Modulbeschreibung
Maschinenbau III
Kürzel:
M_MaB_III
Durchführungszeitraum:
HS/15-HS/16
ECTS-Punkte:
10
Arbeitsaufwand:
300
Lernziele:
Die Studierenden
- haben sich tiefer in die Spritzgusstechnik eingearbeitet und kennen insbesondere die typischen Merkmale von Spritzgiesswerkzeugen und deren Auslegungkriterien für die Herstellung thermoplastischer Bauteile
- kennen diverse Spritzgussfehler an Bauteilen und deren Ursachen
- kennen diverse Spritzguss-Sonderverfahren (z.B. 2-Komponenten-Spritzguss)
- kennen Faserverbundwerkstoffe und hierfür typische Auslegungskriterien
- kennen Elastomere und typische dazugehörende Evaluationsverfahren
- kennen polymere Schaummaterialien und typisch dazugehörende Auslegungskriterien
- können die Grundstruktur des allgemeinen mechatronischen Systems durch ein Blockschaltbild darstellen und am Beispiel eines Servoantriebs konkretisieren
- können die Dynamik mechanischer und elektrischer Teilsysteme, sowie deren Verkopplung durch einen Elektromotor modellieren
- können die die verschiedenen Modellarten in Beziehung setzen
- können die Simulationswerkzeuge Matlab/Simulink/Simscape zur Analyse eines elektro-mechanischen Systems einsetzen
- können den Übersetzungsfaktor eines Getriebes berechnen, sodass optimale Lastdynamik resultiert
- können Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen mechanischer und elektrostatischer Kommutierung von Gleichstrommotoren diskutieren
- können ein reales mechatronisches Teilsystem "Servomotor - mechanische Last - Sensorik" modellieren und analysieren
- können ihr Vorgehen bei der Systemanalyse in einem Fachbericht darstellen sowie in einem Fachgespräch vertreten
- können geeignete Methoden zur Erfassung von Kundenbedürfnissen auswählen
- können den Reifegrad einer Technologie einstufen
- können Technologietrends erkennen
- können Innovationschancen für Produkte identifizieren.
- kennen den Unterschied zwischen einem Lastenheft und einem Pflichtenheft
- können Anforderungen für ein Lasten- und Pflichtenheft definiere
- können in Funktionen denken, Funktionsstrukturen erstellen und variieren.
- können Lösungen mit diskursiven Methoden erarbeiten
- können aus Lösungen zu Teilfunktionen neue Konzepte erstellen
- können mit diskursiven Methoden Konzepte optimieren
- können Patente lesen und verstehen.
- kennen das Vorgehen zur Patentanmeldung
- können sich hinsichtlich Geheimhaltung korrekt verhalten
- kennen die grundlegenden mathematischen Ansätze der Finite-Elemente-Methode (FEM)
- kennen einige grundlegenden Funktionen eines FEM-Programms wie z.B. statisch-mechanische Analyse
- können einfache strukturmechanische Probleme für die FE-Methode aufbereiten und mit deren Hilfe lösen.
- können FEM-Ergebnisse analysieren und durch Näherungsmethoden analytisch überprüfen
- kennen die Möglichkeiten bei der Simulation von Mehrkörpersystemen (MKS)
- können einfache Problemstellungen aus dem Bereich Mehrkörpersimulation mit Hilfe eines kommerziellen Programmsystems lösen
- kennen Massenbilanz sowie ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und können thermodynamische Bilanzen aufstellen
- können abgeschlossene, geschlossene und offene Systeme unterscheiden und einfache Berechnungen vornehmen
- kennen die Zustandsgleichungen
- können Berechnungen für feuchte Luft durchführen
- kennen die Zustandsdiagramme und können darin Prozesse darstellen
- kennen die grundlegenden Zustandsänderungen: isochor, isotherm, isobar, isentrop, polytrop und können diesbezüglich Berechnungen durchführen
- kennen die grundlegenden Wärmeübertragungsmechanismen: Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung
- können Fragestellungen bezüglich Wärmeübertragung in eindimensionalen stationären Fällen berechnen
Verantwortliche Person:
Prof. Dr. Althaus Josef
Telefon/EMail:
++41 (0)81 7553480
/ u_2001060Standort (angeboten):
Buchs, Waldau St.Gallen
Fachbereiche:
Mechanik und Produktion
Vorausgesetzte Module:
Zusätzlich vorausgesetzte Kenntnisse:
Anschlussmodule:
Modultyp:
Standard-Modul für Systemtechnik BB STD_05(Empfohlenes Semester: 7)
Fach-Pflichtmodul für Maschinenbau STD_05 (PF)
Fach-Pflichtmodul für Mechanik und Produktion STD_05 (PF)
Standard-Modul für Systemtechnik VZ STD_05(Empfohlenes Semester: 5)
Fach-Pflichtmodul für Maschinenbau STD_05 (PF)
Fach-Pflichtmodul für Mechanik und Produktion STD_05 (PF)
ECTS-Punkte pro Kategorie
Profilmodule / 10 Punkte
Profilmodule / 10 Punkte
Modulbewertung
Bewertungsart:
Note von 1 - 6
Leistungsbewertung
Während der Prüfungssession:
Prüfung nach spezieller Definition
Bemerkungen zur Prüfung:
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in fünf Teilen statt. Die Kurse Fertigungstechnik I, Mechatronik I, Produktentwicklung I, Simulation Mechanischer Systeme und Thermodynamik bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Während des Semesters:
Während der Unterrichtsphase wird in den Kursen Produktentwicklung I und Thermodynamik eine Prüfung geschrieben. Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Simulation Mechanischer Systeme eine Prüfung geschrieben. Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Mechatronik I sechs Kurztests geschrieben und ein Projekt bewertet.
