Lehrveranstaltungen im Labor Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik

Aktueller Termin:

Sommersemester, dienstags von 8.00h bis 9.30h mit weiteren Übungen und Praktika

Inhalte:

Zunächst wird die erforderliche Messtechnik incl. der Oberflächen- und Drei-Koordinaten-Messtechnik erläutert. Danach werden die Grundbegriffe der sechs Hauptgruppen der Fertigungsverfahren erklärt. Neben den um- und urformenden Verfahren steht vor allem die Zerspantechnik (Spanbildung, Winkel, Schnittkräfte, Verschleiß, Standzeit) sowie die Schneidstoffe (HSS, HM, Keramik, CBN, PKD) und die Zerspanbarkeit (incl. Trockenbearbeitung) im Mittelpunkt der Inhalte. Desweiteren werden die fügenden Verfahren sowie Verfahren zum Beschichten sowie Stoffeigenschaften Ändern diskutiert. Zum Abschluss werden Aspekte einer kosten- und umweltbewussten Fertigung in Bezug auf Stückkosten, wirtschaftlichen Schnittbedingungen sowie der Nachhaltigkeit der Verfahren beleuchtet. In Ergänzung zu den aufgeführten Inhalten werden besonders mit den dualen Studierenden aktuelle Inhalte mit entsprechenden Aspekten aus den jeweiligen Betrieben verglichen und reflektiert. In den Übungen werden u.a. praxisnahe Anwendungen der Verfahren wie u.a. Kräfte, Drehmomente sowie Leistungen berechnet.

In den Praktikumsversuchen werden an den Messmaschinen und den Werkzeugmaschinen die gelernten Themengebiete in Kleingruppen beurteilt und evaluiert.

Lernziele:

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls können die Studierenden geeignete Fertigungsverfahren (Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten sowie Stoffeigenschaften Ändern) auswählen und deren Anwendung darstellen sowie die dazu erforderliche Messtechnik anwenden. Die Studierenden sind darüber hinaus in der Lage, Fertigungsabläufe dieser Fertigungsverfahren zu planen. Sie zeichnen sich darüber hinaus dadurch aus, dass sie die einzelnen Werkzeuge vergleichen können. Ferner sind sie in der Lage, der Fertigungssituation angemessene, geeignete Werkzeuge auszuwählen und ihren Einsatz in Hinblick auf eine optimierte Fertigung zu beurteilen. Dies zielt auf die realen Anforderungen im Berufsleben im Bereich Fertigungsverfahren ab.

Die Praktika befähigen die Studierenden dazu, auf dem in der Vorlesung erworbenen Fachwissen aufbauende Lösungsstrategien für die gestellten Aufgaben zu entwickeln und anzuwenden sowie die Ergebnisse adressatenorientiert zu formulieren und zu präsentieren. Die Studierenden erfahren hierdurch eine praktische Vertiefung und können das Handling der erforderlichen Messtechnik umsetzen. Sie evaluieren die Fertigungsverfahren, einschließlich der Überwachung der Schnittkräfte, der Erarbeitung der Kienzle-Gleichung sowie der Vorhersage von Verschleiß.

Aktueller Termin:

Wintersemester, donnerstags von 15.00h bis 16.30h, mit weiteren Übungen und Praktika

Inhalte:

In diesem Modul werden die Erkenntnisse aus dem Modul "Fertigungsverfahren I" wesentlich intensiviert. Die einzelnen Fertigungsverfahren werden detaillierter mit Anwendungsbeispielen betrachtet. Hierbei werden dann additive Verfahren, sowie Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeitsbearbeitung diskutiert. Zudem werden nachhaltige Aspekte des Kühlschmierstoffeinsatzes aufgezeigt.

