Maschinenbau-Grundausbildung

Einordnung und Zielsetzung

Die Maschinenbau-Grundausbildung wird an der TU Graz am Institut für Technische Logistik als zweisemestriger Lernpfad für Studierende in Chemical Engineering (Bachelor) sowie als Teil des Health Care Engineering (Master) angeboten. Sie führt in ein technisches Gebiet ein, das für viele Studierende zu Studienbeginn nicht zum eigenen Kernbereich zählt, im späteren Berufsalltag jedoch regelmäßig relevant ist: Funktionen von Bauteilen und Baugruppen müssen verstanden, Schnittstellen bewertet, Lastannahmen getroffen, Dimensionierungen durchgeführt und konstruktive Entscheidungen begründet werden.

Didaktisch reagiert das Konzept auf stark heterogene Eingangsvoraussetzungen. Ein Teil der Studierenden bringt Werkstattpraxis, CAD-Erfahrung und Kenntnisse im Umgang mit Normteilen aus Vorerfahrungen (z. B. Beruf oder HTL) mit; andere starten ohne diese Anknüpfungspunkte.

Der Lernpfad ist daher bewusst nach dem Prinzip „vom Begreifen zum Verstehen und Anwenden“ aufgebaut:

1. Aufbau eines gemeinsamen Begriffs- und Funktionsverständnisses
2. Entwicklung einer systematischen Auslegungs- und Entscheidungslogik
3. Anwendung in einem kooperativen, realitätsnahen Konstruktionsprojekt

Ausgangslage: Heterogenität produktiv nutzen

Die zentrale Herausforderung besteht darin, in einer kompakten Lehrsequenz Orientierung, Grundlagenaufbau und erste Anwendung zu ermöglichen, ohne zu über- oder zu unterfordern. Semester 1 schafft eine verbindliche fachliche Basis. Semester 2 eröffnet einen Anwendungsraum, in dem Entscheidungen sichtbar und überprüfbar werden.

Heterogenität wird dabei nicht als Defizit betrachtet, sondern gezielt für Peer-Lernen genutzt. Studierende mit technischer Vorerfahrung übernehmen erklärende Rollen; Studierende ohne Vorerfahrung stellen häufig grundlegende Fragen, die implizite Annahmen offenlegen und zur fachlichen Präzisierung beitragen.

Didaktisches Design in Semester 1

Zentrales Element ist die konsequente Verknüpfung von Anschauung und Theorie. Reale Bauteile, Demonstratoren sowie Werkstattbesichtigungen dienen als funktionale Ankerpunkte. Begriffe wie Dauerfestigkeit, Lagerung, Welle-Nabe-Verbindung oder Kupplung werden nicht abstrakt eingeführt, sondern an konkreten Objekten analysiert. Studierende identifizieren Funktionen, vergleichen Bauformen und diskutieren konstruktive Varianten.

Parallel dazu wird Dimensionierung als strukturierter Prozess vermittelt:

• Definition von Lastfällen

• Abschätzung von Beanspruchungen

• Wahl geeigneter Sicherheitsbeiwerte

Der Übungsteil für die Berechnung und Aslegung der Maschinenelemente ist als Blended Learning organisiert. Asynchrone Rechenbeispiele erlauben individuelles Lerntempo. Präsenz- und Online-Fragestunden fokussieren auf Entscheidungslogik und Plausibilisierung.

Getrennte Leistungsfeststellung

Die Prüfung trennt konzeptionelles Verständnis von rechnerischer Kompetenz:

• Mündliche Prüfung: Funktionsprinzipien, Variantenvergleich, Begründung konstruktiver Entscheidungen

• Schriftliche Prüfung: vollständige, nachvollziehbare Dimensionierung inklusive Dokumentation von Annahmen und Plausibilitätsprüfung

Didaktisches Design in Semester 2: Konstruktionsprojekt „Rührwerk“

Semester 2 dient als Anwendungsraum. Die Studierenden arbeiten in zweier Teams und durchlaufen einen vollständigen konstruktiven Entwicklungsprozess.

