Vorlesungen

Inhalt:
Zu Beginn wird in einer Einführung auf die Motivation für die Betrachtung alternativer Fahrzeugantriebe im Vergleich zu Verbrennungsmotoren eingegangen und eine Einteilung vorgenommen. Danach werden Energieträger und ihre Eigenschaften vorgestellt. Den Schwerpunkt wird die Analyse von Energiewandlungsprozessen und ihrer Umsetzung bilden. Dort wird zunächst auf die thermodynamische Energiewandlung eingegangen. Nachdem ein Einblick in die einzelnen Arbeitsverfahren gegeben worden ist, werden die jeweiligen Triebwerke in ihrer Kinematik und Ausführung verglichen und bewertet. Der Schwerpunkt der Vorlesung betrifft die elektrochemische Energiewandlung in Form der Brennstoffzelle als möglicher zukünftiger Fahrzeugantrieb im Blickpunkt des öffentlichen Interesses und Gegenstand weitreichender Forschungen. Deshalb wird sie im Rahmen dieser Vorlesung auch umfassend behandelt, wobei nach einer Einteilung und der Herleitungen der Grundlagen von Brennstoffzelle und Stack das Gesamtsystem und die Auslegung von Brennstoffzellen für Fahrzeugantriebe diskutiert werden.

Prüfungen:
Klausur

Inhalt:
Im Rahmen der Vorlesung steht die Vermittlung von Grundlagen zur systematischen Entwicklung und Konstruktion von innovativen Produkten wie Maschinen, Fahrzeugen und Anlagen. Der Weg von der Produktidee über die Erarbeitung eines Konzeptes bis hin zu seiner Realisierung unter Beachtung des gesamten Lebenszyklus steht dabei im Mittelpunkt. Diese erfolgt durch die Vermittlung grundlegender Arbeits- und Problemlösungsmethoden zur erfolgreichen Entwicklung von Produkten. Aufbauend auf Basismethoden werden exemplarisch wichtige industriell angewandte Methoden (QFD, Morphologie, Widerspruchsmethoden ...) vermittelt. Ausgehend von den Gedanken des Systems Engineering liegen die Schwerpunkte des Fachs auf Methoden zur Aufgabenklärung, zur Lösungsfindung (intuitiv sowie systematisch), sowie zur Bewertung von Alternativen und der Auswahl von Lösungen. Ergänzend dazu werden Methoden zur effektiven und effizienten Steuerung von Entwicklungsprozessen vermittelt. Zusätzlich werden Methoden zum Produktkostenmanagement in der Produktentwicklung behandelt. Basierend auf dem Vorgehen des Target Costing werden Methoden der Kostenzielermittlung sowie der Kostenverfolgung vermittelt.

Prüfungen:
Klausur (50%)
Studienarbeit (50%)

Inhalt:
Im Rahmen der Vorlesung werden die unterschiedlichen Kraftstoffe als Energielieferant vorgestellt. Die Betrachtung der thermodynamischen Abläufe mit Hilfe von Vergleichsprozessen gibt Aufschluss über die Energieumsetzung im Motor. Grundlegende Mechanismen der Wärmeübertragung werden vorgestellt und darauf aufbauend Berechnungsmethoden für den Wärmestrom und die Wärmespannungen in Verbrennungsmotoren besprochen. Der Wirkung von Massenkräften, Momenten und Kurbelwellendrehschwingungen ist ein weiteres Kapitel gewidmet. Aufbauend auf dem Vorlesungsstoff werden die Anforderungen an die Konstrukti-onselemente des Verbrennungsmotors sowie an die Gestaltung des Kühl- und Schmiersystems abgeleitet. Anschließend wird der Ladungswechsel bei den unterschiedlichen Bauformen von Verbrennungsmotoren (4-Takt-Hubkolbenmotor, Wankelmotor, 2-Takt-Motor) diskutiert. Die Bedeutung von Wellenvorgängen beim Ladungswechsel sowie ihre Beeinflussung durch kon-struktive Maßnahmen werden nach der akustischen Theorie aufgezeigt. Die Aufgaben, Bauar-ten und dynamischen Vorgänge von Ventiltrieben werden in einem weiteren Abschnitt be-handelt, wobei Hinweise zur Konstruktion gegeben werden. Weiterhin werden die verschie-denen Aufladeverfahren und deren Auswirkungen hinsichtlich der Leistung und des Wir-kungsgrades untersucht. Unterschiedliche Gemischbildungsverfahren werden vorgestellt, un-ter anderem wird auf die Saugrohr- und Direkteinspritzung bei Ottomotoren und die Direkt-einspritzung bei Dieselmotoren eingegangen. Die Bildung der im Abgas von Verbrennungs-motoren enthaltenen Schadstoffe sowie deren Beeinflussung werden für Otto- und Dieselmotoren im Abschluss aufgezeigt.

