Berufsfeldorientierungsmodul/Vertiefungsmodul LEICHTBAU 1 , Leichtbau VU, Leichtbau LU

Nähere Beschreibung des Projekts

Das Berufsfeldorientierungsmodul/Vertiefungsmodul Leichtbau 1 wird derzeit im Curriculum des Bachelorstudiums /Masterstudiums Maschinenbau und Wirtschaftsingenieurwesen-Maschinenbau sowie im Masterstudium Materialwissenschaften angeboten. Es besteht aus einer Vorlesungsübung und einer Laborübung.

Das Grundkonzept der Lehrveranstaltungen basiert darauf, den komplexen Stoff des Leichtbaus den Studierenden anwendungs- und praxisbezogen zu vermitteln. Zusätzlich soll anhand einer gestellten Konstruktionsaufgabe den Studierenden ein Einblick in praxisnahes Arbeiten gegeben und die Freude am eigenen Gestalten gefördert werden.

Der Vorlesungsteil basiert auf einem strukturierten, kompetenzorientierten Konzept. Die ersten zwei Vorlesungen werden dazu genutzt, den Studierenden an Hand von vorgestellten Einsatzbereichen und Anwendungsbeispielen einerseits die Vielfalt von Leichtbaukonstruktionen aufzuzeigen und andererseits die Dringlichkeit des Einsatzes von Leichtbaustrukturen in Hinblick auf Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit bewusst zu machen. Danach werden die wichtigsten Leichtbaukonstruktionsprinzipien und Rechenmethoden vorgestellt. Diese werden an Bildern aber vor allem durch die Verwendung von Anschauungsobjekten (z.B. Raumfahrt- und Flugzeugbauteile) einprägsam erklärt. Durch das „in den Händen Halten“ dieser Bauteile kann der Faktor „Gewicht“ begreiflich gemacht werden. Ebenso beliebt sind Experimente, in denen spezifische leichtbaurelevante Themen, wie z.B. der Stabilitätsverlust, veranschaulicht werden. Hierzu wurden handliche Testvorrichtungen konzipiert und gefertigt, mit denen die Tests in den Vorlesungen „live“ durchgeführt werden und unter Verwendung von Videokameras auf die Leinwand projiziert werden. Zum besseren Verständnis spezieller Leichtbaukonstruktionsprinzipien führen Studierende auch aktiv und selbstständig einfache Experimente durch. Das Staunen über die Effektivität von gezielten Leichtbaumaßnahmen, z.B. zur Erhöhung der Steifigkeit, ist dabei nicht übersehbar. Weiters dienen Filmsequenzen, die im Rahmen von Forschungsarbeiten am Institut aufgenommen wurden oder im Internet zur Verfügung stehen, dazu, Leichtbaueffekte besser zu verstehen. Bei all diesen praktischen Demonstrationen kommen die Formeln nicht zu kurz. Wichtige Herleitungen bzw. Rechengänge, die für das Verständnis maßgebend sind, werden an der Tafel Schritt für Schritt mit den Studierenden erarbeitet. Zusätzlich beinhaltet der Vorlesungsteil eine große Anzahl von Beispielen, an denen die Anwendung der Rechenmethoden während der Lehrveranstaltung besprochen wird. Ein wesentlicher Bestandteil des Lehrkonzeptes des Vorlesungsteils ist der Dialog mit den Studierenden, sowohl bei der Erarbeitung des neuen Stoffes als auch bei der Wiederholung des Stoffes der vorangegangenen Vorlesung. Der kurze interaktive Rückblick zu Beginn jeder Lehrveranstaltung soll den Studierenden die Möglichkeit geben, sich an den zuletzt erarbeiteten Stoff zu erinnern bzw. nach Versäumen einer Vorlesung unterschiedliches Vorwissen auszugleichen.

