Kreis Zerstören gehört zum Studieren
Kreis · Maschinenbau-Studenten der Hochschule Rhein-Waal in Kleve prüfen in der Maschinenhalle die Stabilität von Bauteilen. Die werden so lange belastet, bis sie versagen. So werden Studenten in die technische Forschung einbezogen.
Kleve In der Maschinenhalle der Hochschule Rhein-Waal arbeitet die Hydraulik vor sich hin. Die mäßige Geräuschkulisse täuscht: 25 Tonnen zerren an dem Metallkonstrukt, das dort zwischen den mächtigen Stahlsäulen des Prüfstands eingespannt ist. Immer wieder ziehen sie an dem Bauteil, als hingen knapp 20 VW-Golf an dem Stück Blech. Noch hält das Teil, nimmt die Belastungen auf. Dann verformt sich der Stahl. Knack. Es ist aus. Das Teil ist zerbrochen. Die Kraft der Maschine von 250 Kilonewton hat ihr Werk verrichtet. Was mühsam konstruiert, berechnet, gebaut und gefertigt wurde, ist zerstört.
"Das ist das Ende", sagt Professor Peter Kisters. Er ist Professor für Maschinenbau, insbesondere Produktdesign, seine Schwerpunkte sind die Vermittlung klassischer maschinenbaulicher Inhalte wie Konstruktionslehre, Maschinenelemente sowie die anwendungsbezogene Entwicklung neuer Systeme und deren experimentelle Prüfung. Und diese Prüfung endet oft mit der Zerstörung des Bauteils im Prüfstand.
"Wir simulieren hier das Bauteilleben", so Kisters mit Blick auf das zerstörte Stahlteil. Im Prüfstand der Hochschule Rhein-Waal kann er das, was im normalen Leben der Konstruktion vielleicht einmal pro Minute passiert, bis zu zehn Mal pro Sekunde vollziehen. "Wir können ja nicht Jahre warten, bis ein solches Teil unter normalen Bedingungen kaputtgeht", sagt Kisters. Bevor es aber in Serienproduktion auf den Markt kommt, muss man die Belastungsgrenze kennen.
Das kann man durch einen Computer simulieren lassen. Der rechnet aber allein mit den Eingaben und Modellen, die der Konstrukteur vorgegeben hat. "Alles, was unbekannt ist, weiß auch der Konstrukteur und somit der Computer nicht", sagt Kisters. Die Wirklichkeit mit all ihren Unwägbarkeiten kann nie vollständig berechnet werden. "Das kann nur der Versuch zeigen", sagt Kisters. Der Test. Die Ergebnisse sind manchmal überraschend: Mal hält das Teil viel größeren Belastungen stand als zuvor berechnet, manchmal ist es schwächer.
"Schon in den ersten Semestern des Bachelor-Studiums stehen Bauteil-Tests für die Studenten auf dem Programm", sagt Kisters. Später im Master-Studium erst recht: Die künftigen Ingenieure sollen sehen, wie Bauteile versagen, was Bauteile schwächt. Im Master-Studium werden auch Prüfstandskonzepte entwickelt. Die Studenten lernen, wie sich größere Strukturen verhalten, wie viele Lastwechsel möglich sind, wie sich Schweißnähte unter Belastung verhalten. All das kann auf dem Prüfstand getestet werden. "Hier haben wir auch die Verzahnung von Hochschule und Wirtschaft - denn für Maschinenbaubetriebe ist es interessant, mit uns zu arbeiten und hier die Nachweise für bestimmte Bauteile auf unserem Prüfstand machen zu lassen", sagt der Professor. Das sei dann angewandte Wissenschaft: Die Maschinenbaustudenten bekommen die Praxis "live und in Farbe" vorgeführt.
Doch der Prüfstand setzt auch theoretische Berechnungen voraus: "Wir wollen ja nicht blind drauflostesten - ich sollte vorher schon wissen, wie ich das Bauteil belaste und welche Lasten ich aufprägen soll. Wir wollen ja den Aufwand reduzieren und uns auf die interessanten Szenarien konzentrieren", sagt Martin Schlösser, wissenschaftlicher Mitarbeiter und verantwortlich für den Prüfstand.
Nach dem Bruch geht es für die Studenten weiter. Jetzt muss das Bauteil untersucht werden: Wie sieht die Bruchstelle aus? Ist es ein spröder Bruch oder ist er "duktil", also verformt? "Die Phase unmittelbar vor dem Bruch ist uns wichtig. Wie verhält sich das Bauteil, bevor es versagt?", erklärt Kisters. Diese Phase wird im Prüfungsrechner festgehalten, man kann sie auch mit einer Hochgeschwindigkeitskamera erfassen, die dann in Superzeitlupe das Ende zeigt. Die Zerstörung des mühsam konstruierten Bauteils müsse man sachlich sehen: "Das ist eben ein Teil des Entwicklungsprozesses", erklärt der Professor.
Angeschafft wurde der Prüfstand, der für eine Fachhochschule nicht zum Standard gehört, mit Hilfe der DFG, der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Demnächst soll ein weiterer Belastungszylinder dazukommen. An einem anderen Prüfstand wird auch der Verschleiß durch die Reibung gemessen. "Dort untersuchen wir die Oberflächenbeanspruchung", sagt Kisters.
Das Maschinenbaustudium an der Hochschule Rhein-Waal hat viel mit Praxis zu tun, es ist nicht allein Mathematik und Physik. "Mathe und Physik sind sicherlich Herausforderungen wie andere Fächer auch. Aber der Erfolg ist letztlich eine Frage der Motivation. Wenn man dahintersteht, die nötige Disziplin und das Interesse mitbringt, kann das jeder, der zum Studium zugelassen wird, auch schaffen", sagt Kisters. Die Berufsaussichten als Maschinenbau-Ingenieur sind bestens.
