Im 5. Semester folgt das praktische Studiensemester. Dieses kann in einer Forschungseinrichtung oder in einer Industriefirma sowohl im In- als auch im Ausland durchgeführt werden. Im Praxisteil sollen Kenntnisse bezüglich der Tätigkeiten und der Arbeitsmethoden eines Ingenieurs in einem industriellen Umfeld auf allen Gebieten der Mechatronik und der Feinwerktechnik erworben werden.

Praxisteil

Lernziele

Kenntnisse bezüglich der Tätigkeiten und der Arbeitsmethoden eines Ingenieurs in der Praxis des industriellen Umfelds auf allen Gebieten der Mechatronik und der Feinwerktechnik.

Inhalt

In signifikanten ingenieurwissenschaftlichen Arbeitsgebieten sollen an Hand eines Projekts die Vorgehensweisen und die Problemlösungsstrategien eines Ingenieurs bei der Lösung von Aufgaben vermittelt werden. Das Projekt soll nach Möglichkeit eine einzige Aufgabe beinhalten, die vorzugsweise im Team zu bearbeiten ist; sie kann jedoch Tätigkeiten umfassen, die in verschiedenen Themenbereichen angesiedelt sind, z.B. kann ein Projekt sowohl aus Hard- als auch aus Softwarearbeiten (Konstruktion, FEM usw.) bestehen.

Folgende Arbeitsgebiete seien beispielhaft genannt:

• Produktentwicklung
• Projektierung
• Inbetriebsetzung
• Service
• Qualitätssicherung

Praxisseminar

Lernziele

• Fähigkeit zum sachkundigen und selbständigen Durchdenken von Vorgängen im Betrieb mit dem weiteren Ziel, Entscheidungen unter Berücksichtigung technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Gesichtspunkte treffen zu können.
• Fähigkeit zur Präsentation von Arbeitsergebnissen

Inhalt

• Erfahrungsaustausch
• Anleitung und Beratung
• Vertiefung und Sicherung der Erkenntnisse, insbesondere durch Kurzreferate der Studenten über ihre praktische Arbeit

Praxisbegleitende Lehrveranstaltungen

• Arbeitswissenschaften
• Betriebswirtschaft

Ingenieurmathematik 1

Lernziele

• Vermittlung von sicheren Kenntnissen in praxisorientierten mathematischen Denkweisen und Methoden
• Fähigkeit, diese mathematischen Begriffe, Gesetze, Denkweisen und Methoden auf Anwendungsprobleme der Mechatronik / Feinwerktechnik anzuwenden

Inhalte

• Komplexe Zahlen und deren Anwendungen: Die vier Grundrechenarten im Komplexen, Eigenschaften komplexer Zahlen, Darstellungsformen komplexer Zahlen, geometrische Interpretation von Rechenoperationen im Komplexen, Satz von Moivre, Lösungen einfacher algebraischer Gleichungen, Fundamentalsatz der Algebra, Darstellung von Schwingungen durch komplexe Zeiger, Superposition von Schwingungen, das Ohmsche Gesetz der Wechselstromtechnik, komplexe Widerstandoperatoren, einfache Netzwerke mit Wechselstrom, Parameterdarstellung von Kurven, Ortskurven und deren Inversion, komplexe Funktionen und deren graphische Darstellung, die Exponentialfunktion im Komplexen, der Logarithmus im Komplexen, Sinus-und Kosinusfunktion im Komplexen.

• Zahlenfolgen: Diskrete Funktion, konvergente und divergente Zahlenfolgen

• Zahlen-und Funktionenreihen: Konvergente und divergente Zahlenreihen, Aussagen über konvergente Zahlenreihen, Konvergenzkriterien (Majorantenkriterium, Quotientenkriterium, Wurzelkriterium,LeibnizKriterium), Funktionenfolgen, Funktionenreihen, punktweiseweise Konvergenz von Funktionenreihen, Potenzreihen und deren Konvergenz, Konvergenzradius, Eigenschaften von Potenzreihen, Approximation von Funktionen durch algebraische Polynome, Taylor Polynome, Satz von Taylor, Restglieder von Cauchy und Lagrange, Taylor Reihen, Hinweis auf Fourier Reihen

• Differentialrechnung von Funktionen mehrerer Variablen: Grundbegriffe (Definitions und Wertebereich, graphische Darstellung von Funktionen zweier unabhängiger Variabler), partielle Ableitungen erster und höherer Ordnung, totales Differential, Tangentialebene, lineare Approximation von Funktionen mehrerer Variabler, Fehlerrechnung (speziell für das physikalische Praktikum), Ausgleichsgerade

• Hinweise auf Computeralgebrasysteme wie Mathematica, Maple, Mathcad etc.

Ingenieurmathematik 2

Lernziele

• Vermittlung von sicheren Kenntnissen in praxisorientierten mathematischen Denkweisen und Methoden
• Fähigkeit, diese mathematischen Begriffe, Gesetze, Denkweisen und Methoden auf Anwendungsprobleme der Mechatronik / Feinwerktechnik anzuwenden

Inhalte

• Integralrechnung einer reellen Variablen: Grundbegriffe, Riemannsche Summe, bestimmtes Integral, einfache Grundformeln bestimmter Integrale, Integralfunktion, unbestimmtes Integral, partielle Integration, Integration durch Substitution, Integration mittels Partialbruchzerlegung, uneigentliche Integrale, Hinweise auf Fourier-und Laplace-Transformation

• Gewöhnliche Differentialgleichungen und deren Anwendungen: Grundbegriffe, Lösung von elementaren Differentialgleichungen, Lösung von linearen Differentialgleichungen 1.Ordnung (Trennung der Variablen, Variation der Konstanten), Lösung von einfachen nicht-linearen Differentialgleichungen 1. Ordnung, Lösung von homogenen und inhomogenen linearen Differentialgleichungen 2. Ordnung, Lösung von linearen Differentialgleichungen 3. und höherer Ordnung, Hinweis auf Differentialgleichungssysteme

• Anwendungen der linearen Algebra: Lösung von homogenen und inhomogenen linearen Gleichungssystemen, Matrizenrechnung, Determinanten und deren Berechnung, Eigenwerte und Eigenvektoren

• Bestimmung von Maxima und Minima einer Funktion zweier Variabler

• Zweidimensionale Integralrechnung: Ebene Bereichsintegrale auf rechteckigen und allgemeinen Grundgebieten, Satz von Fubini

• Hinweise auf Computeralgebrasysteme wie Mathematica, Maple, Mathcad etc.

