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Mechatronik und technische Optik

Modulbezeichnung: Mechatronik und technische Optik
Studiengang: Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2021
Code: DBMAB-340
SWS/Lehrform: -
ECTS-Punkte: 8
Studienjahr: 3
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Prüfungsart:
2 benotete Teilklausuren:
 
• Teilklausur (Angewandte Messtechnik und Regelungstechnik: Dauer 120 Min., 100 Pkt.)
  o Die Teilklausur wird im 5. Semester (Block 5A) gemäß Prüfungsplan geschrieben.
  o Aufteilung
    - 50 Pkt. (60 min) zu „Angewandter Messtechnik“
    - 50 Pkt. (60 min) zu „Regelungstechnik“
 
• Teilklausur (Angewandte Mechatronik und Technische Optik: Dauer 90 Min., 100 Pkt.)
  o Die Teilklausur wird im 6. Semester (Block 6A) gemäß Prüfungsplan geschrieben.
  o Aufteilung
    - 50 Pkt. (45 min) zu „Angewandter Mechatronik“
    - 50 Pkt. (45 min) zu „Technische Optik“
 
Gründe für die Aufteilung der Prüfung in zwei jeweils zu bestehende Teilprüfungen:
 
• Die Vorlesungen „Angewandte Messtechnik“ und „Regelungstechnik“ im Block 5A (5. Semester) sind die inhaltlichen Voraussetzungen für die Vorlesung „Angewandte Mechatronik“ im Block 6A (6. Semester).
• Der Arbeitsaufwand für „Angewandte Mechatronik“ ist kalkuliert unter der Voraussetzung, dass
die in den Vorlesungen „Angewandte Messtechnik“ und „Regelungstechnik“ vermittelten Inhalte
und Methoden verstanden und angewandt werden können, d.h. „Angewandte Mechatronik“
setzt die durch die Vorlesungen „Angewandte Messtechnik“ und „Regelungstechnik“ erworbenen Kompetenzen voraus.
• Die Aufteilung in zwei Klausuren, von denen eine im Block 5A (5. Semester) und die andere im
im Block 6A (6. Semester) geschrieben wird, ist zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Verteilung des Arbeitsaufwandes notwendig.

[letzte Änderung 09.09.2021]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
DBMAB-340 Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2021, 3. Semester, Pflichtfach
Arbeitsaufwand:
Der Gesamtaufwand des Moduls beträgt 240 Arbeitsstunden.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
Keine.
Sonstige Vorkenntnisse:
Formal: keine
Inhaltlich: Naturwiss. Grundlagen, Elektrotechnik – Grundlagen und elektrische Antriebssysteme

[letzte Änderung 09.09.2021]
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
Modulverantwortung:
Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler
Dozent: Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler

[letzte Änderung 11.06.2021]
Lernziele:
Angewandte Messtechnik:
 
Die Studierenden kennen die messtechnischen und sensorischen Grundlagen und können Sensoren
zum Messen physikalischer Größen wie Weg, Winkel, Kraft, Druck, Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit, Durchfluss und Temperatur einsetzen und beurteilen.
 
Regelungstechnik:
 
Die Studierenden kennen die Grundbausteine in einem geschlossenen Regelkreis und können Begrifflichkeiten der Regelungstechnik wie beispielsweise Führungsgröße, Regeldifferenz oder Stellgröße
erläutern und gegebenenfalls bestimmen. Sie können einfache dynamische Regelungssysteme im
Zeitbereich und Frequenzbereich analysieren und verstehen Testsignale wie die Sprungfunktion, die
Impulsfunktion oder den Dirac-Impuls.
 
Angewandte Mechatronik:
 
Die Studierenden erlernen die Erweiterung mechanischer Systeme durch Sensoren, Mikrorechner und
Aktoren zur Realisierung teilintelligenter Produkte und System kennen. Sie verstehen die Funktions und Bauweise mechatronischer Systeme und können deren Einsatzbereiche in verschiedenen Anwendungen wie Automotive, Luft- und Raumfahrttechnik oder Produktionstechnik einschätzen und beurteilen. Aufbauend auf den Erkenntnissen der Teilmodule „Angewandte Messtechnik“ und „Regelungstechnik“ erweitert die „Angewandte Mechatronik“ das Wissen über den Einsatz von Mikrorechnern und insbesondere von Aktoren unterschiedlicher Bauweise. Mit diesem Wissen können die Studierenden im Modul „Industrie 4.0“ mechatronische Systeme erweitern zu cyber-physischen Systemen.
 
Technische Optik:
 
Die Studierenden verstehen die Grundlagen der Optik und insbesondere der geometrischen Optik. Sie
sind mit den wichtigsten, optischen Verfahren und Geräte vertraut und verstehen deren Funktionsweise. Zusätzlich können grundlegende, optische Systeme aufgebaut werden.
Das Modul „Mechatronik und Technische Optik“ dient der Erweiterung und der Stärkung der fachlichen
Kompetenz „Wissen und Verstehen“ (Wissensverbreiterung) und der instrumentalen Kompetenz.