Der Projektablauf umfasst:

• Analyse der Aufgabenstellung und Randbedingungen

• Erstellung einer Funktionsstruktur

• Handskizzen und Variantenvergleich

• Vordimensionierung zentraler Komponenten

• Detaillierte rechnerische Auslegung

• CAD-Modellierung

• Erstellung eines technischen Berichts

Didaktisch entscheidend ist, dass Konstruktion nicht vom CAD ausgeht, sondern aus Anforderungen und Berechnungen abgeleitet wird.

Technische Umsetzbarkeit sicherstellen - Der Realitätscheck

Die Teams:

• wählen reale Zukaufteile aus Herstellerkatalogen

• erstellen eine vollständige Stückliste

• berücksichtigen Lieferbarkeit und Schnittstellen

• dokumentieren Montage- und Demontageabläufe

Damit verschiebt sich die Perspektive von „funktioniert rechnerisch“ zu „funktioniert unter realen Randbedingungen“. Kosten, Verfügbarkeiten und Lieferzeiten werden erstmals ein Thema bis hin zu internen terminlichen Abstimmung in den jeweiligen Teams.

Peer-Feedback und iterative Verbesserung

Zwischen- und Abschlusspräsentationen sind als strukturierte Feedbackschleifen gestaltet.

Teams beantworten Leitfragen zu Lastannahmen, kritischen Komponenten und offenen Risiken. Kommiliton:innen geben konstruktives Feedback, Lehrende moderieren und ergänzen fachlich. So entsteht ein Raum, in dem technische Entscheidungen argumentativ verteidigt und weiterentwickelt werden und sollte somit zeigen, dass es nicht die eine richitge Konstruktion gibt sondern unter verschiedenen Gesichtspunkten unterschiedliche Lösungen entstehen können.

Curriculare Einbettung und Nachhaltigkeit

Maschinenbau-Grundausbildung ist Teil des Lehrkonzepts „Design–Simulate–Print“. Dieses basiert auf der abgestimmten Verzahnung von vier Lehrveranstaltungen, die über mehrere Semester hinweg auf demselben Use Case – dem Rührwerk – aufbauen. Beteiligt sind die beiden Teile der Maschinenbau-Grundausbildung I & II am Institut für Technische Logistik sowie die Lehrveranstaltungen Apparatebau (VO) und das Labor Stoffübertragung am Institut für Partikeltechnik.

Alle vier Lehrveranstaltungen greifen denselben technischen Anwendungsfall auf, jedoch mit unterschiedlichem fachlichem Fokus. In MB-Grundausbildung VT I werden die maschinentechnischen Grundlagen und Auslegungsprinzipien vermittelt. In VT II erfolgt die konstruktive Umsetzung in Form eines teamorientierten Konstruktionsprojekts mit CAD-Modellierung. In der Vorlesung Apparatebau werden rührwerksspezifische verfahrenstechnische Randbedingungen und Auslegungskriterien behandelt. Im Labor Stoffübertragung wird das entwickelte CAD-Modell für Simulationen und experimentelle Untersuchungen herangezogen und schließlich als Prototyp umgesetzt.

Durch diese strukturierte Abfolge erleben die Studierenden einen durchgängigen Entwicklungsprozess vom theoretischen Verständnis über die Konstruktion bis zur Simulation und physischen Umsetzung. Wissen und Artefakte – insbesondere das CAD-Modell – werden semesterübergreifend weiterverwendet und vertieft.

Die Nachhaltigkeit liegt somit nicht nur in der fachlichen Kontinuität, sondern in der konsequenten Integration von Design, Berechnung, Simulation und praktischer Realisierung innerhalb eines curricular abgestimmten Gesamtkonzepts.

Ergebnis und Mehrwert

Durch die Kombination aus anschaulichem Grundlagenaufbau, strukturierter Auslegungssystematik, getrennter kompetenzorientierter Prüfung und kooperativer Projektarbeit entsteht ein konsistenter Lernpfad. Die Studierenden sind am Ende in der Lage,

• Maschinenelemente funktional zu verstehen

• Dimensionierungen eigenständig durchzuführen

• konstruktive Entscheidungen zu begründen

• Ergebnisse zu dokumentieren und zu plausibilisieren

• Entwürfe in CAD umzusetzen

• die technische Realisierbarkeit unter Praxisbedingungen zu prüfen

Damit wird nicht nur Fachwissen aufgebaut, sondern ein ingenieurmäßiges Denken entwickelt, das Analyse, Berechnung, Konstruktion und Bewertung integriert.