Darüber hinaus werden Faserverbundwerkstoffe und deren Fertigungsverfahren näher beleuchtet. In weiteren Abschnitten werden weitere spezielle Fertigungsverfahren beschrieben, wie Lasertechnik und Kunststofftechnik, sowie Aspekte der Fertigungsplanung und Montagetechnik erläutert. Bei allen Fertigungsverfahren wird auch auf die entsprechenden Werkzeugmaschinen eingegangen. In Ergänzung zu den aufgeführten Inhalten werden besonders mit den dualen Studierenden aktuelle Inhalte mit entsprechenden Aspekten aus den jeweiligen Betrieben verglichen und reflektiert.

In den Übungen und Praktikumsversuchen werden u.a. Umformverfahren, Schnittkräfte beim Fräsen sowie komplexere Messverfahren im realen Anwendungsfeld betrachtet sowie die wesentlichen Inhalte des gesamten Moduls wiederholt. In den Praktikumsversuchen werden die gelernten Themengebiete an den Werkzeugmaschinen in Kleingruppen beurteilt und evaluiert.

Lernziele:

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls können die Studierenden geeignete Fertigungsverfahren (Trennen mit geometrisch unbestimmter Schneide, Fügen, Beschichten, Ändern der Stoffeigenschaften) auswählen und deren Anwendung darstellen sowie die dazu erforderliche Messtechnik erfassen. Die Studierenden sind darüber hinaus in der Lage, Fertigungsabläufe der gesamten Fertigungsverfahren zu planen. Sie zeichnen sich darüber hinaus dadurch aus, dass sie nicht nur die einzelnen Fertigungsverfahren vergleichen können, sondern ferner in der Lage sind, der Fertigungssituation angemessene, geeignete Verfahren auszuwählen und ihren Einsatz in Hinblick auf eine optimierte Fertigung zu beurteilen. Dies zielt auf die realen Anforderungen im Berufsleben im Bereich Fertigungsverfahren ab. Die Praktika befähigen die Studierenden dazu, auf dem in der Vorlesung erworbenen Fachwissen aufbauende Lösungsstrategien für die gestellten Aufgaben zu entwickeln und anzuwenden sowie die Ergebnisse zu formulieren und zu präsentieren. Die Studierenden erfahren hierdurch eine praktische Vertiefung und können das Handling der erforderlichen Messtechnik umsetzen. Sie evaluieren die Fertigungsverfahren, einschließlich der Überwachung der Schnittkräfte, Drehmomente und Leistungen.

Aktueller Termin:

Sommer- und Wintersemester, mittwochs von 12.30h bis ca. 16.00h am FHZ in Münster in Zusammenarbeit mit den Fachbereichen Design und Wirtschaft; das Modul wird in englischer Sprache abgehalten

Purpose of the Class

This interdisciplinary course combines students from Design, Business, and Engineering.  We will focus on real problems and develop real solutions, using multiple perspectives. During the semester, we will address problems related to sustainability, and choose from one focus area related to water, mobility, food, or health diagnostics.  Design students will emphasize information design. Business students will emphasize sustainable business model design. Engineering students will focus on product prototyping, materials, and manufacturability. All will work together to integrate different perspectives and ideas with a goal that synergies are gained - the whole solution is better than if the three disciplines worked separately. The result should be an amazing product that serves real customer needs, engineered for success, and delivered to customers in a way that creates value…and all with sustainability in mind.  Join us in this challenge - it will not be easy, but you should learn a lot and build a network of interesting students and faculty in disciplines outside your own.

Course Learning Objectives: 

After participating in this module, students should be able to: create an innovative entrepreneurial response to a real-world challenge using the knowledge and skills developed in this course, other courses you have taken, and your experiences by: 

1. Understand the concepts of entrepreneurship, startups, customer-focused design, technology-driven innovation, and sustainable entrepreneurship.
2. Apply innovation methods like Design Thinking, Business Model Canvas, and Lean Startup.
3. Identify customers (B2B and B2C) and integrate their needs into an entrepreneurial concept. 
4. Apply validation techniques to make data-driven decisions about business model design, product/service design, and the startup process.
5. Create physical and/or digital prototypes using engineering and design principles
6. Integrate basic business model principles for start-ups, including marketing (mapping and assessment of main competitors, segmenting, selection of distribution channels, branding, and pricing) and finance (revenue models, cost structure).
7. Learn about sustainable business models and how sustainability and entrepreneurship can and should be closely aligned.
8. Compellingly deliver business ideas to investors, partners, and other stakeholders. 
9. Work effectively in interdisciplinary and intercultural teams.

