Entwicklung eines praktischen Mechatronik-Laborversuches

Abstract

Durch diese Arbeit sollen für das Mechatronik Modul an der HAW-Hamburg praktische Versuche entwickelt werden. Für die Versuche wurden keine genauen Rahmenbedingungen gegeben. Es ist also auch Bestandteil dieser Arbeit geeignete Komponenten aus dem Bereich der Mechatronik zu wählen, mit denen in den Versuchen gearbeitet werden soll, sowie geeignete Aufgaben mit diesen Komponenten zu entwickelt. Ein mechatronisches System setzt sich aus Komponenten der Bereiche Elektrotechnik, Mechanik und Informationsverarbeitung zusammen. Für die Beschreibung eines mechatronischen Systems hat sich diese Einteilung entsprechend der Funktionen der Bauteile als günstig erwiesen. In den nachfolgenden Betrachtungen werden aus dem Bereich der Elektrotechnik speziell die Komponenten Sensorik und Aktorik betrachtet. Die Funktionen und Grundlagen zu den jeweiligen Komponenten werden in Kapitel 2 vorgestellt. Auf eine Vorstellung der Mechanik als Teil des machatronischen Systems wird ganz bewusst verzichtet, da dieses Gebiet bereits in ausreichender Form, im Rahmen von verschiedensten Vorlesungen, detailliert behandelt wird. Für die Vorstellung eines mechatronischen Systems wurde auf eine bewährte Methodik aus dem Bereich der Konstruktionslehre zurückgegriffen. Dort ist es üblich von Systemen und Subsystemen zu sprechen und technische Anlagen oder Produkte nach solchen zu unterteilen. Ein ähnliches Vorgehen wird auch in der VDI Richtlinie 2206 zum Entwicklungsprozess mechatronischer Systemen erläutert. Diese wird im Verlauf der Arbeit ebenfalls vorgestellt und der Unterschied zu einem regulären Entwicklungsprozess dargelegt. Im Verlauf der Bearbeitung dieser Arbeit hat sich herausgestellt, dass die Vielfallt mechatronischer Systeme unmöglich in einem Versuch vermittelt werden kann. Deshalb werden mehrere Laborversuche zu den oben genannten Komponenten eines machatronischen Systems entwickelt. Durch die Aufteilung der Lehrinhalte auf mehrere Versuche kann den einzelnen Bereichen mehr Zeit zur Verfügung gestellt werden. Ebenfalls vorteilhalft ergibt sich daraus, dass der Umgang mit der Hard- und Software im Labor schrittweise erlernt werden kann. Als Ziel wurde festgelegt, für drei Laborveranstaltungen je drei Versuche zu entwickeln. Für die vierte Laborveranstaltung werden keine Inhalte erarbeitet. In dieser können dann entweder eine Einführung stattfinden oder weiterführende Laborversuche durchgeführt werden. Eine genaue Beschreibung des Konzepts hinter den Laborversuchen findet sich im Kapitel 3. Schließlich werden in den Kapiteln 4, 5 und 6 die Laborversuche aus den Bereichen Informationsverarbeitung, Sensorik und Aktorik vorgestellt. Für die Mechanik werden aus den genannten Gründen keine Laborversuche entwickelt. Wie diese Einteilung zustande gekommen ist, findet sich ebenfalls im Kapitel 3. Für jeden Versuch wird eine passende Musterlösung im Anschluss an die Versuchsbeschreibung gegeben. In den Musterlösungen werden die in den Versuchen geforderten Programme gezeigt, oder eigene Messergebnisse dargelegt. Abschließend werden die erarbeiteten Laborversuche im Kapitel 7 noch einmal kritisch betrachtet und in Kapitel 8 einige Ansatzpunkte für einen weiteren Ausbau des Mechatronik Labors gegeben.