Studienfach Leichtbautechnik

Der schonende Umgang mit Ressourcen - Materialien und Energie - erfordert Leichtbau. Es gilt ein Optimum mit folgenden Zielen zu finden:

Kommunalfahrzeug mit wechselbarer Nutzkabine
  • Einsparungen von Rohstoffen bei der Herstellung
    und im Betrieb
  • Grenzen des technisch Machbaren erweitern
  • Sinnvoller Einsatz von (teuren) Werkstoffen und
    Herstellungsverfahren
Studie Passagiersitz für Transrapid

Flugzeuge können nicht fliegen, wenn bei ihrer Konstruktion nicht ein besonderes Augenmerk auf Bauweisen mit geringem Gewicht gelegt wird. Bei Strassen- und Schienenfahrzeugen hängt der Energieverbrauch direkt von der Fahrzeugmasse ab. Bei grossen Apparaten und Druckbehältern resultieren aus geringen Blechdicken beachtliche Materialeinsparungen. Bei Förder- und Fertigungseinrichtungen (Automation und Robotertechnik) setzt Schnelligkeit geringe Massen der Struktur bei grosser Steifigkeit voraus. Erst durch Leichtbau lassen sich die Grenzen des technisch Machbaren soweit hinausschieben, dass gewisse Projekte überhaupt realisiert werden können.

Gerade in der aktuellen Klimadiskussion ist die Gewichtseinsparung ein wichtiges Element für die Reduktion von Luftschadstoffen.

Hanfried Hesselbarth, Leiter Leichtbautechnik

Arbeit als LeichtbauingenieurIn

Die Arbeit als IngenieurIn auf diesem Thema bedeutet Entwickeln und Herstellen von leichten Fahr- oder Flugzeugen, Maschinen und Apparaten für einen ökologisch und ökonomisch sinnvollen Einsatz.

Studium an der ZHAW

Der Schwerpunkt „Leichtbautechnik“ wird im Studiengang Allgemeine Maschinentechnik und Maschinentechnik-Informatik im 3. Studienjahr angeboten. Er steht Studierenden anderer Studiengänge als Wahlfach offen. Es werden die über die mechanischen Grundlagen hinausgehenden Aspekte des Leichtbaus in allen Anwendungsbereichen behandelt. Darüber hinaus lernen die Studierenden, Fragestellungen systematisch anzugehen und neue Konstruktionen zu erarbeiten.

Zielsetzung:

Wir befähigen Studierende eigenständig Themenstellungen der Leichtbautechnik ingenieurmässig anzugehen und zu lösen.

Studieninhalt Leichtbautechnik

Der Unterricht im Schwerpunkt Leichtbautechnik verteilt sich auf zwei Semester im letzten Bachelor-Studienjahr. Das Thema der abschliessenden Bachelorarbeit ist in der Regel eine Aufgabenstellungen aus dem Bereich der Entwicklungen von leichten Strukturen.

Vorlesung Leichtbautechnik

Herbstsemester:

  • 4 Lektionen pro Woche Vorlesung und Übungen
  • industriebezogene Projektarbeit (Konstruktionen, FE-Analysen, Simulationen, Experiment, usw.)

 Frühlingssemester:

  • 4 Lektionen pro Woche Vorlesung und Übungen (inkl. Labor)
  • Bachelorarbeit

Studieninhalt

  • Allgemeines:
    Problemstellung, Quadrat-Kubik-Gesetz, Pflichtenheft, Betriebszustände und Lastannahmen, wirksame Flächen, zulässiger Bauraum. Arten von Tragwerken und Schnittkräften
  • Werkstoffe und Konstruktionsparameter im Leichtbau
  • Optimierung
  • Ermüdung von Werkstoffen und Konstruktionen
  • Deformation: Bestimmung mit dem Arbeitssatz
  • Beanspruchung auf Schub, Idealisierung als Schubfeldträger, Schubdeformation
  • Torsion
  • Knicken, Druckbiegung
  • Beulen
  • Versteifte Blechträger
  • Statisch unbestimmte Probleme
  • Plastische Biegung, Traglast

Labor Leichtbautechnik

Im Rahmen der Vertiefung Leichtbautechnik führen Studierende Laborversuche zu einem aktuellen Thema durch. Es gilt, selbstständig Fragestellungen zu Festig- und Steifigkeiten von Strukturen oder Verbindungen zu analysieren. Auf dieser Basis entwickelte Bauteiltests sind vorzubereiten, durchzuführen und auszuwerten. Verschiedene institutseigene Prüfmaschinen stehen für die Versuche zur Verfügung. Dabei wird der im Unterricht vermittelte Stoff aufgegriffen und vertieft.

Auswahl möglicher Themen für Laborübungen:

  • Steuerstange aus CFK
  • Torsion auf Steuermechanismen
  • Nietverbindungen
  • Klebeverbindungen

Abschluss- und Studienarbeiten Leichtbautechnik

In Projekt- und Bachelorarbeiten befassen sich die Studierenden vertieft mit konkreten Problemen aus dem Industriealltag mit dem Schwerpunkt Flug- und Fahrzeug, Eisenbahn und Automationstechnik wie zum Beispiel:

  • Doppelstock-S-Bahn mit rollstuhltauglichem Tiefeinstieg
  • Leichter Kuriersitz für neuere Flugzeuge (16g-tauglich)
  • Flügel-Rumpf-Anschluss für einen zweistrahligen Hochdecker
  • Optimierung des Federverhaltens und Schwinge eines Freeride-Mountainbikes
  • Geländefahrzeug mit verbessertem Raumkonzept
  • Multiple Purposes Mover, Kommunalfahrzeug mit hoch liegender Tragstruktur

Projektarbeit

Teil einer Projektarbeit: Messen von Betriebslasten bei einem Freeride-Mountainbike

Im Herbstsemester wird eine Projektarbeit in Zweiergruppen zu Themen des Leichtbaus aus der Industrie oder im Rahmen unserer Forschungsvorhaben durchgeführt.

Bachelorarbeit

Die Bachelorarbeiten im Schwerpunkt Leichtbautechnik sind in Ausmass und Aufgabenstellung umfangreicher als Projektarbeiten. Themen sind oft Aufgabenstellungen von unseren Industriepartnern. Die Art der Bachelorarbeit, ob konstruktiv, experimentell oder theoretisch, wird den Stärken der Diplomierenden angepasst.