Informatik Grundlagen

Lernziele

• Fähigkeit, einfache digitale Schaltungen bestehend aus Schaltnetz und Schaltwerk zu analysieren und funktionssicher zu entwickeln
• Kennenlernen der Informationsdarstellung innerhalb einer digitalen Rechenanlage
• Grundlegende Kenntnis der Vorgehensweise bei der Programmentwicklung

Inhalte

• Digitaltechnik:
  Schaltalgebra, Schaltvariable und Schaltfunktion, Logik und Dynamik, Analyse und Synthese von Schaltnetzen und einfachen Schaltwerken, Systematische Logikoptimierung, Speicherelemente, Zähler, Frequenzteiler und Schieberegister

• Grundlagen der Informatik:
  Historische Entwicklung der Datenverarbeitung, Binäres Zahlensystem, Dualarithmetik und Binärcodes, Komponenten einer digitalen Rechenanlage und deren Zusammenspiel, Symbolischer/Binärer Maschinencode, höhere Programmiersprachen, Algorithmus, Programmentwurf, Programmcodierung, Programmübersetzung, Programmausführung, Programmtest 

Programmieren / Informatik

Lernziele

• Kenntnis der typischen Datentypen und Strukturen einer prozeduralen Programmiersprache
• Kenntnis von Kontrollstrukturen in einer höheren, prozeduralen Programmiersprache
• Kenntnis von und Umgang mit grundsätzlichen Werkzeugen zur Programmentwicklung (Compiler, Linker, Interpreter, Debugger)
• Fähigkeit zum Lösen und Umsetzen von Aufgabenstellungen in eine Programmiersprache

Inhalte

• Grundsätzlicher Aufbau eines C-Programms
• Elementare Datentypen, Variablen, Ausdrücke und Operatoren
• Ein-und Ausgabe Verzweigungsanweisungen (if, switch, bedingte Bewertung)
• Schleifenanweisungen (for,while,do..while)
• Funktionen
• Präprozessor-Direktiven
• Ein -und mehrdimensionale Arrays und Zeiger

Lernziele

• Einsicht, dass physikalische Gesetze die Grundlage der gesamten Technik darstellen
• Kenntnis der für die Informationstechnik wichtigen physikalischen Grundgesetze unter Berücksichtigung der in anderen Grundlagenfächern vorgesehenen Lehrinhalte
• Fähigkeit, die physikalischen Zusammenhänge bei komplexen technischen Problemen zu verstehen.

Inhalte

• Mechanik: Physikalische Grundgrößen (Kraft, Kraftfeld, Potential, Leistung, Energie, Impuls, Drehim-puls)
• Thermodynamik: Grundlegende thermische Größen und Gesetzmäßigkeiten
• Wellen und Teilchen: Grundlagen der Entstehung und Ausbreitung von mechanischen und elektrischen Wellen, Grundlagen und Anwendung der Wellenoptik, Gesetzmäßigkeiten bei der Wechselwirkung von Teilchen und Wellen mit der Materie
• Aufbau der Materie: Aufbau der Atomkerne und der Struktur der Atomhülle, Aufbau der Festkörpe,. Beschreibung der Elektronenzustände im Festkörper durch das Bändermodell

Technische Mechanik 1

Lernziele

• Fähigkeit durch Abstraktion und Idealisierung Modelle von realen Strukturen zu erzeugen und Komponenten zu entwerfen
• Fähigkeit einfache Belastungsfälle von mechanischen Komponenten auf grundlegende Belastungsgrößen, wie Kräfte und Momente zu reduzieren und die entsprechenden Größen zu ermitteln

Inhalte

• Kraftbegriff, zentrale und allgemeine Kräftesysteme
• Bestimmung von Reaktionskräften zentraler und allgemeiner Kräftesysteme
• Schwerpunktbestimmung
• Bestimmung von Reaktionskräften und Schnittgrößen aufgrund von äußeren Belastungen
• Reibung und Haftung

Technische Mechanik 2

Lernziele

• Fähigkeit komplexe Belastungsfälle von mechanischen Komponenten auf grundlegende Größen, wie Spannung, Zug, Druck, Biegung und Torsion zu reduzieren und die entsprechenden Belastungsgrößen zu ermitteln
• Fähigkeit, Bahnkurven mit Hilfe von Formeln zu beschreiben und die Auswirkung von Bewegungen und Kräften auf Komponenten und Konstruktionen zu bestimmen sowie Schwingungsprobleme zu lösen

Inhalte

• Momente vom Grade n: Schwerpunkt und Flächenmomente 2. Grades
• Berechnung von Zug-, Druck- Biege- und Torsionsspannungen
• Einführung in die Festigkeitslehre: Hookesches Gesetz, Dimensionierung und Deformierung von elastischen Körpern
• Biegebeanspruchung gerader Balken: Durchbiegung und elastische Biegelinie
• Grundlagen der Kinematik, Bewegungsgleichungen
• Kinetik von Massenpunkten und starren Körpern: Impuls-, Drall- und Energieerhaltung
• Schwingungen einfacher Massesysteme

Elektrotechnik 1

Lernziele

Die Studierenden sollen elementare elektrische Größen kennen - und verstehen lernen. Sie erwerben die Fähigkeit, elektrische Gleichstromkreise mittels Netzwerkumwandlungen und Netzwerkanalyseverfahren zu analysieren und zu berechnen. Weiterhin sollen sie die Eigenschaften und die Wirkweise des elektrostatischen Feldes auf einfache geometrische Strukturen anwenden können.

