Prof. Edmund Schießle

Vorlesungen an der Hochschule Aalen

im Studiengang Mechatronik

Stand    02.  Januar  2014

Bachelor und Master, gestufte Studienabschlüsse an den europäischen Hochschulen.

• Die Einführung der Bachelor - und Masterstudiengängen ist im sog. Bologna-Prozess der Wissenschaftsminister europäischer Länder beschlossen worden, um einen einheitlichen europäischen Bildungsraum aufzubauen. An allen Universitäten, Technischen Universitäten, Technischen Hochschulen, Pädagogischen Hochschulen und Fachhochschulen in Europa wird bis 2010 das international übliche, zweistufige Ausbildungssystem mit Bachelor - und Master-Abschluss eingeführt.
  Die Hochschule Aalen, für Technik und Wirtschaft, stellt ab Wintersemester 2005/06 alle Studiengänge auf die neuen Studienabschlüsse um.
  Von Seiten der Industrie, welche die Einführung der gestuften Studienabschlüsse Bachelor und Master gefordert hat, wird immer wieder darauf hingewiesen, dass der Bachelor als erster berufsqualifizierender Abschluss keine Qualitätsverluste im Vergleich zum Diplom aufweisen darf.
  An der Hochschule Aalen wird daher in 6 Theoriesemestern ausgebildet. Das frühere erste praktische Studiensemester wird wegfallen, so dass man in 7 Semestern zum Bachelor gelangt. Das Studium ist insgesamt gestrafft worden. In der Folge wird von den Studierenden mehr selbstständige Eigenarbeit hauptsächlich in der vorlesungsfreien Zeit abverlangt werden. Die anstehenden Projektarbeiten werden auch in enger Zusammenarbeit mit der Industrie durchgeführt.
  Neben einer fundierten fachlichen Ausbildung werden die methodischen und sozialen Kompetenzen der Studierenden gestärkt. Die überfachlichen Schlüsselqualifikationen machen dann 10 bis 20 Prozent des Studiums aus. Im Vordergrund der überarbeiteten Lehrpläne steht aber das Grundlagenwissen. Diesem werden 50 bis 60 Prozent der Lehrinhalte eingeräumt; dem speziellem Fachwissen 30 bis 40 Prozent in maximal zwei Schwerpunkten.
  

• Eine weiter Konsequenz der neuen Studienabschlüsse für die Studierenden der Hochschule Aalen besteht darin, dass sie jederzeit an eine Universität im In- und Ausland wechseln können und dort auch beispielsweise nach dem Masterabschluss in Aalen eine Promotion beginnen können. Dieses Konzept führt im Studiengang Mechatronik zu einer Modularisierung der Lehrinhalte.
  
  
  Modularisierung der Lehrinhalte
  Für die Lehrinhalte der Vorlesungen von Prof. Edmund Schießle führt das zu den nachfolgend vorgestellten neu strukturierten Lehrmodulen.
  




• Die Vorlesungen "Elektrotechnik 1 und Elektrotechnik 2"
   wurden durch inhaltlich neu strukturierte
   Module "Elektrotechnik Grundlagen" und "Elektrotechnik Vertiefung" ersetzt.
  




• Die Vorlesungen "Elektrische Messtechnik"
  wurde durch den inhaltlich neu strukturierten
  Modul "Elektrische Messtechnik" ersetzt.
  




• Die Vorlesungen "Sensorik mit Labor"
  wurde durch inhaltlich neu strukturierte
  Module "Sensorik Grundlagen" und "Sensorik Vertiefung mit Labor" ersetzt.
  
  
  Vorlesungsinhalte:
  Die nachfolgenden Vorlesungsbeschreibungen (Elektrotechnik 1 und 2) stellten die Inhalte der Diplom -Vorlesungen dar.
  Aus den Lehrinhalten der "alten" Vorlesungen Elektrotechnik 1 und 2 wurden inhaltlich und thematisch neu strukturierte und aufeinander abgestimmte Lerneinheiten mit konsekutiven (gestuften) Schwierigkeitsgraden und unterschiedlichen Schwerpunktbildungen, sog. Module, generiert.
  Die Vorlesungen wurden in dieser Form, für Studierende mit der SPO 28, noch bis Sommersemester 2012 gelesen.
  Alle Vorlesungen wurden mit der SPO 30 neu modularisiert und die beliebte Vorlesung "Elektrische Messtechnik" leider ersatzlos gestrichen.
  
