Modulbeschreibung
Maschinenbau IV
Kürzel:
M_MaB_IV
Durchführungszeitraum:
FS/16
ECTS-Punkte:
10
Arbeitsaufwand:
300
Lernziele:
Die Studierenden
- Die Studierenden können die Einsatzmöglichkeiten ausgewählter Fertigungsverfahren hinsichtlich konstruktiver und wirtschaftlicher Gesichtspunkte bewerten
- können die Bewegungsgleichungen von linearen und nichtlinearen Ein- und Mehrkörpersystemen mit dem Verfahren nach Newton-Euler aufstellen.
- können einfache nichtlineare Bewegungsgleichungen linearisieren.
- können die Methode zur numerischen Lösung von nichtlinearen mechanischen Bewegungsgleichungen anwenden.
- können die Kreiselwirkung bei einfachen mechanischen Systemen berechnen.
- können die Bewegungsgleichungen von einfachen rotierenden Wellen (Rotoren) einschliesslich der Kreiselwirkung aufstellen.
- können das Schwingungsverhalten (Eigenfrequenzen und -formen) von Rotoren sowie linearen Mehrkörpersystemen durch Berechnung und Test analysieren und die Ergebnisse kommunizieren
- können einen starren Rotor auswuchten
- können für das mechatronische Beispielsystem «Servoantrieb» eine geeignete Steuerung/Regelung entwerfen
- können die Vorteile einer Kaskadenregelung mit Vorsteuerung begründen
- können die elektromechanische Energieumwandlung in Drehfeldmaschinen diskutieren
- können typische Steuerungs- und Regelungsstrukturen für Antriebe mit Drehfeldmotoren erklären
- können die Energieeffizienz von Antriebssystemen beurteilen
- können für das reale Teilsystem «Servomotor – mechanische Last – Sensorik» eine Steuerung/Regelung entwerfen
- können ihr Vorgehen beim Systementwurf in einem Fachbericht darstellen sowie in einem Fachgespräch vertreten
- kennen den Unterschied zwischen intuitiven und diskursiven Methoden und deren Nutzen
- können Lösungen mit intuitiven Methoden konzipieren.
- können die Nutzwertanalyse durchführen und auswerten
- können verschiedene FMEA Methoden (System-,Konstruktions- und Produktions-FMEA) unterscheiden und erfolgreich einsetzen.
- können die Zielkosten eines Produktes oder einer Fertigungsanlage ermitteln
- können Produkte in Baureihen und Baukästen strukturieren
- kennen die Voraussetzungen für die Innovationsbereitschaft eines Unternehmens
- können wesentliche Beiträge für faire Entscheidungen identifizieren
- kennen und verstehen die wesentlichen Begriffe und Phänomene der Strömungsmechanik für inkompressible Strömungen
- kennen und verstehen die grundlegenden Erhaltungsgleichungen der Strömungsmechanik und können diese auf reale Fragestellungen anwenden
- können mit Hilfe der Erhaltungsgleichungen Druckverluste, Kräfte und Momente in Strömungen bestimmen
- können hydraulische Kreisläufe mit Rohrleitungen, Einbauten und Pumpen für reibungsfreie und reibungsbehaftete Strömungen auslegen
- verstehen die Funktionsweise von Strömungsmaschinen und können Propeller und Windkraftanlagen auslegen
- kennen die wichtigsten Ähnlichkeitsgesetzte, können ihre Bedeutung interpretieren und zur Skalierung von Strömungsgeometrien nutzen
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:
Modultyp:
Standard-Modul für Systemtechnik BB STD_05(Empfohlenes Semester: 8)
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: 6)
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 Mechatronik II, Produktentwicklung II, Maschinendynamik, Fertigungstechnik II und Strömungslehre bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Während des Semesters:
Während der Unterrichstphase wird im Kurs Produktentwicklung II eine Prüfung geschrieben. Während der Unterrichstphase wird im Kurs Strömungslehre eine Prüfung geschrieben. Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Mechatronik II sechs Kurztest geschrieben und ein Projekt bewertet. Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Maschinendynamik ein Praktikum bewertet.
