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Mechatronik
Die meisten Erzeugnisse des Maschinenbaus beruhen schon heute auf dem engen Zusammenwirken von Mechanik, Elektronik, Regelungstechnik und Informatik. Der Kunstbegriff Mechatronik bringt dies zum Ausdruck. Er bezeichnet das interdisziplinäre Zusammenwirken mechanischer, elektronischer und informationstechnischer Systeme und Systemelemente.
Die VDI-Richtlinie 2206 "Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme" definiert:
"Mechatronik ist das enge synergetische Zusammenwirken der Fachdisziplinen Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik beim Entwurf und der Herstellung industrieller Erzeugnisse sowie bei der Prozessgestaltung."
Ziel der Mechatronik ist es, das Verhalten eines technischen Systems zu verbessern, indem mit Hilfe von Sensoren Informationen über die Umgebung, aber auch über das System selbst, erfasst werden. Diese Informationen werden in Prozessoren durch Software verarbeitet, die im jeweiligen Kontext adäquate Reaktionen mit Hilfe von Aktoren auslösen.
Kategorien mechatronischer Systeme
Mechatronische Systeme umfassen eine große Bandbreite und lassen sich in zwei Klassen unterscheiden:
- mechatronische Systeme, die auf der räumlichen Integration von Mechanik und Elektronik beruhen,
- Mehrkörpersysteme mit kontrolliertem Bewegungsverhalten
- Klassen mechatronischer Systeme
Ziel der ersten Klasse von Systemen ist eine hohe Anzahl mechanischer und elektronischer Funktionsträger auf einem kleinen Bauraum. Das wesentliche Potential der Integration liegt hierbei in der Miniaturisierung und den geringeren Herstellkosten. Die Aufbau- und Verbindungstechnik mit spezifischen Ausprägungen wie MID (Molded Interconnect Devices) steht hier im Vordergrund.
Bei der zweiten Klasse von Systemen geht es um die Verbesserung des Bewegungsverhaltens. Dazu erfassen Sensoren Informationen über die Umgebung, aber auch über das System selbst. Diese Informationen werden anschließend verarbeitet und mit Hilfe von Aktoren werden im jeweiligen Kontext die geeigneten Reaktionen zur Verbesserung des Bewegungsverhaltens ausgelöst. Zentrale Aufgabe bei der Entwicklung von Erzeugnissen dieser Art ist die Regelungstechnik.
Funktionsweise und Aufbau
Integrierte mechanisch-elektronische Systeme sind statische Systeme. Sie bestehen in der Regel aus einem Gehäuse, in das mechanische, elektronische und optische Bauteile integriert werden. Beispiele für Bauteile sind Mikrochips, LED, etc. Die Aufbau- und Verbindungstechnik spielt hierbei eine wesentliche Rolle. Das Gehäuse dient dabei als Tragstruktur. Ziel ist die Integration von vielen Funktionen auf kleinem Bauraum. Mechatronische Systeme dieser Klasse realisieren typischerweise Funktionen wie Informationsverarbeitung, Sensorfunktionen, Signalübermittlung. Weitere Funktionen sind z.B. Wärmeabfuhr oder Abschirmung vor elektromagnetischer Strahlung.
- Grundsätzlicher Aufbau eines mechatronischen Systems
Mehrkörpersysteme mit kontrolliertem Bewegungsverhalten bestehen aus einem Grundsystem sowie Sensoren, Aktoren und einer Informationsverarbeitung. Beim Grundsystem handelt es sich in der Regel um eine mechanische, elektromechanische, hydraulische oder pneumatische Struktur bzw. eine Kombination aus diesen. Über Sensoren werden Zustandsgrößen des Grundsystems gemessen. Die Informationen werden an die Informationsverarbeitung weitergegeben und die notwendigen Einwirkungen werden bestimmt. Die Umsetzung der Einwirkungen erfolgt durch Aktoren direkt am Grundsystem. Das Grundsystem besteht aus Einheiten, die über Stoff-, Energie- und Informationsflüsse verkettet sind. Im Vordergrund stehen bei mechatronischen Systemen Informationsflüsse. Die Flüsse, die das Grundsystem mit der Sensorik und Aktorik verbinden, besitzen sowohl den Charakter von Energie- als auch von Informationsflüssen, da sowohl für das Messen (Sensorik) als auch das Einwirken (Aktorik) Energie „fließt“, andererseits aber auch Informationen – Steuerinformationen der Aktorik und Messinformationen der Sensorik – übertragen werden.
- Strukturierung mechatronischer Systeme
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