Mechatronik – innovativer Forschungsschwerpunkt

Institut für Maschinenbau

Die Entwicklung und Implementierung mechatronischer Systeme bildet eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Sicherheitssysteme im Flugzeug oder Automobil, Tintenstrahldrucker, CD-Player oder Werkzeugmaschinen sind ohne das Zusammenwirken von Mechanik, Elektronik und Informatik nicht denkbar. Drei Lehrstühle des Instituts für Maschinenbau der Universität Erlangen-Nürnberg beteiligen sich an der Entwicklung innovativer Lösungsansätze im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojektes „Ganzheitliche Materialkonzepte und Systemlösungen für Mechatronic-Anwendungen“. Das Gesamtprojektvolumen beträgt 21 Millionen Euro.

Mit der Fördersumme werden bis zum Jahr 2004 Teilprojekte unterstützt, in denen neuartige Werkstoffsysteme insbesondere aus mit metallischen und keramischen Füllstoffen kombinierten Kunststoffen entwickelt werden, die exakt auf ihre Funktion abgestimmt sind und die notwendigen geforderten thermischen, mechanischen und elektrischen Eigenschaften aufweisen. Synergieeffekte der eingesetzten Werkstoffe können so gezielt genutzt werden. Übergreifende Teilprojekte widmen sich der Aufbau- und Montagetechnik und der Verbindungstechnik, um die kompakten, multifunktionalen Systeme zu fertigen. 21 Industriepartner und sechs Hochschulinstitute sind unter der Federführung der Siemens AG am Verbundprojekt beteiligt.

Mechatronische Systeme sind Baugruppen, in denen Mechanik, Elektronik und Informatik auf einem Funktionsträger weitestgehend ineinander integriert sind. „In der Regel sind die einzelnen Teilfunktionen ohne den jeweils anderen Part nicht arbeitsfähig. Die Gesamtfunktion kann nur durch das genau abgestimmte Zusammenwirken aller Teilfunktionen realisiert werden“, erläutert Dipl.-Ing. Simon Amesöder vom Lehrstuhl für Kunststofftechnik (Prof. Gottfried W. Ehrenstein) der das Projekt an der Universität Erlangen-Nürnberg koordiniert.

Forschungskompetenz in Erlangen

„Wir suchen an unserem Lehrstuhl nach den optimalen Werkstoffsystemen für mechatronische Systeme wie etwa Elektronikgehäusen mit integrierten Leiterbahnen oder Magnetsensoren aus kunststoffgebundenen Dauermagneten“, so Amesöder weiter. „Die Vielzahl zum Teil widersprüchlicher Anforderungen erfordern ein sorgfältiges Herantasten an das Optimum.“ In aufwendigen Versuchsreihen werden die Ausgangswerkstoffe gezielt modifiziert, um die geforderten Eigenschaften zu erfüllen. Moderne Verarbeitungstechnologien wie das Mehrkomponentenspritzgießen ermöglichen mit neuen Werkstoffen innovative Produktlösungen.

Ihre Kompetenz auf dem Gebiet der Lasertechnologie bringen der Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Prof. Manfred Geiger, und das Bayerische Laserzentrum in das Projekt ein. Sie arbeiten zum Beispiel an neuen Herstellungsverfahren für Bauteile aus dem Automobilbereich und der Kommunikationsbranche, bei denen Laserstrahlen als Werkzeug verwendet wird. „Wir demonstrieren die Möglichkeiten des Lasers beim Kunststoff-Schweißen an einem funktionalen Steuer-Modul für Autotüren, das einen deutlich verbesserten Bedienkomfort bietet“, erläutert Dipl.-Ing. Stephan Roth vom Bayerischen Laserzentrum. Auch für die nächsten Generationen von Mobiltelefonen wird geforscht. Roth: „Dort werden zunehmend Bauteile Anwendung finden, die mechanische und elektrische Funktionen vereinen.“

Wie die mechatronischen Systeme gefertigt werden können, soll dann ab Jahresende ein Funktionsdemonstrator am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (Prof. Klaus Feldmann) vorführen. Hochminiaturisierte Chips werden in die mechatronischen Baugruppen integriert. Damit lässt sich nicht nur nachweisen, dass die zuvor simulierten Ergebnisse auch technisch umzusetzen sind. Aus Messreihen am Demonstrator lassen sich auch Zuverlässigkeitsaussagen ableiten, die für die industrielle Praxis von Bedeutung sind. Dipl.-Ing. Peter Wölflick: „Erst im Praxiseinsatz zeigt sich, ob die Wechselwirkungen zwischen neu entwickelten Werkstoffen und den angepassten Fertigungsverfahren zu optimalen Ergebnissen führen.“

Weitere Informationen:
Dipl.-Ing. Stefan Amesöder, Lehrstuhl für Kunststofftechnik
Am Weichselgarten 9, 91058 Erlangen
Tel.: 09131/ 85 -29725, Fax: 09131/ 85 -29709
E-Mail: Amesoeder@lkt.uni-erlangen.de