Inhalte

• Elektrische Größen, Ohmsches Gesetz, Kirchhoffsche Gesetze
• Elektrischer Gleichstromkreis, Gleichstromnetzwerke
• Netzwerkumwandlungen und Verfahren zur Analyse von Gleichstromnetzwerken
• Energie und Leistung in Gleichstromnetzwerken
• Elektrostatisches Feld, Kondensator, Dielektrikum
• Magnetisches Feld
  
  

Elektrotechnik 2

Lernziele

Die Studierenden erwerben die Fähigkeit, auf der Grundlage der komplexen Wechselstromrechnung elektrische Wechselstromkreise mittels Netzwerkumwandlungen und Netzwerkanalyseverfahren zu analysieren und zu berechnen. Zudem erwerben sie grundlegende Kenntnisse über Drehstromsysteme. Sie sollen den Unterschied zwischen stationärem und transientem Verhalten verstehen und einfache Einschwingvorgänge berechnen können. Weiterhin sollen sie die Eigenschaften und die Wirkweise des magnetischen Feldes kennenlernen und berechnen können.

Inhalte

• Magnetisches Feld, Induktionsgesetz, Induktivität, mag. gekoppelte Spulen, Übertrager
• Komplexe Wechselstromrechnung, Zeigerdarstellung
• Netzwerkumwandlungen und Verfahren zur Analyse von Wechselstromnetzwerken
• Resonanzkreise, Blindstromkompensation
• Eigenschaften und Leistung in einem symmetrischen Dreiphasensystem
• Einschwingvorgänge in einem RL- und RC-Zweipol

Lernziele

• Kennenlernen des nationalen und internationalen Normenwesens, Verstehen von und Arbeiten mit Normen
• Kennenlernen der Grundlagen, die die Gebiete Entwicklung und Konstruktion bestimmen, was geschieht beim Konstruieren, was kann man davon erwarten
• Befähigung, feinwerktechnische und mechatronische Grundelemente zu gestalten, zu dimensionieren und sie zeichnerisch darzustellen
• Befähigung, die genannten Grundelemente zweckentsprechend anzuwenden bzw. deren Einsatz an bestehenden Produkten hinsichtlich Fertigung, Funktion und Wirtschaftlichkeit zu beurteilen

Inhalte

• Normenwesen, Normung
• Zeichnungsnormen für das technische Zeichnen
• Übungen dazu
• Normteile
• Alle wesentlichen Normen über Toleranzen und Passungen
• Passungs-Auswahl, Passungsberechnungen, Toleranzrechnungen, Form und Lagetoleranzen und ihre Behandlung in technischen Unterlagen
• Oberflächen, Rauheit, Rautiefe und ihre Behandlung in technischen Unterlagen.

Konstruktion 2

Lernziele

• Kenntnis der für die Mechatronik /Feinwerktechnik wichtigen Konstruktionselemente
• Kenntnis der Vorgehensweise bei der Dimensionierung bzw. beim Festigkeitsnachweis von Konstruktionselementen
• Kenntnis wesentlicher Gestaltungsregeln für Konstruktionselemente
• Kenntnisse zur Nutzung eines 3D-CAD-Systems bei der Bauteil-/ Baugruppenmodellierung und Zeichnungserstellung
• Fähigkeit, dem Einsatzzweck gemäße Konstruktionselemente auszuwählen, zu gestalten, in Baugruppen einzufügen und Fertigungsunterlagen zu erstellen

Inhalte

• Grundlagen der Dimensionierung von Konstruktionselementen
• Stoff-, form- und kraftschlüssige Verbindungselemente
• Wesentlich Konstruktionselemente wie Achsen/ Wellen, Lager/ Führungen, Federn oder Zahnradgetriebe
• Einführung in die Anwendung eines 3D-CAD-Systems
• Selbständige Bearbeitung von Konstruktionsaufgaben unter Nutzung der erworbenen Kenntnisse

Lernziele

• Die Studierenden sollen technisch ausgerichtete Englisch-Kenntnisse erwerben, die den derzeit im internationalen Umfeld geforderten Qualifikationen entsprechen.
• Die erworbenen Fertigkeiten entsprechen der Kompetenzstufe B2 (Lesen, Hörverständ-nis, Schreiben) des GER.

Inhalte

• Lesen und Auswerten von englischen Fachtexten
• Verfassen eines Aufsatzes und anderer Texte im akademischen Stil
• Hörverständnisübungen
• Vertiefung des Wortschatzes mit Bezug auf Elektrotechnik, Wirtschaft und Ingenieurwesen
• Relevante Grammatikwiederholungen
• Seminarsprache Englisch

Lernziele

• Kenntnis über den grundlegenden Zusammenhang Struktur - Eigenschaften – Technologie von Werkstoffen
• Befähigung, Werkstoffe für die Entwicklung mechatronischer und mikrotechnischer Produkte nach geeigneten Kriterien zu beurteilen und auszuwählen
• Überblick über wichtige werkstofftechnische Kenndaten von Funktionswerkstoffen und deren Prüfung
• Befähigung, Entwicklungstrends moderner Werkstofftechnik zu erkennen

Inhalte

• Einteilung der Werkstoffe in vier Hauptgruppen und deren grundsätzlichen Eigenschaften mit ausgewählten Beispielen
• Werkstoff und Energie; Begriffe Gleichgewicht und Ungleichgewicht
• Werkstoffstrukturen und daraus resultierende Eigenschaften: atomistische Struktur, Fein- und Gefügestruktur
• Vom Standpunkt des Anwenders wichtige Werkstoffeigenschaften und Grundsätzliches zum mechanischen Werkstoffverhalten und zugehöriger Prüfverfahren
• Werkstoffe im Gleichgewicht: Phasengleichgewichte und Zustandsdiagramme
• Keimbildung, Materietransportmechanismen
• Phasenungleichgewichte: Kornseigerung, Ausscheidungsbildung, Wärmebehandlung von Stahl und anderer ausgewählter Werkstoffe
• Grenzflächenungleichgewicht: Erholung, Rekristallisation, Ostwaldreifung
• Ausgewählte moderne Funktionswerkstoffe der Mechatronik: Aufbau, Eigenschaften, Verhalten und Anwendungen

