Mechatronik

Übersicht der Mechatronik

Die Mechatronik beschäftigt sich interdisziplinär mit dem Zusammenwirken mechanischer, elektronischer und informationstechnischer Elemente und Module in mechatronischen Systemen.

Der Begriff Mechatronik (Mechanical Engineering-Electronic Engineering) ist ein Kofferwort. Er wurde ab 1969 von dem japanischen Unternehmen Yaskawa Electric Corporation, einem der weltweit größten Hersteller von Industrierobotern, geprägt und findet seinen Ursprung in der Feinmechanik. Später kam die Informatik als neue Kerndisziplin hinzu. Der Begriff Mechatronik hat sich in den letzten Jahren in der Technik weltweit etabliert. Sie steht eng mit der Elektromechanik, der Feinwerktechnik, der Mikrosystemtechnik und der Adaptronik in Beziehung.

Mechatronik lässt sich auch von den drei Kernpunkten des Fachbereiches ableiten. Mechanik als Hauptpunkt, mit Elektronik und als Verknüpfung der beiden Teilgebiete die Informatik.

Mechatronik nach VDI-Richtlinie 2206

Mechatronik bezeichnet das synergetische Zusammenwirken der Fachdisziplinen Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik beim Entwurf und der Herstellung industrieller Erzeugnisse sowie bei der Prozessgestaltung.

Das mechatronische System

Mechatronisches System

Die Mechatronik soll Mechanik, Elektronik und Informatik miteinander verschmelzen und anstelle von mehreren Modellen ein mechatronisches Gesamtsystem beschreiben. Mechatronische Systeme haben die Aufgabe, mit Sensorik, Prozessorik, Aktorik und Elementen der Mechanik, Elektronik und Informatik (sowie anderer funktionell erforderlicher Technologien) Energie, Stoff (Materie) und/oder Information umzuwandeln, zu transportieren und/oder zu speichern.

Mechatronische Systeme können somit in Funktionsgruppen unterteilt werden, die meist Regelkreise bilden und aus Modulen mit mechanisch-elektrisch-magnetisch-thermisch-optischen Bauelementen, Sensorik zur Erfassung von Messgrößen des Systemzustandes, Aktorik zur Regelung und Steuerung sowie Prozessorik und Informatik zur Informationsverarbeitung bestehen.

Beispiele: • Automatisierte Getriebe • Fluidtronische Feder-Dämpfer-Module • Handhabungs-/Roboter-Systeme • Werkzeugmaschinen-Module • Digitalkameras • Elektronische Waagen • CD/DVD-Player • Computer-Festplattenlaufwerke • Antiblockiersysteme • Elektronische Fahrzeug-Stabilitätsprogramme • Windkraftanlagen.

Mechatronik in der Makro-/Mikro-/Nano-Technik

Das Aufgabengebiet der Mechatronik in der Technik betrifft heute technische Systeme, deren Dimensionen mehr als 10 Größenordnungen umfassen. Die Mechatronik in der Makro-, Mikro- und Nanotechnik kann stichwortartig wie folgt gekennzeichnet werden: ^[1]

Makrotechnik mit cm/m-Dimensionen ist die Technik der Geräte, Apparate, Maschinen und technischen Anlagen. Kennzeichnend für die Mechatronik ist die Erweiterung der klassischen Elektromechanik durch elektronische Schaltkreise und datenverarbeitende Module sowie der Ersatz mechanischer Energie- und Informationsflüsse durch Elektrik, Elektronik, Magnetik, Optik, z. B. Brake-by-wire-Bremsanlagen, „Fly-by-wire“-Flugzeugtechnik, Sensor-Aktor-Regeltechnik, speicherprogrammierbare Steuerungstechnik.

Mikrotechnik mit mm/µm-Bauteilabmessungen ist das Gebiet der Feinwerktechnik und Mikrosystemtechnik. Ein Mikrosystem vereint mit Mikro-Fertigungstechnik und miniaturisierter Aufbau- und Verbindungstechnik Funktionalitäten aus Mikromechanik, Mikrofluidik, Mikrooptik, Mikromagnetik, Mikroelektronik.

