Elektrotechnik, Medizintechnik und Informatik

Profil und Zielsetzung

Im Labor Autonome Systeme stehen den Studierenden physikalische und simulierte Agenten zur Verfügung, die die Studierenden mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz zu autonomem Handeln befähigen können. Ein Themengebiet ist das autonome Fahren. Hierzu stehen neben der Carla Simulationssoftware auch autonomiefähige Zumi Roboter sowie 1:8 Audi Modelle zur Verfügung. Als humanoide Roboter ist ein Nao Roboter sowie ein Pepper Roboter verfügbar. Weitere simulierte Roboter sind die simulierten Nao Roboter der RoboCup Fußballumgebung, bei der unser Team Magma Vizeweltmeister ist.

Aktuelle Projekte:

• Carla: Simulierte selbstfahrende Autos

• Future Mobility Cup: Selbstfahrende Autos

• RoboCup: Fußball spielende simulierte Roboter

• Sweaty: Selbstgebauter zweibeiniger Roboter (zusammen mit Maschinenbau und Verfahrenstechnik sowie Medien- und Informationswesen)

Abgeschlossene Projekte:

• Attractive: Transportoptimierung (BMBF)

• Team Autonomous Car Offenburg: Selbstfahrende Autos

• Codie: Verteilte Ausführung von Software im Cluster

• Menschen Lernen Maschinelles Lernen: BMBF Forschungsprojekt im IMLA

• SimManager: Durchführung von RoboCup Fußballturnieren

Ausstattung

Hardware:

• 1 Nao Roboter

• 1 Pepper Roboter (gemeinsam mit anderen Laboren)

• 10 Zumi Roboter

• 3 Audi Cup Fahrzeuge 1:8

• 6 PC für Simulation und Machine Learning

Software:

• Versionsverwaltung: Git

• Modellierung: Visual Paradigm (SE)

• Entwicklung: Eclipse, IntelliJ

• Automation: Gitlab

• Fehlerverwaltung: Gitlab

Profil und Zielsetzung

Mobile autonome Systeme sind in Form von Staubsaugern, Rasenmähern und automatisierten Logistiksystemen bereits ein etablierter Bestandteil unseres Alltages. Die Entwicklungen im automatisierten Fahren, die kontinuierliche Digitalisierung der Produktion, benötigte Verfügbarkeit von Echtzeitumgebungsdaten und nicht zuletzt der steigende Bedarf an Unterstützung im Bereich der Pflege werden die Anzahl und Präsenz mobiler Roboter in unserer Umwelt weiterhin stark ansteigen lassen.

Von zentraler Bedeutung für die Systeme ist die Verarbeitung von internen und externen Sensordaten und daraus abgeleitet die Ansteuerung der Aktorik, was letztendlich erst die Autonomie der Systeme erlaubt. Der Entwurf, die Implementierung und Systemintegration dieser komplexen Steueralgorithmen benötigt mächtige Simulations- und Entwurfswerkzeuge sowie Erfahrung in der Systemzusammenstellung und –abstimmung.

Das Labor mobile autonome Systeme führt die Studierenden an die Herausforderungen autonomer mobiler Systeme heran und stellt Lösungsmethoden und Systemkomponenten für eine Vielzahl unterschiedlicher Problemstellungen in Simulation und Systemintegration vor.

Praktika und Übungen

Im Labor erhalten die Studierenden die Möglichkeit, mobile Robotersysteme zu programmieren. Anhand fahrender und fliegenden Systemen werden verschiedene Herangehensweisen an die Programmierung und Simulation der Roboter aufgezeigt.

Die Themen des Labors werden in Form kurzer Vorlesungsblöcke und praktischen Versuchen präsentiert:

• Softwarekomponenten für Sensoren, Aktoren und Planung

• Robot Operation System (ROS) als robotische Middleware

• Simulation mit Gazebo und Simulink

• Sensoren, Kartierung und Pfadplanung.

Die Hardwareausstattung bietet verschiedene robotische Plattformen wie den Turtlebot3 und einen Clearpath Husky-Roboter sowie mehrere kleine Quadrokopter aus dem Bereich der Micro Aerial Vehicles (MAV) und mittlerer Größe. Laborrechner mit Windows- und im Schwerpunkt Linuxbetriebssystem erlauben die flexible Erprobung entwickelter Algorithmen.

In dem Labor werden außerdem vielfältige Aufgabenstellungen für Bachelor- oder Masterarbeiten angeboten (innerhalb der Hochschule und in Kooperation mit Industrieunternehmen).

Profil und Zielsetzung

Das Labor Betriebssysteme und Computernetze unterstützt die Vorlesungen der Studiengänge Angewandte Informatik, Informatik/Wirtschaft+ und Wirtschaftsinformatik. Es bietet den Studierenden Gelegenheit, Problemstellungen in diesen Bereichen nachzubilden und gezielt Werkzeuge und Lösungsmethoden einzusetzen, die sie zuvor in den Vorlesungen kennengelernt haben. 

Die Laborumgebung wird ebenfalls genutzt für Bachelor- und Masterarbeiten, sowie für Projektarbeiten und Drittmittelprojekte.

Praktika und Übungen

Die Praktika finden in der Regel in Kleingruppen von zwei bis drei Studierenden statt und strukturieren sich in je 4-6 Versuche pro Praktikum. Zu jedem Versuch existiert eine ausführliche Praktikumsanleitung mit Pre-Lab und Post-Lab-Aufgaben. Die Praktika werden unterstützt durch ein Online-E-Learning-Portal mit zusätzlichen Lernmaterialien und Uploadbereichen.

Die Rechner sind in 5 Inseln mit je vier Rechnern angeordnet, welche jeweils untereinander zu einem LAN verbunden sind. Räumlich sind die Inseln so angeordnet, dass die Laborgruppen konzentriert und effizient zusammenarbeiten können. In den Versuchen werden die Programmiersprachen C, C#, C++, Java und Python, sowie die Middleware-Technologien JMS, RMI, gRPC und Web Services (AXIS2) eingesetzt.

Ausstattung

• 24 Multi-Core High Speed PCs mit mehreren Netzwerkkarten

• Dual Boot Windows / OpenSuse Linux

• Standard CISCO Router, Switches, Hubs, WLAN Access Points

• Zodiac und HP OpenFlow-Switches

• Standard-IDEs Eclipse, PyCharm, KDevelop und Microsoft Visual Studio

• Natives IPv6, Netzwerktool-Suite, gRPC, openVPN, Icinga, NS3

• Alle Rechner können von einem zentralen Installations- und Konfigurationsserver automatisch installiert und rückgesetzt werden.

Profil und Zielsetzung

Bildverarbeitung ist in vielen Bereichen der industriellen Messtechnik bereits etabliert. Neben dem berührungslosen Messen erschließt sich die Bildverarbeitung immer mehr Anwendungsfelder. Sind neben dem eigentlichen Vermessen Ziele wie Interaktion, Interpretation und letztendlich Verstehen der Umgebung das Ziel, so spricht man von „maschinellem Sehen“, welches breiten Einzug in die Robotik, dem autonomen Fahren und der nutzerfreundlichen Bearbeitung von Bildinformation, beispielsweise in der Medizintechnik, findet. Das Auffinden von Merkmalen in Bildern, ob nun mit Hilfe klassischer mathematischer Verfahren oder Methoden aus dem Bereich des maschinellen Lernens, erlauben das Segmentieren, Beschreiben und Wiederfinden von Bildern ebenso wie den Einsatz der Kamera als Sensor, sei es für die Lokalisierung oder die präzise Bestimmung von Distanzen und Geschwindigkeiten.