Entwicklungsmethodik / Produktentstehung

Lernziele

• Kenntnis der Grundlagen aus Qualitätsmanagement und Produktentstehungsprozess sowie den dazugehörigen Entwicklungsmethoden
• Überblick über die Einsatzmöglichkeiten, aber auch die Grenzen methodischer und technischer Hilfsmittel im Entwicklungsprozess
• Fähigkeit mit Hilfe geeigneter Methoden Entwicklungsprojekte zielgerichtet durchzu-führen und zu bewerten
• Fertigkeit die erworbenen Kenntnisse und Fähigkeiten im weiteren Studienverlauf im Rahmen von Projekt- und Masterarbeit einzusetzen

Inhalte

• Produktentstehungsprozess für mechatronische Systeme
• Grundlagen der Qualitätsmanagementprozesse
• Phasenmodelle für Entwicklungsprojekte
• Methoden und Vorgehensweisen aus Design for Six Sigma: u.a. Projektauftrag, Voice of the Customer, Quality Function Deployment, TRIZ, Pugh-Matrix, FMEA, Messsystemanalyse, Prozessfähigkeitsanalyse, Toleranzanalyse, Robustes Design, etc.

Fertigungstechnik

Lernziele

• Kenntnis der Grundlagen für die im Studieninhalt genannten Fertigungsverfahren nach DIN 8580
• Fähigkeit die Zusammenhänge zwischen den am produktionstechnischen System beteiligten Einflussgrößen, den Fertigungsverfahren und dem erzielbaren Fertigungsergebnis zu erkennen

Inhalte

• Fertigen mit Metallen
• Fertigen mit Nichtmetallen
• Fügen, Modifizieren und Montieren
• Roboter im Fertigungsprozess
• Laser in der Fertigungstechnik
• Mess- und Prüftechnik
• Grundlagen der Werkstoffprüfung
• Maschinen- und Bauteilverhalten
• Qualifizierung von Produktionsmitteln
• Grundlagen der NC-Programmierung
• Wirtschaftliche und umweltgerechte Fertigung

Lernziele

• Kenntnis der gängigen Verfahren zur messtechnischen Erfassung elektrischer Größen
• Kenntnis der gängigen Verfahren zur elektrischen Messung nichtelektrischer Größen
• Fähigkeit, die Möglichkeiten und Grenzen dieser Messverfahren einzuordnen und bewerten zu können

Inhalte

• Analoge und digitale Messverfahren und deren systematische und zufällige Fehler
• Darstellung und Analyse von Zeitfunktionen
• Aufbau und Wirkungsweise ausgewählter elektronischer und digitalelektronischer Anzeige- und Registriergeräte und rechnergestützter Auswerteverfahren
• Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von Mess- und Rechenverstärkern
• Prinzipien und Wirkungsweisen von Messfühlern zur elektrischen Messung nichtelektrischer Größen Digitalisierung analoger Messwerte und automatisierte Messwerterfassung

Mechatronische Komponenten

Lernziele

• Kenntnisse über den Aufbau, die Wirkungsweise, die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten von Sensoren und Aktoren, die für den Betrieb von mechatronischen Komponenten, Systemen und auch Produktionseinrichtungen von Bedeutung sind.
• Es soll die Fähigkeit vermittelt werden, mechanische, elektrische und optische Komponenten aufgrund ihrer Eigenschaften zu beurteilen, auszuwählen, zu dimensionieren und mit anderen Bauelementen zweckentsprechend zu mechatronischen Komponenten zu kombinieren.

Inhalte

• Physikalisch- technologische Grundlagen sowie Ausführungsformen und Einsatz von Sensoren und deren Anwendung bei der Messung nichtelektrischer Größen. Dazu zählen passive Sensoren (z.B. Widerstandsmessfühler, kapazitive, induktive, transformatorische und inkrementale Messfühler) und aktive Sensoren (Strom-/Ladung liefernde und Spannung liefernde Bauelemente).
• Grundlagen der Aktoren: Erzeugung von Bewegungen, Kräften und Momenten bei Stellgliedern und Antrieben. Linearantriebe, rotierende Antriebe. Pneumatische Bauelemente, Servosysteme, Sicherheitsaspekte in der Gerätetechnik.
• Integration von Mechanik, Elektronik, Optik und Informationsverarbeitung zu mechatronischen Systemen.

Lernziele

• Begreifen des grundlegenden Aufbaus von Mikrocomputersystemen
• Erfassen wesentlicher interner Merkmale von Prozessoren
• Fähigkeit zur Nutzung eines Mikroprozessorbusses
• Verstehen von Little- und Big Endian Speicherzugriffen
• Beherrschen von Adressierungstechniken
• Kenntnis wichtiger Halbleiterspeicher
• Überblicken wichtiger Ein- und Ausgabemöglichkeiten
• Verstehen des prinzipiellen Aufbaus von PCs
• Fähigkeit zur Entwicklung kleiner Single Board Computer

Inhalte

• Grundlagen eines Mikrocomputersystems: Prinzipieller Aufbau, Adressen
• Aufbau und Funktionsweise einer CPU incl. Hardwarestruktur, Befehlssatz, Befehlsformate und Adressierung, RISC, CISC
• Adressdekoder mit Chip Select, Adresstabellen, vollständig und unvollständig dekodierten Speicherbereichen
• Speicher (nur Silizium): RAM, ROM, EPROM, EEPROM, Flash EPROM
• Ein-/Ausgabe: Seriell, Parallel, Ports, Interrupt, Direct Memory Access
• Embedded Controller: Einführung, ein konkreter Chip als Beispiel
• Rechnerentwurf mit einem Embedded Controller: ein komplettes Beispiel mit Schaltplan,
• Timing Berechnung, und Programmierung

Lernziele

• Befähigung zur Beschreibung von linearen Systemen und deterministischen Signalen im Zeit- und Frequenzbereich
• Fähigkeit, Quervergleiche zwischen den verschiedenen Beschreibungsmöglichkeiten vornehmen zu können
• Befähigung, mechanische und elektrische Systeme unter systemtheoretischen Gesichtspunkten zu analysieren und Analogien zu erkennen und abzuleiten
• Kenntnis der wichtigsten Systemstrukturen und Verfahren der Signalverarbeitung
• Fähigkeit, zeitkontinuierliche und zeitdiskrete Signalverarbeitungssysteme zu entwickeln und anzuwenden