  




• Vorlesung: "Elektrotechnik 1"
  Physikalische Grundbegriffe der Elektrophysik und Elektrotechnik. Grundgesetze der Elektrotechnik. Mathematische Analyse, Computeralgebra-Simulation und Computer-Schaltungssimulation linearer und nichtlinearer Gleichstrom-Netzwerke. Elektrische Arbeit, elektrische Leistung und elektrische Energieübertragung in elektrischen Gleichstrom-Netzwerken. Das elektrische Feld und seine technischen Anwendungen. Mathematische Analyse und Computer-Simulationen von Ein- und Ausschaltvorgängen in linearen elektrischen Gleichstrom-Netzwerken. Einführung in die Elektrochemie. Analogie zwischen elektrischen und nichtelektrischen technischen Systemen.
  Mathematische Exkurse: Anwendungen der Matrizen-Algebra und Lösungsverfahren von gewöhnlichen Differentialgleichungen.
  

• Vorlesung: "Elektrotechnik 2"
  Das magnetische Feld und seine technischen Anwendungen. Elektrophysikalische Grundlagen der Wechselstromtechnik. Funktionaltransformation und symbolische Berechnung von einfachen Wechselstromschaltungen. Mathematische Analyse und Computer-Simulation von linearen Wechselstromnetzwerken im stationären Betriebszustand bei sinusförmiger Erregung mit konstanter oder variabler Frequenz mit und ohne magnetische Kopplung. Einführung in die Vierpoltheorie mit Hilfe der komplexen Matrizen-Algebra. Elektrische Arbeit, elektrische Leistung und elektrische Energieübertagung im Zweiphasen- und Dreiphasen- Wechselstromnetzwerk. Analyse und Computer- Simulationen von Aus- und Einschaltvorgängen in sinusförmig und nichtsinusförmig erregten Wechselstrom-Netzwerken.
  Mathematische Exkurse: Anwendung von gewöhnlichen Differentialgleichungen und   Differentialgleichungssystemen, Anwendung der komplexen Arithmetik und Algebra , Anwendung der komplexen Funktionaltransformationen, Anwendungen zur komplexen Matrizen-Algebra.
  

• Vorlesung: "Elektrische Messtechnik mit Labor"
  Grundbegriffe und Definitionen der Metrologie. Einführung in die elektrische Signal- und Systemtheorie. Theorie und praktische Anwendung der Fehlerrechnung (statische und dynamische Fehler) auf Sensoren, Messgeräte und Meßsysteme. Technische Dokumentation von Messergebnissen und Messfehlern. Das analoge und digitale elektrische Messen elektrischer Größen. Das analoge und digitale elektrische Messen nichtelektrischer Größen. Einführung in die Strukturen analoger und digitaler elektrischer Messdatenerfassungssysteme für das elektrische Messen nichtelektrischer Größen. Einführung in die Sensortechnik.
  Mathematische Exkurse: Anwendungen der Fourier - und Laplace -Transformation in der Messtechnik.
  Labor: Computer-Simulationen von Messschaltungen mit EWB / MULTISIM. Messtechnische Labor - Übungen mit dem Digitalen - Speicher - Oszilloskop (DSO).
  

• Vorlesung: "Sensorik mit Labor"
  Physikalische Sensoreffekte und technische Sensorprinzipien. Konstruktiver und technologischer Aufbau der Sensoren. Vom Messwertaufnehmer zum Sensorsystem. Typische elektrische Anpassschaltungen für Messwertaufnehmer und typische Signalverarbeitungselektroniken für Sensoren.
  Labor: rechnergestützte Messungen mit Sensoren und rechnergestützte Auswertung der Messungen.
  