Die Vorlesung Digitale Bildverarbeitung und das Labor Bildverarbeitung führt die Studierenden an die Herausforderungen der Bildverarbeitung und des maschinellen Sehens heran und stellt Lösungsmethoden für eine Vielzahl unterschiedlicher Problemstellungen vor.

Praktika und Übungen

Im Labor erhalten die Studierenden die Möglichkeit, eigene Programme zur Bildverarbeitung zu schreiben. Zum Einsatz kommt Matlab, alternativ werden aber auch Frameworks in Python, Java oder C zur Verfügung gestellt. Anhand exemplarischer Aufgaben und Programmierübungen wird an die komplexeren Themen der Bildverarbeitung herangeführt.

Themen des Labors sind:

• Optik und Tiefenschärfe

• Farbdarstellung

• Lineare Filter im Orts- und Frequenzbereich

• Morphologische Operatoren und Kantenextraktion

• Bildmosaikerstellung mit Hilfe von Merkmalsdetektoren und –deskriptoren

Die Hardwareausstattung bietet diverse Kameras mit unterschiedlichen Schnittstellen und Objektiven sowie Telezentriklinsen für präzise industrielle Messaufgaben. Laborrechner mit Windows- und Linuxbetriebssystem erlauben die flexible Erprobung entwickelter Algorithmen.

In dem Labor werden außerdem vielfältige Aufgabenstellungen für Bachelor- oder Masterarbeiten angeboten (innerhalb der Hochschule und in Kooperation mit Industrieunternehmen).

Profil und Zielsetzung

Das Labor für Computerassistierte Medizin der Hochschule Offenburg ist ein reines Forschungslabor und bietet Arbeitsplätze für Mitarbeiter, Doktoranden und Studierende, die ihre Bachelor- oder Masterarbeit schreiben.

Im Zentrum der wissenschaftlichen Arbeit am Labor für Computerassistierte Medizin steht die Programmierung in MATLAB und C++, insbesondere die Ansteuerung von Hardware zur Lösung verschiedenster medizinischer Fragestellungen. Viele dieser Fragestellungen beinhalten die Kalibrierung, also das Auffinden von Parametern, die zur präzisen Verwendung und Ansteuerung einzelner Hardware-Komponenten wichtig sind.

Forschungsschwerpunkte

• Navigation in der Chirurgie

• Medizinische Mixed- und Augmented-Reality-Anwendungen

• Intraoperative Operationsplanung

• Robotik in der Medizin

• Medizinische Bildverarbeitung

• Navigierte Ultraschall-Anwendungen

• Automatisierung von Kalibrier-Prozessen

Themengebiete für Abschlussarbeiten

• Kalibrierung und Ansteuerung von Augmented- und Mixed-Reality-Brillen

• Entwicklung von Endeffektoren für medizinische Anwendungen

• Berührungslose Kalibrierung chirurgischer Instrumente

• Kalibrierung von Ultraschallsonden

• Synchronisation, Streaming und Überlagerung von Ultraschallbildern

• Eye-Tracking für Mixed- und Augmented-Reality-Brillen

• Ansteuerung des Baxter Research Robots für medizinische Anwendungen

• Weiterentwicklung der im Labor entwickelten nicht modellbasierten Kalibrierung von Kameras

• Nachverfolgung eines Katheters mittels Projektion oder Einblendung in eine Augmented-Reality-Brille

Ausstattung

• Optisches Navigationssystem "Stryker FP 6000" mit verschiedenen Tracking Tools und Pointern

• Chirurgische Fräse der Firma Stryker

• Elektromagnetisches Navigationssystem "NDI Aurora" mit Table Top Field Generator und verschiedenen Sensoren

• Forschungs-Roboter "Baxter" von Rethink Robotics (zwei Arme mit je sieben Freiheitsgraden)

• Artec Eva 3D-Scanner mit Texturerfassung

• Zonare Ultraschallsystem

• Verschiedene Ultraschallgeräte der Firma Terason

• Augmented- und Mixed-Reality-Brillen verschiedener Hersteller: Microsoft HoloLens, Vuzix STAR 1200 XLD, Meta2, Epson Moverio BT-200

• Industriekameras verschiedener Hersteller (The Imaging Source, XIMEA, IDS etc.) für Bildverarbeitungs-Anwendungen

• Aktuatoren zur Automatisierung von Kalibrierprozessen und zum Aufbau einfacher Roboter

2021

• Strzeletz S., Moctezuma J.-L., Shah M., Hubbe U., Hoppe H. (2021). Externe Ventrikeldrainage mittels Augmented Reality und Peer-to-Peer-Navigation, Bildverarbeitung für die Medizin 2021: ProceedingsSpringer Vieweg, Wiesbaden, 1. Auflage, Seite 73-78, ISBN: 978-3-658-33197-9 (Print), link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-658-33198-6_18

• Hazubski S., Hoppe H., Otte A. (2021). Neues Konzept für die Aktivierung künstlicher Hände durch Augmented Reality. Orthopädie Technik, Verlag Orthopädie-Technik, Wiesbaden, Seite 40-42, ISSN: 0340-5591

2020

• Hoppe H., Otte A., Hazubski S. (2020). Method for controlling a device, in particular, a prosthetic hand or a robotic arm (US20200327705A1), patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf

• Strzeletz S., Hazubski S., Moctezuma J.-L., Hoppe H. (2020). Fast, robust, and accurate monocular peer-to-peer tracking for surgical navigation, International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, Springer, Seite 479-489, ISSN: 1861-6410 (Print), link.springer.com/article/10.1007/s11548-019-02111-z

• Hazubski S., Hoppe H., Otte A. (2020). Verfahren zur Steuerung eines Geräts, insbesondere einer Handprothese oder eines Roboterarms (DE102019108670A1),  depatisnet.dpma.de/DepatisNet/depatisnet

• Hazubski S., Hoppe H., Otte A. (2020). Hand prosthetic controlled via augmented reality, Hochschule Offenburg, www.researchsquare.com/article/rs-107496/v1

• Hazubski S., Hoppe H., Otte A. (2020). Electrode-free visual prosthesis/exoskeleton control using augmented reality glasses in a first proof-of-technical-concept study, Scientific Reports, Nature Publishing Group UK, ISSN: 2045-2322, www.nature.com/articles/s41598-020-73250-6

• Hazubski S., Hoppe H., Otte A. (2020). Non-contact visual control of personalized hand prostheses/exoskeletons by tracking using augmented reality glasses, 3D Printing in Medicine, Article 6, BMC Springer-Nature, ISSN: 2365-6271 threedmedprint.biomedcentral.com/articles/10.1186/s41205-020-00059-4

2019

• Hoppe H., Hazubski S., Strzeletz S., Erweiterte Realität in der Medizin (2019). Campus: Magazin der Hochschule Offenburg, Seite 52-53, opus.hs-offenburg.de/frontdoor/deliver/index/docId/3780/file/Campus_gesamt_2019.pdf

• Hazubski S., Soekadar S., Hoppe H., Otte A., Neuroprosthetics 2.0 (2019). EBioMedicine, Elsevier, Seite 22, ISSN: 2352-3964

2018

• Strzeletz S, Hazubski S, Moctezuma J L, Hoppe H. Peer-to-Peer-Navigation in der computerassistierten Chirurgie. Tagungsband der 17. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Computer- und Roboterassistierte Chirurgie (CURAC) 2018, Hrsg. Neumuth T, Melzer A, Chalopin C, S 119 - 124, ISBN: 978-3-00-060786-8.