Bewertungsart:
Note von 1 - 6
Gewichtung:
Während der Unterrichstphase wird im Kurs Produktentwicklung II eine Prüfung geschrieben (Gewicht 5%). Während der Unterrichstphase wird im Kurs Strömungslehre eine Prüfung geschrieben (Gewicht je 10%). Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Maschinendynamik ein Praktikum bewertet (Gewicht 5%).
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in fünf Teilen statt. Die Kurse Produktentwicklung II (Gewicht 10%), Maschinendynamik (Gewicht 10%), Fertigungstechnik II (Gewicht 30%) und Strömungslehre (Gewicht 10%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Im Kurs Mechatronik II werden sechs Kurztests geschrieben, ein Projekt bewertet (Gewicht 5%) und es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung statt. Ist die Note der sechs Kurtests 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:
30%Modulschlussprüfung Fertigungstechnik II (MaB_IV_F-msp)
10%Modulschlussprüfung Maschinendynamik (MaB_IV_Ma-msp)
5%Praktikum Maschinendynamik (MaB_IV_Ma-p)
5%Projekt Mechatronik II (MaB_IV_Me-p)
10%Modulschlussprüfung Produktentwicklung II (MaB_IV_P-msp)
5%Zwischenprüfung Produktentwicklung II (MaB_IV_P-zp)
10%Modulschlussprüfung Strömungslehre (MaB_IV_S-msp)
10%Zwischenprüfung Strömungslehre (MaB_IV_S-zp)
15/10%Modulschlussprüfung Mechatronik II (MaB_IV_Me-msp)
0/5%Kurztests Mechatronik II (MaB_IV_Me-k)
Kurse in diesem Modul
Produktentwicklung II
Kürzel:
MaB_IV_P
Arbeitsaufwand:
40
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen den Unterschied zwischen intuitiven und diskursiven Methoden und deren Nutzen
- können Lösungen mit intuitiven Methoden konzipieren.
- können die Nutzwertanalyse durchführen und auswerten
- können verschiedene FMEA Methoden (System-,Konstruktions- und Produktions-FMEA) unterscheiden und erfolgreich einsetzen.
- können die Zielkosten eines Produktes oder einer Fertigungsanlage ermitteln
- können Produkte in Baureihen und Baukästen strukturieren
- kennen die Voraussetzungen für die Innovationsbereitschaft eines Unternehmens
- können wesentliche Beiträge für faire Entscheidungen identifizieren
Plan und Lerninhalt:
- intuitive Methoden zur Ideenfindung
- Voraussetzungen für Kreativität
- FMEA
- Nutzwertanalyse
- Verkaufspreis einschätzen
- Zielkosten
- Baureihen und Baukästen
- Entscheidungen
Ansprechspersonen:
Prof. Dr. Stöck Maximilian
Fachbereiche:
Mechanik und Produktion
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Fertigungstechnik II, Maschinendynamik und Strömungslehre statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Lehrgespräch, Übungen, Fallstudie
Bibliographie:
Skripte, Fachliteratur, Lernmaterialien, Labor- und Übungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Fertigungstechnik II
Kürzel:
MaB_IV_F
Arbeitsaufwand:
115
Semester:
1
Lernziele:
Urformen
Die Studierenden
- kennen die grundlegenden Eigenschaften der wichtigsten Giessverfahren sowie der Sintertechnik
- können beurteilen, ob Bauteile für Giessverfahren und/oder Sintern geeignet sind
Umformen
Die Studierenden
- kennen Grundlagen metallischer Werkstoffe, grundlegende Begriffe sowie Verfahren der Umformtechnik
- können die notwendigen Kräfte bzw. mechanische Arbeit für einfache Umformfälle berechnen