Die nachfolgende Tabelle zeigt Sensoreffekte und Sensoren
die in der Vorlesung behandelt werden

Sensorarten	Sensierungsgrößen	physikalische Sensoreffekte
Resistive Sensoren
Positionsresistive Sensoren  (Mess-Potentiometer)	Position, Weg, Winkel, Horizont	geometrische Längen- und Lageeffekte
Dehnungsresistive Sensoren  (Dehnmessstreifen DMS)	mechanische Dehnung	volumoresistiver Effekt
Piezoresistive Sensoren	mechanische Dehnung	piezoresistiver Effekt
Pyroresistive Sensoren	Strahlungswärme	pyroresistiver Effekt
Thermoresistive Sensoren  (Widerstandsthermometer)	Temperatur	thermoresistiver Effekt
Magnetoelastische DMS	mechanische Dehnung	festkörperphysikalischer  Permeabilitätseffekt
Photoresistive Sensoren	Beleuchtungsstärke	innerer fotoelektrischer Effekt
Isotrope magnetoresistive Sensoren  (IMR-Sensoren / FP)	magnetische Feldstärke	isotropic magnetoresistance effect  (IMR-E / Gaußeffekt)
Anisotrope magnetoresistive Sensoren  (AMR-Sensoren)	magnetische Feldstärke	anisotropic  magnetoresistance effect  (AMR-E)
Groß (spin-) magnetoresistive Sensoren  (GMR-S)	magnetische Feldstärke	gaint magnetoresistance effect  (GMR-E)
Kolossal (volum-) magnetoresistive Sensoren  (CMR-Sensoren)	magnetische Feldstärke	collosal magnetoresistance effect  (CMR-E)
Tunnelquanten magnetoresistive Sensoren  (TMR-Sensoren)	magnetische Feldstärke	tunneling magnetoresistance effect  (TMR-E)
Magnetoresistive Metalldünnschichtsensoren	magnetische Feldstärke	magnetoresistiver Metalldünnschichteffekt
Konzentrationsresistive Sensoren	Gaskonzentration, Feuchte	Halbleiter-Oberflächeneffekte
Reedkontaktsensoren	Positionen	magnetomechanischer Effekt
Mikroschalter	Positionen	elektromechanischer Effekt
Hitzdrahtströmungssensor	Strömungsgeschwindigkeit	elektrothermodynamischer  Strömungseffekt
Ionen- Leitfähigkeits-  2/4-Elektrodenmesszelle (Kohlrausch-Zelle)	Elektrolyt-Ionen Konzentration	konduktometrische elektrochemische  Effekte
Reaktive Sensoren
Positionsinduktive Sensoren	Weg, Winkel, Drehzahl	positionsgeometrischer Induktivitätseffekt
Wirbelstromsensoren	Position, Weg, Drehzahl	Wirbelstromeffekt
Thermoinduktive Sensoren	Temperatur	thermoinduktiver Effekt
Positionskapazitive Sensoren	Position, Weg, Drehzahl	längengeometrischer Kapazitätseffekt
Piezokapazitive Sensoren	Druck, Kraft, Beschleunigung	abstandsgeometrischer Kapazitätseffekt
Thermokapazitive Sensoren	Temperatur	festkörperphysikalischer Thermoeffekt
Photokapazitive Sensoren	Beleuchtungsstärke	fotokapazitiver Halbleitersperrschichteffekt
Mikromechanische Kapazitätssensoren	Druck, Kraft, Beschleunigung	mikromechatronischer Kapazitätseffekt
Konzentrationskapazitive Sensoren	Feuchte	festkörperphysikalischer Permittivitätseffekt
Magnetoinduktive Sensoren	magnetische Flussdichte	festkörperphysikalischer Permeabilitätseffekt
Magnetoelastische Sensoren	Dehnung, Druck, Kraft	reziproker magnetostriktiver Effekt
Groß magnetoinduktive Sensoren  (GMI-Sensoren)	magnetische Feldstärke	gaint magnetoimpedance effect (GMI-E)
Thermomagnetoinduktive Sensoren	Temperatur	reziproker magnetostriktiver Effekt
Spannungsanaloge Sensoren
Differentialtransformatoren	Weg, Winkel	positionsgeometrischer Induktionseffekt
Magnetoelastische Sensoren	Druck, Kraft, Drehmoment	reziproker magnetostriktiver Effekt
Piezomagnetische Sensoren	Beschleunigung, Vibration	piezomagnetischer Effekt