• Klemm M, Hanebeck U D, Hoppe H. Control Algorithms for 3-DoF Handheld Robotic Devices used in Orthopedic Surgery, Journal of Medical Robotics Research, published 30th August 2018 (online ready), doi.org/10.1142/S2424905X19500028.

• Hense J, Otte A, Hoppe H. Challenging brain computer Interfaces with a modularized real-time Software framework. Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology 2018; 122 (Suppl. 1): 7-8.

• Hense J, Sachpazidis I, Hoppe H, Baltas D. Optimization of catheter positioning in HIPO inverse Treatment planning for HDR-brachytherapy of prostate Cancer with centroidal Voronoi tesselation. Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology 2018; 122 (Suppl. 1): 6.

2017

• Otte A, Hoppe H. Non-invasive brain-machine-interface concepts for everyday use - a step Forward. Sci Robotics 2017: e-letter: <link http: robotics.sciencemag.org content eaag3296 tab-e-letters>robotics.sciencemag.org/content/1/1/eaag3296/tab-e-letters [published online: 7 March 2017].

• Becker N, Hoppe H, Otte A. Robotersteuerung mit Hilfe von Convolutional Neural Networks. horizonte 50/ September 2017, ISSN 1432-9174, S. 4-5.

• Otte A., Hoppe H. NeuRob: NeuroScience und Robotik. Hochschule Offenburg, Institut für Angewandte Forschung (IAF), Forschung im Fokus, Sommer 2017.

• Klemm M, Seebacher F, Hoppe H. High Accuracy Pixel-Wise Spatial Calibration of Optical See-Through Glasses, Computers & Graphics, vol. 64, pp. 51-61, 2017.

• Hense J, Sachpazidis I, Hoppe H, Baltas D. Positioning of catheters in HIPO inverse planning with centroidal voronoi tessellation for HDR brachytherapy of prostate cancer, Jahrestagung der BIOMEDIZINISCHEN TECHNIK und Dreiländertagung der MEDIZINISCHEN PHYSIK 10.-13. September 2017, Dresden. 

2016

• Klemm M, Kirchner T, Gröhl J, Cheray D, Nolden M, Seitel A, Hoppe H, Maier-Hein L, Franz A M. MITK - OpenIGTLink for combining open-source toolkits in real-time computerassisted interventions, International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery; pp 1-11. (TR)

• Klemm M, Seebacher F, Hoppe H. Flexible Three-dimensional Camera-based Reconstruction and Calibration of Tracked Instruments, 19th International Conference on Information Fusion (FUSION), Proceed., 5. bis 8. Juli 2016; pp 861-867.

• Hoppe H, Seebacher F, Klemm M. Nicht modellbasierte Kalibrierung von Kameras mit Monitoren, T. Tolxdorff, T. M. Deserno, H. Handels, H.-P. Meinzer (Hrsg.): Bildverarbeitung für die Medizin 2016, Proceed., 13. bis 15. März 2016, Berlin; S. 50-55.

• Klemm M, Seebacher F, Hoppe H. Non-parametric Camera-Based Calibration of Optical See-Through Glasses for AR Applications, 2016 International Conference on Cyberworlds (CW), Proceed., 28. - 30. September, Chongqing; pp 33-40.

2015

• Otte A., Hoppe H. Hybrid SPECT/US. Radiology. 2015 Jan;274(1):304-5. doi: 10.1148/radiol.14141312.

2014

• Klemm M, Hoppe H, Seebacher F. "[Poster] Non-parametric camera-based calibration of optical see-through glasses for augmented reality applications." Mixed and Augmented Reality (ISMAR), 2014 IEEE International Symposium on. IEEE, 2014.

Profil und Zielsetzung

Im Labor für elek­tri­sche An­trie­be und Leis­tungs­elek­tro­nik wer­den den Elektrotechnik- und Mechatronik-Stu­die­ren­den des 6. Semesters in La­bor­übun­gen prak­ti­sche Ein­bli­cke in das Be­triebs­ver­hal­ten von elek­tri­schen Ma­schi­nen und Strom­rich­tern ver­mit­telt. Die Studierenden machen in Gruppenarbeiten erste Erfahrungen mit Gleichstrom-, Asynchron- und Synchronmaschinen sowie mit leistungselektronischen Schaltungen. Au­ßer­dem wird das Zu­sam­men­spiel der ein­zel­nen An­triebs­kom­po­nen­ten mit­ein­an­der sowie mit über­ge­ord­ne­ten Steu­er- und Re­ge­l­ein­rich­tun­gen un­ter­sucht. Studierende des Bachelor-Studiengangs „Nachhaltige Energiesysteme“ machen im Labor im 4. Semester erste Erfahrungen mit leistungselektronischen Stellgliedern. Für Studierende des Master-Studiengangs „Elektrotechnik und Informationstechnik“ findet ab dem Wintersemester 2024/25 das Labor „Regelung elektrischer Antriebe“ statt, in dem die Teilnehmer praktische Erfahrungen mit hochdynamischen, feldorientiert betriebenen Drehstrom­antrieben sammeln, wie sie. u. a. bei Traktions-, Aufzug-, Förder- und Werkzeugmaschinenantrieben sowie in Prüfstandsapplikationen eingesetzt werden.

Dar­über hin­aus wer­den stän­dig for­schungs­na­he Pro­jek­te durch­ge­führt, an denen Stu­die­ren­de u.a. im Rah­men von Ba­che­lor- und Mas­ter-Ab­schluss­ar­bei­ten mit­wir­ken kön­nen. Diese befassen sich häufig mit aktuellen Herausforderungen aus der Industrie. Im Vordergrund steht dabei die Entwicklung bzw. Weiterentwicklung von Regel- und Steueralgorithmen für Drehstromantriebe und für Wechselrichter zur Netzein- und -rückspeisung. Aber auch zu ganz grundsätzlichen wissenschaftlichen Fragestellungen in der Antriebstechnik, insbesondere aus dem Bereich der Antriebsregelung, werden Lösungen gesucht.

Durch die Teil­nah­me an den La­bor­übun­gen und die Be­schäf­ti­gung mit kon­kre­ten Pro­jekt­auf­ga­ben im Be­reich der elek­tri­schen An­triebs­tech­nik sol­len die Stu­die­ren­den der Bachelor-Studiengänge EI, MKA und NES mit den Varianten EI-plus und MK-plus sowie die Studierenden des Master-Studiengangs EIM be­fä­higt wer­den, ihre in ver­schie­de­nen Vor­le­sun­gen zu die­sem Thema er­lang­ten Grund­kennt­nis­se zu fes­ti­gen und zu er­wei­tern. Sie sol­len da­durch in die Lage ver­setzt wer­den, bei ent­spre­chen­der Nei­gung nach dem Stu­di­um im Um­feld der elek­tri­schen An­triebs­tech­nik be­ruf­lich tätig zu wer­den bzw. sich bei Auf­nah­me eines Mas­ter-Stu­di­ums wei­ter in die An­triebs­the­ma­tik zu ver­tie­fen.

Die Erfolgsgeschichte des Labors

Angefangen haben die Bestrebungen, aktiv Akzente im genannten Forschungsbereich zu setzen, durch die Entwicklung einer laboreigenen Reglerplatine im Jahr 2005. Im Rahmen von Studien- und Diplomarbeiten wurde damals eine Plattform geschaffen, um eigene Regelalgorithmen für elektrische Antriebe entwickeln und testen zu können. Inzwischen liegt die vierte Generation dieses Reglerboards vor. Mit dem dort eingesetzten sehr leistungsfähigen digitalen Signalprozessor lassen sich komplexe Strom-, Drehzahl-, Lage- und Lagedifferenzregelalgorithmen sowie Steuerungs­aufgaben in sehr kurzer Zeit und synchron zur verwendeten Pulsweitenmodulation abarbeiten. Die Weiterentwicklung dieses Reglerboards für einen Industriepartner mit dem Ziel noch kürzerer Reaktionszeiten befindet sich derzeit in der Konzeptionsphase.

