Eine kleine Starthilfe für angehende Konstrukteure: Mechatronische Systeme

Dieses Buch hier ist nun ein ganz spezieller Stoff. So speziell, dass man es auch Laien, die abends gern mal was zum Knobeln lesen möchten, nicht ans Herz legen kann. Auch nicht, wie es Matthias Volpert im Vorwort tut, Leuten, die sich einfach mal so für Mechatronik interessieren. Volpert selbst ist studierter Maschinenbauer. In Dresden und Freiberg hat er das Fach betrieben, bevor er 1994 nach Regensburg wechselte. Mechatronik ist sein Spezialgebiet.

Auch wenn er seit 2008 emeritiert ist. Aber das Fach wird ja weiter ausgebildet. Nicht nur in Regensburg. Es ist quasi die Grundlage für die ganze Mess- und Regelungstechnik in heutigen Maschinen. Das musste Volpert auch den Regensburger Studierenden im Fach Elektrotechnik erst mal erklären. Denn wer Elektrotechnik studiert, hat doch erst mal nix mit der ganzen Mechanik zu tun? Hat er doch. Denn wenn man mechanische Systeme regeln will, braucht es elektronische Bauteile, die direkt mit den mechanischen gekoppelt sind, simple oder etwas kompliziertere Bauteile, die in Aktion treten, wenn eine bestimmte Toleranz im Betrieb der Maschine ausgereizt ist. Sie drosseln oder erhöhen Stoff- und Energieflüsse und können auch als Sicherheitsschalter funktionieren, um eine Zerstörung der Maschine zu verhindern.

Die Maschine kann auch ein Auto sein, ein Roboter am Fließband, eine gar nicht so simple Einspritzpumpe. Und mechatronisch werden die Elemente, wenn man mechanische Systeme direkt mit elektronischen koppelt. Was eine kleine Wissenschaft für sich ist. Und ein wenig zeigt Volpert in seinem Buch auch auf, wie diese Regelungssysteme sich entwickelt haben – von einfachen Federregelungen bis zum Einsatz von Piezo-Elementen. Er tut es mit Hilfe eines Computer-Simulators. Die angehenden Ingenieure müssen nicht alles selber bauen. Sie können auf entsprechende Computerprogramme zurückgreifen, mit denen sie unterschiedlich komplexe mechatronische Systeme bauen können.

Klingt ganz einfach. Aber die Entwickler haben auch hier notwendigen Wissensstoff mit eingebaut. Denn wer solche sensiblen Steuereinheiten baut, muss auch die Kräfte und elektrischen Potenziale berechnen können. Wenn das System nicht genauestens abgestimmt ist in seinen Teilen, bekommt man alles Mögliche, nur kein eigenständig und zuverlässig arbeitendes System. Da ist man dann mitten in der Welt der Maschinenbauer und bekommt ein Gefühl dafür, dass die heutigen Maschinen mit ihren recht simplen mechanischen Vorgängern nur noch die Grundprinzipien gemein haben. Sie sind gewissermaßen viel sensibler geworden, merken zwar nicht, wenn einzelne Prozesse im Betrieb aus dem Ruder zu laufen drohen – aber die kleinen elektronischen Regler treten in Betrieb und steuern gegen. Für den Bediener der Maschine in der Regel unbemerkt.

“Heterogene technische Geräte”, versucht Volpert eine zusätzliche Erklärung für das Wort Mechatronik. Seit 1969 ist es existent, umfasst – wenn man alles mitdenkt – auch die Informationstechnik. Aber Volpert beschränkt sich auf das Wechselspiel von Mechanik und Elektrotechnik. Was schon recht umfassend ist und ein grenzüberschreitendes Denken bei den Maschinenentwicklern voraussetzt. Womit man bei dem begreiflichen Ärger ganzer Industriebranchen über die nicht ausbildbaren Schulabsolventen wäre.

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Mechatronische Systeme
Matthias Volpert, Edition am Gutenbergplatz Leipzig 2014, 14,50 Euro

Die müssen zwar nicht alle Maschinenkonstrukteure werden. Aber wenn sie sich dann um einen Ausbildungsplatz bei einem Autobauer, in einer Kfz-Werkstatt oder in einem Maschinenbaubetrieb bewerben, dann sollten sie die notwendigen mathematischen und physikalischen Grundkenntnisse mitbringen, um zu verstehen, was sie da bauen wollen.

Sie würden sich wahrscheinlich schrecklich überfordert fühlen, wenn sie diese Starthilfe hier lesen wollten. Die ist wirklich eher für angehende Ingenieure gedacht. Aber die grundlegenden Wirkungsprinzipien sollten sie schon kennen. Da hilft “Null Bock” in der Schule leider gar nicht. Da hilft nur Sitzfleisch und der Wunsch, Systeme zu bauen, die auch funktionieren.