Hochschmelzende Metalle - Eigenschaftsprofil und Anwendungen

Ziele/Motive/Ausgangslage

Hochschmelzende Metalle, gemäß der am weitest verbreiteten Definition die Metalle Molybdän, Wolfram, Tantal und Niob, sind primär als Legierungselemente für Stähle bzw. Wolfram in Form von Wolframkarbid als Basis für Hartmetalle bekannt. Bei Anwendungen assoziiert man bis heute noch meist den Wolframdraht für die klassische Glühlampe. Seit dem Start der Vorlesung an der Montanuniversität Leoben im Jahr 1999 wird das Ziel verfolgt, diese Werkstoffklasse mit ihrem einzigartigen Eigenschaftsprofil und ihren unzähligen Anwendungen bekannt zu machen. Darüber hinaus werden metallkundliche Besonderheiten der Metalle Molybdän und Wolfram hervorgehoben.

Kurzzusammenfassung des Projekts in deutscher Sprache

Die produzierte Jahresmenge von Produkten aus hochschmelzenden (HS-)Metallen ist im Vergleich zu anderen Werkstoffen wie Stahl, Aluminium, usw. gering. Dennoch sind sie aus unserem täglichen Leben nicht wegzudenken. In vielen Fällen spielen HS-Metalle zur Herstellung anderer Produkte eine wesentliche Rolle. Um angehenden Technikern und Ingenieuren schon frühzeitig die Werkstoffklasse „HS-Metalle“ bekannt zu machen, werden im Rahmen einer Blockvorlesung in kurzer und prägnanter Form die Eigenschaften, die Besonderheiten und die zahlreichen Anwendungsgebiete der HS-Metalle vermittelt. Dabei wird vorwiegend interaktiv vorgegangen und es werden unterschiedliche Medien eingesetzt. Regelmäßig wird Bezug zu anderen Fächern, wie beispielsweise der Physik, der Chemie und auch der Metallkunde und Werkstoffprüfung, genommen. Die zahlreichen Wiederholungen im Rahmen der Vorlesung tragen dazu bei, die wesentlichen Inhalte zu verinnerlichen und dienen zugleich als Prüfungsvorbereitung. Durch die Lehrveranstaltung ergeben sich auch immer Anknüpfungspunkte für Kooperationen zwischen der Montanuniversität Leoben und der Plansee SE in Form von Diplom- bzw. Master- und Doktorarbeiten. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse daraus bereichern wiederum die Lehrunterlagen und unterstützen ganz wesentlich, diese am neuesten Stand zu halten. Darüber hinaus dienen die Feedbackgespräche am Ende der Lehrveranstaltung als auch die Evaluierungsbögen für die kontinuierliche Verbesserung der Vorlesung.

Kurzzusammenfassung des Projekts in englischer Sprache

The annual production volume of products made of refractory metals is low when compared to other materials like steel, aluminium, etc. Nevertheless these metals are indispensable in our daily life. In many cases high melting metals play an essential role in the production of other products. In order to introduce the material class „high melting metals“ at an early stage to prospective technicians and engineers, their properties, special features and numerous areas of application of refractory metals will be conveyed in a short and concise form as part of a block lecture. The approach is mainly interactive and different media are used. Regular reference is made to other subjects like physics, chemistry but also to physical metallurgy and material testing. Numerous repetitions during the lecture support to internalize the most relevant technical content and are ideal for exam preparation at the same time. The lecture provides always points of contact for cooperation between the Montan-University Leoben and Plansee SE in the form of diploma, master’s, and doctoral theses. The scientific results from this work in turn enrich the teaching material and helps to keep it up to date. Both the regular feedback talks and the evaluation forms support to continuously improve the lecture.

Nähere Beschreibung des Projekts

Mit der Plansee SE und ihrem Hauptstandort in Reutte (Tirol) gibt es in Österreich seit über 100 Jahren eine Firma, die auf dem Gebiet der hochschmelzenden Metalle Weltmarktführer ist. Über Jahrzehnte hinweg war die Lichtindustrie der Hauptabnehmer für diese Werkstoffe und erst Mitte des letzten Jahrhunderts gesellten sich verstärkt Abnehmer aus anderen Branchen – beispielsweise die Elektronikindustrie, die Medizintechnik, die Glasindustrie und der Hochtemperaturofenbau - dazu. Trotz der vielseitigen Anwendungsgebiete fristen die hochschmelzenden Metalle, auch Refraktärmetalle genannt, ein Nischendasein. Das Eigenschaftsprofil ist meist nur unzureichend bekannt und viele Technologie- und Produktentwickler haben diese Werkstoffklasse nicht auf ihrem Radar.

Daher wurde 1999 diese Vorlesung an der Montanuniversität Leoben ins Leben gerufen. Im Rahmen der Lehrveranstaltung, die in Form einer Blockvorlesung abgehalten wird, wurde von Beginn an versucht, die Brücke zwischen Grundlagenforschung und industrieller Praxis zu schlagen. Es werden im Rahmen der Vorlesung nicht nur Grundlagen zu diesen Werkstoffen vermittelt, sondern auch Werkstoffentwicklungen und insbesondere neueste Anwendungen vorgestellt, in denen hochschmelzende Metalle einen entscheidenden Beitrag leisten. Daraus resultierten bis heute schon zahlreiche Anknüpfungspunkte für Kooperationen zwischen der Montanuniversität Leoben und dem Industrieunternehmen Plansee SE. Die Ergebnisse dieser Diplom-, Master- und Doktorarbeiten leisten nicht nur wesentliche Beiträge für die Erweiterung des Grundlagenwissens über hochschmelzende Metalle, sondern unterstützen zugleich Themen der Prozessoptimierung und Produktentwicklung.

