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Mit Beginn des Wintersemesters 2000/2001 werden in Göppingen die drei bestehenden Studiengänge Mechatronik/Automatisierungstechnik, Mechatronik/Elektronik und Mechatronik/Feinwerktechnik um den neuen Studiengang Mechatronik/Mikrosystemtechnik (MI) erweitert. Bisher hatten die Studierenden der beiden Studiengänge MT/Elektronik und MT/Feinwerktechnik die Möglichkeit den Schwerpunkt Mikrosystemtechnik zu wählen, die auch von vielen Studierenden genutzt wurde. Mit Einführung des neuen Studiengangs wurde ebenfalls die Studien- und Prüfungsordnung des Fachbereichs den Erfordernissen der Zukunft angepasst.
FHTE Esslingen: Der neue Studiengang Mechatronik / Mikrosystemtechnik am Standort Göppingen
Mit Beginn des Wintersemesters 2000/2001 werden in Göppingen die drei bestehenden Studiengänge Mechatronik/Automatisierungstechnik, Mechatronik/Elektronik und Mechatronik/Feinwerktechnik um den neuen Studiengang Mechatronik/Mikrosystemtechnik (MI) erweitert. Bisher hatten die Studierenden der beiden Studiengänge MT/Elektronik und MT/Feinwerktechnik die Möglichkeit den Schwerpunkt Mikrosystemtechnik zu wählen, die auch von vielen Studierenden genutzt wurde. Mit Einführung des neuen Studiengangs wurde ebenfalls die Studien- und Prüfungsordnung des Fachbereichs den Erfordernissen der Zukunft angepasst. Das Studium MT/Mikrosystemtechnik ist in Abb. 1 grafisch vereinfacht dargestellt.
Abb. 1
Das gesamte Studium ist in Module mit einem Umfang von jeweils ca. 10 SWS strukturiert. Das Grundstudium in den Semestern 1 bis 3 ist in allen vier Studiengängen gemeinsam, so dass ein Wechsel zwischen den Studiengängen problemlos möglich ist. Auch in den Semestern 4 bis 7 sind jeweils die ersten Module identisch. In den Semestern 5 und 7 können die Studierenden jeweils ein Wahlmodul frei wählen. Im Studiengang MT/Mikrosystemtechnik sind dies: Mikrooptik, angewandte Softwaretechnik, Medizintechnik und Fluidik.
Was ist Mikrosystemtechnik?
Unter Mikrosystemtechnik versteht man die Herstellung und den Einsatz miniaturisierter Systeme, die aus elektronischen, mechanischen, optischen und fluidtechnischen Komponenten zusammengesetzt werden. Die Verknüpfung dieser Komponenten führt zu einer neuen Funktion, die eine optimale Lösung der spezifizierten Anforderung gewährleisten soll.
Meist bestehen solche Systeme aus Sensoren, zur Erfassung physikalischer Größen, der Signalverarbeitung, zur Aufbereitung, Auswertung und Berechnung der Aktionen, und aus Aktoren zur Durchführung der Aktionen. Ziel ist es diesen Systemen Intelligenz, also die Möglichkeit der eigenen Entscheidung zu geben.
Was leistet die Mikrosystemtechnik heute?
Nutzer bekommen Mikrosysteme nur selten zu Gesicht und können diese in der Regel auch nicht erwerben. Dieser Sachverhalt könnte die Frage aufkommen lassen, ob Mikrosysteme überhaupt eingesetzt werden? Dass diese schon lange Bestandteil unseres Alltags sind sollen folgende Beispiele zeigen.
In einem Mittelklassefahrzeug arbeiten über 100 Sensoren, von denen ein großer Teil der Mikrosystemtechnik zugeschrieben werden kann. Vor nur zehn Jahren war der Airbag Sonderausstattung in der gehobenen Fahrzeugklasse, heute verfügen auch Kleinwagen standardmäßig über mehrere Airbags. Eine ähnliche Entwicklung zeichnet sich bei der Fahrdynamikregelung ab. Die Schlüsselelemente dieser Systeme sind der mikromechanische Beschleunigungssensor und der Drehratensensor.
