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/Elektrotechnik 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:

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. Per 1. Juni 2015 wurde der neue Modullehrberuf Mechatronik eingeführt. Die Ausbildung im Modullehrberuf Mechatronik umfasst verpflichtend eine zweijährige Ausbildung im Grundmodul Mechatronik und eine eineinhalbjährige Ausbildung in einem der folgenden Hauptmodule:

• Automatisierungstechnik
• Elektromaschinentechnik
• Fertigungstechnik
• Büro- und EDV-Systemtechnik
• Alternative Antriebstechnik
• Medizingerätetechnik

Zusätzlich kann in einem weiteren halben Ausbildungsjahr eines der folgenden Spezialmodule gewählt werden:

• Robotik
• SPS-Technik

Dauer der Lehrzeit:

• 3,5 Jahre: Grundmodul + ein Hauptmodul
• 4 Jahre: Grundmodul + ein Spezialmodul

Kombinationsmöglichkeiten: Die Hauptmodule sind untereinander nicht kombinierbar. Das Hauptmodul "Büro- und EDV-Systemtechnik" ist auch mit keinem Spezialmodul kombinierbar. Alle übrigen Hauptmodule sind mit beiden Spezialmodulen kombinierbar.Das Grundmodul "Mechatronik" in Verbindung mit dem Hauptmodul "Automatisierungstechnik" kann auch mit folgenden Spezialmodulen des Modullberufes

• Elektrotechnik kombiniert werden:
• Eisenbahnelektrotechnik
• Eisenbahnsicherheitstechnik
• Eisenbahnfahrzeugtechnik
• Eisenbahntransporttechnik
• Eisenbahnfahrzeuginstandhaltungstechnik
• Eisenbahnbetriebstechnik

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 es eine 5-jährige Ausbildung, mit dem Namen „Automation und Mechatronik“.

Technisches Gymnasium

Das Technische Gymnasium Telfs in Tirol bietet im Rahmen der AHS Matura eine Berufsausbildung im Lehrberuf Mechatronik und im Lehrberuf Maschinenbautechnik mit dem Spezialmodul Automatisierungstechnik an.

Staatliche Fachschule für Technik

In Deutschland gibt es die Aufstiegsweiterbildung auf Tertiärstufe, die mit dem Bestehen eines Staatsexamen inklusive Projektarbeit und Kolloquium, zum geschützten Berufstitel Staatlich geprüfter Techniker (engl.: State certified engineer (SCE)), Fachrichtung Mechatronik, Schwerpunkt Maschinen- und Anlagentechnik führt.

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 oder Bachelor/Master für Mechatronik an. Daneben gibt es Mechatronik auch als interdisziplinäre Vertiefungsrichtung. 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 Semestern den Bachelor of Engineering im Studiengang Mechatronik. An vielen weiteren Orten kann es studiert werden.

Siehe auch

•  Portal:Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik
• Bewegungsregelung (Motion Control)

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

 Commons: Mechatronik – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• 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.

Österreich:

• Berufs- und Brancheninfos für den Modullehrberuf Mechatronik der Wirtschaftskammer Österreich
• detaillierte Aus- und Weiterbildungsinfos für Österreich des Instituts für Bildungsforschung der Wirtschaft: BerufsInformationsComputer (BIC)