Im Übungsteil der Vorlesungsübung wird die Anwendung der Rechenmethoden vertieft. Er ist bezüglich des Inhalts mit dem Vorlesungsteil zeitlich abgestimmt. Eine wesentliche Grundlage, auf der die Rechenmethoden des Leichtbaus aufbauen, ist die Mechanik. Da die Tiefe dieses Vorwissens von der Bildungsbiographie der Studierenden abhängt und sehr unterschiedlich sein kann, werden vor Beginn der ersten Leichtbau-Übung zwei Lehrveranstaltungen mit dem Titel „Grundlagenauffrischung“ abgehalten. Ihr Ziel ist es, mit den Studierenden die vorausgesetzten Grundkenntnisse zu wiederholen, um so für alle die gleiche Ausgangsbasis zu schaffen. Danach werden die Rechenmethoden des Leichtbaus an praxisrelevanten Beispielen geübt. Durch Fragen an die Hörerschaft werden Studierende animiert, zur Auffindung des Lösungsweges aktiv beizutragen. Zusätzlich werden wöchentlich zum aktuellen Lehrstoffen Aufgaben ausgegeben, deren Lösungswege in der darauffolgenden Übungseinheit mit den Studierenden diskutiert werden. Durch dieses Angebot werden die Studentinnen und Studenten zum Mitlernen des Stoffes motiviert.

Die Beurteilung der Vorlesungsübung erfolgt über die Bewertung von Teilleistungen. Im Übungsteil werden im Rahmen von zwei schriftlichen Kolloquien Aufgaben zur praktischen Anwendung des Stoffes gestellt. Das kompetenzorientierte Lehrkonzept wird dabei nicht nur im Praxisbezug der Aufgabenstellungen, sondern auch in den Prüfungsmodalitäten umgesetzt, da die Studierenden bei den Kolloquien eigene Mitschriften und Papierausdrucke der Skripten sowie gedruckte Literatur verwenden dürfen. Damit stützt sich die Bewertung nicht auf ein nur auswendig gelerntes Wissen von Formeln, sondern auf die Kompetenz, die Rechenmethoden des Leichtbaus praktisch anwenden zu können. Werden Kolloquium versäumt oder negativ beurteilt, haben die Studierenden die Möglichkeit zu den entsprechenden Ersatzkolloquien anzutreten. Erst nach einer positiven Beurteilung des Übungsteils können die Studierenden zur theoretischen Prüfung des Vorlesungsteils antreten. Diese wird von Prof. Rammerstorfer mündlich abgehalten, mit dem Ziel, in einem persönlichen Gespräch mit dem Studierenden dessen Kompetenz hinsichtlich der Lösung praxisnaher Fragestellungen zu bewerten. Die Gesamtnote zur Vorlesungsübung wird nach positivem Abschluss des Prüfungsgesprächs festgelegt. (Seit Jänner 2019 wird der theoretische Prüfungsteil für neu zugegangene Studierende, aufgrund der Vakanz des Lehrstuhls, schriftlich geprüft.)

Im Rahmen der Laborübung können Studierende das in der Vorlesungsübung erlangte Wissen praktisch anwenden. Dabei wird Kleingruppen aus drei bis vier Studentinnen und Studenten die Aufgabe gestellt, das Projekt eines vereinfachten Leichtbauträgers zu bearbeiten. Derartige Trägerkonstruktionen kommen z.B. im Fahrwerksbereich eines Kleinflugzeugs zum Einsatz. Jedes Team erhält ein Pflichtenheft, das als Grundlage für die Konstruktion und Berechnung dient. Da dieser Träger in weiterer Folge von der Kleingruppe selbst im Labor gefertigt wird, ist neben der Konstruktionszeichnung und dem Festigkeitsnachweis auch ein genauer Arbeitsplan für die Fertigung zu erstellen. Für Fragen zur Realisierbarkeit der Konstruktion und zur Herstellung des Bauteils steht den Studierenden der sehr erfahrene Labortechniker des Instituts zur Verfügung. Abschließend wird der Träger einem Belastungstest unterzogen, um ihn hinsichtlich seiner Leichtbauqualitäten zu evaluieren. Für die dabei durchgeführten Messungen wird vorher in zwei Übungseinheiten ein Messsystem auf dem Träger appliziert, und die Studierenden werden in das Messprogramm eingeschult. Beim Belastungstest wird überprüft, ob die Konstruktion der geforderten Belastung standhält und, wenn ja, wie hoch die maximale Belastung ist, bei der erstmals Versagen auftritt. Das Gewicht der Konstruktion spielt bei der Evaluierung natürlich auch eine entscheidende Rolle. Um die Teams zusätzlichen zu motivieren, wird im Rahmen eines Wettbewerbs jenes Team prämiert, dessen Träger bei ausreichender Festigkeit und Steifigkeit das geringste Gewicht aufweist. Um mit dieser Laborübung ein Szenario, wie es im späteren Berufsleben der Teilnehmerinnen und Teilnehmer auftreten könnte, zu imitieren, werden zur Beurteilung neben den Protokollen zur Konstruktion, Berechnung, Arbeitsvorbereitung, Fertigung und zum Belastungstest auch das Engagement sowie die Qualität der Teamarbeit miteinbezogen. Durch die Anwendung von Leichtbaukonstruktionsprinzipen und Leichtbaurechenmethoden in Kombination mit Elementen der Konstruktionslehre, der Arbeitsvorbereitung, der Fertigungstechnik und der Messtechnik werden im Rahmen dieser Laborübung fachübergreifende Kompetenzen und Qualifikationen gefördert.[https://www.ilsb.tuwien.ac.at/ilsb/de/Leichtbau-1-Bildgalerie]