[letzte Änderung 09.09.2021]
Inhalt:
• Messtechnische Grundlagen
  o Basiseinheiten
  o Durchführung von Messungen, Messunsicherheit, -abweichungen und – genauigkeit
  o Kalibrierung von Messgeräten
  o Fehlerfortpflanzung
 
• Sensortechnische Grundlagen
  o Grundlagen
  o Messkette
  o instrumentelle Messunsicherheit
  o Signalübertragungsverhalten
  o Messstrategie
 
• Sensoren zum Messen physikalischer Größen
  o Weg und Winkel
  o Kraft und Druck
  o Beschleunigung und Winkelgeschwindigkeit
  o Durchfluss
  o Temperatur
  
Inhalte der Vorlesung zu Regelungstechnik:
 
• Grundlagen der Regelungstechnik
  o Aufgabenstellung von regelungstechnischen Systemen
  o Regelschleife, dynamische Systeme
  o Blockschaltbild nach DIN EN 60027-6
  o Lineare Systeme im Zeit- und Frequenzbereich, Laplace-Transformation
  o Arbeiten mit dem Bode-Diagramm
 
• Testsignale
  o Sprungfunktion
  o Impulsfunktion
  o Dirac-Impuls
  o Breitbandrauschen
 
• Einzelelemente von Regelstrecken
  o Proportionalfaktor (P-Glied)
  o Integrator (I-Glied)
  o Differenzierer mit Verzögerung (DT1-Glied)
  o Verzögerungsglied zweiter Ordnung (PT2-Glied)
 
Inhalte der Vorlesung zu angewandter Mechatronik:
 
• Aufbau und Funktionsweise mechatronischer Systeme
  o Anwendungsbeispiele
  o Sensorenanbindung, Analog-/ Digitalumsetzer, Nyquist-Shannon-Abtasttheorem
  o Aufbau von Mikrorechnern
  o Digital-/ Analogumsetzer, Hilfsenergie für Stellglieder
 
• Aktoren
  o Elektromechanische Aktoren
  o Elektromotoren, Klein- und Kleinstmotoren
  o Piezoelektrische Aktoren
  o Fluidmechanische Aktoren (Hydraulik, Pneumatik)
  o Thermomechanische Aktoren
  o Adaptronik
 
Inhalte des Seminars zu technischer Optik:
 
• Repetitorium optischer Grundbegriffe
  o Fermatsches Prinzip
  o Polarisation durch Absorption, Streuung, Reflexion und Doppelbrechung
  o Elektromagnetische Wellen allgemein und in Materie
 
• Geometrische Optik
  o Ebene Spiegel, virtuelles Bild, Bildpunkt
  o Sphärische Spiegel, reelles Bild, sphärische Aberration, Bild-, Gegenstands- und Brennweite,
    Abbildungsgleichung, Konkav- und Konvexspiegel, Bildkonstruktion, Abbildungsmaßstab
  o Bilderzeugung durch Brechung
  o Linsen: Dünne Linsen, Mittelebene, virtueller Gegenstand, Abbildungsgleichung, bikonvexe/bikonkave Linsen,
    Brennpunkte, Brennebene, Bildkonstruktion, dicke Linsen,
    Hintereinanderschaltung mehrerer Linsen, Brechkraft, Abbildungsfehler
  o Optische Instrumente

[letzte Änderung 09.09.2021]
Weitere Lehrmethoden und Medien:
Vorlesungen: Vortrag (darbietend), Demonstration (darbietend), Frage- und Impulsunterricht (erarbeitend), Bearbeitung konkreter Problemstellungen in Gruppenarbeit (erarbeitend)
Seminar: Vortrag (darbietend), Demonstration (darbietend), Frage- und Impulsunterricht (erarbeitend),
Selbsterarbeitung und -erfahrung der naturwissenschaftlichen Zusammenhänge mittels in Partnerarbeit
durchgeführter Versuche / Experimente

[letzte Änderung 09.09.2021]
Sonstige Informationen:
Keine.

[letzte Änderung 09.09.2021]
Literatur:
• J. Hoffmann: Taschenbuch der Messtechnik (Fachbuchverlag Leipzig)
• J. Hoffmann: Handbuch der Messtechnik (Carl Hanser Verlag)
• R. Isermann: Mechatronische Systeme – Grundlagen (Springer)
• M. Reuter, S. Zacher: Regelungstechnik für Ingenieure – Analyse, Simulation und Entwurf von
Regelkreisen (Vieweg + Teubner Verlag)
• S. Zacher: Übungsbuch Regelungstechnik – Klassische, modell- und wissensbasierte Verfahren (Vieweg + Teubner Verlag)
• J. Lunze: Regelungstechnik 1 – Systemtheoretische Grundlagen, Analyse und Entwurf einschleifiger Regelungen (Springer)
• O. Fröllinger: Regelungstechnik – Einführung in die Methoden und ihre Anwendung (Hüthig)
• U. Mescheder: Mikrosystemtechnik (Springer Vieweg)
• F. Pedrotti, L. Pedrotti, W. Bausch, H. Schmidt: Optik für Ingenieure (Springer)
• D. Kühlke: Optik – Grundlagen und Anwendungen (Harri)
• J. Bliedtner, G. Gräfe: Optiktechnologie: Grundlagen – Verfahren – Anwendungen – Beispiele
(Hanser)

[letzte Änderung 09.09.2021]
[Wed Aug 10 09:41:16 CEST 2022, CKEY=amuto, BKEY=aswmpt, CID=DBMAB-340, LANGUAGE=de, DATE=10.08.2022]