Bewertungsart:
Note von 1 - 6
Gewichtung:
Während der Unterrichtsphase wird in den Kursen Produktentwicklung I und Thermodynamik eine Prüfung geschrieben (Gewicht je 10%). Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Simulation Mechanischer Systeme eine Prüfung geschrieben (Gewicht 15%).
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in fünf Teilen statt. Die Kurse Fertigungstechnik I (Gewicht 10%), Produktentwicklung I (Gewicht 10%), Simulation Mechanischer Systeme (Gewicht 15%) und Thermodynamik (Gewicht 10%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Im Kurs Mechatronik I werden sechs Kurztests geschrieben, ein Projekt bewertet (Gewicht 5%) und es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung statt. Ist die Note der sechs Kurtest besser als die Note der abgesetzten Modulschlussprüfung zählt die Modulschlussprüfung 10% und die Kurztests 5%. Ist die Note der Modulschlussprüfung besser als die Note der sechs Kurztests zählt die Modulschlussprüfung 15% und die Kurztests 0%.
Bemerkungen:
Teilbewertung:
5%Projekt Mechatronik I (MaB_III_M-pr)
10%Modulschlussprüfung Produktentwicklung I (MaB_III_P-msp)
10%Zwischenprüfung Produktentwicklung I (MaB_III_P-zp)
15%Modulschlussprüfung Simulation Mechanischer Systeme (MaB_III_S-msp)
15%Zwischenprüfung Simulation Mechanischer Systeme (MaB_III_S-zp)
10%Modulschlussprüfung Thermodynamik (MaB_III_T-msp)
10%Zwischenprüfung Thermodynamik (MaB_III_T-zp)
10%Modulschlussprüfung Fertigungstechnik I (MaB_III_F-msp)
15/10%Modulschlussprüfung Mechatronik I (MaB_III_M-msp)
0/5%Kurztests Mechatronik I (MaB_III_M-kt)
Kurse in diesem Modul
Produktentwicklung I
Kürzel:
MaB_III_P
Arbeitsaufwand:
40
Semester:
1
Lernziele:
Marktleistungsprozess:
Die Studierenden
- können geeignete Methoden zur Erfassung von Kundenbedürfnissen auswählen
- können den Reifegrad einer Technologie einstufen
- können Technologietrends erkennen
- können Innovationschancen für Produkte identifizieren.
- kennen den Unterschied zwischen einem Lastenheft und einem Pflichtenheft
- können Anforderungen für ein Lasten- und Pflichtenheft definiere
Konzepterarbeitung:
Die Studierenden
- können in Funktionen denken, Funktionsstrukturen erstellen und variieren.
- können Lösungen mit diskursiven Methoden erarbeiten
- können aus Lösungen zu Teilfunktionen neue Konzepte erstellen
- können mit diskursiven Methoden Konzepte optimieren
Patentwesen:
Die Studierenden
- können Patente lesen und verstehen.