Prüfungen:
Klausur

Ziel:
Die Vorlesung gibt eine Einführung in den virtuellen Produktentwicklungsprozess und einen Überblick über aktuelle Simulationsverfahren im Forschungs- und Entwicklungsbereich der Automobil-, der Luft- und Raumfahrt und der Elektroindustrie.

Inhalt:
Der Schwerpunkt der Vorlesung konzentriert sich auf die Darstellung und Anwendung der Finite-Elemente-Methode (FEM) und deren Einbindung in den Entwicklungsprozess.
Nach der der Einordnung des virtuellen Produktentwicklungsprozess in der F&E wird exemplarische das Potential der FEM in der Strukturmechanik, Spritzgusssimulation, Form- und Topologieoptimierung, Strömungsmechanik, Umformtechnik und dynamischen Aufgabenstellungen (Crash-Analyse) dargestellt. Der Schwerpunkt bildet die Einführung in die Theorie der Finiten Elemente Methode und die Darstellung des Ablaufes einer FEM-Analyse (Pre-Processing, Analyse, Post-Processing).
Parallel zur Vorlesung werden Übungen und eine Studienarbeit mit einem kommerziellen FE-Programm durchgeführt, das den Vorlesungsstoff anhand der wichtigsten Anwendungsmöglichkeiten der FEM vertieft.

Prüfungen:
Klausur (50 %)
Studienarbeit (50 %)

Inhalt:
Wettbewerbsfähigkeit erfordert überlegene Problemlösungen, die auf zukunftsträchtigen Produkten mit technologischem und qualitativem Vorsprung beruhen. Wettbewerb wird immer mehr ein Wettbewerb der Technologien. Technologie- und Innovationsmanagement verbindet Fragen der Unternehmensführung mit technischem Wissen und umfasst die Bereiche: Strategieentwicklung, Strategiegestaltung und Folgenabschätzung. In der Vorlesung werden Kenntnisse über neue Methoden und Verfahren zum Umgang mit Innovationen und Technologie vermittelt, um die relevanten Technologieentwicklungen zu identifizieren und Tendenzen zu evaluieren, Stärken- und Schwächenprofile eines Unternehmens in einzelnen Technologiefeldern zu bewerten, Organisationsformen zur Realisierung von Innovationen zu entwickeln sowie die Entwicklung und Einführung neuer Technologien zu steuern und Risiken rechtzeitig zu erkennen.

Prüfungen:
Klausur (40 %)
Konstruktionsarbeit (60 %)

Ziel:
Vertiefung der Konstruktionsgrundlagen und Fähigkeiten zum methodischen und wirtschaft-lichen Entwickeln und Konstruieren.

Inhalt:
Diese Vorlesung dient zur Vertiefung der Konstruktionsgrundlagen und der Auslegung und Anwendung von klassischen Maschinenelementen, wie z. B. Achsen und Wellen, Schraubenverbindungen, Welle-Nabe-Verbindungen, Wälz- und Gleitlagerungen, Zahnradgetriebe, Ketten und Riemengetriebe, Reibradgetriebe, Kupplungen, Bremsen und Schweißverbindungen. Zusätzlich wird den Studierenden ein vertiefter Einblick in die CAD-Technologie vermittelt, wie z. B. die kinematische Analyse, Kollisionsanalyse und die FEM-Berechnung.
Ein weiteres Ziel ist die systematische und methodische Entwicklung innovativer Produkte und Berücksichtung des Produktkostenmanagements. Der Weg von der Produktidee über die Erarbeitung eines Konzeptes bis hin zu seiner Realisierung unter Beachtung des gesamten Lebenszyklus steht dabei im Mittelpunkt. Eine wichtige Rolle spielt dabei die situative Steuerung des Entwicklungsprozesses durch geeignete Strategien. Zu diesem Umfeld werden exemplarisch innovative Methoden und Verfahren zur Produktentwicklung, wie z. B. Rapid Prototyping, Rapid Tooling und Reverse Engineering, dargestellt.

