Text 9 Aufgaben und Bedeutung der Maschinen

Maschinen sind eine unerlässliche Voraussetzung für die Sicherung der menschlichen Existenz und der Weiterentwicklung der menschlichen Gesellschaft, weil sie die menschliche Arbeitsproduktivität riesenhaft steigern. Alle Zweige der Wirtschaft, wie Metallurgie, Bergbau, Landwirtschaft, Verkehrswesen u.a. können die heutigen Bedürfnisse der Menschheit nur mit Maschinen befriedigen. Maschinen haben die Aufgabe, die in der Natur vorhandenen Energie nutzbar zu machen oder bestimmte Arbeiten zu erledigen.

Nach konstruktiven Merkmalen unterscheidet man die Kraftmaschinen in Kolbenmaschinen und Turbinen. Zu den Kolbenmaschinen gehören die Kolbenmaschinen und die meisten Fahrzeugmotoren, wie Benzinmotoren und Dieselmotoren. Turbinen haben keine hin- und hergehenden Teile, sondern formen die ihnen zugeführte Energie unmittelbar in drehende, mechanische Energie um.

Das Wort «Technologie» kommt aus dem Griechischen und heißt wörtlich übersetzt «die Lehre von der Kunstfertigkeit, etwas herzustellen». Heute ist unter «Technologie» etwas folgendes zu verstehen: Die Technologie ist die Wissenschaft von den naturwissenschaftlich-technischen Gesetzmäßigkeiten und vom Zusammenkvirken der Produktionselemente im Produktionsprozess.

Ein besonderer Teil der mechanischen Produktion, der Maschinenbau, bildet die technischen Grundlagen unserer gesamten Industrie, denn heute werden ausnahmslos in allen Produktionszweigen Maschinen oder mechanische Vorrichtungen verwendet.

In der mechanischen Produktion wird das Material auf mechanischem Wege, d.h. durch Einwirkung von Kräften, verformt. Das Werkstück wird in der mechanischen Produktion mit Werkzeugen bearbeitet, die durch Druck, Stoss, Schlag oder durch Reibung auf das Material einwirken. Wie verläuft nun in der mechanischen Produktion der Arbeitsprozess? Das Ausgangsmaterial ist das Rohprodukt, in der metallverarbeitenden Industrie, auch Rohling genannte muss bearbeitet werden. Dazu sind verschiedene Bearbeitungsverfahren notwendig; Drehen, Stanzen, Pressen, Hobeln und viele andere mehr. In den Betrieben werden jetzt in immer höherem Maße mit Taktstraßen ausgestattete Werkzeugmaschinen gebaut.

Text 10 Maschinenelemente

Bei der Herstellung oder Montage von Maschinen, Geräten und anderen technischen Einrichtungen werden häufig Bauelemente benötigt, die in gleicher oder anderer Form mit einem bestimmten Funktionsinhalt in den verschiedenen Gebieten der Technik Verwendung finden. Diese Bauteile werden als Maschinenelemente bezeichnet. Es gibt einteilige, z.B. Schrauben, oder aus mehreren Teilen bestehende Maschinenelemente z.B. Kupplungen. Um Bauteile unlösbar oder lösbar miteinander zu verbinden, werden Verbindungselemente benötigt. Achsen und Wellen sind Träger schwingender oder umlaufender Maschinenteile. Achsen, ausschließlich oder vorwiegend auf Biegung beansprucht, können entweder als feste oder ruhende Achsen, um die sich andere Maschinenteile bewegen, oder als laufende ausgebildet sein.

Wellen sind stets dadurch gekennzeichnet, dass sie größere Drehmomente zu übertragen haben, neben denen allerdings meist auch Biegemomente wirken. Sie finden ausgedehnte Anwendung an Triebwerken und an Kraft-, Arbeits- und Werkzeugmaschinen aller Art. Stehende Achsen und Wellen an Turbinen usw. sind häufig noch durch erhebliche Längskräfte auf Zug, Druck oder Knickung in Anspruch genommen. Biegsame Wellen dienen zum Antrieb beweglicher Werkzeuge, Geräte und kleiner Maschinen.

Zur Gewährleistung des Austauschbaues und gleichbleibender Gebrauchseigenschaften werden Maschinenelemente genormt.