Für die Studierenden der beschriebenen Lehrveranstaltungen werden auch regelmäßig Exkursionen zu einschlägigen Firmen im Inland und im Ausland von Mitgliedern des Instituts organisiert. In den letzten Jahren wurden folgende Firmen besucht:

FACC AG [https://www.facc.com/] (Oberösterreich), KTM_Technologies GmbH [http://www.ktm-technologies.com/] (Salzburg), Mubea Carbo Tech GmbH [http://www.carbotech.at/] (Salzburg), Peak Technology GmbH [https://www.peaktechnology.at/de/] (Oberösterreich), Diamond Aircraft Industries GmbH [https://www.diamondaircraft.com/de/](Niederösterreich), SGL Group SE [http://www.sglgroup.de] (Deutschland), IABGmbH [https://www.iabg.de/] (Deutschland), Space Expo Noordwijk [https://www.space-expo.nl/de/] (Niederlande), ESTEC/ESA [https://www.esa.int/About_Us/ESTEC] (Niederlande), EADS-Dutch-Space [https://www.airbusdefenceandspacenetherlands.nl/] (Niederlande), ….

Mit diesen Veranstaltungen wird den Studierenden ein Einblick in die Produktion und die Arbeitsfelder namhafter Firmen der Luft- und Raumfahrttechnik geboten. Für die Exkursionsteilnehmerinnen und -teilnehmer ist es faszinierend, genau jenen Leichtbaukonstruktionsprinzipien in Realität zu begegnen, die sie in der Vorlesung bereits kennengelernt haben. Da ihnen dazu noch meist Informationen und Erfahrungen aus der Praxis vermittelt werden, können Studierende von diesen Veranstaltungen sehr profitieren. Außerdem wird durch den Firmenbesuch auch ein erster Kontakt hergestellt, der für Praktikumsplätze oder Anstellungen nach dem Studium äußerst wertvoll sein kann.

Dass das Berufsfeldorientierungsmodul/Vertiefungsmodul Leichtbau 1 Studierende für das Fachgebiet des Leichtbaus begeistert, bestätigt auch die rege Mitarbeit der Modul-Absolventinnen und -absolventen sowohl beim TUW – Racing Team [http://racing.tuwien.ac.at/], als auch beim TUW-Space Team [https://spaceteam.at/]. Beide Teams sind fakultätsübergreifend und stehen in regelmäßigem, engem Kontakt mit dem Institut für Leichtbau und Struktur-Biomechanik. Die Zusammenarbeit reicht von fachlichen Diskussionen, der Betreuung von diesen Aktivitäten zugeordneten Masterarbeiten, der Entwicklung und Herstellung von Spezialkomponenten bis zur Tätigkeit als Punkterichterin beim Formula Student Austria Event [https://fsaustria.at/] am Red Bull Ring in Spielberg.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass das Berufsfeldorientierungsmodul/Vertiefungsmodul Leichtbau 1 durch das kompetenzorientierte Konzept der Lehrveranstaltungen, die Förderung von fachübergreifenden Kompetenzen, die Berücksichtigung unterschiedlicher Bildungsbiografien sowie den steten Bezug zur Praxis und den Kontakt zur Industrie die festgelegten Kriterien 2019 für den Staatspreis Ars Docendi in hohem Maße erfüllt.