Auch in der Informationstechnik spielen Mikrosysteme eine wichtige Rolle. Betrachten wir einen Standard-PC, so hat sich die Speicherkapazität (RAM) in den letzten 15 Jahren von typisch 640 kB auf 64 MB, also um den Faktor 100 vergrößert. Die Kapazität einer Festplatte wurde im gleichen Zeitraum von typisch 20 MB auf 20 GB, also um den Faktor 1000 vergrößert. Primär war diese Leistungssteigerung nur durch die mikrosystemtechnische Entwicklung der Schreib/Leseköpfe möglich. Ähnliche Sachlagen ergeben sich bei den optischen Speichermedien, und beide Entwicklungen sind noch lange nicht am Ende der technischen Möglichkeiten.
Tintenstrahldrucker, heute hoch auflösend und brillante Farbbilder liefernd, sind in den letzten Jahren sehr kostengünstig geworden. Das Herzstück eines solchen Druckers ist der Tintenstrahldruckkopf, ein Produkt der Mikrosystemtechnik.
Was bringt uns die Mikrosystemtechnik morgen?
Neben den bestehenden und weiter wachsenden Marktanteilen in der Automobilindustrie und der Informationstechnik werden bedeutende Marktanteile in der Medizintechnik, der Haus- und Sicherheitstechnik, der Automatisierungstechnik und der Umwelttechnik hinzukommen. Die technischen Weiterentwicklungen einerseits und der Markt andererseits werden bestimmen, wo und in welcher Form die Mikrosystemtechnik Anwendung erfährt.
Schon lange werden Displays z.B. in Armbanduhren eingesetzt, die Verbesserung von Auflösung, Bildwiederholfrequenz, Kontrast, insbesondere aber die Möglichkeit Farbe darzustellen, haben neue Märkte geschaffen. Flachbildschirme verdrängen augenblicklich die alten Monitorröhren, die Ablösung der klassischen TV-Geräte im Haushalt durch Displaywände oder Projektionsgeräte wird folgen.
Implantierbare Dosiersysteme in der medizinischen Anwendung sind seit geraumer Zeit bekannt. Die Mikrosystemtechnik ermöglicht es die Schlüsselkomponenten, wie Dosierstrecken, Ventile und Pumpen in ihren Abmessungen deutlich zu verkleinern und die Herstellkosten zu verringern. Die Miniaturisierung wird damit auch den operativen Eingriff für den Patienten erträglicher gestalten und die Risikofaktoren messbar minimieren.
Einen eher futuristischen Ausblick zeigen Entwicklungen aus dem Mikrotechniklabor Göppingen.
Abb. 2
Die Abb. 2 stellt einen in Göppingen hergestellten "Mikro-Operationstisch" dar, auf dem sich ein T-Lymphozyt befindet. Der Lymphozyt hat einen Durchmesser von ca. 5 Mikrometer, die Tischlänge beträgt 10 Mikrometer. Auf die Werkzeugplattformen mit einer Breite von 2 Mikrometer könnten Manipulatoren zur "Operation" des Lymphozyten montiert werden. Mit derartigen Mikrowerkbänken könnten lebende Organismen so manipuliert werden, dass diese in der Lage sind Medikamente zur Heilung von bislang als unheilbar geltenden Krankheiten herzustellen.
Die in Abb.3 dargestellten Stegstrukturen mit einer Stegbreite von 0,8µm können in Mikroventilen, Mikropumpen oder anderen mikromechanischen Komponenten Verwendung finden. Auch in mikrooptischen Systemen sind solche mechanischen Strukturen einsetzbar.
Abb. 3
Mikrosystemtechnik als Chance für den Mittelstand
Mikrosystemtechnik - das ist ein Thema für die großen Konzerne.
Die hier beschriebenen Massenprodukte könnten diese These bestätigen, und so ist es verständlich, dass viele KMUs der Mikrosystemtechnik distanziert begegnen. Andererseits erkennen diese Unternehmen, dass zukünftig auch einfache Produkte oder Komponenten, um weiterhin vermarktbar zu sein, über neue und zusätzliche Fähigkeiten verfügen müssen.