Trennen
Die Studierenden
- können die auftretenden Kräfte und mechanische Arbeit für ausgesuchte Zerspanungsverfahren berechnen
- kennen moderne Verfahren und aktuelle Entwicklungen in der Zerspantechnik
Fügen
Die Studierenden
- können die wichtigsten Schweissverfahren bzgl. konstruktiver und wirtschaftlicher Gesichtspunkte bewerten
- kennen die Grundbegriffe des Lötens und Klebens sowie deren Einsatzbereich
Additive Manufacturing
Die Studierenden
- kennen die Grundprinzipien und Prozessketten des Additive Manufacturings
- können die Einsatzmöglichkeiten des Additive Manufacturings bzgl. konstruktiver und wirtschaftlicher Gesichtspunkte bewerten
Beschichten
Die Studierenden
- kennen die typischen Anwendungsfälle für Beschichtungen und die dazu geeigneten Methoden
Roboter in der Fertigung und Montage
Die Studierenden
- kennen den Grundaufbau eines industriellen Handhabungssystems (Roboter) mit Kinematik, Antrieb, Mess- und Steuerungssystem
- kennen die verschiedenen Programmiermethoden und –sprachen
- können die Methode der Roboterprogrammierung mit V+ anwenden
- können eine einfache Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchführen
- können ein Bildverarbeitungssystem für die Roboteranwendung einsetzen und die erforderliche Software programmieren
Plan und Lerninhalt:
- Grundlagen ausgewählter Fertigungsverfahren in den Hauptgruppen Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Rapid Prototyping, Beschichten
- Grundlagen industrieller Handhabung in der Fertigung und Montage
Ansprechspersonen:
Prof. Dr. Althaus Josef
Fachbereiche:
Mechanik und Produktion
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Produktentwicklung II, Mechatronik II, Maschinendynamik und Strömungslehre statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Laborversuche, Demos, Praktika, Selbststudium
Bibliographie:
Skripte, Lernmaterialien, Labor- und Übungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Mechatronik II
Kürzel:
MaB_IV_Me
Arbeitsaufwand:
50
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden können
-
den Aufbau und die Funktionsweise leistungselektronischer Stellglieder erklären, sowie deren dynamisches Übertragungsverhalten modellieren.
-
für das mechatronische Beispielsystem «Servoantrieb» eine geeignete Regelung entwerfen; die relevanten Regelgrössen sind:
– Drehmoment,
– Geschwindigkeit und
– Position.
-
eine zeitoptimale Sollbewegung von einer Start- zu einer Zielposition planen.
-
die Führungsdynamik der Kaskadenregelung mit Hilfe einer Vorsteuerung der geplanten Sollbewegung verbessern.
-
für das reale Teilsystem «Servomotor – mechanische Last – Sensorik» eine Kaskadenregelung mit Vorsteuerung entwerfen.
-
ihr Vorgehen bei der Systemsynthese in einem Fachbericht darstellen sowie in einem Fachgespräch vertreten.
Plan und Lerninhalt:
-
Aufbau, Funktionsweise und Modellierung von leistungselektronischen Stellgliedern.
-
Entwurf einer Kaskadenregelung mit Vorsteuerung für das mechatronische Beispielsystem «Servoantrieb».
-
Planung einer zeitoptimalen Sollbewegung von einer Start- zu einer Zielposition
-
Projektarbeit 2: Entwurf einer Steuerung/Regelung für das reale mechatronische Teilsystem «Servomotor – mechanische Last – Sensorik».