Literatur:

• Integrierte Produktentwicklung, Ehrlenspiel, Hanser Verlag
• Handbuch Produktentwicklung, Schäppi, Adreasen, Kirchgeorg, Radermacher, Hanser Verlag
• Handbuch Konstruktions- und Entwicklungsmanagement; Voegele; Verlag Moderne Industrie
• Methodische Entwicklung technischer Produkte, Lindemann, Springer Verlag
• Kostengünstig Entwickeln und Konstruieren, Ehrlenspiel, Lindemann, Kiewert, Springer Verlag
• Konstruieren, Gestalten, Entwerfen; Kurz, Hintzen, Laufenberg; Vieweg Verlag
• Konstruktionslehre, Geupel, Springer Verlag
• Maschinenelemente; Decker; Hanser Verlag
• Maschinenelemente; Rolof, Matek; Vieweg Verlag
• Maschinen- und Konstruktionselemente 1 – 3; Steinhilper, Röper; Springer Verlag
• Maschinenelemente 1 – 2; Hinzen, Oldenbourg Verlag
• Maschinenelemente, Haberhauer, Bodenstein, Springer Verlag
• Maschinenelemente 1 – 3; Niemann, Winter, Höhn, Springer Verlag
• Vorlesungsunterlagen werden zur Verfügung gestellt.

Prüfungen:

• Klausur: 50 %
• Konstruktionsarbeit: 50 %

Ziel:
Kenntnis der wichtigen Werkstoffe als Grundlage für Entscheidungen über deren technischen und wirtschaftlichen Einsatz.

Inhalt:
Für die Entwicklung neuartiger Produkte, Verfahren und Prozesse sind grundlegende Kenntnisse auf dem Gebiet der Werkstoffwissenschaft erforderlich, wie z. B. die Eigenschaften der Werkstoffe im atomaren und kristallinen Bereich. Im Rahmen der Vorlesung werden aufbauend auf den physikalischen Grundlagen der Werkstoffkunde, wie Atomaufbau, Legierungsbildung, Kristallstrukturen usw. Gesetzmäßigkeiten für mechanische Eigenschaften behandelt. Weitere Punkte sind die Gewinnung und Verarbeitung von Eisen sowie die Grundlagen der Eisen-Kohlenstoff-Systeme. Anschließend werden die Verfahren zur Eigenschaftsänderung von Stählen behandelt. Im weiteren Verlauf werden verschiedene Werkstoffgruppen wie Nichteisenmetalle und Keramik anhand einiger wichtiger Beispiele besprochen. Dabei wird auch auf Entwicklung und Anwendung neuer Werkstoffe eingegangen. Den letzten Schwerpunkt bilden Korrosions- und Verschleißerscheinungen.

Parallel zu den Vorlesungen wird ein Praktikum durchgeführt, das den Vorlesungsstoff anhand der wichtigsten Grundlagenversuche vertieft, sowie eine Einführung in Theorie und Praxis der Werkstoffprüfung beinhaltet.

Literatur:

• Werkstoffkunde; Bargel, Schulze; Springer Verlag
• Materialwissenschaften; Askeland; Spektrum Verlag
• Werkstofftechnik 1 – 2; Bergmann; Hanser Verlag
• Werkstofftechnik; Seidel; Hanser Verlag
• Werkstoffe, Hornbogen, Springer Verlag
• Werkstofftechnik Metalle; Gobrecht; Oldebourg
• Einführung in die Werkstoffwissenschaften; Schatt, Horch; Wiley-VCH Verlag
• Werkstoffwissenschaften und Fertigungstechnik; Ilschner, Singer; Springer Verlag
• Engineering Materials 1 – 3; Ashby, Jones; Pergamon Press
• Taschenbuch der Werkstoffe; Merkel, Thomas, Fachbuchverlag Leipzig
• Metallkunde für das Maschinenwesen; Schmitt-Thomas, Springer Verlag
• Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung; Domke; Cornelsen Verlag
• Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung; Weißbach, Vieweg Verlag
• Praktikum in der Werkstoffkunde; Macherauch; Vieweg Verlag
• Werkstoffprüfung; Heine; Fachbuchverlag Leipzig

Vorlesungsunterlagen und Unterlagen zum Praktikum werden zur Verfügung gestellt.

Erfolgreiche Praktikumsteilnahe erforderlich zur Prüfungsteilnahme.