Leistungsteile, die für die Umsetzung der auf der Reglerplatine berechneten Stellgrößen in Spannungen benötigt werden und die hinreichend große Ströme zur Verfügung stellen, werden in der Regel zugekauft und durch sogenannte Interface-Platinen an die laboreigene Reglerhardware angepasst. Auf der Interface-Platine finden neben Pegelanpassungen auch hardwarebasierte Strom- und Spannungsüberwachungen sowie ein elementares Fehlermanagement statt. Im Labor wurden aber auch schon eigene Wechselrichter mit maximalen Ausgangsströmen von 250 A entwickelt, die z. B. in kommunalen Spezialfahrzeugen mit Hybridantrieben zum Einsatz kommen und dort den Elektromotor speisen.

Neben dem Hybridfahrzeugprojekt, das mit einem Motoren- und einem Nutzfahrzeughersteller aus dem Schwarzwald durchgeführt wurde, entwickelten die Teammitglieder u. a. Motorenemulatoren für die Formel 1, Regelstrategien für Photovoltaik-Wechselrichter, eine Echtzeit-Verbrennungsmotor­simulation mittels eines Drehstromantriebs sowie kundenspezifische Reglerhard- und -software.

Internationale Zusammenarbeit

Auch international sind die Labormitarbeiter tätig. Bei einem zurzeit bearbeiteten Projekt kommt der Kooperationspartner aus Taiwan. Für ihn wurde ein kundenspezifisches Reglerboard inklusive Erweiterungssteckkarten zur Drehgeber- und Stromerfassung sowie die dazu gehörende Software entwickelt. Zur Integration des Reglerboards für Frequenzumrichter des Kunden sowie zum Know-How-Transfer wurde eigens ein Mitarbeiter des Laborteams für ein Dreivierteljahr zu einer Niederlassung des Partners in Australien entsandt.

Aktuelle Projekte

Aktuell wird neben der Weiterentwicklung der Software für die langjährigen Kooperationspartner noch ein Projekt aus der Automobilprüfstandstechnik bearbeitet. Dort geht es darum, unter Ausnutzung aller vorhandenen Freiheitsgrade eine sehr hochdynamische Drehmoment- und Drehzahleinprägung für Prüfstandsmotoren zu erzielen und die zu entwickelnden Lösungen in ein übergeordnetes, zum Teil Web-basiertes HIL-System zur Gesamtfahrzeugsimulation einzubetten. Zum Einsatz kommen hier FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), mit denen die Rechenzeiten für die Regelalgorithmen noch weiter verkürzt werden können und auf denen bereits in anderen Projekten bewährte Zustandsregelverfahren implementiert und weiterentwickelt werden sollen.

Motorprüfstände des Labors

Erprobt werden können die entwickelten Steuer- und Regelverfahren im Labor an einer Vielzahl von Motorenprüfständen unterschiedlicher Leistungsklassen. Der leistungsstärkste ist ein aus einer Asynchronmaschine mit einer Nennleistung von 81 kW und einer permanentmagneterregten Synchronmaschine mit einer Nennleistung von 67 kW bestehender Back-to-back-Prüfstand. Er zeichnet sich dadurch aus, dass im stationären Betrieb nur die Verlustleistung aus dem Netz bezogen werden muss. Der wesentliche Teil der motorisch bzw. generatorisch von den jeweiligen Maschinen aufgebrachten Leistung fließt über die sie speisenden Wechselrichter, die miteinander über einen gemeinsamen Zwischenkreis verbunden sind, innerhalb des Prüfstands energieeffizient im Kreis.

Ausstattung

• ein höhenverstellbarer Asynchron-/Synchronmotorenprüfstand (Nennleistung PNenn = 81 kW bzw. 67 kW, Nenndrehzahl nNenn = 2900 min-1) mit Drehmomentmesswelle (Messbereich bis 500 Nm)

• acht kombinierbare Gleichstrom-/ Asynchron-/ Synchronmotorenprüfstände (maximal verfügbare Nennleistung PNenn = 15 kW, Maximaldrehzahl nmax = 2000 min-1)

• ein Asynchronmotorenprüfstand (2 ´PNenn = 5,5 kW, nmax = 3000 min-1) mit Drehmomentmesswelle (Messbereich bis 200 Nm)

• zwei Synchronmotorenprüfstände (MNenn = 3,2 Nm bzw. 2,6 Nm, nmax = 6000 min-1) mit Drehmomentmesswelle (Messbereich bis 15 Nm bzw. 10 Nm)

• zwei Linearantriebe

• zwei Linearachsen (MNenn = 3 Nm bzw. 1,1 Nm, nmax = 6000 min-1)

• ein funkferngesteuertes Modell eines Vierseilgreiferkrans, über Getriebe angetrieben mit zwei frequenzumrichtergespeisten Asynchronmotoren

• zahlreiche Einzelmotoren und Stromrichter bis zu einer Nennleistung von 11 kW

• zahlreiche Messgeräte zur Strom-, Spannungs-, Leistungs- und Drehzahlerfassung sowie zur Geräusch- und Vibrationsermittlung

Praktika und Übungen im Bereich der Bachelor-Studiengänge

• Messtechnische Ermittlung von Betriebskennlinien, Verlusten und Wirkungsgraden von fremderregten Gleichstrommaschinen

• Ansteuerung und Betriebsverhalten von Wechselstrom- und Drehstromstellern sowie von netzgeführten und selbstgeführten Stromrichtern

• Messtechnische Ermittlung von Betriebskennlinien, Verlusten und Wirkungsgraden von Asynchronmaschinen

• Drehzahlsteuerung von stromrichtergespeisten Gleichstrommaschinen

• Drehzahlsteuerung von stromrichtergespeisten Asynchronmaschinen

• Ansteuerung und Betriebsverhalten von stromrichtergespeisten Synchronantrieben

• Raumzeigerbetrachtungen am Synchronantrieb

Praktika und Übungen im Master-Studiengang Elektrotechnik / Informationstechnik

• Hochdynamische Strom-, Drehzahl- und Lageregelung von Asynchronantrieben

• Hochdynamische Strom-, Drehzahl- und Lageregelung von Synchronantrieben

• Stabilisierung eines inversen Pendels

• Feldschwächung bei hochdynamischen Drehstromantrieben

Prof. Dr. Christian Klöffer und Prof. Dr. Patrick König leiten gemeinsam das Electric Mobility Competence Center EMC² am INES. Die beiden Professoren widmen sich gemeinsam mit Wissenschaftlichen Mitarbeitern und studentischen Hilfskräften Forschungsthematiken im Bereich des optimierten Betriebs der elektrischen Antriebskomponenten von Elektrofahrzeugen. Dies geschieht sowohl gemeinsam mit namhaften nationalen Automobilunternehmen und regionalen Industriepartnern als auch im Rahmen von internationalen von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojekten (näheres hierzu unter der Rubrik laufende bzw. abgeschlossene Projekte). Die Forschungsaktivitäten finden eng verzahnt mit dem Karlsruher Institut für Technologie statt, um jungen Nachwuchsforschern die Möglichkeit der Promotion zu bieten.