Inhalte

• Beschreibung zeitkontinuierlicher und zeitdiskreter Signale und Systeme im Zeitbereich: Differenzial-und Differenzengleichung, Standardsignale, Faltungsintegral
• Beschreibung im Frequenzbereich: Fouriertransformation, Frequenzgang, Modellsysteme, Abtasttheorem
• Laplace- und z-Transformation: Übertragungsfunktion, Berechnung von Einschwingvorgängen zeitkontinuierlicher und zeitdiskreter Systeme, Stabilität linearer Systeme, all-passhaltige und minimalphasige Systeme
• Systembeschreibung im Zustandsraum: Lösungsverfahren, kanonische Formen
• Systemtheoretische Beschreibung und Analyse von mechanischen und elektrischen Systemen
• Entwurf zeitdiskreter Systeme: Transformation analoger Verfahren, diskreter Entwurf

Elektronische Bauelemente / Elektronik 1

Lernziele

• Kenntnis der Systematik des Angebots, der Verteilung, der Kennzeichnung, der Grenzdaten und der Charakterisierung elektronischer Bauteile
• Kenntnis des physikalischen Aufbaus, der Realisierungsmöglichkeiten, der physikalischen Eigenschaften, der Kenndaten und der Modellierungsmöglichkeiten passiver Bauteile (R, L, C, gekoppelte Induktivitäten, Leitung, Resonatoren)
• Kenntnis des Aufbaus, der physikalischen Eigenschaften, der Effekte, der den Effekten zugrunde liegenden Modellgleichungen und der Kenndaten von pn-Übergängen
• Kenntnis des Aufbaus, der Kennlinien, der Arbeitsbereiche, der Kenndaten, der Modelle und Modellgleichungen und der Anwendungsbereiche verschiedener Diodentypen (Si-Diode, Schottky-, Zener-, Photo-Diode) – gleiches gilt für Bipolar-Transistoren und Feldeffekt-Transistoren

Inhalte

• Grundlegendes zu elektronischen Bauteilen: Kennzeichnung, Datenblattangaben, Gehäuse, Zuverlässigkeit, Exemplar-Streuungen und Wärmeabfuhr
• Passive Bauelemente: Aufbau, verwendete Materialien, Eigenschaften, Berechnung von Kenndaten, Modelle mit parasitären Einflüssen von R, L, C, gekoppelten Induktivitäten, Leitungen, Resonatoren
• Halbleiter-Bauelemente: Grundlagen der Halbleitertechnik, pn-Übergang, Kennlinien und Modellgleichungen des pn-Übergangs, Temperatureinflüsse
• Dioden: Aufbau, Kennlinien, Grenzdaten, Arbeitsbereiche, Temperatureinflüsse, Modelle und Modellgleichungen mit Parasitics für verschiedene Diodentypen und deren Anwendungsbereiche

Elektronische Bauelemente / Elektronik 2

Lernziele

• gängige Methoden zur Beschreibung und Verifikation von Schaltungen kennen
• mit geeigneten Methoden und Hilfsmitteln Schaltungen nach Vorgaben dimensionieren
  und ihre Eigenschaften berechnen können
• Kennlinien und Zuverlässigkeitsdaten von Bauteilen im Schaltungsentwurf einsetzen können
  
• wichtige analog und analog/digital arbeitende Schaltungen aus praktischen Anwendungen erkennen können.

Inhalte

• Entwurfsmethoden: Einführung in Methoden zur Designdefinition/Designverifikation mit
  gängigen Entwurfswerkzeugen; Methoden zur Abschätzung der Eigenschaften von Schaltungen.
  
• Auslegungen von Schaltungen mit Dioden, Transistoren und Operationsverstärkern
  
• Operationsverstärker: charakteristische Eigenschaften und Modellierung von OPs; rückgekoppelte Verstärker und deren Übertragungsverhalten, gezielte Veränderung von Schaltungseigenschaften mit geeigneten Rückkopplungsmaßnahmen.
  
• Transistorschaltungen: Systematische Methoden zur Bestimmung des Arbeitspunktes von Transistorschaltungen (Bipolar und MOS); Stabilitätsbetrachtung für den Arbeitspunkt;
  Maßnahmen zur Verbesserung der Arbeitspunktstabilität; Linearisierung von Bipolar-  und MOS-Transistoren im Arbeitspunkt und Bestimmung wichtiger Eigenschaften von Transistorschaltungen (z.B. Übertragungsverhalten, Bandbreite, Aussteuergrenzen).
  
• Beispiele wichtiger Anwendungsschaltungen.

Lernziele

Kenntnisse über Technologien und Verfahren zur Herstellung elektronischer Baugruppen und integrierter Schaltkreise einschließlich der Grundlagen der dazu notwendigen chemisch-physikalischen Prozesse.

Inhalte

• Wichtige Design-Regeln für elektronische Baugruppen aus fertigungstechnischer Sicht
• Generierung der Fertigungsunterlagen (Artwork) als Ergebnis des Design-Prozesses
• Charakterisierung der verschiedenen Leiterplattenarten und- werkstoffe
• Herstellung von Leiterplatten in Subtraktiv-, Semi-Additiv- oder Volladditivverfahren
• Grundlagen chemischer und galvanischer Metallisierungen. Qualitätssicherung und Umweltschutz
• Vertikal- und Horizontalanlagentechnik
• Grundlagen der Halbleitertechnologie inkl. Siliziumgewinnung und –reinigung, Kristallziehen, Waferbearbeitung, Fotolithografie, Dotierung und Diffusion, Drahtbondtechnik, Gehäusearten
• Manuelle und automatische Bestückung von Leiterplatten
• Weichlote und deren Lötbarkeit auf unterschiedlichen Oberflächen. Klassifizierung von Flußmitteln
• Lötverfahren unter Berücksichtigung der Problematik bleifreier Lote. Zusammensetzung elektr. leitfähiger Kleber und ihre Anwendungsbereiche.
• Dickschicht- und Dünnfilmhybridschaltungen inkl. Zusammensetzung von Widerstands-, Leiterbahn- und Dielektrikumspasten, Pastenauftrag im Siebdruckverfahren, Brennen, Laser- Trimmen, Reflowlöten
• Abgrenzung der verschiedenen Arten elektronischer Baugruppen für verschiedene Anwendungsbereiche
• Zuverlässigkeit elektronischer Baugruppen