Aktueller Termin:

Sommersemester, donnerstags von 13.00h bis 18.00h, inklusive Übungen und Praktika

Inhalte:

Das Modul "Digitale Generative Fertigung" umfasst die folgenden Inhalte:

Es werden die Zusammenhänge zwischen den Elementen der Konstruktion, der Werkstoffe sowie der Fertigung von generativ gefertigten Bauteilen erläutert. Zudem werden im Rahmen des Moduls definierte Prototypen oder Modell-Bauteile entwickelt, erstellt, dokumentiert sowie präsentiert.

Als Inhalte werden die Grundlagen der generativen Fertigung aufgezeigt. Als zweiten Schritt werden die unterschiedlichen Verfahren der generativen Fertigung dargestellt. Neben der Betrachtung der gesamten Prozesskette der Generativen Fertigung werden auch die unterschiedlichen Maschinen für generative Fertigung vorgestellt. Tiefergehend werden die verschiedenen Gruppen zur Erstellung von additiv gefertigten Bauteilen erklärt sowie deren Anwendungen erläutert. Es werden Applikationsbeispiele sowie weitere Trends und Möglichkeiten der generativen Fertigung diskutiert. Ein besonderes Augenmerk gilt dem besonderen Einfluss der Designmöglichkeiten sowie der Werkstoffe auf den Einsatz der generativen Fertigungsverfahren. Abschließend werden auch Aspekte der Wirtschaftlichkeit der digitalen generativen Fertigung erläutert und kritisch diskutiert.

Im praxisbezogenen Teil des Moduls sollen die Studierenden Bauteilbeispiele auswählen, die dann von den Studierenden mit Hilfe generativer Fertigungsverfahren realisiert werden. Hierbei werden vorher die Anforderungen an die Bauteile definiert, die dann später in der Realisierung umgesetzt und erfüllt werden sollen. Hierbei können die Bauteile in kleinen Gruppen zu zwei oder drei Studierenden umgesetzt werden.

Ein Schwerpunkt des Moduls stellt sich dar, indem die Studierenden die fertigungstechnische und vor allem die notwendige digitale Prozesskette bei der generativen Fertigung kennenlernen und selber umsetzen können. Hierbei startet diese Prozesskette beim Konzept / Design des Bauteils, bei dem Aspekte des bionischen Designs kennenlernt werden sollen. Zudem sollen Werkstoffe sowie Fertigungsverfahren ausgewählt werden. Nach der Herstellung der Prototypen sollen die realisierten Bauteile mit dem digital erstellten Design messtechnisch verglichen, analysiert und diskutiert werden. Es sollen bei der beispielhaften Entwicklung eines Prototyps auch die technische und wirtschaftliche Bewertung von Entwürfen, die Ausbreitung von Lösungsfeldern sowie die Auswahl von Lösungsvarianten und kundenorientierte Entwicklung und Konstruktion berücksichtigt werden. Darüber hinaus soll der Umgang mit Kreativität und konzeptionelles, digitales Zeichnen vollzogen werden.

Lernziele:

Fachkompetenz:

• Studierende verfügen über die Kompetenz, das Design sowie die Werkstoffauswahl und das Fertigungsverfahren zur Herstellung generativ erstellter Bauteile zu kennen, systematisch zu bearbeiten und anwenden zu können.
• Verständnis für die notwendigen Eingangsparameter haben sowie Potenziale und Grenzen einer generativen Fertigung analysieren, bewerten können.
• Entscheiden können, unter welchen Randbedingungen die Umsetzung von generativ erstellten Bauteilen sinnvoll und möglich ist.
• Ausgewählte digitale Werkzeuge der generativen Fertigung an anwendungsnahen Beispielen anwenden können.
• Die Möglichkeiten und Chancen von fächerübergreifenden Anforderungen und Rahmenbedingungen kennen, einschätzen und nutzen können
• Umsetzung einer generativen Fertigung in einem fächerübergreifenden Umfeld realisieren