Nanotechnik nutzt nanoskalige Effekte der Physik, Chemie und Biologie. Die Nanowissenschaft wurde 1960 durch Richard Feynman (Physik-Nobelpreisträger 1965) begründet. Beispiele der nano-mechatronischen Gerätetechnik sind das Rastertunnelmikroskop und das Rasterkraftmikroskop. Sie ermöglichen durch mechatronische Piezo-Aktor-Module die Darstellung von Materialoberflächen im atomaren Maßstab und die Bestimmung nanoskaliger Kräfte, zum Beispiel zur Optimierung magnetischer Datenspeicher und elektronischer Mikrochips.

Biologische Mechatronik schließlich ist ein Zwischenbereich, der durch die Bestrebung einiger fernöstlicher (v. a. japanischer) Entwickler von humanoiden Baurobotern entstanden ist, das Verknüpfen evtl. auch zumindest in begrenzten Maßen wachstumsfähigen und biologisch veränderbaren Materialien sowie (z. Zt. vorwiegend) künstlich erzeugten „eindimensionalen“ Flüssigkeiten bzw. Festkörpern zu erforschen und voranzutreiben. Erste Veröffentlichungen waren eine Weile bis Ende Februar 2009 auf der Webseite der Universität Honshu zu lesen.

Ausbildung

Berufsausbildung

Seit 1998 gibt es den anerkannten Ausbildungsberuf Mechatroniker/Mechatronikerin mit einer Regel-Ausbildungsdauer von 42 Monaten. Der Beruf kann sowohl im Handwerk als auch in der Industrie erlernt werden.

In Österreich gibt es den Lehrberuf Mechatroniker seit 1999. In der Österreichischen Gewerbeordnung gibt es vier Handwerke aus dem Bereich der Mechatronik (§ 94 Zif. 49 GewO): Mechatroniker für Maschinen- und Fertigungstechnik, für Elektronik, Büro- und EDV-Systemtechnik, für Elektromaschinenbau und Automatisierung und für Medizingerätetechnik.

Höhere Technische Lehranstalten

In Österreich besteht die Möglichkeit, an vielen Höheren Technischen Lehranstalten (HTL) den Ingenieurgrad (5 Jahre) oder den Techniker (4 Jahre) zu erwerben. Auch an der Technischen Hochschule Chalmers in Schweden gibt eine 5-jährige Ausbildung, mit dem Namen „Automation und Mechatronik“.

Studium

In einem typischen Mechatronik-Studiengang werden Mathematik, Technische Mechanik, Maschinenbau, Thermodynamik, Strömungsmechanik, elektrische Schaltungen, Systemtheorie, Elektronik, Kommunikationstechnologie, Regelungstechnik, Programmieren, digitale Signalverarbeitung und Robotik gelehrt.

Seit 1990 gibt es in Österreich (Johannes-Kepler-Universität Linz) die Möglichkeit, Mechatronik zu studieren. Der erste universitäre Lehrstuhl für Mechatronik in Deutschland wurde 1991 an der Universität Duisburg-Essen gegründet. Ab 1994 kamen die Otto-von-Guericke-Universität in Magdeburg, die Hochschule Bochum und die Fachhochschule Kiel hinzu. Aktuell bieten über 25 deutsche Hochschulen den Studiengang zum Diplom-Ingenieur ^[2] oder Bachelor/Master für Mechatronik an. Daneben gibt es Mechatronik auch als interdisziplinäre Vertiefungsrichtung.^{[3] [4]} Regelstudienzeit für das Diplom an Universitäten ist zehn Semester, an Fachhochschulen acht, für Bachelor/Master Studiengänge sechs oder sieben Semester (Bachelor) bzw. zwei bis vier Semester zusätzlich für den Master. An Berufsakademien erlangt man innerhalb einer Studiendauer von sechs Semester den Bachelor of Engineering im Studiengang Mechatronik ^[5].