Derzeit ist die Erweiterung der vorhanden Prüfkapazitäten für elektrische Antriebskomponenten von Elektro- und Hybridfahrzeuge im Gange. Das geplante Prüffeld soll folgende technischen Daten aufweisen:

Elektrische Maschine:

• Mechanische Leistung: < 300 kW

• Mechanische Drehzahlen: < 20.000 1/min

• Drehmomente: <500 Nm

• AC-Spannungsamplitude: < 500 V

• AC-Stromamplitude: < 800 A

DC/AC-Wandler:

• DC-Spannung: < 900 V

• AC-Stromamplitude: < 800 A

Energiespeicher:

• DC-Strom: < 900 A

• DC-Spannung: < 900 V

Profil und Zielsetzung

Gesteigerte Anforderungen an Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit der elektrischen Energieversorgung haben die Energieversorgungsunternehmen veranlasst, ihre Kraftwerke und Hochspannungsnetze im Verbundbetrieb arbeiten zu lassen.

Eine der Voraussetzungen für einen Verbundbetrieb von Drehstromnetzen ist der synchrone Lauf aller Generatoren. Bei Fehlern (Kurzschluss, Lastabwurf, Überlastung usw.) kann der Synchronismus und damit die Stabilität des Netzbetriebes verlorengehen. Daher werden besondere Anforderungen an die Stabilität von langen Übertragungsleitungen gestellt. Der Versuch "Modellkraftwerk" soll in Ergänzung zur Vorlesung EVE1 und EVE2 mit diesen Problemen vertraut machen.

Durch die Teilnahme an den Laborübungen und die Beschäftigung mit konkreten Projektaufgaben im Bereich der elektrischen Energietechnik sollen die Studierenden der Studiengänge EP und EP-plus befähigt werden, ihre in verschiedenen Vorlesungen zu diesem Thema erlangten Grundkenntnisse zu festigen und zu erweitern. Sie sollen dadurch in die Lage versetzt werden, bei entsprechender Neigung nach dem Bachelor-Studium im Umfeld der elektrischen Energietechnik speziell bei elektrischen Energieversorgern, beruflich tätig zu werden.

Prüfstände und Ausstattung

Modellkraftwerk

Das Kraftwerk wird durch ein Diesel-Drehstromaggregat (Generatornenndaten: 230/400 V; 12,5 kVA; cosφ = 0,8) nachgebildet. Die Bedienung erfolgt von einem Pult aus.

Die mechanisch zugeführte Leistung wird durch fernbedienbares Verstellen der Einspritzpumpe des Motors eingestellt. Ein Drehzahlregler nach dem Fliehkraftprinzip lässt im Inselbetrieb bei Be- und Entlastungen des Generators nur Drehzahländerungen im Rahmen des Regelbereichs zu.

Im Notstrombetrieb wird der Generator selbsterregt - im Versuchsbetrieb fremderregt über den Erregersatz. Schalthandlungen können mit den Tastschaltern, die im Blindschaltplan auf dem Pult angeordnet sind, vorgenommen werden. Die Messungen erfolgen über Wandler und Messgeräte, die im Pult eingebaut sind.

Der Übertragungswinkel Θ wird durch Beleuchtung einer Kennscheibe auf der Achse des Generators mit einem Lichtblitzstroboskop ermittelt.

Die Grobsynchronisierung des Generators mit dem Netz erfolgt durch Handzuschaltung nach einem Vergleich von Spannung, Phasenfolge, Phasenlage und Frequenz. Da die automatische Synchronisierungseinrichtung bei Verbindung von Generator und Netz über das Fernleitungsmodell nicht in Betrieb ist, wird zweckmäßigerweise erst die direkte Verbindung Generator-Netz hergestellt, die Fernleitung dazu parallel geschaltet und dann die direkte Verbindung getrennt.

Im Gegensatz zu den anderen Versuchen, wird dieser Versuch zuerst nur von der betreuenden stud. Hilfskraft oder nur unter dessen direkter Anweisung erfolgen, da das für die Notstromversorgung projektierte Aggregat nicht mit sämtlichen für einen Versuchsbetrieb wünschenswerten Sicherheitsverriegelungen ausgestattet werden konnte.

Freileitungsnachbildung

Die 400 km lange 220 kV-Freileitung wird durch drei in Reihe geschaltete π-Glieder dreiphasig nachgebildet. Eine einfache Umschaltung auf 1/3 der Leitungslänge ist möglich.

Wahlweise kann in ein starres Netz und/oder in einen Verbraucher eingespeist werden. Das starre Netz wird durch das Niederspannungsnetz der Hochschule nachgebildet.

Praktika und Übungen

1. Drehstrom-Netze

2. Symmetrische Drehstrom-Übertragung

3. Erstellen des Leitungszeigerdiagramm

4. Demonstration der statischen Stabilität der idealen Drehstromübertragung

5. Netzregelung

6. Modellkraftwerk und Freileitungsnachbildung

7. Einspeisung ins Netz

8. Aufnahme von Leistungskennlinien

9. Aufnahme von Werten zur Konstruktion des Zeigerdiagramms der Fernübertragung

10. Untersuchung der statischen Stabilität

11. Aufnahme der Netzkennlinien

Profil und Zielsetzung

Lernziele

• Auswahl geeigneter Messgeräte für das jeweilige Messproblem, so daß die Messung möglichst einfach, möglichst schnell, so ungenau wie gefordert mit möglichst geringen Kosten an Zeit und Geräten durchgeführt wird.

• Geräte richtig einstellen und ablesen, kalibrieren, justieren.

• Im Team arbeiten

• Beobachtungen und Messdaten übersichtlich festhalten

• Systematische und zufällige Fehler unterscheiden

• Fehlergrenzen abschätzen und berechnen

• Betriebsanleitungen und Datenblätter lesen und erklären

Praktika und Übungen

Inhalte der Versuche

• Messen von ohmschen Widerständen mittels Strom- und Spannungsfehlerschaltung mit gegebenen Digital- und Analog-Vielfach-Messgeräten so genau wie möglich.

• Anwendung der Kompensations-Messmethoden zur leistungslosen Messung von Strömen, Spannungen und Widerständen, auch differentiellen Widerständen.

• Widerstandsmessung mit der Gleichstrom-Messbrücke: Messung auch sehr kleiner Widerstände,

• Dimensionierung der Brückenschaltung mit geforderter Genauigkeit und Empfindlichkeit.

• Kennenlernen des Oszilloskops

• Messen mit dem Oszilloskop

Profil und Zielsetzung

Das „Internet der Dinge" zieht immer weitere Kreise. Die drahtgebundene und drahtlose Vernetzung von Embedded Systemen und deren Anbindung als Cyber Physical Systems (CPS) spielt hierbei eine immer wichtigere Rolle. Das Labor “Embedded Systems und Kommunikationselektronik” widmet sich hierbei den zeitgemäßen Aufgabenstellungen, die in diesem Umfeld zu lösen sind.

• Embedded Internet und Embedded Webserver

• Standardisierte Kommunikation nach IEEE802.15.4/ZigBee/6LoWPAN, TLS, Bluetooth/Bluetooth Low Energy, Wired und Wireless M-Bus, Wireless HART, GPRS/UMTS/LTE und vielen mehr

• Algorithmen- und Protokollentwicklung für optimierte Anbindungen, z.B. im Hinblick auf Energieeffizienz, Echtzeitfähigkeit, Routing, Adaptivität, Stabilität und Sicherheit

• Hardware-Software-Architekturen für die effiziente Realisierung der Embedded Netzwerkknoten

Forschungsprojekte

Das Labor ist Bestandteil des Instituts für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik.