Ansprechspersonen:
Dr. Kirchhof Jürgen
Fachbereiche:
Mechanik und Produktion
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase werden sechs Kurztests geschrieben und ein Projekt bewertet. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Produktentwicklung II, Fertigungstechnik II, Maschinendynamik und Strömungslehre statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Lehrgespräch, Laborübungen, Projekt, begleitetes Selbststudium, Selbststudium
Bibliographie:
Ned Mohan: Electric Machines and Drives ; A First Course. John Wiley & Sons, Inc. 2012
(es sind mehrere Exemplare in unserer Bibliothek vorhanden)
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Maschinendynamik
Kürzel:
MaB_IV_Ma
Arbeitsaufwand:
45
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierende
- können die Bewegungsgleichungen von linearen und nichtlinearen Ein- und Mehrkörpersystemen mit dem Verfahren nach Newton-Euler aufstellen.
- können einfache nichtlineare Bewegungsgleichungen linearisieren.
- können die Methode zur numerischen Lösung von nichtlinearen mechanischen Bewegungsgleichungen anwenden.
- können die Kreiselwirkung bei einfachen mechanischen Systemen berechnen.
- können die Bewegungsgleichungen von einfachen rotierenden Wellen (Rotoren) einschliesslich der Kreiselwirkung aufstellen.
- können das Schwingungsverhalten (Eigenfrequenzen und -formen) von Rotoren sowie linearen Mehrkörpersystemen durch Berechnung und Test analysieren und die Ergebnisse kommunizieren
- können einen starren Rotor auswuchten
Plan und Lerninhalt:
- Newton-Euler Verfahren
- Diskrete Schwinger mit mehreren Freiheitsgraden
- Eigenwerte, Eigenvektoren, Eigenfrequenzen, Eigenformen
- Übertragungsverhalten
- Resonanzen
- Kreiselwirkung
- Rotordynamik
Ansprechspersonen:
Prof. Dr. Althaus Josef
Fachbereiche:
Mechanik und Produktion
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird ein Praktikum bewertet. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Produktentwicklung II, Fertigungstechnik II, Mechatronik II und Strömungslehre statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Lehrgespräch, Übungen, begleitetes Selbststudium, Selbststudium, Mechanikpraktikum
Bibliographie:
Skripte, Fachliteratur, Lernmaterialien, Labor- und Übungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Strömungslehre
Kürzel:
MaB_IV_S
Arbeitsaufwand:
50
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen und verstehen die wesentlichen Begriffe und Phänomene der Strömungsmechanik für inkompressible Strömungen
- kennen und verstehen die grundlegenden Erhaltungsgleichungen der Strömungsmechanik und können diese auf reale Fragestellungen anwenden
- können mit Hilfe der Erhaltungsgleichungen Druckverluste, Kräfte und Momente in Strömungen bestimmen
- können hydraulische Kreisläufe mit Rohrleitungen, Einbauten und Pumpen für reibungsfreie und reibungsbehaftete Strömungen auslegen
- verstehen die Funktionsweise von Strömungsmaschinen, Propellern und Windkraftanlagen
- kennen die wichtigsten Ähnlichkeitsgesetzte, können ihre Bedeutung interpretieren und zur Skalierung von Strömungsgeometrien nutzen
Plan und Lerninhalt:
Inkompressible Strömungsmechanik:
- Hydrostatisches Grundgesetz
- Massenerhaltung, Impulserhaltung, Energieerhaltung
- Stromfadentheorie: Bernoulli-Gleichung, Eulersche Turbinengleichung
- Ähnlichkeit und dimensionslose Kennzahlen
- Reibungsfreie, reibungsbehaftete Rohr- und Kanalströmung; Berücksichtigung der Rohrrauigkeit
- Pumpenkennlinien, Verschaltung von Pumpen, Auslegung der Pumpen in Kreisläufen
- Widerstand und Auftrieb umströmter Körper
- Strömungen um Tragflächen und Windkraftanlagen
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 II, Fertigungstechnik II, Mechatronik II und Maschinendynamik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Lehrgespräch, Übungen, begleitetes Selbststudium
Bibliographie:
Skripte, Fachliteratur, Lernmaterialien, Übungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein