Mechatronik

Was ist Mechatronik?

Die Mechatronik verbindet die beiden großen Ingenieurdisziplinen Elektrotechnik und Maschinenbau. Dabei beschäftigt sich ein wesentlicher Teil der Mechatronik mit der Entwicklung moderner Sensoren und Aktoren. Jede moderne industrielle Prozessumgebung benötigt Sensoren um physikalische, chemische oder auch biologische Größen zu messen (z.B. elektrischen Strom, mechanische Spannung, Temperatur, usw.), welche dann über eine elektronische Verstärkerschaltung und anschließende Analog- Digital-Wandlung einem Computer zur Verfügung gestellt werden.

Im Rechner erfolgt dann die Auswertung der aufgenommenen Messdaten. Um nun in den Prozess eingreifen zu können, werden beispielsweise von einem Regelungsalgorithmus im PC die entsprechenden Signale generiert, welche dann mit Hilfe der Leistungselektronik Aktoren ansteuern. Dabei finden sich solche Sensor-Aktor-Systeme längst nicht mehr nur in Industrieanlagen sondern in allen möglichen technischen Geräten (Digitalkamera, Mobiltelefon, Lautsprecher, Waschmaschine, Mikrowelle, Staubsauger usw.). Beispielsweise in der Automobilindustrie ist der Anteil von Sensor- Aktor-Systemen der am stärksten wachsende Bereich.

Schwerpunkte

Beim Entwurf von modernen mechatronischen Sensoren und Aktoren, wie piezoelektrischen Kraftsensoren, Ultraschallarrayantennen für das Acoustical Imaging im Bereich der Medizintechnik, die zerstörungsfreie Materialprüfung oder geregelte kapazitative Beschleunigungssensoren für Airbags, ist der Entwickler auf eine zuverlässige Computerunterstützung angewiesen. Die Alternative -experimentell- empirische Entwicklung – ist viel zu zeit- und kostenintensiv. Dies bedeutet, dass man sehr genaue numerische Berechnungsverfahren für diese Wandler benötigt. Somit ist eine sehr enge Verbindung zu Computational Engineering gegeben.

Die beiden wesentlichen Schwerpunkte dieses technischen Anwendungsfaches (TAF) können wie folgt beschrieben werden.

1. Entwurf von mechatronischen Sensoren und Aktoren

Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt in der Modellierung und numerischen Simulation von mechatronischen Sensoren und Aktoren. Dabei geht es einerseits um die physikalische Beschreibung der einzelnen Wandlungsprinzipien und andererseits um die effi ziente Lösung der so erhaltenen Gleichungen am Computer. Damit ist man in der Lage, die komplexen Interaktionen der einzelnen physikalischen Felder (mechanisches, elektromagnetisches, akustisches, thermisches) zu verstehen und diese gezielt bei der Entwicklung moderner Sensoren und Aktoren einzusetzen.

2. Fertigung und Charakterisierung von Sensoren und Aktoren

Nachdem der Sensor bzw. Aktor am Computer entwickelt worden ist, gilt es diesen mit entsprechend moderner Technologie herzustellen. Nach Fertigung eines Prototyps, sind verschiedene entscheidende Parameter (wie z.B. Signal-Rauschverhältnis, Dynamik, Wandlungskonstante) messtechnisch zu erfassen. Dies erfordert gute Kenntnisse im Bereich der Messtechnik und Messdatenerfassung sowie Messdatenausarbeitung.

Studieninhalte

Bachelor-Abschnitt:

Während des Bachelor-Studiums bekommen die Studenten ein umfangreiches Wissen über die physikalischen Prinzipien von modernen mechatronischen Sensoren und Aktoren. Außerdem haben sie die Möglichkeit, Erfahrungen mit moderner, computergestützter Messdatenerfassung und Signalverarbeitung zu sammeln. Des Weiteren lernen Studenten wesentliche Herstellungsprozesse von modernen Sensoren und Aktoren kennen und haben die Möglichkeit einige Herstellungsschritte selbst durchzuführen.

Master-Abschnitt:

Im Master-Programm liegt der Fokus auf der mathematischen Modellierung und der numerischen Simulation von mechatronischen Sensoren und Aktoren.

Berufsbild und Tätigkeitsfelder

Nach absolvieren des CE Bachelor/Master-Programms mit TAF Mechatronik kann ein Absolvent in vielen verschiedenen Tätigkeitsfeldern arbeiten. Hierzu zählen je nach Ausrichtung des abgeschlossenen Studiums zum Beispiel:

  • Sensor- und Aktorentwicklung

Entwicklung neuer Sensoren und Aktoren mit verbesserten dynamischen Eigenschaften basierend auf modernen Computersimulationen und experimentellen Untersuchungen an automatisierten Messplätzen (z.B. piezoelektrische Stapelaktoren für die Common- Rail Dieseleinspritztechnik)

  • Automatisierungstechnik

Erschließung neuer Verwendungsmöglichkeiten vorhandener und neu entwickelter Sensor- und Aktorprinzipien. Beratung von Konstrukteuren und Verbrauchern über den optimalen Einsatz von mechatronischen Sensor-Aktor- Systemen.

  • Hardwarenahe Softwareentwicklung

Entwicklung von z.B. Steuergerätesoftware in der Automobilindustrie für ABS, ESP und Motorsteuerung. Erfolgreiche Absolventen besitzen beste Möglichkeiten in zahlreichen Industriebranchen, vom Automobilbereich, Luft- und Raumfahrt bis hin zur Medizintechnik, eine Beschäftigung zu finden.

Studienkonzept

Zu finden auf der CE-Homepage unter Wichtige Dokumente.