Ziel:

Kenntnis der Grundlagen und Verfahren zur Erstellung von Konstruktionsunterlagen. Fähigkeit zur Berechnung wichtiger Elemente.

Inhalt:

In dieser Einführungsvorlesung werden die Grundlagen und Verfahren zur Erstellung und dem Verstehen von Konstruktionsunterlagen vermittelt. Nach einer Einführung in die Skizziertechnik und der räumlichen Darstellung von Bauteilen liegt der Schwerpunkt in der Erstellung von normgerechten Konstruktionsunterlagen mit entsprechender Bauteilkonstruktion, Bemaßung, Tolerierung, Zeichnungseintragung und Stücklistenstruktur.

Anschließend folgt eine Einführung in das rechnergestützte Konstruieren (Computer Aided Design – CAD). Hierbei werden insbesondere Modellierungstechniken am 3D-CAD-System entlang der Prozesskette des gesamten Produktentwicklungsprozesses vermittelt. Lernziele sind hierbei die räumliche Beschreibung geometrischer Bauteile, die Abbildung von Gestaltungsabsichten und die Bildung von Produktstrukturen.

Nach einer Einführung in die Grundlagen der funktionellen Gestaltung und des methodischen Konstruierens liegt ein weiterer Schwerpunkt in der Auslegung und Anwendung von Verbindungselementen, wie z. B. Bolzen- und Stiftverbindungen, Nietverbindungen, Federn, Schweiß-, Löt- und Klebeverbindungen, der Dichtungstechnik und der Konstruktion von Gussbauteilen.

Literatur:

• Technisches Zeichnen; Hoischen, Giradet Verlag
• Technisches Zeichnen; Böttcher, Forberg; Teubner Verlag
• Konstruieren, Gestalten, Entwerfen; Kurz, Hintzen, Laufenberg; Vieweg Verlag
• Einführung in die DIN-Normen, Klein, Teubner Verlag
• Konstruktionslehre, Geupel, Springer Verlag
• Maschinenelemente; Decker; Hanser Verlag
• Maschinenelemente; Rolof, Matek; Vieweg Verlag
• Maschinen- und Konstruktionselemente 1 – 3; Steinhilper, Röper; Springer Verlag
• Maschinenelemente 1 – 2; Hinzen, Oldenbourg Verlag
• Maschinenelemente, Haberhauer, Bodenstein, Springer Verlag
• Maschinenelemente 1 – 3; Niemann, Winter, Höhn, Springer Verlag
• Toleranzen und Passungen, Siegfried Szyminski, Vieweg Verlag
• Form- und Lagetoleranzen; Jordan; Hanser Verlag
• Toleranzsysteme und Toleranzdesign; Trumpold; Hanser Verlag

Vorlesungsunterlagen werden zur Verfügung gestellt

Prüfungen:

1. Studienarbeit: Skizzier- und Bemaßungsaufgabe Muster einfügen
2. Studienarbeit: Skizzier- und Bemaßungsaufgabe Muster einfügen
3. Studienarbeit: Baugruppenmaßung Muster einfügen
4. Studienarbeit: CAD-Aufgabe Muster einfügen
5. Studienarbeit: Konstruktionsprojekt Muster einfügen

Ziel:
In der Technischen Mechanik werden Verfahren zur Berechnung und Auslegung technischer Konstruktionen aufgestellt, mit denen das Bewegungsverhalten und die Beanspruchung von Bauteilen und Maschinen untersucht werden kann. Die technischen Bauteile müssen statisch und dynamisch derart analysiert werden, dass sie bestimmte Bewegungen ausführen oder – je nach Anforderungen – im Ruhezustand verharren können und dabei bestimmte Belastungen ertragen können.

Inhalt:
Die Technische Mechanik unterteilt sich in die Kinematik und in die Dynamik, wobei die Kinematik den räumlichen und zeitlichen Ablauf der Bewegung von Körpern beschreibt, ohne nach den verursachenden Kräften zu fragen. Die Dynamik hingegen ist die Lehre von den Kräften und Wirkungen auf Körper und gliedert sich in die Teilgebiete Kinetik und Statik. Die Kinetik beschäftigt sich mit den zwischen Kräften und Bewegungen bestehenden Beziehungen. Die Statik, ein Sonderfall der Dynamik, ist die Lehre vom Gleichgewicht der Kräfte. Die Festigkeitslehre beschäftigte sich mit der Frage, wie stark ein Bauteil bei gegebenen Lagerbedingungen und äußeren Kräften beansprucht wird. Die Grundlage zur Ermittlung der Beanspruchung ist die Berechnung der Spannungen und der Verformungen infolge der äußeren Belastungen.