Es ist im Allgemeinen nicht erforderlich, dass KMUs selbst mikrotechnische Komponenten entwickeln oder sogar fertigen. Es werden jedoch Mitarbeiter benötigt, die das Wissen um die technischen Funktionen von Mikrosystemen haben und diese beschreiben können, um unter Berücksichtigung von Nutzen und Kosten solche Komponenten in ein übergeordnetes System zu implementieren.
Solche Unternehmen brauchen Ingenieure mit der Ausbildung Mechatronik/Mikrosystemtechnik.
Welche Vorteile haben die Studierenden beim Studium der Mikrosystemtechnik?
Studierwillige könnten zunächst den Eindruck haben, dass dieses Studium besonders schwierig sei. Es gilt die Mechanik, die Elektronik, die Informatik und neue Fertigungs- und Bearbeitungsverfahren zu beherrschen.
Das Studium Mechatronik/Mikrosystemtechnik ist aber nicht schwieriger zu bewältigen als irgend ein anderes Studium der Ingenieurwissenschaften. Gerade hier können die Studierenden persönliche Kreativität einzubringen, und Visionen und neue Ideen entwickeln. So ist dieses Studium besonders für junge Frauen geeignet, die sich der Herausforderung "Ingenieurwissenschaften" stellen wollen.
Mikrosystemtechnik am Beispiel "Interdisziplinäres Projekt"
Ein bereits realisiertes Projekt mit dem Namen "optischer Beschleunigungssensor" soll die interdisziplinäre Zusammenarbeit eines 6-köpfigen studentischen Teams aufzeigen. Aufgabe war es, ein funktionsfähiges Muster eines Beschleunigungssensors, basierend auf einem optischen Prinzip (in dieser Form neu und einmalig) zu realisieren.
Abb. 4
Die Funktionsweise, in Abb. 4 dargestellt, lässt sich vereinfacht folgendermaßen beschreiben: Zwei Fotodioden werden von einer Lichtquelle (LED) beleuchtet, dazwischen befindet sich eine bewegliche Schlitzblende aus einer Metallfolie. Wird das Sensorgehäuse bewegt, so verändert sich auch die Position der Schlitzblende, da die "träge Masse" der Blende der Bewegung des Gehäuses zeitlich versetzt folgt. So wird beispielsweise die Fotodiode 1 mit mehr, die Fotodiode 2 mit weniger Licht beaufschlagt. Die Fotodioden wandeln das Licht in elektrischen Strom und mittels einer sehr einfachen Schaltung, bestehend aus einigen Operationsverstärkern, kann das Differenzsignal ausgewertet werden.
Die Elektroniker hatten Freude an der Entwicklung der elektronischen Auswerteschaltung und die Aufgabe, die Bauelemente in ein Standardgehäuse zu integrieren. Die Feinwerktechniker konnten die bewegliche Blende und die Gehäuseabdeckung berechnen und herstellen und waren für die Endmontage verantwortlich. Prüf- und Messtechnik, Kostenplanung und Qualitätsbewertungen gehörten ebenfalls zur Aufgabenstellung des Teams. Abb. 5 zeigt das realisierte und funktionsfähige Muster (links), das sich, die Größe vergleichend, vor einem professionellen Airbag-Sensor (rechts) nicht verstecken muss.
Abb. 5
http://www.fht-esslingen.de/hochschule/aktuell/presse/pressemitteilungen/0010.ht...
http://www.fht-esslingen.de/fachbereiche/mt/studium/mst.htm
Abb1: Studium der Mikrosystemtechnik
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Abb5: Airbag Sensor: funktionsfähiges FHTE Muster und Serienprodukt
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
fachunabhängig
überregional
Studium und Lehre
Deutsch
Abb1: Studium der Mikrosystemtechnik
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Abb5: Airbag Sensor: funktionsfähiges FHTE Muster und Serienprodukt
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