Titel des Moduls:

Feinwerktechnik und elektromechanische Systeme

Precision Engineering and Electromechanical Systems
Leistungspunkte nach ECTS:

6

Verantwortliche/-r für das Modul:
Prof. Dr. rer. nat. Heinz Lehr
Sekreteriat:
EW 3
E-Mail:
lehr@fmt.tu-berlin.de

Modulbeschreibung

1. Qualifikationsziele

ERWERB VON KENNTNISSEN:
- Übersicht Nanotechnik, Mikrotechnik, Feinwerktechnik, Mechatronik
- Piezoaktoren: Funktion, Kräfte, Auslenkungen, Anwendungsbereiche
- Erzeugung magnetischer Felder, Lorentzkraft, Teilchenablenkung
- Kraftwirkung des elektrostatischen Felds, Kraftwirkung im Magnetfeld
- Aufbau miniaturisierter elektromechanischer Komponenten und Systeme
- magnetische Feld- und Kenngrößen, weichmagnetischer Kreis, Scherung
- Reluktanzkraft, Beispiele: Mikroaktor, Pumpenantrieb, Linearantrieb
- Auslegung von Reluktanzaktoren, Beispiele: Relais, Bremse, künstliche Herzpumpe
- Magnetkreis mit Permanentmagnet, Bestimmung des optimalen Arbeitspunkts
- Linearaktoren mit Permanentmagneten, Beispiele: Linearantriebe für Videokameras und Endoskope
- Gleichstrommotor: Aufbau, Kennlinie, optimale Arbeitspunkte, Dynamik
- Kommutatormotor, Elektronikmotor
- Aufbau von Schrittmotoren, Reluktanz-, Permanentmagnet-, Hybridschrittmotoren
- quasistatischer und dynamischer Betrieb, Kennlinien Schrittmotoren
- Synchronmotoren: Funktion, Einsatzbereiche, Kennlinien
- Vergleich Gleichstrom-, Schritt- und Synchronmotor, Diskussion der Vor- und Nachteile

FERTIGKEITEN:
- ingenieurwissenschaftliche Methoden zum Einsatz elektromagnetischer Baugruppen und Geräten
- Auslegung weichmagnetischer und permanentmagnetischer Kreise
- Berechnung von Kräften und Drehmomenten im magnetischen Kreis
- Auswahl des für einen Anwendungsbereich bestgeeigneten Antriebs
- Abschätzung der Lebensdauer von Komponenten, Baugruppen und Geräten
- Bestimmung des optimalen Arbeitsbereichs

KOMPETENZEN:
- Befähigung zur Konstruktion und zum Aufbau von elektromechanischen Antrieben
- optimaler Einsatz von Antrieben in mechanischen Systemen
- Inbetriebnahme von Kleinantrieben
- Abschätzung von Überlast und Wärmeentwicklung, Lebensdauerabschätzung

Fachkompetenz: 40%    Methodenkompetenz: 30%    Systemkompetenz: 20%    Sozialkompetenz: 10%   

2. Inhalte

VORLESUNGEN:
- Begriffsbildung Nanotechnik, Mikrosystemtechnik, Feinwerktechnik, Mechatronik
- Piezoantriebe: Funktion, Aufbau, Kenngrößen, Einsatzgebiete
- Erzeugung von Magnetfeldern, Kräfte im Magnetfeld, ferromagnetische Kreise
- Kenngrößen des magnetischen Kreises, magnetische Werkstoffe
- Reluktanz- / Grenzflächenkraft, Beispiele von Reluktanzaktoren
- magnetischer Kreis mit Permanentmagneten, Ermittlung des Arbeitspunkts
- Gleichstrommotoren: Funktion, Aufbau, Kenngrößen
- Schritt- und Synchronmotoren: Funktion, Aufbau, Kenngrößen
- Vergleich von Gleichstrom-, Schritt- und Synchronmotoren, Einsatzbereiche
- Anwendungsbeispiele aus Medizin-, Automatisierungs-, Verfahrens und Automobiltechnik

ÜBUNGEN:
- Piezoaktorik: piezoelektrische Werkstoffe, Funktion Piezoaktor und -sensor, Entwurf und Einsatz piezoelektrischer Wandler, Messung von Kennlinien piezoelektrischer Wandler
- galvanomagnetische Bauelemente: Hallgenerator, Bewegung von Ladungsträgern, Vermessung der Magnetfelder unterschiedlich polarisierter Permanentmagnete, Abschirmung elektromagnetischer Felder
- Relais: Aufbau, Reluktanzaktoren, Magnetkreis, Federsystem, Kontaktwerkstoff, Kontaktbildung, Messung der Kenndaten eines Klappankerrelais, Prellverhalten
- Kleinstmotoren: Kräfte und Drehmomente, Funktion Gleichstrom-, Schritt-, Synchronmotoren, Glockenankermotor, Messung der Motorkennlinie an einem luftgelagerten Momentenmessplatz, analytische Rechnungen zu Gleichstrommotoren