Methodenkompetenz:

• Eigenständige Analyse und Strukturierung entwicklungstechnischer Fragestellungen
• Generative Fertigung hinsichtlich Design, Werkstoffe und Prozesse vorbereiten und durchführen können
• Die Ergebnisse analysieren und die Fähigkeit besitzen, diese für fächerübergreifender Anforderungen und Rahmenbedingungen transferieren zu können.
• Systematische Entscheidungsfindung unter technologischen und wirtschaftlichen sowie ökologischen und nachhaltigen Gesichtspunkten
• Komplexe Problemstellungen hinsichtlich gegebenenfalls der Zusammenarbeit mit anderen Fachbereichen und fachfremder Anforderungen systematisch zu analysieren
• Lösungen für Teilaufgaben innerhalb des Gesamtsystems zu einer Gesamtlösung kombinieren
• Chancen und Grenzen der eingesetzten Methoden systematisch verstehen und einordnen können

Selbstkompetenz:

• Eigenständige Analyse und Strukturierung fächerübergreifender Fragestellungen
• Kritischer Umgang mit den Möglichkeiten innovativer Entwicklungswerkzeugen (z.B. Simulationen und Analysetools)
• Systematisches Vorgehen bei der Methoden- und Umsetzungsauswahl
• Sich aktiv in gegebenenfalls fächerübergreifender Kleingruppen einbringen und Lösungen gemeinsam erarbeiten
• Erlernen von Teamarbeit zur gemeinsamen Bearbeitung von fächerübergreifenden Projekten
• Präsentieren, analysieren und diskutieren der Lösungsergebnisse

Aktueller Termin:

Wintersemester, donnerstags von 12.00h bis 15.00h, mit weiteren Übungen und Praktika

Inhalte:

Es werden zum einen die vier wesentlichen Komponenten-Gruppen von Werkzeugmaschinen in Hinblick auf ausreichende geometrische und kinematische Genauigkeit, ausreichende statische, dynamische und thermische Steifigkeit herausgearbeitet. Zum anderen werden die für Werkzeugmaschinen wesentlichen Aspekte wie NC-Programmierung, Hauptantriebe (Synchron- und Asynchronmotor), Vorschubantriebe sowie Führungen und Spindel-Lager-Systeme beleuchtet. In den Übungen werden die wesentlichen Inhalte wiederholt und entsprechende Berechnungen durchgeführt. In den Praktikumsversuchen wird in Kleingruppen die Ermittlung der statischen und dynamischen Nachgiebigkeit (incl. Modalanalyse) an Modellen von Werkzeugmaschinen geübt sowie der Einsatz von Laserinterferometer, Thermokamera und NC-Programmen an Werkzeugmaschinen erprobt und evaluiert.

Lernziele:

Die Studierenden sind in der Lage, eine Werkzeugmaschine hinsichtlich der erforderlichen statischen und dynamischen Steifigkeit sicher zu konstruieren. Darüber hinaus besitzen sie die Erfahrung, das thermische Verhalten sowie das geometrische und kinematische Verhalten einer Werkzeugmaschine bei der Auslegung sicher zu beurteilen. Sie können darüber hinaus die Planung des richtigen Antriebs- und Vorschubkonzeptes sowie der optimalen Führung und Lagerung der Komponenten einer Werkzeugmaschine durchführen. Dies zielt auf die realen Anforderungen im Berufsleben im Bereich Fertigungsverfahren ab.
Die Praktika befähigen die Studierenden dazu, auf dem in der Vorlesung erworbenen Fachwissen aufbauende Lösungsstrategien für die Auslegung von Werkzeugmaschinen zu entwickeln und anzuwenden sowie die Ergebnisse adressatenorientiert zu formulieren und zu präsentieren. Dazu erfahren die Studierenden eine praktische Vertiefung und können das Handling der geeigneten Messtechnik zur Modalanalyse, zur Thermografie und zur Ermittlung der Positioniergenauigkeit mit einem Laserinterferometer umsetzen. Des Weiteren können sie ein CNC-Programm an einem CNC-Drehfräszentrum entwerfen.

