Maschinenbau

Maschinenbau ist eine der ältesten Ingenieursdisziplinen, dabei bildet die klassische Physik die Grundlage der technischen Mechanik, Thermodynamik und Werkstoffwissenschaften und somit die Grundlage für weitere Aspekte (Konstruktion, Simulation, Materialmodellierungen).

Aufgabengebiete

Aufgabengebiete des Maschinenbaus sind Werkstoffkunde/Werkstoffwissenschaften, thermische Strömungsmaschinen, technische Thermodynamik, Technische Mechanik, Strömungsmechanik/Fluidmechanik, Produktionstechnik, Mikrostrukturtechnik, Mess- und Regelungstechnik, Kerntechnik, Konstruktionstechnik und weitere Richtungen.

Werkstoffwissenschaft

Die Werkstoffwissenschaft zählt zur Materialwissenschaft und ist ein Gebiet der Ingenieurwissenschaft, das mit den Methoden der Werkstoffkunde versucht, anwendungsorientiert Beziehungen zwischen der Struktur und den Eigenschaften der Werkstoffe herzustellen. Darauf aufbauend werden durch gezielte Strukturveränderungen gewünschte Eigenschaftsprofile eingestellt.

Technische Thermodynamik

Typischer thermodynamischer Vorgang am Beispiel der prinzipiellen Wirkungsweise einer Dampfmaschine (rot = hohe Temperatur, gelb = niedrige Temperatur, blau = Endtemperatur des Dampfes)

Die Thermodynamik, auch als Wärmelehre bezeichnet, ist ein Teilgebiet der klassischen Physik. Sie entstand im Verlauf des 19. Jahrhunderts auf der Grundlage der Arbeiten von James Prescott Joule, Nicolas Léonard Sadi Carnot, Julius Robert von Mayer und Hermann von Helmholtz. Sie ist die Lehre der Energie, ihrer Erscheinungsform und Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Sie erweist sich als vielseitig anwendbar in der Chemie, Biologie und Technik. Mit ihrer Hilfe kann man zum Beispiel erklären, warum bestimmte chemische Reaktionen spontan ablaufen und andere nicht. Die technische Thermodynamik ist eine rein makroskopische Theorie, die davon ausgeht, dass sich die physikalischen Eigenschaften eines Systems hinreichend gut mit makroskopischen Zustandsgrößen beschreiben lassen. Sie ist eine effektive Theorie, da sie die Bewegung der einzelnen Atome und Moleküle vernachlässigt und nur mittlere Größen wie Druck und Temperatur betrachtet.

Technische Mechanik

Cremonaplan ist ein Beispiel für die zeichnerische Lösung eines Problemes in der Technischen Mechanik.

Die Technische Mechanik ist ein Teilgebiet der Ingenieurwissenschaften. Ihre naturwissenschaftliche Grundlage ist die klassische Mechanik, die ihrerseits ein Teilgebiet der Physik ist. Das Aufgabengebiet der Technischen Mechanik ist die Bereitstellung der theoretischen Berechnungsverfahren beispielsweise für die Materialwissenschaft, den Maschinenbau und die Baustatik. Die eigentliche Bemessung, Auswahl der Werkstoffe und dergleichen mehr wird dann von diesen anwendungsnahen Disziplinen übernommen, in denen die Technische Mechanik Hilfswissenschaft ist.

Strömungsmechanik/Fluidmechanik

Die Strömungslehre oder auch Strömungsmechanik ist die Physik der Fluide. Unter diesem Begriff versteht man Medien, welche sich unter dem Einfluss von Scherspannungen unbegrenzt verformen (Flüssigkeiten und Gase). Auch die Bezeichnungen Fluidmechanik oder Fluiddynamik werden anstelle von „Strömungslehre" verwendet.

Der Maschinenbau ist geprägt von Ingenieuren, Technikern und Facharbeitern. Diese arbeiten je nach Unternehmensgröße und Schwerpunkt des Betriebes an Idee, Entwurf, Kalkulation, Design, Konstruktion, Forschung und Entwicklung, Produktion und Vertrieb von Maschinen aller Art und deren Bauteilen. Ausgehend von einzelnen Maschinenelementen werden dabei Produkte oder Anlagen von größter Komplexität wie Fertigungsstraßen und ganze Fabriken entwickelt, gebaut und betrieben.

Zum Beispiel beschäftigt sich die Konstruktionslehre mit den Zielen und Methoden, die ein Maschinenbau-Ingenieur/-Techniker bei der Konstruktion technischer Anlagen beachten muss. Mittlerweile werden die technischen Anlagen mit Hilfe von CAD-Programmen am Computer entworfen. Die dabei erzeugten CAD-Dateien können anschließend einer Simulation (dazu gehört u.a auch die Finite-Elemente-Methode) unterzogen und von einer CNC-Maschine gefertigt werden. Aufgrund der zunehmenden Automatisierung werden technische Anlagen heute mit einer komplexen Mess- und Steuerungs- bzw. Regelungstechnik ausgestattet, die ebenso von Maschinenbau-Ingenieuren ausgelegt werden.