Ausstattung

Das Labor verfügt über eine moderne Ausstattung an vernetzten Workstations und Servern, sowie Messelektronik, wie Funktionsgeneratoren, Oszilloskope oder Signal Analyzer.

An Hardware-Ausstattung stehen verschiedenste Development Boards für Mikrocontroller, Funktransceiver und Kommunikationseinheiten zur Verfügung.

An Software sind neben den gängigen Entwicklungswerkzeugen (Eclipse, GIT, Redmine) Volllizenzen für IAR Embedded Workbench, Keil µVision4, Perytons Network Sniffer und OPNET Network Simulator zu erwähnen.

Ein besonderes Alleinstellungsmerkmal ist das vollautomatisierte Testbed für räumlich verteilte Funkknoten.

Praktika und Übungen

Neben den Laborübungen „Bussysteme und Schnittstellen“ (EMI Bachelor) und "Eingebettete und industrielle Netzwerke" (EMI Master) werden in dem Labor Projektarbeiten (EI-14), zahlreiche Abschlussarbeiten angefertigt und Praktika durchgeführt.

Links und Downloads

Forschungs-Report WS 2014/15 (PDF)

Institut für verlässliche Embedded Systems und Kommunikationselektronik

White-paper EH Proline-Webserver (deutsch) (PDF)

White-paper EH Proline-Webserver (englisch) (PDF)

Wireless Congress

Profil und Zielsetzung

Ein Traum der Menschheit ist in Erfüllung gegangen, als Heinrich Hertz an der Technischen Hochschule in Karlsruhe mit seinen Experimenten die Möglichkeit eröffnete, Nachrichten über große Entfernungen hinweg drahtlos zu verschicken.

Die Wissenschaft, die sich mit dieser Aufgabenstellung bis heute intensiv auseinandersetzt ist die Hochfrequenztechnik. Von ihr spricht man immer dann, wenn sich eine elektrische Spannung, ein elektrischer Strom oder ein elektromagnetisches Feld innerhalb von ca. 10-7 bis 10-12 Sekunden ändert. Die Rundfunk- und Fernsehtechnik sind die klassischen Beispiele für die Hochfrequenztechnik. Inzwischen ist das Gebiet natürlich viel umfangreicher geworden und es gibt zahlreiche Anwendung.

Aktuelle Anwendungen sind z.B. der Mobilfunk, Radar, Mikrowellenherde, Erderkundung mit Satelliten sowie Messsensoren. Dabei geht die Tendenz zu immer höheren Frequenzen.

Ausstattung

• 2 Hz - 50 GHz Signal Analyzer Keysight N9030B

• 9 kHz – 21,2 GHz Signal Analyzer Anritsu MS2665C

• 60 - 90 GHz RF-Mixer/ Millimeter-Wave Signal Analyzer Frequency Extension Module Keysight N9029AV12

• 90 - 140 GHz RF-Mixer/ Millimeter-Wave Signal Analyzer Frequency Extension Module Keysight N9029AV08

• 10 MHz – 20 GHz Vector Netzwok Analyzer Agilent PNA-L

• 9 kHz – 6 GHz Signal Generator Rohde & Schwarz SMA 100A

• 8 kHz -20 GHz Signal Generator Rohde & Schwarz SMA 100BS

• 10 MHz – 20 GHz Signal Generator Anritsu 68247B

• 8 GHz 4 Kanal Mixed Signal Oszilloskop Keysight MSOS804A Infiniium S Serie

• 8 GHz 4 Kanal Oszilloskop Keysight DSOS804A Infiniium S Serie

• Anechoic chamber with 3 m measuring range for radiation and interference power measurements up to 1 GHz

• EMI Test Receiver Rohde & Schwarz ESHS10 9kHz – 30 MHz

• EMI Test Receiver Rohde & Schwarz ESVS10 20 MHz – 1000 MHz

• RFT network replica NNB11 for line-based measurements during development

Praktika und Übungen

Im Labor für Hochfrequenztechnik und Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) werden zwei Labore zu verschiedenen Gebieten der Hochfrequenztechnik angeboten.

Labor Hochfrequenztechnik I

• Versuch 1
  Verhalten von Bauteilen bei höheren Frequenzen:
  Simulation und Messung von parasitären Eigenschaften von Bauteilen

• Versuch 2
  Leitungstheorie:
  Verhalten von TEM-Wellen auf HF-Leitungen, Simulation und Messung von komplexen Spannungen längs einer Leitung bei verschiedenen Leitungsabschlüssen.

• Versuch 3
  Streifenleitungen:
  Simulation von Mikrostreifenleitungen, S-Parameter, Anpasstransformation mit einer Stichleitung

Labor Hochfrequenztechnik II

• Versuch 1
  Netzwerkanalyse von passiven Mikrowellenbauelementen

• Versuch 2
  Schaltungssimulation mit AWR Microwave Office

• Versuch 3
  Rechteck-Hohlleiter in der Mikrowellentechnik

• Versuch 4
  Bestimmen von Rauschparameter von Mikrowellenkomponenten

• Versuch 5
  Nichtlinearität von Verstärkern und Verhalten von Mischern

Aktuelle Projekte

Aktuelle Projekte im Bereich der Hochfrequenztechnik finden Sie auf der IUAS Seite.

Profil und Zielsetzung

Das Labor für Informationstechnologie / Parallel Computing stellt die Hardware- und Software-Infrastruktur (native Installationen und VMs) für die folgenden Lehrveranstaltungen zur Verfügung:

• Software Ergonomie (C#, Microsoft Blend)

• Praktikum Technische Informatik

• Praktikum Rechnerarchitekturen (Java)

• Software Engineering 2 (C#)

• Labor Ingenieur-Informatik (C)

• Labor Objektorientierte Softwareentwicklung (C++)

• Programmieren 2 (C, C++)

• Labor Embedded Systems 1 (Assembler, C)

• Labor Embedded Systems 2 (C, C++)

• Labor Advanced Embedded Systems (C)

• Embedded Echtzeitsysteme (C, C++)

• Testen von Embedded Software (C, C++)

• Praktikum Parallel Computing (Java, CUDA)

• Praktikum Modellgetriebene Softwareentwicklung (Java)

Neben der Bereitstellung der Infrastruktur können im Labor Informationstechnologie / Parallel Computing auch Abschlussarbeiten, Praktika und Projektarbeiten durchgeführt werden.

Ausstattung

Es stehen insgesamt sechs Arbeitsplätze mit modernen GPU-Rechnern und Messeinrichtungen zur Verfügung. Diverse IDEs in der neuesten Version kommen dabei zur Anwendung (Microsoft Visual Studio, Keil uVision, Eclipse, NVIDIA Nsight) und werden durch weitere SW-Engineering Tools wie beispielsweise CodeSonar, Testwell CMT++/CTC++ und Enterprise Architect ergänzt.

Im Rahmen obiger Lehrveranstaltungen kommen auch verschiedene Evaluationsboards (ARM Prozessoren) zum Einsatz.

Profil und Zielsetzung

Das Labor "Kardiologie, Elektrophysiologie und elektronische kardiologische Implantate" ist ein ergänzender Bestandteil zu den beiden Vorlesungen "Kardiologie" und "Elektrostimulation" für Studierende der Medizintechnik.
Darüber hinaus steht es im Rahmen der Wahlfächer "Geräte und Technik zur Diagnostik und Therapie von Herzrhythmusstörungen" allen Interessenten zur Verfügung. Darin eingeschlossen sind im Rahmen von Weiterbildungen insbesondere auch Auszubildende und Angehörige medizinischer Berufe.