Am Freitag, 12.01.2024 besuchte der Master-Kurs "Werkzeugmaschinen" die Firma DMG Mori, um mit insgesamt 18 Master-Studierenden aus dem Studiengang Maschinenbau Einblicke in die Herstellung innovativer Werkzeugmaschinen zu ermöglichen. Hierzu sind wir mit einem eigens angemieteten Bus nach Bielefeld gefahren. 

Im Rahmen des Besuches bekamen wir zunächst zwei Fachvorträge zu den Themen "Additive Manufacturing und Digitalisierung" sowie "Neue Entwicklungen und Herausforderungen im Werkzeugmaschinenbau". Diese waren sehr interessant und haben uns einen sehr guten Einblick in die Arbeit und die Herausforderung der Firma ermöglicht. Im anschließenden Werksrundgang konnten wir sehr eindrücklich die Herstellung und vor allem die Montage der in Bielefeld hergestellten unterschiedlichen Drehmaschinen anschauen. Danach sind noch einige Fragen zu Abschlussarbeiten beantwortet worden und wir sind dann nach etwa vier Stunden wieder auf den Weg nach Steinfurt gefahren.

Wir danken der Firma CMG Mori für die sehr interessante Exkursion und den Besuch in Bielefeld!

Am Donnerstag, 27.10.2022 besuchte der Master-Kurs "Werkzeugmaschinen" die Firma AXA in Schöppingen, um insgesamt 28 Master-Studierenden aus dem Studiengang Maschinenbau Einblicke in die Herstellung innovativer Werkzeugmaschinen zu ermöglichen. Hierzu haben wir uns dann vor Ort bei der Firma AXA in Schöppingen getroffen, die nicht weit vom Technologie Campus in Steinfurt entfernt ist.

Seit 1965 ist AXA einer der Experten für Maschinen- und Anlagenbau in Deutschland. Sie entwickeln, konstruieren und fertigen individuelle Produktionsanlagen. Dabei haben sie sich nicht auf eine Branche spezialisiert, sondern bieten unseren Maschinen- und Anlagenbau für den Mittelstand genauso an, wie für die Großindustrie.

Als Werkzeugmaschinen-Hersteller berücksichtigen sie die Wünsche unserer Kunden und setzen sie individuell um. Parallel zu neu entwickelten Bearbeitungszentren bietet AXA zudem bereits fertige und kurzfristig verfügbare Werkzeugmaschinen an. Der AXA-Kundendienst kümmert sich derweil um Inbetriebnahmen, Wartungen, Inspektionen, Reparaturen und Nachrüstungen.

Diese ganzen Möglichkeiten sind bei dem Besuch in Schöppingen aufgezeigt worden. Zudem konnte sehr detailliert die gesamte Entwicklungs- und Herstellungskette für die Werkzeugmaschinen bei AXA kennengelernt werden. Die Firma AXA verfügt darüber hinaus auch über eine sehr gute Fertigungstiefe und Qualitätssicherung ihrer Produkte.

Wir danken der Firma AXA für die sehr interessante Exkursion und den Besuch in Schöppingen.

Am Mittwoch, den 20.04.2022 nutzte Prof. Dr.-Ing. Apmann die vorlesungsfreie Zeit, um seinen Bachelor-Studierenden aus dem Studiengang Maschinenbau, Einblicke in den Industriesektor zu ermöglichen. Hierzu machte man sich auf den Weg gen Norden, um nach einer fast dreistündigen Fahrt die Premium AEROTEC GmbH in Varel und Nordenham zu besichtigen.