3. Modulbestandteile

Lehrveranstaltung
Art
SWS
LP (ECTS)
P/W/WP
Semester
Feinwerktechnik und elektromechanische Systeme
VL
2
3
Pflicht
Sommersemester
Feinwerktechnik und elektromechanische Systeme
UE
2
3
Pflicht
Sommersemester

4. Beschreibung der Lehr- und Lernformen

VORLESUNGEN:
- Vermittlung der Lehrinhalte (siehe Punkt 2), illustriert anhand vieler aktueller Beispiele aus der Praxis

ÜBUNGEN:
- Einführung in die Theorie
- experimentelle Übungen zur Vertiefung des Lehrstoffs und zum Erwerb praktischer Fähigkeiten
- Aufnahme eigener Messdaten, Auswertung der Messungen, Hausaufgaben

5. Voraussetzungen für die Teilnahme

wünschenswert:
klassische Physik
Konstruktionslehre
Messtechnik und Sensorik

6. Verwendbarkeit

Geeignet für Bachelor-Studiengänge mit folgenden Schwerpunkten:
- Maschinenbau
- Physikalische Ingenieurwissenschaften
- Biomedizinische Technik
- Verkehrswesen
- Informationstechnik im Maschinenwesen

Das erworbene Know-how ist in allen ingenieurtechnischen Disziplinen einsetzbar, insbesondere in der
Feinwerktechnik, Mechatronik, Medizintechnik, Mess- und Automatisierungstechnik, Automobiltechnik.

7. Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Aufteilung der Arbeitszeit:
2 SWS Anwesenheit Vorlesung Feinwerktechnik und elektromechanische Systeme: 15 x 2 h = 30 h
2 SWS Nachbereitung der Vorlesung (Selbststudium): 15 x 2 h = 30 h
2 SWS Anwesenheit in den Übungen Feinwerktechnik und elektromechanische Systeme: 4 x 6 h = 24 h
2 SWS Vor- und Nachbearbeitung der Übungen (Selbststudium): 4 x 6 h = 24 h
Hausaufgaben: 8 x 4 h = 32 h
Vorbereitung auf die drei Kurztests: 3 x 5 h = 15 h
Vorbereitung auf den Schlusstest: 25 h
Summe: 180 h

Gesamtaufwand über ein Semester: 180 h. Dies entspricht 6 Leistungspunkten.

8. Prüfung und Benotung des Moduls

Prüfungsäquivalente Studienleistungen:
Im Verlauf der Übungen weisen die Studierenden Kenntnisse anhand von drei Kurztests nach. Am Kursende findet ein schriftlicher, frei zu formulierender Schlusstest statt. Aus den Kurztests und dem Schlusstest ergibt sich die Abschlussnote.

9. Dauer des Moduls

Das Modul kann in einem Semester abgeschlossen werden.

10. Teilnehmer(innen)zahl

Für den experimentellen Teil der Übung ist eine Aufteilung in Kleingruppen erforderlich.

11. Anmeldeformalitäten

Verbindliche Anmeldung für die Übungen und Einteilung der Gruppen nach der ersten Vorlesung.
Prüfungsmeldung: in den ersten vier Semesterwochen über das zentrale elektronische Anmeldesystem.

12. Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform vorhanden? Ja
Wenn ja, wo kann das Skript gekauft werden?Ausgabe vor jeder Vorlesung, kostenlos
Skript in elektronischer Form vorhanden? Ja
Wenn ja, Internetseite angeben:Übungsskript, passwortgeschützt: www.fmt.tu-berlin.de/Aktuelles/downloads
Literatur:Krause, W., Konstruktionselemente der Feinmechanik, Carl Hanser Verlag, ISBN Nr. 3-446-16530-4
Stölting, H. D., Kallenbach, E., Handbuch Elektrische Kleinantriebe, Carl Hanser Verlag, ISBN - Nr. 3-446-21985-4
Menz, W., Mohr, J., Mikrosystemtechnik für Ingenieure, 2. Auflage, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, 1997, ISBN - Nr.: 3-527-29405-8
Roddeck, W., Einführung in die Mechatronik, Vieweg+Teubner - Verlag, Stuttgart, 2006, ISBN - Nr.: 978-3835100718

13. Sonstiges

Aktualisiert am: 12.11.2010 12:33:10