Außer in Linz gibt es in Österreich auch seit 2003 den Fachhochschul-Diplomstudiengang Mechatronik/Robotik ^[6] an der Fachhochschule Technikum Wien, der inzwischen als Bachelor- und anschließenden Masterstudiengang angeboten wird. Seit 2004 bietet auch die Fachhochschule Vorarlberg einen Bachelor- und einen Masterstudiengang Mechatronik an. Seit Oktober 2008 wird ein Bachelorstudium Mechatronik mit Schwerpunkt Maschinenbau auch am MCI Innsbruck angeboten. Ab Oktober 2011 wird am MCI auch ein englischsprachiger Vollzeit Master Mechatronics-Mechanical Engineering angeboten. Im Herbst 2012 startet der Master dann auch in einer berufsbegleitenden Form auf Deutsch. Berufsbegleitend kann man Mechatronik auch im Rahmen des Studiengangs Automatisierungstechnik an der FH CAMPUS 02 in Graz studieren. Seit Oktober 2009 wird ein Bachelorstudium Mechatronik auch an der UMIT in Hall in Tirol angeboten.

Die Fachhochschulen in Reutlingen, Bochum, Bocholt, Friedberg, Heilbronn, Lemgo und Zittau bieten darüber hinaus auch eine Kombination aus Lehre und Studium, genannt KIA (Kooperatives Studium mit integrierter Ausbildung)^[7]. Außerdem bietet die Fachhochschule Esslingen am Standort Göppingen und Offenburg MechatronikPlus an. Ebenfalls ein Verbund von Ausbildung und Studium. Eine duale Kombination aus Bachelor-Studium und Praxisjobs bei Partnerunternehmen bieten seit 2009 auch die Hochschule Buxtehude (bei Hamburg) und die neu gegründete Hochschule Hamm-Lippstadt an. Das Studium der Mechatronik ist darüber hinaus auch an Berufsakademien möglich.

Die Fachhochschule Nordwestschweiz (FHNW) in Muttenz, die Université de Haute-Alsace (UHA) in Mulhouse und die Duale Hochschule (DHBW) in Lörrach haben sich 1997 zu einer neuen, grenzüberschreitenden Hochschulplattform zusammengetan und den ersten Trinationalen Studiengang in Mechatronik zum Leben erweckt. Die Studenten verbringen je ein Drittel ihrer Ausbildungszeit in der Schweiz, in Frankreich und in Deutschland. Das Studium dauert 3,5 Jahre und die Studenten erhalten nach erfolgreichem Abschluss Diplome aus allen drei Ländern, d.h. einer Universität (F), einer Fachhochschule (CH) und einer dualen Hochschule (D). Dies sind nach Länder geordnet lic.: Licence Sciences et Génie des Systèmes (UHA, F), B.Eng.: Bachelor of Engineering (DHBW, D), B.Sc.: Bachelor of Science (FHNW, CH).

Siehe auch

•  Portal:Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik

Literatur

• Rüdiger G. Ballas, Günther Pfeiffer, Roland Werthschützky: Elektromechanische Systeme in Mikrotechnik und Mechatronik. 2. Auflage. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-89317-2.

Weblinks

• Berufsbeschreibung des Bundesinstituts für Berufsbildung
• „Was ist Mechatronik?“ − Film eines Studentenprojekts der HS Karlsruhe für Studieninteressierte
• Mechatronik studieren an deutschen Universitäten oder Übersicht: Mechatronik an deutschen Hochschulen (mechatronik-portal.de)
• TransMechatronic − Fachportal zum Thema Mechatronik − Fördermaßnahme vom Bundesministerium für Bildung und Forschung
• Mechatronik Trinational - Portal des grenzüberschreitendem technisch/wirtschaftlichem Hochschulstudium im Dreiländereck Schweiz - Deutschland - Frankreich.

Einzelnachweise

1. ↑ Horst Czichos: Mechatronik. Grundlagen und Anwendungen technischer Systeme. Vieweg, Wiesbaden 2006, ISBN 978-3-8348-0171-5.
2. ↑ Diplom auch nach 2010
3. ↑ http://www.tu-braunschweig.de/zsb/studienangebot/studiengaenge-einzeln/mechatronik
4. ↑ http://www.prt.fernuni-hagen.de/lehre/MECHATRONIK/mechatronik-de.html
5. ↑ http://www.ba-stuttgart.de/themen/studium/studienbereich-technik/mechatronik/konzeption-und-zielsetzung.html
6. ↑ http://www.technikum-wien.at/mr
7. ↑ http://www.kia-studium.de