Nach der Ankunft wurde das Werk der Premium AEROTEC in Varel vorgestellt, mit dem Hinweis, dass weitere Werke an den Standorten Augsburg, Bremen, Hamburg, Nordenham und Braşov (Rumänien) existieren. Die Werke machen sich zur Aufgabe, modernste Flugzeugstrukturen aus Aluminium, Titan und Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen (CFK) für die gesamte Airbus-Familie herzustellen. Gerade in Varel sorgen 1.300 Beschäftigte dafür, hochkomplexe Zerspanteile, wie Dreh- und Frästeile aus Aluminium, Stahl und Titan für alle Baumuster der Airbus-Flotte zu fertigen.

Im Laufe der Exkursion konnten die Studierenden die einzelnen Hallen der Fertigung, Zerspanung und Montage durchlaufen. In den Fertigungshallen werden pro Jahr etwa 8.000 verschiedene Zerspanungswerkzeuge eingesetzt. So werden diese Werkzeuge verwendet, um aus großen Halbzeugen im Umfang von etwa 14.500 to. Aluminium und 420 to Titan insgesamt 2,5 Mio. präzise Werkstücke pro Jahr zu fräsen. Hierbei ist der Standort Varel für seine kurzen Durchlaufzeiten und eine Präzision bekannt. Neben der Zerspanung gewinnt auch die Montage an diesem Standort immer mehr an Bedeutung: Varel verantwortet die Montage von Tür- und Torrahmen aus Titan und CFK sowie verschiedenen Fußbodengerüsten. Zusätzlich konnten noch Einblicke in den metallischen 3D-Druck gewährt werden, für den die Premium AEROTEC GmbH in Varel bekannt ist. Die Kombination der hochpräzisen Zerspanungstechnik und des metallischen 3D-Drucks, welcher bei sehr komplexen Bauteilen Anwendung findet, zeichnet den Standort aus.

Nachdem den die Studierenden viel Fachwissen vermittelt wurde, ging es mit dem Bus weiter zum Standort Nordenham der Premium AEROTEC GmbH. Auch hier wurden die Studierenden herzlich begrüßt und nach einer kurzen Einführung starteten die Führungen in Kleingruppen. Das Werk in Nordenham erstreckt sich über eine Produktionsfläche von 600.000 m², weshalb nur vereinzelte Produktionsschritte detailliert betrachtet wurden. Trotz dessen konnten sich alle Studierenden ein Bild über die gigantischen Dimensionen der einzelnen Komponenten machen. Einer der Highlights war die Besichtigung der Prozesskette von der Herstellung der CFK-Schalen bis hin zur Montage von ganzen Rumpfsegmenten mit den Abmessungen von 16m Länge und einem Durchmesser von etwa 6,50m für den Langstreckenflieger A350. In Nordenham werden jährlich insgesamt rund 5.000 Schalen für alle Airbus-Flugzeuge gefertigt und anschließend über den Seeweg zum Hauptkunden nach Hamburg transportiert. Gerade hier zahlt sich die direkte Lage an der Weser aus, da die Größe der einzelnen Container die Kapazitäten jedes Landfahrzeugs überschreitet. Zum Abschluss der Exkursion wurden den Studierenden die möglichen Forschungsbereiche der Premium AEROTEC GmbH präsentiert, welche eine Vielzahl an Projektarbeiten oder Abschlussarbeiten für Studierenden bieten.

Somit wurde die Exkursion beendet und die Rückreise angetreten. An dieser Stelle geht ein großes Dankeschön an alle Mitarbeitenden der Premium AEROTEC GmbH, welche sich die Zeit genommen haben, angehenden Ingenieur*innen ein mögliches Berufsfeld vorzustellen. Vielleicht sieht man sich in Zukunft eines Tages wieder. Ein weiteres Dankeschön geht an Prof. Dr.-Ing. Apmann, welcher den Studierenden die Möglichkeit geboten hat, Einblicke in den Alltag eines solch interessanten Unternehmens zu erhalten.