Die Grundlage der Vorlesung bildet eine PowerPoint - Präsentation, die zugleich das Skriptum für die Studierenden darstellt. Videosequenzen über die Herstellung der hochschmelzenden Metalle und insbesondere deren Anwendungen lockern den Vortrag auf. Viele der Diagramme werden mit den Studenten*innen diskutiert und wenn möglich, Querverbindungen vor allem zu den Vorlesungen der Metallkunde und Werkstoffprüfung hergestellt. Dabei dient auch die Tafel regelmäßig als Medium. Dadurch wird ein hohes Maß an aktiver Mitarbeit und Diskussion sichergestellt.

Das kritische Hinterfragen und der Drang die Dinge auch im Gesamten zu verstehen, wird insbesondere durch die Diskussion von Anwendungsbeispielen hochschmelzender Metalle gefördert, die uns im täglichen Leben begleiten. Als Beispiele sind an dieser Stelle Flachbildschirme, Einkristalle, Computerchips und Computertomographen angeführt. Im Zusammenhang mit diesen Anwendungen wird auch immer wieder der Stellenwert der Grundlagenfächer Physik, Chemie, usw. hervorgehoben.

In leitender Position im Unternehmen hat man regelmäßig die Möglichkeit an Schulungen zu didaktischen Methoden, zu zielorientierter Präsentation, aber auch zur richtigen Mediengestaltung, etc., teilzunehmen. Darüber hinaus tragen die regelmäßigen Feedbackgespräche zum Abschluss der Lehrveranstaltung und auch die Evaluierungsbögen dazu bei, die Inhalte und die Gestaltung der Vorlesung kontinuierlich weiterzuentwickeln. Die wesentlichen Erkenntnisse aus den oben angeführten Kooperationen werden ebenso in die Vorlesungsunterlagen eingearbeitet, um auch im wissenschaftlichen Bereich das Skriptum auf aktuellem Stand zu halten.

Aus diesen Erfahrungen resultiert, dass die maximale Vortragsdauer (Einheit) 45 bis max. 50 Minuten beträgt und in dieser Zeit kein Monolog, sondern ein interaktives Erarbeiten der Vorlesungsunterlagen erfolgt – teils durch Videos und Nutzung der Tafel als Medium aufgelockert. Nach den ca. 10 - minütigen Pausen werden die aus Sicht des Vortragenden wesentlichen Inhalte der vorigen Einheit gemeinsam ganz kurz zusammengefasst. Dasselbe geschieht am Ende eines Vormittags oder Nachmittags – in diesem Fall erfolgt eine umfassendere Wiederholung, die zugleich als Teil der Prüfungsvorbereitung dient. Zum Abschluss der Lehrveranstaltung wird nach einer letzten Pause das gesamte Skriptum gemeinsam durchgegangen. Dabei wird erneut auf die wesentlichen Punkte eingegangen und diese ein letztes Mal gemeinsam wiederholt – dies erfolgt in einer Art Frage-Antwort-Spiel und dauert maximal eine halbe Stunde. Es wird darauf hingewiesen, dass das Skriptum vor allem als erstes Nachschlagewerk bei einer Vertiefung in diese Werkstoffklasse dienen soll.

Mit dieser Wissensbasis und den Unterlagen soll es den angehenden Technikern und Ingenieuren möglich sein, bei zukünftigen Fragestellungen die Klasse der hochschmelzenden Metalle auch in ihre Problemlösung einzuschließen.

Mehrwert

Es gibt einen unmittelbaren Praxisbezug. In kurzer und prägnanter Form wird innerhalb einer Blockvorlesung eine ganze Werkstoffklasse näher gebracht.

Übertragbarkeit/Nachhaltigkeit

Das Konzept ist meiner Einschätzung nach auf alle Fälle auf andere Lehrveranstaltungen übertragbar. Die Lehrveranstaltung gibt es seit 1999 und wird es auch bis auf weiteres geben. Es wird kontinuierlich an Verbesserungen gearbeitet - Details dazu sind in der Projektbeschreibung nachzulesen.

Aufwand

Es gibt keinen zusätzlichen Kostenaufwand. Der Zeitaufwand lässt sich kaum abschätzen, weil eine Überarbeitung der Unterlagen über das gesamte Jahr erfolgt (der zeitliche Abstand von einem Blockvorlesungstermin zum nächsten Blockvorlesungstermin beträgt ein Jahr).

Positionierung des Lehrangebots

Masterstudium: Wahlfach für das Masterstudium "Metallurgie" (1.Sem.) und Wahlpflichtfach für das Masterstudium "Werkstoffwissenschaft" (3.Sem.) der beiden Wahlfachgruppen Materialphysik / Metallkunde und Werkstoffprüfung

Links zu der/den Projektmitarbeiter/innen
Das Beispiel wurde für den Ars Docendi Staatspreis für exzellente Lehre 2022 nominiert.
Ars Docendi
2022
Kategorie: Qualitätsverbesserung von Lehre und Studierbarkeit
Ansprechperson
Dipl.-Ing. Dr. mont. Wolfram Knabl
Lehrstuhl für Metallkunde und metallische Werkstoffe (Gastvortragender von der Plansee SE in 6600 Reutte / Tirol)
+43 664 8152601
Nominierte Person(en)
Dipl.-Ing. Dr. mont. Wolfram Knabl
Lehrstuhl für Metallkunde und metallische Werkstoffe (Gastvortragender von der Plansee SE in 6600 Reutte / Tirol)
Themenfelder
  • Didaktische Methode
Fachbereiche
  • Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik/Ingenieurwissenschaften