Die Lehrinhalte dieser Veranstaltung beschäftigen sich mit möglichen Herstellungsverfahren, physikalischen Eigenschaften, dem Energiebedarf und Recyclingmöglichkeiten verschiedener Werkstoffe. Zur Thematik gehört die systematische Vorgehensweise einer Werkstoffauswahl durch die Ashby-Methode. Materialkarten sind ein wesentliches Hilfsinstrument dieser Methode. So werden verschiedene Eigenschaften (mechanische Eigenschaften, Kosten, CO₂-Aufwand bei der Produktion) von ausgewählten Werkstoffen grafisch gegenübergestellt. Anhand praktischer Übungen wird die Anwendung dieser Materialkarten erlernt.

In der Software CES EduPack sind detaillierte Werkstoff- und Prozessdaten enthalten und können über umfangreiche Filtereinstellungen ausgewählt werden. Durch Computerübungen lernen die Studierenden den Umgang und die Vorteile dieser Software.  Ebenfalls in der Software CES EduPack enthalten ist die Möglichkeit, für eine beliebiges Produkt einen Eco-Audit zu erstellen. Hier werden unter anderem der Energieaufwand in der Produktion, die Lebensdauer, anfallende Transportwege sowie die Möglichkeit zum Recyceln beachtet. In Kleingruppen werden die Studierenden im Rahmen des semesterbegleitenden Projekts (1 LP) selber eine Materialauswahl mittels der Ashby-Methode nach einem erfolgten Produktdesign und ein anschließendes Eco-Audit anhand eines Fallbeispiels durchführen.

In einem zweiten Teil der Vorlesungsreihe wird anhand konkreter Entwicklungen die Möglichkeit zur Werkstoffoptimierung unter Aspekten der Ressourceneffizienz aufgezeigt. Die Fragestellungen wurden in Forschungsprojekten an dem FUW der BUW bearbeitet. Diese Forschungsvorhaben beschäftigen Themen bezüglich:

• Reduzierung kritischer Rohstoffe durch Werkstoffsubstitution
• Rezyklierung kritischer und kostenintensiver Rohstoffe
• Fügen von Stahl und Aluminium zur Reduzierung von CO₂-Emissionen im Bereich Automotive durch einen intelligenten Multimaterialmix
• Additive Fertigung und Ressourceneffizienz in der Urformung

Welche Grundlagen werden benötigt?

• Werkstoffkunde 1
• Werkstoffkunde 2
• Werkstoffkunde 3

Welche Inhalte werden vermittelt?

• Zukünftige Herausforderungen bezüglich Rohstoffbedarf
• Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit
• Kritikalität und kritische Rohstoffe in der EU bzw. der BRD
• Einteilung der Werkstoffe und Grundlagen der Werkstoffauswahl
• Einführung in die Software CES-EduPack
• Durchführung ECO-Audits
• Werkstoffauswahl an konkreten Beispielen
• Grundlagen Verschleiß und Korrosion
• Werkstoffsubstitution
• Werkstoffrezyklierung
• Leichtbau und Multimatrialdesign
• Ressourceneffiziente Produkterzeugung

Lernziele:

• Die Studierenden kennen den aktuellen Stand zur Nachhaltigkeit im Sinne der „global goals“ der UN.
• Die Studierenden verstehen die Grundlagen einer vollständigen Lebenszyklusanalyse und können diese auf konkrete Fragestellungen anwenden.
• Die Studierenden kennen Werkstoffrecycling als wichtiges Element nachhaltiger Ingenieurarbeit, zugehörige Prozesse und Methoden.
• Sie kennen Anwendungsbeispiele und können entsprechendes Fachvokabular einsetzen.
• Die Studierenden sind in der Lage die Zusammenhänge von Werkstoffstruktur, Beanspruchung und Werkstoffverhalten zu erkennen und Schlussfolgerungen für die beabsichtigte Konstruktion und fertigungstechnische Prozesskette abzuleiten.
• Sie beherrschen Methoden zur anforderungsgerechten Werkstoffauswahl insbesondere unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten und sind in der Lage diese weiterzuentwickeln und einen Transfer auf die industrielle Praxis durchzuführen.
• Die Studierenden erlernen in Kleingruppen die Fähigkeit zur Teamarbeit, sowie die termin- und zielorientierte Umsetzung von Projekten.
• Im Rahmen von Präsentationen erlernen die Studierenden, sich, ihre Gruppe und ihre Ergebnisse adäquat darzustellen.
• Die Studierenden können sich eigenständig mit einem komplexen wissenschaftlichen Sachverhalt über einen längeren Zeitraum auseinandersetzen. Sie lernen sich zu organisieren und sich die Zeit für vorgegebene Inhalte einzuteilen und diese einzuhalten.