Universität, Fachhochschule

An Universitäten (auch an Technischen Universitäten) und Fachhochschulen ist das Maschinenbaustudium einer der drei klassischen Ausbildungswege (neben Elektrotechnik und Bauingenieurwesen) für angehende Diplomingenieure. Bei erfolgreichem Studienabschluss wird der akademische Grad Dipl.-Ing. (bzw. Dipl.-Ing. (FH)) verliehen. Im Zuge einer Vereinheitlichung der Strukturen der Hochschulbildung in Europa wird ein gestuftes Studiensystem eingeführt (Bologna-Prozess). Dieser Prozess soll bis 2010 abgeschlossen sein. Danach werden Studienanfängern die Titel Bachelor of Science und Master of Science bzw. Bachelor of Engineering und Master of Engineering angeboten.

Im Maschinenbau haben sich inzwischen eigenständige Studiengänge wie Maschinenbauinformatik, Produktion und Logistik, Fertigungstechnik, Verfahrenstechnik, Verarbeitungstechnik, Energietechnik, Fahrzeugtechnik, Luft- und Raumfahrttechnik, Mechatronik u. a. etabliert.

Fachschule, Technikerschule

Neben der Ingenieursausbildung an Universitäten und Fachhochschulen ist im deutschsprachigen Raum die außeruniversitäre Ausbildung zum Maschinenbautechniker von traditionell großer Bedeutung. In Deutschland setzt das 4-semestrige Fachschulstudium eine fachspezifische Berufsausbildung und mehrjährige Berufserfahrung voraus und wird mit der Prüfung zum staatlich geprüften Techniker abgeschlossen. In der Schweiz darf man sich nach sechs Semestern und bestandener Diplomprüfung dipl. Techniker TS/HF nennen. In Österreich gibt es zusätzlich zu der Ausbildung an Universitäten und Fachhochschulen, die Möglichkeit die Ausbildung zum Ingenieur an einer HTL zu absolvieren.

Duale Berufsausbildung

In Deutschland bietet der Maschinenbau eine Vielzahl von gewerblich-technischen Berufsausbildungen innerhalb des dualen Systems an. Typische Berufsausbildungen sind Technischer Zeichner, Konstruktionsmechaniker, Zerspanungsmechaniker, Industriemechaniker oder Mechatroniker.

Europa

Der Maschinenbau hat in Europa durch die Bildung der EU eine starke Erleichterung erhalten. Bisher musste jede Maschine den entsprechenden nationalen Normen des Landes des Betreibers entsprechen. Durch die Umsetzung der Maschinenrichtlinie kann dieselbe Maschine in alle EU-Mitgliedsstaaten exportiert werden.

Deutschland

Der Maschinenbau ist einer der führenden Industriezweige Deutschlands. Dieser geht zurück auf Johann von Zimmermann (1820 - 1901), der in Chemnitz im Jahr 1848 die erste Fabrik Deutschlands und des Festkontinentes zum Bau von Werkzeugmaschinen gründete. Damit wurde Chemnitz zur Wiege des deutschen Maschinenbaus und bis zum Ende des Zweiten Weltkrieges zum wichtigsten Maschinenbaustandort in Deutschland. Hier entstanden noch weitere weltbekannte Unternehmen des Maschinenbaus, wie beispielsweise die Maschinenfabrik Richard Hartmann, die Werkzeugmaschinenfabrik Glauchau, die Wanderer-Werke und die Firma Union Werkzeugmaschinen.

Mit etwa 900.000 Beschäftigten in Deutschland und ungefähr 300.000 Beschäftigten im Ausland, wird ein Umsatz von rund 130 Mrd. € (davon 60 % im Export) erwirtschaftet. Er ist mit seinen rund 6.600 Unternehmen, wovon 95 % weniger als 500 Beschäftigte haben, mittelständisch/unternehmerisch geprägt. Der Pro-Kopf-Umsatz im Maschinenbau beträgt rund 148.000 Euro.

Laut Angaben des Statistisches Bundesamts werden seit 2003 (Index 100) bis 2006 „sehr starke Wachstumsimpulse" verzeichnet, wobei (so die Hoffnung des Statistischen Bundesamts) die Aufträge (Index 117) der Beschäftigung (Index 112) vorauseilen. Von der aktuellen Wirtschaftskrise wird auch der Maschinenbau stark getroffen.

Rund 3.000 Unternehmen der Investitionsgüterindustrie sind im Industrieverband VDMA organisiert.

Schweiz

Der Maschinenbau ist in der Schweiz die wichtigste Exportindustrie. Strukturell setzt er sich zusammen aus zahlreichen kleinen und mittelgrossen Unternehmen (KMU). Zudem gibt es auch einige größere und Großkonzerne.


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