Lernziele

• Kennenlernen verschiedener Getriebeprinzipien und ihre Funktion
• Wissen über Anforderungen an Kleingetriebe
• Fähigkeit zur grundlegenden Auslegung von feinwerktechnischen Getrieben und Antrieben
• Kenntnis geeigneter Werkstoffe
• Fähigkeit zur Auswahl geeigneter Herstellverfahren

Inhalte

• Zahnradgetriebe: Kinematik und Kräfte (Geradverzahnung, Schrägverzahnung, Schraubrad, Kegelrad)
• Getriebetypen: z.B. Planeten-, Zykloiden-, Wellgetriebe
• Passende Auswahl von Motor und Getriebe im Antriebsstrang
• Werkstoffe und Fertigungsverfahren für feinwerktechnische Verzahnungen
• Versagenskriterien und Einführung in die Berechnung von Getrieben
• Zahnformoptimierung nach verschiedenen Anforderungen
• Softwaregestützte Auslegung von Verzahnungen und Getrieben

Nichtlineare Finite-Elemente-Methode (FEM)

Lernziele

• Verstehen der erforderlichen werkstoffmechanischen Grundlagen für die Auslegung von Bauteilen und Konstruktionselementen
• Kenntnis der verschiedenen nichtlinearen Probleme im Rahmen der Bauteilauslegung (geometrische und physikalische Nichtlinearitäten, nichtlineare Randbedingungen)
• Kennenlernen der theoretischen und mathematischen Hintergründe der nichtlinearen FEM
• Wissen über verspannte Konstruktionselemente in der Verbindungstechnik
• Fähigkeit, nichtlineare Probleme mit Hilfe eines kommerziellen FE-Systems lösen zu können

Inhalte

• Grundlagen der Festigkeitslehre und der FEM
• Strukturelemente (Stab- und Balkenelemente) und FE-Volumenmodellierung (Tetraeder- und Hexaeder-vernetzung)
• Einteilung der nichtlinearen Probleme
• Numerische Behandlung nichtlinearer Probleme
• Große Verschiebungen und große Verzerrungen
• Einführung in die Mechanik plastischen Fließens
• Elastisch-plastischer Biegebalken und Traglast
• Behandlung von Kontaktproblemen
• Berechnung von Schraubenverbindungen nach VDI 2230
• FE-Simulation verspannter Konstruktionselemente
• Submodelltechnik

Finite-Elemente-Methode (FEM) in der Konstruktion

Lernziele

• Kenntnisse zu den Grundlagen der Finiten-Elemente-Methode
• Kenntnisse zu den Anwendungsbereichen der FEM und zur Verbindung zwischen FEM und CAD
• Kenntnisse zum Aufbau eines FEM-Programms und zur effektiven anwendungsbezogenen
• Durchführung von FEM-Analysen
• Kenntnisse und Fähigkeit zur sachgerechten Darstellung und Interpretation von FEM-Ergebnissen und zu Schlussfolgerungen hinsichtlich der Konstruktionsoptimierung

Inhalte

• Theoretische Grundlagen zu wichtigen Aspekten der FEM
• Praktische Arbeit mit einem FEM-Programm
• FEM-bezogene Modellierung mechatronischer Bauelemente, Vernetzung, Vorgabe der
• Lagerbedingungen und Belastungen
• Darstellung und Auswertung von FEM-Ergebnissen mit Ableitung entsprechender Maßnahmen zur Kon-struktionsoptimierung
• Zusammenwirken zwischen 3D-CAD und FEM über geeignete Schnittstellen

Lernziele

• Kennenlernen der besonderen Merkmale mechatronischer Systeme, die durch das Zusammenwirken von Mechanik, Elektronik und Informatik gekennzeichnet sind
• Wandeln, transportieren und speichern von Energie, Stoff (Materie) und/oder Information durch mechat-ronische Systeme mit Hilfe von Sensorik, Prozessortechnik, Aktorik und Elementen der Mechanik, Elektronik und Informatik (ggf. anderer funktionell erforderlicher Technologien)
• Kennenlernen von Verfahren der Modellbildung und der Simulation mechatronischer Systeme

Inhalte

• Aufbau mechatronischer Systeme aus Funktionsgruppen
• Bildung von Regelkreisen aus Modulen mit mechanisch-elektrisch-magnetisch-thermisch-optischen Bauelementen
• Sensorik zur Erfassung von Messgrößen des Systemzustandes
• Aktorik zur Regelung und Steuerung
• Prozessortechnik und Informatik zur Informationsverarbeitung
• Datenbussysteme in Mechatronik und Automatisierung
• Modellbildung und Simulationen (z.B. Mathlab-Simulink)
• Praxisbeispiele

Lernziele

• Kenntnis der für die Mikrotechnik relevanten physikalischen Grundlagen, sowie wichtiger Materialien und Werkstoffe
• Kenntnisse über grundlegende technologische Prozesse und Herstellungsverfahren mikrotechnischer Komponenten
• Kenntnisse über Aufbau und Wirkungsweise von mikrotechnischen Komponenten (Sensoren, Aktoren, Funktionselemente usw.) und deren Einsatzmöglichkeiten
• Kenntnisse über die Grundlagen der Mikrosystemtechnik, über Aufbau, Funktion und Einsatzmöglichkeiten von Mikrosystemen

Inhalte

• Kristallaufbau
• Für Mikrostrukturen relevante physikalische Effekte und deren mathematische Beschreibung
• Wichtige Werkstoffe der Mikrotechnik
• Technologische Grundlagen der Mikrotechnik: Reinraumtechnik, Vakuumtechnik, Lithographie und Schreibverfahren, Dünnschichttechnik, Ätztechnik und Strukturierung (Isotrope und anisotrope Ätzverfahren, LIGA-Technik, Silizium-Mikromechanik, Laser-Materialbearbeitung)
• Messverfahren in der Dünnschichttechnik; Mikrostrukturmesstechnik (REM, AFM, optische Abtastung)
• Aufbau und Funktionsweise von Mikrosensoren, Mikroaktoren und Funktionselementen für die Aufbau- und Verbindungstechnik
• Einsatzmöglichkeiten von Mikrokomponenten
• Grundlagen der Mikrosystemtechnik und Einsatzmöglichkeiten von Mikrosystemen

Lernziele

Die vorhandenen Kenntnisse über die Fertigungstechnik, erworben im dritten und vierten Semester in den Fächern Fertigungstechnik sowie Aufbau- und Verbindungstechnik, werden vertieft und durch spezielle Fertigungsverfahren der Mikromechatronik und Elektronik erweitert. Damit wird interessierten Studenten die Möglichkeit geboten, erweiterte Kenntnisse im Bereich innovativer Fertigungstechnologien für z.B. die E-Mobility, Industrie 4.0 etc. zu erwerben.