Ausstattung

Durch die großzügige Unterstützung der medizintechnischen Industrie war es möglich, alle wichtigen Verfahren der Elektrokardiologie vom einfachen Routine-EKG über die derzeit modernen elektronischen kardiologischen Implantate mit ihren Internet-basierten Fernnachsorgesystemen Homemonitoring® und Carelink® bis hin zur Hochfrequenz-Katheterablation unter Einsatz bildgebender Verfahren wie CARTO® als einzelne Laborplätze anzubieten. Hier können die Teilnehmer im Versuch am Simulator oder, wer es will, sogar im Selbstversuch die bisherigen Kenntnisse vertiefen und die Funktion der verschiedenen Geräte hautnah und im Detail erleben.

Praktika und Übungen

Für dieses "Studieren durch Experimentieren" stehen folgende Themen bereit:

• Ableittechnik des 12-Kanal Routine-Elektrokardiogramms

• Wiedergabetreue im Langzeit-Speicher-EKG

• Implantierbare EKG-Ereignisrekorder Reveal XT und Biomonitor

• Semi-invasive linksatriale und liksventrikuläre Ableitung 

• Signalaveraging – Technik zur Spätpotentialanalyse

• Phonokardiographie und Sphygmographie

• Varianten externer Herzschrittmacher

• Implantierbare frequenzadaptative Herzschrittmacher

• Physiologischer Zweikammer-Stimulation am Herzsimulator

• Herzschrittmacher mit automatischer antitachykarder Stimulation

• Funktion automatischer implantierbaren Einkammer-Defibrillatoren

• Funktion automatischer implantierbaren Zweikammer-Defibrillatoren

• Kardialen Resynchronisationstherapie (CRT) mit Implantaten

• Datenfernübertragungstechnik kardiologischer Implantate

• Defibrillator-/Schrittmacher-Programmierung am Teaching-System

• Erkennungsalgorithmen moderner implantierbarer Defibrillatoren

• Funktion und Programmierung neurologischer Implantate

• Methoden der diastolischen AV-Delay-Optimierung

• Serielle AV- und VV-Delay-Optimierung mittels Impedanzkardiographie

• In-vitro Simulation elektrophysiologischer Untersuchungen

• Initiierung und Terminierung supraventrikulärer Tachykardien

• Steuer- und Regelungstechnik zur Hochfrequenz-Katheterablation

• Röntgenfreie bildgebende Verfahren: anatomisches CARTO-Mapping

• MRT/CT-Bildintegration am elektroanatomischen System CARTO XP Merge

• Röntgenfreie ultraschallbasierte Bildgebung mittels Real-Time-Position-Management System

• Hämodynamisches Monitoring mittels Aesculon

• Hämodynamisches Monitoring mittels Cardioscreen

Profil und Zielsetzung

Die Nachrichtentechnik umspannt das weite, hochinteressante Feld der Übertragung von Sprache, Bildern, Texten, Musik und Daten mit elektronischen Mitteln. Die Informations- und Kommunikations-Gesellschaft, in der wir leben, kann nur aufgrund modernster Techniken zur Übertragung solcher Informationen über Kabel, Glasfaser, Luft oder Satellit existieren und sich weiterentwickeln. Wir unterhalten uns heute selbstverständlich über Rundfunk, Fernsehen, Telefon, Telefax, Mobilfunk, Lokale Rechnernetze, Internet usw..

Unser explosionsartig wachsender Bedarf an diesen und in Zukunft gänzlich neuer Möglichkeiten verlangt immer schnellere und leistungsfähigere Geräte und kreative Ideen. Deshalb vermitteln unterschiedliche Versuche unter fachlicher Betreuung die grundlegenden Kenntnisse der Nachrichtentechnik, insbesondere der Nachrichtenübertragung.

Ausstattung

• Funktionsgeneratoren

• Digitale Oszilloskope mit FFT-Analyse

• Multimeter mit Frequenzzähler

• Versuchsaufbauten zu den einzelnen Themen (Eigenentwicklungen)

• alles für 6 gleichzeitige Laborgruppen

Praktika und Übungen

In Kleinstgruppen werden Brettschaltungen zu Begrenzer-, Verstärker- und Oszillatorschaltungen aufgebaut und ihre Kenngrößen gemessen. Diese erschließen im praktischen Versuch fast spielerisch diejenigen schaltungstechnischen Kenntnisse, die für den Telekommunikationstechnik-Ingenieur besonders wichtig sind.

Zum Verständnis der Nachrichtenübertragung gehören selbstverständlich auch anschauliche und umfangreiche Experimente zur Amplituden- und Frequenzmodulation.

Das Nachrichtentechnik-Labor ermöglicht auch eigene kreative Experimente, Rechnungen und Messungen, welche z.B. während Studien- und Diplomarbeiten durchgeführt werden können.

Forschung

Der Schwerpunkt im Bereich "Medizintechnische Werkstoffe" liegt auf der Forschung und Entwicklung von Werkstoffen und Implantaten für die Orthopädie, die Kardiologie, die Mund-, Kiefer und Gesichtschirurgie sowie für Dentalimplantate. Der Fokus dabei liegt auf der Erforschung pulvermetallurgisch basierter Werkstoffe und Verfahren sowie des multimaterialbasierten Ansatzes von Funktionswerkstoffen. Das besondere Interesse gilt der Erforschung von Funktionswerkstoffen mit bioresorbierbaren Eigenschaften, zum Beispiel für Stents oder für den Ersatz knöcherner Strukturen. Darüber hinaus beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit der Entwicklung hochporöser zellularer metallischer Werkstoffe, die sich besonders gut für den Ersatz spongiösen Knochens eignen.

Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe für 4D-Printing, dem Fachbereich "Werkstoffmechanik und Simulation" sowie dem Fachbereich "Biotechnologie" bildet die Arbeitsgruppe das Labor für Smart Materials für die Medizintechnik. Der Schwerpunkt des von der DFG geförderten Zusammenschlusses liegt dabei auf einer Kombination von sogenannten Smart Materials mit den fertigungstechnischen Mitteln der Additiven Fertigung. Smart Materials sind funktionelle Werkstoffe, die durch Änderungen ihrer Umgebungsbedingungen mechanische, strukturelle oder multiphysikalische Eigenschaftsänderungen erfahren. Dazu wird die Infrastruktur des Labors zurzeit durch pulvermetallurgische Charakterisierung, Anlagen für das Metal Binder Jetting sowie für die Wärmebehandlung durch Entbindern und Sintern erweitert.

Lehre

Das Labor Medizintechnische Werkstoffe ist eine Ergänzung zu den Vorlesungen "Werkstoffe der Medizintechnik" und "Prozessketten der Medizintechnik". Im Mittelpunkt des Labor steht die Fertigungstechnik für Werkstoffe und deren Prüfung. Es richtet sich speziell an Studierende der Medizintechnik. Das Labor gibt Einblicke in die Prüfung typischer metallischer Werkstoffe, die in der Medizintechnik, insbesondere bei der Herstellung von Implantaten, Verwendung finden. Darüber hinaus liegt ein Fokus auf der digitalen Fertigungskette von patientenindividuellen, gedruckten Implantaten. Die praxisnahen Kurse ermöglichen es den Studierenden, sich vertiefende Kenntnisse in der Medizintechnik anzueignen und die Verbindung zwischen Theorie und praktischer Anwendung herzustellen.

