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Juli 2015

 
Mechatronik

CD-Player, Digitalkameras, elektronische Fahrkarten­automaten, automatisierte Getriebe: Es gibt viele Beispiele für mechatronische Systeme, die längst selbstverständlich sind. Aber was genau ist Mechatronik? Hier einige Antworten.

WAS IST MECHATRONIK?

Mechatronik bedeutet die größtmögliche Integration von Mechanik, Elektronik und Informatik auf einem Funktionsträger. Die Integration geht in der Regel so weit, dass die Gesamtfunktion nur durch das reibungslose Zusammenwirken aller Teilfunktionen realisierbar ist. Dazu ist es notwendig, die komplexen mechatronischen Systeme im gesamten Produktlebenszyklus – von der Entwicklung und Konstruktion über die Herstellung und Nutzung bis hin zum Recycling – ganzheitlich zu betrachten.

RÜCKBLICK

1969 Das japanische Unternehmen Yaskawa Denki prägt den Begriff „Mechatronic“. Der Hersteller von Industrierobotern bezeichnete mit dem Wort die Kombination von Mechanik und Elektronik, die in der Feinmechanik zunehmend an Bedeutung gewann. Yaskawa Denki lässt sich den Begriff 1972 patentieren.

1978 Bei der Entwicklung der Antiblockierfunktion (ABS) werden erstmals mechanische Funktionen durch elektronische Sensoren und elektronische Steuergeräte, die der Informationsspeicherung und -verarbeitung dienen, ergänzt. Erst durch die funktionale Integration der Sensoren, des Steuergeräts und der hydraulischen Aktoren wird die gesamte Funktionalität der Bremsanlage gewährleistet.

DAS POTENZIAL

Aufgrund der rasanten Entwicklung der Informationstechnik werden mechatronische Systeme in Zukunft immer „intelligenter“. Schon jetzt zeigen Forschungsprojekte auf, wie groß das Potenzial der Mechatronik beispiels­weise bei der Entwicklung robotischer Systeme ist. Im Hinblick auf den noch stärkeren Einsatz im Verkehr und der vermehrten Bedeutung für medizinische Anwendungen ist das Entwicklungsziel zukünftiger mechatronischer Systeme aber nicht nur die Funktionssteigerung. Auch Sicherheit und Zuverlässig­keit gewinnen zunehmend an Bedeutung.

DER AUFBAU

Mechatronische Systeme bestehen in der Regel aus einer mechanischen Grundstruktur, die ein bestimmtes Trag- oder Bewegungsverhalten erzeugt, und aus Sensoren, die Informationen über das System oder die Umgebung erfassen. Dazu kommen Prozessoren, die diese Informationen auswerten und nach bestimmten Regeln Stellgrößen erzeugen. Ein Schlüsselelement mechatronischer Systeme sind Aktoren. Sie setzen die Stellgrößen in Kräfte, Bewegungen, elektrische Spannung oder andere Größen um, die auf das Grundsystem einwirken.

 
Der Aufbau

DER NUTZEN

Viele moderne Entwicklungen wären ohne das Zusammenwirken von Mechanik, Elektronik und Informatik nicht möglich. So sind beispielsweise bei Werkzeugmaschinen hohe Bearbeitungsgenauigkeiten nur zu erreichen, wenn Schwächen in der mechanischen Struktur durch Sensorik erkannt und durch intelligente Informations­verarbeitung kompensiert werden.

DIE ENTWICKLUNG

Der Entwicklungsprozess mechatronischer Systeme beginnt mit dem mechatronischen Entwurf. Er berücksichtigt bei der Auslegung des Gesamtkonzepts alle Systemkomponenten mit ihrem dynamischen Verhalten und ihren gegenseitigen Wechselwirkungen. Für das Gesamtsystem werden die Modellbildung, und die Parameteridenti­fizierung sowie der Steuerungs- und Regelungsentwurf rechnergestützt so lange durchlaufen, bis ein hinreichend optimiertes System entwickelt ist. Auf der Grundlage eines virtuellen Prototyps in Form eines Simulationsmodells erfolgt die Funktionsoptimierung, die dann detaillierte Vorgaben für die konstruktive Gestaltung liefert.

DIE AUS- UND WEITERBILDUNG

Seit 1998 ist zum Beispiel in Deutschland der Mechatro­niker ein anerkannter Ausbildungsberuf. Der erste universitäre Lehrstuhl für Mechatronik in Deutschland wurde 1991 an der Universität Duisburg-Essen gegründet.

NEUES TRAININGSSYSTEM

Für Berufs-und Hochschulen sowie Ausbildungsstätten in Industriebetrieben hat Bosch Rexroth das neue Mechatronik-Trainingssystem mMS 4.0 entwickelt. Das modulare Konzept des Trainingssystems ist Industrie-4.0-fähig, konsequent am Lernweg in der Mechatronik-Ausbildung ausgerichtet und kombiniert die grundlegenden Technologien Pneumatik und Mechatronik sowie optional Hydraulik in einer Einheit.

Informationen:

www.boschrexroth.de/trainingsystems