 

Text 11 Mechatronik/Robotik

Mechatronische Systeme, die Mechanik, Elektronik und Informatik verbinden, sind aus der heutigen Welt nicht mehr wegzudenken. Ob Waschmaschine oder Antiblockiersystem, Industrieroboter oder Windkraftanlage, Digitalkamera oder elektronisches Fahrzeugstabilitätsprogramm – in unserem Leben kommen wir oft mit Mechatronik und Robotik in Berührung. Kontinuierlich wird in diesen Bereichen an neuen Entwicklungen gearbeitet und wer diese Technik der Zukunft mitzugestalten möchte, braucht eine fundierte Ausbildung in Mechatronik und Robotik.

Was bedeutet Mechatronik?

Ursprünglich kommt der Begriff "Mechatronik" aus Japan. Das Wort war damals von der Firma Yaskawa geschützt und wurde erst im Jahr 1982 für die Öffentlichkeit freigegeben. In Europa hat insbesondere die deutsche Automobilindustrie diese Bezeichnung aufgegriffen und den Beruf des Mechatronikers eingeführt. Mechatronik ist demnach ein Kunstwort, seinerzeit entstanden aus Mechanik und Elektronik.

Das Fachgebiet Mechatronik stellt eine Schnittmenge von Mechanik, Elektronik und Informatik dar. Nach heutigem Verständnis – vor allem in Europa – beinhaltet der Begriff zusätzlich auch die Informatik. Die Besonderheit der Mechatronik liegt aber darin, dass nur bestimmte Teile aus genannten Bereichen zu einem neuen Gebiet verbunden werden.

 

Text 12 Flugzeugbau

 

Flugzeugbau ist ein Teilgebiet des Maschinenbaus, der sogenannten Verkehrstechnik. Er umfasst den Entwurf, den Bau und die Erprobung von Luftfahrzeugen, zum Teil auch deren Wartung, Instandhaltung und Reparatur. Dabei behandelt das Thema Flugzeugbau auch den Bau von Luftschiffen, Hubschraubern usw. Großflugzeuge werden in den großen Luftwerften wie zum Beispiel Boeing, Iljuschin oder Airbus gebaut. Für kleinere und kleine Serienmaschinen für die kommerzielle Nutzung gibt es in Abstufungen weitere Hersteller (Canadair, Bombardier, BAE Systems sowie die Hersteller der Sport- und Geschäftsmaschinen). Alle diese Luftwerften wie auch ihre Zulieferer bedürfen einer Zulassung als JA bzw. JB Betrieb gemäß internationaler Vorschriften (FAR/JAR).

Die großen Verkehrsmaschinen bestehen hauptsächlich aus Aluminium sowie zunehmend aus Faserwerkstoffen. Zunächst werden Rumpfsektionen gefertigt, welche später zu Rümpfen komplettiert werden. Nach wie vor ist die Niettechnik die gängigste Verbindungstechnik, wobei die Niete beim Einsetzen eine bestimmte Temperatur besitzen müssen. Wurde die Zeit zwischen Entnahme aus dem Klimaschrank und Einbau überschritten, werden diese als Schrott verworfen. Der fertige Rohbau wird aufgrund der Farbe der Grundierung "grünes Flugzeug" genannt, wobei durchaus flugfertige grüne Flugzeuge zur Endausrüstung verkauft werden (z. B. rüstet Lufthansa Technik in Hamburg grüne 737 zu Business Jets aus). Bevor ein Flugzeug in Serie gehen darf und seine Zulassung erhält, sind diverse zerstörende und nichtzerstörende Tests (Probeflüge) erforderlich sowie zahlreiche Berechnungen, Analysen und Simulationen. Die durchzuführenden Tests werden im ATP (Acceptance Test Procedure) festgelegt und im ATR (Acceptance Test Report) festgehalten. Jedes Bauteilmuster muss darüber hinaus Qualifikationstests bestehen (häufig zerstörende Prüfung). Nach Abschluss der Qualifikation gibt es dann die Typenzulassung (Type Approval).