Magnettransistor	Druck, Kraft	galvanomagnetischer Sperrschichteffekt
Thermoelektrische Sensoren  (Thermoelemente)	Temperatur	thermoelektrischer Effekt (Seebeckeffekt)
Halbleitertemperatursensoren	Temperatur	Sperrschichtthermoeffekt
Photoelemente	Beleuchtungsstärke	Sperrschichtfotoeffekt
Photozelle	Beleuchtungsstärke	äußerer photoelektrischer Effekt
Photomultiplier	Beleuchtungsstärke	äußerer photoelektrischer Effekt
Hall - Sensoren	magnetische Flussdichte	planarer transversaler galvanomagnetischer  Effekt (normaler u. anormaler Hall-Effekt)
Wiegand-Sensoren	magnetische Flussdichte	makroskopischer Barkhauseneffekt
Magnetoelektropotential Strömungssensor  (magnetoinduktiver Durchflusssensor MID)	Strömungsgeschwindigkeiten, Durchfluss	magnetohydrodynamischer Effekt  (galvanomagnetischer Effekt)
Induktionssensoren	Drehzahl, Schwingweg	elektromagnetischer Induktionseffekt
Elektrodynamischer elektrodenloser Ionen-  Induktionssensor	Ionen- Aktivität und -Konzentration	elektromagnetochemische Effekte
MOSFET - Gassensoren	Gaskonzentration	physikalische und chemische  Halbleiteroberflächeneffekte
CEMFET- oder ISFET- Sensoren	Elektrolyt- oder Gas-Ionen Konzentration	ionenselektive Halbleiteroberflächeneffekte
MOS- oder MIS- Dioden- Sensor	Gaskonzentation	physikalische und chemische  Halbleiteroberflächeneffekte
pH - Sensoren  und  IS - Elektroden	pH-Wert u. Elektrolyt-Ionen Konzentration	potentiometrisch elektrochemische Effekte
Lambda-Sonden	Gas-Konzentration	potentiometrisch elektrochemische Effekte
Stromanaloge Sensoren
Piezotransistor	Druck, Kraft	festkörperphysikalischer Halbleitereffekt
Phototransistor	Beleuchtungsstärke	Sperrschicht- Photoeffekt
Photodiode	Beleuchtungsstärke	Sperrschicht- Photoeffekt
Positionsempfindliche Fotodiode	Position, Weg	innerer photoelektrischer Sperrschichteffekt
Redox - Sensoren	Elektrolyt- Ionen Konzentration	amperometrische elektrochemische Effekte
Ladungsanaloge Sensoren
Piezoelektrische Sensoren	Druck, Kraft, Drehmoment	piezoelektrischer Effekt
Pyroelektrische Sensoren	Körpertemperatur, Wärmestrahlung (IR)	pyroelektrischer Effekt
CCD - Bildsensoren	Helligkeitsmuster	innerer fotoelektrischer Effekt
Kerntechnische Sensoren	ionisierende Strahlung	kernphysikalische Effekte
Frequenzanaloge Sensoren
Schwingquarzsensoren	Dehnung, Druck, Temperatur	piezoelektrischer Effekt
Schwingsaitensensoren	Dehnung, Schwingungen	mechanische Schwingungsdämpfung
Piezokeramische Schwingkreissensoren	Kraft, Beschleunigung	piezoelektrischer Effekt
Piezoelektrische Ultraschallsensoren	Position, Weg	piezoelektrischer Effekt
Magnetostiktive Ultraschallsensoren	Position, Weg	magnetostriktiver Effekt
Mikromechanische Sensoren	Schwingungen, Beschleunigung	mikromechatronische Effekte
Interferentielle Sensoren
Faseroptische Sensoren	Druck, Dehnung, Kraft	optoelektronische Interferenzeffekte
SQUID - Sensoren	Magnetfelder	Quanteninterferenzeffekt
Mikrooptische Sensoren	Druck, Dehnung, Weg	mikrointerferentielle Effekte
Copyright 2000 /... /20xx  by  Prof. Dipl.-Phys. Dipl.-Ing. Edmund R. Schießle

Übungen zu den Vorlesungen finden meine Studenten/innen

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Hinweis:

 Eine Auswahl von Laborübungen, Studienarbeiten und Diplomarbeiten zur Elektrotechnik / Elektronik, Elektrischen Messtechnik und Sensorik sind, jeweils unterhalb der Übungsaufgaben, über die obigen Schaltflächen zu erreichen.