- kennen das Vorgehen zur Patentanmeldung
- können sich hinsichtlich Geheimhaltung korrekt verhalten
Plan und Lerninhalt:
- Marktleistungsprozess
- Methoden zur Erfassung von Kundenbedürfnissen
- Positionierung von Innovationen im Produktportfolio
- Evolutionsmuster der Technologie
- Funktionen und Funktionsstrukturen
- diskursive Methoden zur Ideenfindung
- Patentwesen
Ansprechspersonen:
Prof. Dr. Stöck Maximilian
Fachbereiche:
Mechanik und Produktion
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modul-schlussprüfung zusammen mit den Kursen Fertigungstechnik I, Thermodynamik, Mechatronik I und Simulation Mechanischer Systeme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Lehrgespräch, Übungen, Fallstudie
Bibliographie:
Skripte, Fachliteratur, Lernmaterialien, Übungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Fertigungstechnik I
Kürzel:
MaB_III_F
Arbeitsaufwand:
30
Semester:
1
Lernziele:
Teil 1: Spritzgussverarbeitung von Thermoplasten:
Die Studierenden
- kennen Gestaltungsrichtlinien für Bauteile aus thermoplastischen Kunststoffen und können Bauteile aus Kunststoff bezüglich Herstellbarkeit und Festigkeit konstruktiv gestalten
- kennen die Funktionsweise und den Aufbau von Spritzgusswerkzeugen sowie die Vorgehensweise bei deren Konstruktion
- kennen verschiedene Angusssysteme und können einschätzen, wann welches geeignet ist
- kennen ein Simulationstool für den Spritzgussvorgang
- kennen die Vor- und Nachteile diverser Werkzeugvarianten, deren typische Werkstoffe sowie Werkzeug-Normalien für den Spritzguss
- kennen diverse Spritzguss-Sonderverfahren wie Mehrkomponenten- & Co-Injektions-Spritzguss und, Gassinnendruckverfahren, Inmould/Insert Labeling, Kaskaden- und Intervall-Spritzguss, Strukturschäumen sowie deren Vor- und Nachteile
- kennen verschiedenen Spritzguss-Fehler und deren Ursachen und können anhand von Spritzguss-Fehlern auf mögliche Ursachen schliessen
Teil 2: andere kunststoffrelevante Verfahrenstechniken
Die Studierenden
- kennen Materialien und Herstellverfahren für Kunststoff-Faserverbund-Werkstoffe (inkl. mögliche Fehlerbilder) und können einfache Systeme grob mechanisch auslegen
- können applikationsbezogen geeignete Elastomerwerkstoffe evaluieren und kennen deren Fertigungsverfahren
- kennen Herstellverfahren und mechanische Auslegungskriterien von Schäumen als Polster- und Wärmeisolationsmaterialien
Plan und Lerninhalt:
Teil 1: Spritzgussverarbeitung von Thermoplasten:
- Maschinenteile & Funktionen
- Bauteil-Gestaltungsrichtlinien
- Werkzeugkonstruktion (Angusssystem, Entlüftung, Werkzeugvarianten, Normalien, Material, …)
- Simuationstool für Einspritzvorgang
- Geometrie – Berücksichtigung der Schwindung
- Spritzgiess-Sonderverfahren
- Typische Spritzgiessfehler
Teil 2: andere kunststoffrelevante Verfahrenstechniken
- Kunststoff-Faserverbund-Werkstoffen: typische Fertigungsverfahren, mechanische Eigenschaften & Auslegungskriterien
- Elastomerwerkstoffe: typische Fertigungsverfahren, Evaluationsgrundlagen
- Schäume: typische Fertigungsverfahren
Fachbereiche:
Mechanik und Produktion
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Produktentwicklung I, Thermodynamik, Mechatronik I und Simulation Mechanischer Systeme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Selbststudium
Bibliographie:
Skripte, Übungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Blockkurs mit 1 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Bemerkungen:
Der Kurs findet alle 14-Tage à 2 Lektionen statt.
Thermodynamik
Kürzel:
MaB_III_T
Arbeitsaufwand:
75
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen Massenbilanz sowie ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und können thermodynamische Bilanzen aufstellen
- können abgeschlossene, geschlossene und offene Systeme unterscheiden und einfache Berechnungen vornehmen
- kennen die Zustandsgleichungen
- können Berechnungen für feuchte Luft durchführen
- kennen die Zustandsdiagramme und können darin Prozesse darstellen
- kennen die grundlegenden Zustandsänderungen: isochor, isotherm, isobar, isentrop, polytrop und können diesbezüglich Berechnungen durchführen
- kennen die grundlegenden Wärmeübertragungsmechanismen: Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung
- können Fragestellungen bezüglich Wärmeübertragung in eindimensionalen stationären Fällen berechnen
Plan und Lerninhalt:
Angewandte Thermodynamik
- Ideales Gas und Hauptsätze
- Offenes / geschlossenes System - Bilanzbetrachtungen
- Zustandsgrössen: Enthalpie, Entropie, Innere Energie
- Zustandsänderungen: isentrop, isobar, isochor, isotherm, polytrop
- Reales Gas
- Zustandsdiagramme (p-v, T-s, p-h)
- Feuchte Luft (h-x Diagramm)
- Wärmeleitung
- Konvektion, Wärmeübergang
- Strahlung
- Thermischer Widerstand, Netzwerke
Ansprechspersonen:
Prof. Dr. Gstöhl Daniel
Fachbereiche:
Mechanik und Produktion
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Produktentwicklung I, Fertigungstechnik I, Mechatronik I und Simulation Mechanischer Systeme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Lehrgespräch, Übungen, begleitetes Selbststudium
Bibliographie:
Skripte, Fachliteratur, Lernmaterialien, Übungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Blockkurs mit 3 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Bemerkungen:
Der Kurs findet alternierend mit 2 Lektionen und 4 Lektionen pro Woche statt.
