Maschinenbau/Engineering

Der Maschinenbau (auch als Maschinenwesen bezeichnet) ist ein klassischer Zweig der Industrie und eine klassische Ingenieurdisziplin. Im Kern geht es in diesem Arbeitsgebiet um den konstruktiven Entwurf, die Fertigung sowie die Montage von Maschinen, einzelnen Maschinenbaugruppen oder bloßen Maschinenelementen, wobei letztere als elementare Entitäten im Maschinenkonstruktionsprozess benötigt werden.

Als Industriezweig entstand der Maschinenbau aus dem Handwerk der Metallbearbeitung durch Schmiede und Schlosser, als Ingenieurdisziplin nach modernem Verständnis durch systematischen wissenschaftlichen Bezug auf die klassische Physik, insbesondere auf die klassische Mechanik.




Themen des Maschinenbaus

Folgende detaillierte Liste der Themen im Maschinenbau findet sich im Portal Maschinenbau: Themenliste

   1. Mechanik
   2. Konstruktionslehre
   3. Maschinen
   4. Maschinenelemente
   5. Produktionswirtschaft
   6. Fertigungstechnik
   7. Werkstofftechnik
   8. Automatisierungstechnik
   9. Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik
  10. Adaptronik und Mechatronik (Mechanik, Elektronik, Informatik)
  11. Equipment Engineering
  12. Fluidtechnik
  13. Logistik
  14. Kenngrößen und Kennwerte
  15. Verwandte Themen


Maschinenbau als Industriezweig

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, der sehr auf den Export ausgelegt ist. 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.[1]

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 Statistischen Bundesamts fand zwischen 2003 (Index 100) und 2006 folgendes Wachstum statt: Aufträge (Index 117), Beschäftigung (Index 112). Von der Wirtschaftskrise zwischen Herbst 2008 und Frühjahr 2010 war auch der Maschinenbau betroffen, konnte sich aber im zweiten Halbjahr 2010 wieder erholen. Derzeit profitiert der Maschinenbau wieder durch Aufträge aus dem Ausland, insbesondere aus China[2] und durch Aufträge aus der Branche der Erneuerbaren Energien[3].

Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) ist die größte Vereinigung von Ingenieuren und Naturwissenschaftlern in Deutschland.

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.


Maschinenbau als Ingenieurdisziplin

Maschinenbau ist eine der ältesten Ingenieursdisziplinen, deren wissenschaftlicher Hintergrund die klassische Physik (insbesondere die klassische Mechanik) ist.


Zusammenhänge

Der Maschinenbau ist geprägt von Ingenieuren, Technikern und Facharbeitern. Diese arbeiten je nach Unternehmensgröße und Schwerpunkt des Betriebes an Idee, Entwurf, Kalkulation, Design, Konstruktion, Optimierung, 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 durch Normen (z.B. der DIN-Normen) 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.


Grundlagenfächer

Grundlagenfächer, die am Anfang des Maschinenbaustudiums vermittelt werden, sind Mathematik, Physik, Werkstoffkunde/Werkstoffwissenschaften, technische Thermodynamik, Technische Mechanik, Produktionstechnik, Informatik, Strömungsmechanik/Fluidmechanik, Elektrotechnik, Mess- und Regelungstechnik und Konstruktionstechnik.


Mathematik

Die Mathematik ist eine der wichtigsten Disziplinen des Maschinenbaus. Mit ihr werden Modelle erstellt, die für Simulationsalgorithmen, Differentialgleichungen und Gleichungssysteme gebraucht werden. Mit den Simulationen kann man dann zum Beispiel am Computer Bauteile auf ihre Festigkeit hin überprüfen oder Strömungen vorausberechnen, die beispielsweise in Turbinen entstehen. Die mathematischen Modelle werden durch die Algebra, Analysis (durch Newton und Leibniz eingeführt und mit den komplexen Zahlen durch Gauß erweitert), die Differentialgleichungen und Vektoranalysis (wichtige Erkenntnisse durch Bernoulli, Laplace, Stokes) oder die Numerik bereitgestellt.





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

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 Teilfach der Ingenieurwissenschaften. Ihre naturwissenschaftliche Grundlage ist die klassische Mechanik, die ihrerseits ein Teilgebiet der Physik ist. Teilgebiete der Technischen Mechanik sind die Festigkeitslehre und bei dynamisch beanspruchten Maschinen die Maschinendynamik. 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.


Mess- und Regelungstechnik

Siehe Mess- und Regelungstechnik, Regelungstechnik, Messtechnik


Antriebstechnik

Siehe Getriebe, Keilriemen, Treibriemen, Riemengetriebe, Koppelgetriebe etc.


Konstruktionstechnik

Technisches Zeichnen und CAD.


Literatur

• Karl-Heinrich Grote, Jörg Feldhusen (Hrsg.): Dubbel - Taschenbuch für den Maschinenbau. 22. Auflage. Springer, Berlin 2007, ISBN 978-3-540-49714-1. (Standardwerk)
• Alfred Böge (Hrsg.): Handbuch Maschinenbau: Grundlagen und Anwendungen der Maschinenbau-Technik. 19., überarb. und. erw. Auflage. Vieweg, Braunschweig 2009, ISBN 978-3-8348-0487-7.
• Jürgen Dispan, Stefan Pfeifer, et al.: Werkzeugmaschinenbau. Strukturwandel und strategische Herausforderungen. Branchenreport. Frankfurt 2006 (online PDF; 692 KB)


Weblinks

• Commons: Maschinenbau – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
• Wikibooks: Regal:Maschinenbau – Lern- und Lehrmaterialien
• Branchenskizze des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit
• Internetseite des VDI


Einzelnachweise

1. Chemnitz - Wiege des deutschen Maschinenbaus
2. Maschinenbauer optimistisch - Artikel von n-tv.de
3. Renews Spezial, Wirtschaftsstandort Deutschland



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