Bauweisen. Das Grundprinzip bei allen Bauweisen ist der Aufbau der Konstruktion: Der Rumpf besteht aus Spanten, Längsgurten und einer Verkleidung, welche zumeist aus einer Beplankung besteht. Die Flächen bestehen aus einem Holm, der die Fläche auf der Querachse zusammenhält. Am Holm befinden sich rippen in Profilform, die die Form der Fläche geben und stabilisieren. Seit dem Bestehen des Flugzeugbaus haben sich vier Bauweisen durchgesetzt. Diese lauten:

Holzbauweise. Bei der Holzbauweise wird das Flugzeug komplett aus Holz gebaut. Die Konstruktion setzt sich beim Rumpf aus Längsgurten, Spanten und einer Sperrholzbeplankung zusammen. Holzflugzeuge werden nach wie vor in Serie gebaut, so wie die italienische Pioneer 300 oder die französische Robin DR.400. Hauptsächlich wurden jedoch Segelflugzeuge aus Holz gebaut (zum Beispiel die Schleicher Ka 6). Flugzeugflächen wurden auch bei dieser Bauweise teilweise mit Stoff bespannt.

Gemischtbauweise. Die Gemischtbauweise verbindet die Holzbauweise mit einer Metallrohrkonstruktion. Die Metallrohrkonstruktion bildete zumeist den Rumpf, der dann bespannt wurde. Die Flächen wurden meistens aus Holz gebaut. Die Gemischtbauweise wird heutzutage nur selten in Serie angewendet. Flugzeuge in Gemischtbauweise: Ka8, Piper PA-18 bzw. aktuelle Modelle: Scheibe Aircraft "Falke", M&D-Flugzeugbau "Samburo", Zlin "Savage".

Metallbauweise. Flugzeuge in Metallbauweise sind komplett aus Metall gebaut. Ihre Flächen Sind nicht bespannt, sondern durchgehend mit Blech beplankt und vernietet. (Beispiel: LET L-13, Cessna 172).

Faser-Verbund-Kunststoff-Bauweise. Die Faser-Verbund-Kunststoff-Bauweise ist die im Moment verwendete Bauweise für Flugzeuge. Bei dieser Bauweise wir das Flugzeug Glasfaserkunststoff oder Kohlefaserkunststoff gebaut. Aus diesem Material werden so gut wie alle Bauteile gefertigt. (Beispiel GFK: Glasflügel Libelle, Grob G 115. Beispiel CFK: Schempp-Hirth Ventus)

Flugzeugselbstbau. In den meisten Ländern ist es möglich und auch erlaubt, ein manntragendes Flugzeug selbst zu bauen; diese Flugzeuge tragen dann die Kennzeichnung "Experimental". Dabei haben sich drei Arten etabliert:

1) Bau eines Bausatzflugzeugs („kit plane“)

2) Bau nach einem gekauften Bauplan

3) Eigenentwicklung eines Flugzeugs

Der Bau nach Bausatz ist die gebräuchlichste Methode. Vorteil: Die Konstruktionen sind im allgemeinen bereits erprobt, durch mehr oder weniger vorgefertigte Komponenten lässt sich ein Flugzeug in einem überschaubaren Zeitrahmen bauen, meistens zwischen 500 und 2000 Stunden. Die Materialbeschaffung hat der Bausatzhersteller übernommen. Die Kosten für ein Bausatzflugzeug liegen zwischen ca. 50 und 80 % des Preises eines fertigen Modells.

Beim Bau nach Bauplan kauft man sich von einem Konstrukteur einen Plan, nach dem man das Flugzeug anfertigt. Hierbei müssen allerdings alle Komponenten selbst hergestellt bzw. beschafft werden. Der Zeitaufwand beträgt je nach Konstruktion 1000–5000 Stunden, teilweise auch noch länger. Zu vielen Flugzeugtypen sind nur Baupläne und keine Bausätze erhältlich.

Auch die Eigenentwicklung eines Flugzeugs ist möglich. Für einen Anfänger ist dies jedoch nicht der übliche Einstieg in den Flugzeugbau. Theoretisch ist es möglich, jeden beliebigen Gegenstand als Flugzeug zu bauen, wenn sich nachweisen lässt, dass das Konstrukt zuverlässig und sicher fliegt.

Der Selbstbau eines Flugzeugs ist lediglich für Privatleute möglich. Eine Serienproduktion ist nicht erlaubt. Hierfür wird eine Musterzulassung benötigt. Das Flugzeug darf nach Fertigstellung nur zu Hobbyzwecken betrieben werden, eine kommerzielle Nutzung ist verboten.

In Deutschland läuft der Flugzeugselbstbau normalerweise über einen Verein – die Oskar Ursinus Vereinigung (OUV). Dieser Verein unterstützt den Erbauer in technischer und rechtlicher Hinsicht. Auch bei der Akaflieg werden Flugzeuge selbstgebaut.