Statik:
Modelle der Mechanik. Erfahrungstatsachen und Arbeitsprinzipe. Vektoren und Tensoren: Rechenregeln, Systeme gebundener Vektoren. Begriff und Einheit der Kraft, Einteilung von Kräften. Kraft, Kräftesysteme, Momente und Gleichgewichtsbedingungen. Gewicht, Schwerpunkt und Massenmittelpunkt, Lage des Schwerpunktes. Ebene Kräftesysteme, Lagerung mechanischer Systeme und Lagerreaktionen, allgemeine Eigenschaften von Lagerungen. Innere Kräfte und Momente am Balken. Fachwerke. Reibungskräfte: Reibungserscheinungen und Reibungsgesetze, Anwendung der Reibungsgesetze, Selbsthemmung. Seilstatik. Prinzip der virtuellen Arbeit.

Festigkeitslehre:
Spannungen und Dehnungen: Spannungszustand, Verformungszustand, Zusammenhang zwischen Spannungs- und Verformungszustand: Zug und Druck; Torsion von Wellen mit Kreisquerschnitt und von dünnen Querschnitten. Technische Biegelehre: Quadratische Flächenmomente, Spannungsverteilung im Balken, Biegelinie, Einfluss der Schubspannungen. Überlagerung einfacher Belastungsfälle, Festigkeitshypothesen. Energiemethoden in der Elastostatik. Knickung: Knickgleichung und ihre Lösung, Eulersche Knickfälle, Berechnung von Druckstäben. Membrantheorie der Schalen.

Kinematik:
Punktbewegungen: Lage, Geschwindigkeit und Beschleunigung, Lage, Geschwindigkeit und Beschleunigung in verschiedenen Koordinaten. Grundaufgaben für Punktbewegungen, Bewegung von Punktsystemen. Bewegung des starren Körpers, Kinematik von Mehrkörpersystemen, Momentanpol. Relativbewegungen.

Kinetik:
Kinetische Grundbegriffe, Kinetische Grundgleichungen, Impulssatz, Drallsatz, Prinzip von d'Alembert, Kinetik der Schwerpunktsbewegungen, Kinetik der Relativbewegungen, Kinetik des starren Körpers, Massenträgheitsmomente Stoßprobleme: Technische Stoßtheorie, Grundgleichungen, zentraler und exzentrischer Stoß.

Literatur:

• Keine Panik vor Mechanik!; Romberg, Hinrichs, Vieweg Verlag
• Technische Mechanik 1 – 3 (Statik, Festigkeitslehre, Dynamik); Hagedorn; Harri Deutsch Verlag
• Technische Mechanik 1 – 3 (Statik, Elastostatik, Kinetik); Gross, Hauger, Schnell; Springer Verlag.
• Technische Mechanik 1 – 3; Holzmann, Meyer, Schumpich; Teubner Verlag
• Technische Mechanik 1 – 3; Assmann, Selke; Oldenbourg Verlag
• Technische Mechanik für Ingenieure 1 – 3; Berger, Vieweg Verlag
• Technische Mechanik, Mayr, Hanser Verlag
• Ingenieur-Mechanik, Motz, VDI-Verlag
• Technische Mechanik, Dankert, Dankert; Teubner Verlag
• Technische Mechanik; Hahn; Hanser Verlag
• Festigkeitslehre – Grundlagen; Issler, Ruoß, Häfele, Springer Verlag

Übungsbücher:

• Aufgaben zu Technische Mechanik 1 – 3; Hauger, Lippmann, Mannl, Werner; Springer Verlag
• TM-Übungsbuch; Motz, Cronrath; Harri Deutsch Verlag
• Aufgaben zur Technischen Mechanik; Hahn, Barth, Firtzen; Hanser Verlag
• Aufgaben zur Statik, Festigkeitslehre, Kinematik und Kinetik (Band 1 – 3); Assmann, Oldenbourg Verlag
• Aufgabensammlung Technische Mechanik; Hagedorn, Teubner Verlag

Vorlesungsunterlagen werden zur Verfügung gestellt.
Übungs- und Prüfungsaufgaben werden zur Verfügung gestellt.