Mechatronik I
Kürzel:
MaB_III_M
Arbeitsaufwand:
50
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- können die Grundstruktur des allgemeinen mechatronischen Systems durch ein Blockschaltbild darstellen und am Beispiel eines Servoantriebs konkretisieren.
- können die Dynamik mechanischer und elektrischer Teilsysteme, sowie deren Verkopplung durch einen Elektromotor modellieren.
- können die die verschiedenen Modellarten in Beziehung setzen .
- können die Simulationswerkzeuge Matlab/Simulink/Simscape zur Analyse eines elektro-mechanischen Systems einsetzen.
- können den Übersetzungsfaktor eines Getriebes berechnen, sodass optimale Lastdynamik resultiert.
- können Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen mechanischer und elektrostatischer Kommutierung von Gleichstrommotoren diskutieren.
- können ein reales mechatronisches Teilsystem "Servomotor - mechanische Last - Sensorik" modellieren und analysieren.
- können ihr Vorgehen bei der Systemanalyse in einem Fachbericht darstellen sowie in einem Fachgespräch vertreten.
Plan und Lerninhalt:
- Grundstruktur des allgemeinen mechatronischen Systems; Beispiel «Servoantrieb».
- Zusammenhänge zwischen den Modellarten: Netzwerkmodell, Übertragungsfunktion, Frequenzgang, Blockschaltbild und Zustandsraumdarstellung.
- optimaler Übersetzungsfaktor eines Getriebes.
- mechanische und elektronische Kommutierung von Gleichstrommotoren.
- Projektarbeit 1: Modellierung und Analyse des realen mechatronischen Teilsystems «Servomotor – mechanische Last – Sensorik».
Ansprechspersonen:
Dr. Kirchhof Jürgen
Fachbereiche:
Mechanik und Produktion
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Projekt bewertet und 6 Kurztests geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Produktentwicklung I, Fertigungstechnik I, Thermodynamik und Simulation Mechanischer Systeme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Lehrgespräch, Übungen, Laborübungen, Projekt, Selbststudium
Bibliographie:
Karl A. Seeler: System Dynamics; An Introduction for Mechanical Engineers. Springer-Verlag. 2014
(ist als pdf-Buch über unsere Bibliothek verfügbar; zudem werden einige (Papier-)Exemplare für unsere Bibliothek bestellt)
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Simulation Mechanischer Systeme
Kürzel:
MaB_III_S
Arbeitsaufwand:
105
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die grundlegenden mathematischen Ansätze der Finite-Elemente-Methode (FEM)
- kennen einige grundlegenden Funktionen eines FEM-Programms wie z.B. statisch-mechanische Analyse
- können einfache strukturmechanische Probleme für die FE-Methode aufbereiten und mit deren Hilfe lösen.
- können FEM-Ergebnisse analysieren und durch Näherungsmethoden analytisch überprüfen
- kennen die Möglichkeiten bei der Simulation von Mehrkörpersystemen (MKS)
- können einfache Problemstellungen aus dem Bereich Mehrkörpersimulation mit Hilfe eines kommerziellen Programmsystems lösen
Plan und Lerninhalt:
FEM
- Steifigkeits- und Massenmatrizen
- lineare und quadratische Ansatzfunktionen
- Lösungsalgorithmen für nichtlineare Gleichungssysteme
- Lasten, Randbedingungen, Verschiebungen, Spannungen, Dynamik
- Vernetzung, Netzverfeinerung, Singularitäten
- Programm ANSYS
- Simulation von Mehrkörpersystemen mit Hilfe des Programms SIMPACK
Ansprechspersonen:
Prof. Dr. Althaus Josef
Fachbereiche:
Mechanik und Produktion
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Produktentwicklung I, Fertigungstechnik I, Thermodynamik und Mechatronik I statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Lehrgespräch, Übungen, begleitetes Selbststudium, Selbststudium
Bibliographie:
Skripte, Fachliteratur, Lernmaterialien, Labor- und Übungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein