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Mechatronik und Technische Optik

Modulbezeichnung:
Bezeichnung des Moduls innerhalb des Studiengangs. Sie soll eine präzise und verständliche Überschrift des Modulinhalts darstellen.
Mechatronik und Technische Optik
Modulbezeichnung (engl.): Mechatronics and Technical Optics
Studiengang:
Studiengang mit Beginn der Gültigkeit der betreffenden ASPO-Anlage/Studienordnung des Studiengangs, in dem dieses Modul zum Studienprogramm gehört (=Start der ersten Erstsemester-Kohorte, die nach dieser Ordnung studiert).
Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2021
Code: DBMAB-340
SAP-Submodul-Nr.:
Die Prüfungsverwaltung mittels SAP-SLCM vergibt für jede Prüfungsart in einem Modul eine SAP-Submodul-Nr (= P-Nummer). Gleiche Module in unterschiedlichen Studiengängen haben bei gleicher Prüfungsart die gleiche SAP-Submodul-Nr..
P720-0018, P720-0019
SWS/Lehrform:
Die Anzahl der Semesterwochenstunden (SWS) wird als Zusammensetzung von Vorlesungsstunden (V), Übungsstunden (U), Praktikumsstunden (P) oder Projektarbeitsstunden (PA) angegeben. Beispielsweise besteht eine Veranstaltung der Form 2V+2U aus 2 Vorlesungsstunden und 2 Übungsstunden pro Woche.
-
ECTS-Punkte:
Die Anzahl der Punkte nach ECTS (Leistungspunkte, Kreditpunkte), die dem Studierenden bei erfolgreicher Ableistung des Moduls gutgeschrieben werden. Die ECTS-Punkte entscheiden über die Gewichtung des Fachs bei der Berechnung der Durchschnittsnote im Abschlusszeugnis. Jedem ECTS-Punkt entsprechen 30 studentische Arbeitsstunden (Anwesenheit, Vor- und Nachbereitung, Prüfungsvorbereitung, ggfs. Zeit zur Bearbeitung eines Projekts), verteilt über die gesamte Zeit des Semesters (26 Wochen).
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.
 
Voraussetzungen für die Vergabe von Kreditpunkten:
Erreichen von mindestens 40 von 100 Punkten in jeder Teilklausur
 
Die Modulnote setzt sich wie folgt zusammen:                 
62,5 % der Pkt. in der Teilklausur „Angewandte Messtechnik & Regelungstechnik“        
37,5 % der Pkt. in der Teilklausur „Angewandte Mechatronik & Technische Optik“
Die Modulnote wird als Dezimalnote gemäß HTW-Notenschema ausgewiesen.


[letzte Änderung 15.02.2023]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
Alle Studienprogramme, die das Modul enthalten mit Jahresangabe der entsprechenden Studienordnung / ASPO-Anlage.

DBMAB-340 (P720-0018, P720-0019) Maschinenbau / Produktionstechnik, Bachelor, ASPO 01.10.2021 , 3. Studienjahr, Pflichtfach
Arbeitsaufwand:
Der Arbeitsaufwand des Studierenden, der für das erfolgreiche Absolvieren eines Moduls notwendig ist, ergibt sich aus den ECTS-Punkten. Jeder ECTS-Punkt steht in der Regel für 30 Arbeitsstunden. Die Arbeitsstunden umfassen Präsenzzeit (in den Vorlesungswochen), Vor- und Nachbereitung der Vorlesung, ggfs. Abfassung einer Projektarbeit und die Vorbereitung auf die Prüfung.

Die ECTS beziehen sich auf die gesamte formale Semesterdauer (01.04.-30.09. im Sommersemester, 01.10.-31.03. im Wintersemester).
Der Gesamtaufwand des Moduls beträgt 240 Arbeitsstunden.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
DBMAB-130 Naturwissenschaftliche Grundlagen
DBMAB-230 Elektrotechnik


[letzte Änderung 15.02.2023]
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
Modulverantwortung:
Prof. Dr.-Ing. Jan Christoph Gaukler
Dozent/innen: 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 05.02.2023]
Inhalt:
Angewandte Messtechnik:
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
 
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)
 
Angewandte 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
 
Technische 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 05.02.2023]
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 05.02.2023]
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 15.02.2023]
[Fri Jul 19 04:09:35 CEST 2024, CKEY=amuto, BKEY=aswmpt, CID=DBMAB-340, LANGUAGE=de, DATE=19.07.2024]