Die Studierenden

• sind in der Lage die wesentlichen Prozessschritte zur Herstellung ausgewählter mikromechatronischer und elektronischer Baugruppen sowie die eingesetzten Materialien und die relevanten Prozessparameter zu verstehen und zu beschreiben.
• werden befähigt, die Zusammenhänge zwischen Fertigungsverfahren, eingesetztem Material und Prozessparametern auf der einen und Fertigungsergebnis auf der anderen Seite zu erkennen und zu beurteilen.
• können mit diesem Wissen Konzepte für effiziente Fertigungsketten der Mikromechat-ronik- und Elektronikproduktion unter Berücksichtigung technologischer sowie produktionstechnischer Aspekte ableiten.
• sind in der Lage, grundlegende Zuverlässigkeitsbetrachtungen für Prozesse und Erzeugnisse anzustellen

Inhalte

• Industrie 4.0
• Zuverlässigkeit von Erzeugnissen und Prozessen
• Moderne Messtechnik: Bildverarbeitung, Oberflächenmesstechnik (z.B. AFM, STM)
• Klebetechnik (vertieft), Oberflächenbehandlung und -reinigung
• Beschichtungstechnologie: galvanische Schichten, Dünnschichttechnologien, etc.
• Integrierte, mechatronische Schaltungsträgertechnologien, Mikromechatronik:
• 3D MID, Embedding Technologien etc.
• 3D Druck und additive Fertigungsverfahren für verschiedene Materialien:
• Rapid Prototyping, SL, LS, FLM, MJM, WAAM, etc.
• Additive, generative Fertigungsverfahren der Elektronik/Mechatronik:
• 3D Druckverfahren, gedruckte Elektronik, funktionales Drucken, Nanomaterialien
• Aufbau- und Verbindungstechnik für die Leistungselektronik:
• DCB, Sintern, Diffusionslöten, Dickdrahtbonden, Schraubverbindungen etc.

Lernziele

• Verständnis für statistische Grundlagen und Auswertungen
• Erwerb grundlegender Kenntnisse zur Bewertung von Produktions- und Prüfprozessen: Maschinen-, Prozess- und Prüfmittelfähigkeit
• Vertrautheit mit ausgewählten Qualitäts- und Optimierungsmethoden im Rahmen des Produktneuanlaufs: FMEA, Design of Experiments
• Vertrautheit mit den Grundlagen des Produktentstehungsprozesses
• Erwerb der grundlegenden Kenntnisse zur Planung und Realisierung von Produktneuanläufen
• Grundlegende Kenntnisse der Handhabung von Tools und der Methoden zur Planung und Beschaffung von Produktionsmitteln sowie zur Entwicklung robuster Fertigungstechnologien
• Erwerb grundsätzlicher Kenntnisse zu Optimierungskonzepten in der Produktion: Lean Production, Six Sigma
• Kenntnisse der Linien- und Rüstkonzepte in der Elektronikproduktion

Inhalte

• Datenanalyse (Verteilungen, beschreibende Statistik, Visualisierungen, Konfidenzintervalle)
• Methoden für die Optimierung der Prozesstechnologie im Produktionsanlauf:
  
  • Ausgewählte präventive Qualitätsmethoden für den Produktionsneuanlauf: P-FMEA
  • Qualität produzieren: Fähigkeitsanalysen für Fertigungs- und Prüfsysteme
  • Grundlagen der statistischen Versuchsplanung als Optimierungswerkzeug für Fertigungsprozesse
• Produktentstehungsprozess, Zusammenspiel der Unternehmensbereiche
• Anlaufmanagement: Abteilungsübergreifende Koordination beim Produktneuanlauf
• Entwicklung von Fertigungstechnologien und -prozessen im Rahmen des Produktneuanlauf, beherrschte und fähige Fertigungsprozesse
• Planung und Beschaffung von Produktionsequipment im Rahmen des Anlaufmanagements
• Optimierungsstrategien in der Produktion: Six Sigma, Lean Principles
• Fertigungskonzepte in der Elektronikproduktion: Linienkonzepte, Rüstkonzept
• Lean Clever Automation als Alternative zur Total Automation

Lernziele

• Einführung in die Prinzipien und Vorgehensweisen des methodischen Arbeitens in Entwicklung und Konstruktion von technischen Produkten
• Kennenlernen des Einflusses der Konstruktion auf die Fertigungs- und Lebenszykluskosten
• Fähigkeit zur zielgerichteten Auswahl von Fertigungsverfahren in Abhängigkeit von Randbedingungen: Produktionsstückzahlen, Entwicklungsstadium, Flexibilität der Fertigung
• Entwicklung einer Sensibilität für die drastisch zunehmenden politischen Einflüsse auf die Konstruktionsergebnisse, bezogen auf die Umweltproblematik und auf die Ressourcen-Situation (Demontage, Rückführung, etc.).
• Kennenlernen der für die Konstruktion mit und den Einsatz von hochpolymeren Werkstoffen relevanten Grundlagen und, daraus abgeleitet, deren Folgen für Entwicklung und Konstruktion. Kunststoffe sind nicht nur die Haupt-Funktionsträger in der Mikro- und Feinwerktechnik, sondern haben auch sehr differenzierte Eigenschaften.
• Bauteilgestaltung für Spritzguss (einschließlich Kennenlernen von Sonderverfahren) und verwandte Fertigungsverfahren

