung, Elastizitäts-, Sekanten-, Tangenten- und Kriechmodul
Wahlpflichtfach "Leichtbau und neue Technologien":
• Motivation für neue Technologien im Automobilbau (z.B. neue Antriebskonzepte, gesetzliche Randbedingungen, etc.)
• Werkstoff-Leichtbau (Hochfeste Stähle, Hotforming, Sprayforming, Leichtmetalle)
• Konstruktiver Leichtbau (Tailor welded und tailored rolled blanks, Friction stear welding)
• Near netshape Verfahren (Metal Injection Molding, MIM, Superplastische Formgebung SPF)
• Innovative Umformverfahren (IHU, Inkrementelle Umformung, Thixoforming, Beltcasting)
Wahlpflichtfach "Werkzeugmaschinen":
• Planung und Entwurf von Werkzeugmaschinen
• Aufbau und Kennzeichen ausgewählter Typen von Werkzeugmaschinen
• Systemische Betrachtung von Werkzeugmaschinen
• Funktion und Gestaltung wichtiger Elemente von Werkzeugmaschinen
• Systematische Optimierung von Werkzeugmaschinen innerhalb eines Produktionssystems auf Basis der OEE
[letzte Änderung 02.02.2023]
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Weitere Lehrmethoden und Medien:
Vorlesungen: Vortrag (darbietend), Demonstration (darbietend), Frage- und Impulsunterricht (erarbeitend), Bearbeitung konkreter Problemstellungen in Gruppenarbeit (erarbeitend)
[letzte Änderung 09.09.2021]
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Sonstige Informationen:
Keine.
[letzte Änderung 09.09.2021]
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Literatur:
Fertigungstechnologie 3:
• W. Bergmann: Werkstofftechnik 1 (Carl Haser Verlag)
• W. Bergmann: Werkstofftechnik 2 (Carl Haser Verlag)
• F. Klocke: Fertigungsverfahren 1 – Drehen, Fräsen und Bohren, Springer Vieweg
• F. Klocke: Fertigungsverfahren 2 – Zerspanen mit geometrisch unbestimmter Schneide, Springer Vieweg
• W. König: Fertigungsverfahren 3 – Abtragen, Generieren und Lasermaterialbearbeitung, Springer Vieweg
• A. H. Fritz: Fertigungstechnik, Springer Vieweg
• G. Habenicht: Kleben – Grundlagen, Technologien und Anwendungen, Springer
• J. Hoinkis, E. Lindner: Chemie für Ingenieure (Wiley-VCH)
• G. W. Ehrenstein, Polymerwerkstoffe, Hanser-Verlag
• H.-G. Elias, Makromoleküle I – III, Wiley-VCH
• J. M. G Cowie, H. Mauermann-Düll: Chemie und Physik der synthetischen Polymeren, Springer
Additive Fertigung:
• Berger, U., Hartmann, A., Schmid, D.: Additive Fertigungsverfahren: Rapid Prototyping, Rapid Tooling, Rapid Manufacturing, 2. Auflage, Europa Lehrmittel, 2017
• Klahn, C., Meboldt, M., Fontana, F. F., Leutenecker-Twelsiek, B., Jansen, J.: Entwicklung und Konstruktion für die Additive Fertigung - Grundlagen und Methoden für den Einsatz in industriel-len Endkundenprodukten, Vogel Communications Group, 2018
• Gebhardt, A.: 3D-Drucken: Grundlagen und Anwendungen des Additive Manufacturing (AM), Hanser Verlag, 2018
• Gibson, I., Rosen, D., Stucker, B.: Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing, Springer, 2nd edition, 2015
• Junk, S.: Fusion 360 - kurz und bündig: Praktischer Einstieg in Cloud-CAD und Anwendungsbeispiel für 3D-Druck, Springer Vieweg, 2019
Kunststofftechnik:
• G. W. Ehrenstein, Polymerwerkstoffe, Hanser-Verlag
• G. Menges: Menges Werkstoffkunde Kunststoffe, Carl Hanser Verlag GmbH & Co.KG
• W. Grellmann, S. Seidler: Kunststoffprüfung (Hanser)
• Ch. Hopmann, W. Michaeli: Einführung in die Kunststoffverarbeitung (Hanser)
• A. Frick, C. Stein: Einführung in die Kunststoffprüfung (Hanser)
• H.-G. Elias, Makromoleküle I – III, Wiley-VCH
• J. Ch. Gaukler: Lagerungsstabilität, Vernetzung und Eigenschaften von Epoxid-Dicyandiamid-Systemen für Nanoverbundwerkstoffe (Shaker Verlag)
Leichtbau und neue Technologien:
• Karle; A: Elektromobilität: Grundlagen und Praxis; Hanser Verlag, München, 2018
• Friedrich, H. E.: Leichtbau in der Fahrzeugtechnik, 2. Auflage, Springer, Berlin, 2017
• Schmid, D. (Hrsg.) Industrielle Fertigung: Fertigungsverfahren, Mess- und Prüftechnik. Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2019
• Dietrich, J.: Praxis der Umformtechnik, Springer, Berlin, 2019
• Hirt, G.: Thixoforming: Semi-solid Metal Processing, Wiley VCH, Weilheim, 2009
• Gupta, K.: Near Net Shape Manufacturing Processes (Materials Forming, Machining and Tribol-ogy), Springer, Berlin, 2019
Werkzeugmaschinen:
• M. Weck: Werkzeugmaschinen Fertigungssysteme Bd. 1-5, VDI-Verlag
• R. Vahrenkamp: Produktionsmanagement, Oldenbourg Verlag
• H.-P. Wiendahl: Betriebsorganisation für Ingenieure, Hanser Verlag
• J. Bicheno, M. Holweg: The Lean Toolbox: The Essential Guide to Lean Transformation, Picsie Books
[letzte Änderung 02.02.2023]
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