Inhalte

• Grundlagen der Konstruktions- und Entwicklungs-Methodik, Prinzipien, Anforderungen
• Funktionsbegriff, Teilfunktion, Funktions-Struktur
• Stadien des Entwicklungszyklus, Kosten, Toleranzen
• Life Cycle Engineering, gesetzliche Grundlagen, Folgen für die Konstruktion
• Grundlagen der hochpolymeren Werkstoffe und, daraus abgeleitet: Bauteilgestaltung aus Thermoplas-ten für Spritzguss (einschließlich Kennen lernen von Sonderverfahren) und verwandte Fertigungsverfahren
• Grundlagen der Funktion und Konstruktionselemente von Spritzgießwerkzeugen

Lernziele

• Erwerb grundlegender Kenntnisse über Werkstoffe für Anwendungen in der Mechatronik
• Überblick über aktuelle Werkstoffentwicklungen im Bereich der Struktur- und Funktionswerkstoffe bzw. über neuartige Werkstoffkonzepte
• Befähigung die Möglichkeiten und Grenzen der Werkstoffe bzw. Werkstoffkonzepte für den Einsatz in mechatronischen Komponenten einzuordnen und zu bewerten

Inhalte

Funktionale Oberflächen

• Oberflächenbehandlungsverfahren und Beschichtungsverfahren
• Schichtbildung durch beispielsweise Strahlverfahren (Laser, Elektronenstrahl), Dünnschichtverfahren, Galvanotechnik, thermochemische Diffusionsverfahren, Thermische Randschichthärtung
• Oberflächenreaktionen, Grundlagen der Korrosion und Tribologie
  
  

Struktur- und Funktionswerkstoffe

• Multifunktionale Basiswerkstoffe
• Pulvermetallurgische Werkstoffe, Pulverspritzgießverfahren

Lernziele

• Kenntnis des Wesens elektromagnetischer Strahlung im Sichtbaren sowie im angrenzenden IR- und UV-Bereich
• Kenntnis der grundlegenden Ausbreitungseigenschaften von Licht
• Kenntnis der Grundlagen optischer Abbildung
• Kenntnis der Grundlagen von Radio- und Photometrie
• Kenntnis der wichtigsten Lichtquellen und -detektoren
• Fähigkeit, dem Einsatzzweck gemäße Systeme & Verfahren auszuwählen

Inhalte

• Brechungs- und Reflexionsgesetz und erste Anwendungen inkl. Totalreflexion
• Optische Materialien für Transmission und Reflexion
• Reflexionsunterdrückung durch Interferenz
• Abbildung an planen und sphärischen Flächen im Gauß-Bereich
• Berechnung von Flächenfolgen und Linsensystemen inkl. Bildfehler
• Optische Instrumente: Fernrohr, Mikroskop, Projektor, Spektralapparat
• Einfluss von Bündelbegrenzungen: Blenden, Pupillen, Luken
• Charakteristische Merkmale optischer Strahlung
• Funktion, Eigenschaften und Bauformen optischer Sender und Empfänger

Lernziele

• Kenntnis der Systemeigenschaften und Beschreibungsmethoden technischer Regelungs- und Steuerungssysteme
• Kenntnis der wichtigsten Entwurfs- und Optimierungsverfahren technischer Regelungssysteme
• Fähigkeit, ein für eine Problemstellung geeignetes Entwurfsverfahren auszuwählen und anzuwenden
• Fähigkeit, technische Regelungssysteme zu modellieren, zu simulieren und zu realisieren
• Fähigkeit stationäre und mobile Roboteranwendungen zu entwerfen
• Programmierung von Middleware-basierten Robotersystemen

Inhalte

• Grundbegriffe der Regelungs- und Steuerungstechnik, Führungs- und Störverhalten
• Beschreibung von Regelkreisgliedern im Zeit- und Frequenzbereich: Frequenzgang, Bodediagramm, Übertragungsfunktion
• Modellbildung von Regelstrecken
• Eigenschaften und Realisierung kontinuierlicher und zeitdiskreter Regler
• Verfahren zur Untersuchung der Stabilität von Regelkreisen: Nyquist-Kriterium, Wurzelortskurver
• Entwurfs- und Optimierungsverfahren von Regelkreisen
• Störgrößenaufschaltung, Kaskaden- und Zustandsregelung
• Roboterkinematik
• Roboterkomponenten (Sensorik, Aktorik)
• Entwurf von Middleware-basierten Roboterkontrollarchitekturen
• Programmierung von Steuerungen stationärer und mobiler Robotersysteme

Lernziele

• Üben der Fähigkeit zur Teamarbeit am konkreten Projekt in 2er bis 4er Gruppen (vorzugsweise in dreier Gruppen)
• Fähigkeit zur Anwendung der im projektbegleitenden Seminar vermittelten Kenntnisse zur Durchführung von Markt-, Patent- und Literaturrecherchen und zur Formulierung von Entwicklungsanforderungen durch praktische Anwendung

Inhalte

• Umfassende schriftliche Darstellung sowie Vorbereiten von Präsentationen der erzielten Ergebnisse
• Vertiefen der im projektbegleitenden Seminar vermittelten Kenntnisse zur Organisation eines Projekts
• Anwenden der im projektbegleitenden Seminar vermittelten Kenntnisse zu Methoden und Techniken der Entscheidungsfindung
• Vorgehensweise nach VDI-Richtlinie 2221
• Bearbeitung einer konkreten Aufgabe im Team
• dabei Durchführung von Markt-, Patent- und Literaturrecherchen, Erarbeitung der Anforderungsliste, methodische Ermittlung des optimalen Lösungskonzepts sowie Entwurfsausarbeitung und -optimierung

siehe unter "Fachspezifische Vertiefung"

Die  fachwissenschaftlichen Wahlpflichtmodule der Gruppe 2 dienen der Vertiefung bestimmter Arbeitsgebiete nach Wahl der Studierenden. Der Katalog der fachwissenschaftlichen Wahlpflichtmodule der Gruppe 2 wird zu Beginn des Einschreibezeitraums veröffentlicht.