Das Labor Werkstoffe der Medizintechnik ist eine Kooperation mit dem Labor Werkstofftechnik (Metalle und Kunststoffe) der Fakultät Maschinenbau und Verfahrenstechnik sowie dem EduFabLab der Fakultät EMI. Dabei erfolgen zurzeit Laborpraktika an folgenden Arbeitsplätzen:

• Metallographie

• Auflichtmikroskopie

• Zerstörende Werkstoffprüfung, Universalprüfmaschine

• Härteprüfung

• Chemische Analyse durch Emissionsspektroskopie und Röntgenfluoreszenzspektroskopie

• Rechnerbasierte Segmentierung von computertomographischen Daten

• CAD/CAM-Fertigung von patientenindividuellen Bauteilen

• Additive Fertigung durch Fused Layer Manufacturing

Profil und Zielsetzung

In der Messtechnik bezeichnet der Begriff Sensor den Messaufnehmer als primäres Element in einer Messkette. Die Anzahl der uns umgebenden Sensoren ist hierbei durch ein stetiges Wachstum gekennzeichnet, dessen Ende nicht in Sicht ist. Alltagsgegenstände wie Smartphones oder Automobile, aktuelle Fragestellungen zum Thema Internet der Dinge und Industrie 4.0, aber auch die Effizienzsteigerung bestehender Strukturen und Prozesse in der industriellen Automatisierung sind ohne Sensoren sowie die damit verbundene Messtechnik und intelligente Auswertung nicht denkbar.

Praktika und Übungen

Das Mess- und Sen­sortechnik­la­bor der Hoch­schu­le Of­fen­burg stellt für ausgesuchte Gebiete der Messtechnik den aktuellen Stand der Technik dar. Die Studierenden haben im Labor die Möglichkeit, sich mit dem Aufbau, dem Einsatzort und der Auswertung ausgewählter Sensoren und Prinzipien der Messtechnik vertraut zu machen.

 Hier­zu zäh­len:

• Dehnungsmessstreifen: Messung von Materialbeanspruchungen und Gewicht.

• Drucksensoren: Aufbau verschiedener Sensorprinzipien, Messung von Füllständen und Höhendifferenzen.

• Korrelationsmesstechnik: Berührungslose Geschwindigkeitsmessungen an Oberflächen, Bestimmung von Abständen mit der Laufzeitkorrelation.

• Laserinterferometrie: Messung kleinster Längenänderungen mit einer Auflösung von 10 nm. Einsatz in der Überprüfung von Werkzeugmaschinen auf Maßhaltigkeit.

• Rechnergestützte Messsignalauswertung: Vergleich verschiedener Sensoren und Auswertung mit modellbasierter Software (LabView).

• Lineare Differentialtransformatoren: Aufbau und Funktionsweise mit Signalauswertung und -konditionierung für die präzise Längenmessung im Mikrometerbereich.

• Längenmessung mit Radar- und Ultraschallsensoren: Vergleich verschiedener Prinzipien zur Füllstandbestimmung. 

• Magnetfeldmessung mit mikroelektromechanischen Systemen (MEMS): Einsatz von Hall- und Fluxgate-Magnetometern für die Bestimmung des Erdmagnetfeldes.

Die Versuche werden kontinuierlich angepasst und verbinden stets die in der Vorlesung vorgestellten Sensoren mit der dazugehörigen elektrischen Messtechnik und Signalauswertung, so dass den aktuellen Entwicklungen der Sensortechnik Rechnung getragen wird.

Profil und Zielsetzung

Das Microelectronic Systems Design Lab beschäftigt sich in Lehre und Forschung mit dem Entwurf und der Realisierung von mikroelektronischen Schaltungen, die sowohl diskret als auch hochintegriert aufgebaut sein können.

In Rahmen der Lehre bestehen folgenden projektorientierte Labor-Angebote:

• VLSI Lab (Mixed-Signal-Design von Semi- oder Fullcustom-ICs)

• HDL Lab (Entwurf von integrierten digitalen Schaltkreisen mittels Hardwarebeschreibungssprachen)

• Circuit Design Lab (Grundlagenlabor für den analogen und digitalen Schaltungsentwurf)

• PCB Lab (Entwurf, Fertigung und Test von Leiterkarten)

Das Microelectronic Systems Design Lab verfügt zudem über einen professionell eingerichteten Laborraum für die Fertigung und den Test von mikroelektronischen Schaltungen. Das Electronics Manufacturing Lab kann im Rahmen von Abschlussarbeiten und Forschungsprojekten von Studierenden und Mitarbeitern der Hochschule genutzt werden.

Im Zentrum der wissenschaftlichen Arbeit im Microelectronic Systems Design Lab stehen insbesondere der Entwurf von Low-Power-Elektronik- und Sensorsystemen mit Funkschnittstellen für verschiedenste Anwendungsbereiche (siehe Projektbeispiele).

Forschungsschwerpunkte und Themengebiete für Abschlussarbeiten

• Energieautarke, funkbasierte Sensorsysteme

• Low-Power-Elektronik-Entwurf

• Energy-Harvesting-basierte Elektroniksysteme

• Mikroelektronikentwurf mit programmierbaren und anwenderspezifischen Schaltkreisen (ASICs, FPGAs, CPLDs, PSoCs, FPAAs…)

• Prozessorintegration auf FPGA und ASIC

• Additiv gefertigte Elektronik (2D-Druck, 3D-Druck, flexible Elektroniksysteme)

Ausstattung

Hardware:

• 15 Sun Ray Virtual Dektop Clients für den VLSI-Entwurf

• Verschiedene Server (1 Windows-Server, 1 Linux-RHEL-5.8-Server, 2 Unix-Solaris-9-Server)

• A3-Farb- und A4-Schwarz-Weiß-Laserdrucker

• 8 PC-Arbeitsplätze für die Labortätigkeiten im Bereich Schaltungs-, FPGA- und PCB-Entwurf jeweils ausgerüstet mit hochwertigem Windows-PCs, Oszilloskop, Frequenzqenerator, Spannungsquelle und vielem mehr

• 6 zusätzliche PC-Arbeitsplätze für Mitarbeiter*innen, Wissenschaftliche Hilfskräfte und die Durchführung von Abschlussarbeiten

• Großes Sortiment an Evaluierungsboards mit Intel- und Xilinx-FPGAs

• Großes Bauteile-Sortiment für den Entwurf von Elektronischen Schaltungen

• Voll ausgestattetes Labor für die Fertigung und den Test von mikroelektronischen Schaltungen der Reinraumklasse 1000 mit SMD-Bestückungsplatz, Reflowofen, Vakuum Trockenschrank, Okularfreies Mikroskop, SMD-Löt- und Reworkarbeitsplatz usw. 

Software:

• Software für das IC-Design: Synopsis Design Vision: Mentor  FPGA- und Board-Design; IC-Full-Design (Model Sim/Questa Sim, HDL Designer, Precision Synthesis, Design Manager IC; Cadence (Encounter Digital Implementation System, Virtuoso Design Environment, AMS Simulator,) Synopsis Design Vision

• Software für FPGA-Design: Intel Quartus, Xilinx ISE-DesignSuite 13.1 für FPGA Design

• Software für den PCB-Entwurf: Orcad 16.3, Altium Designer 6, Cadence Allegro

• Software für die Simulation von Elektronischen Schaltungen: PSPICE, LTSpice

• 2020

  • Le, V.; Lemmer, U., Mackensen, E.: Analysis of miniaturized Printed Flexible RFID/NFC Antennas Using Different Carrier Substrates. in: IEEE Journal of Radio Frequency Identification; Print ISSN: 2469-7281; Online ISSN: 2469-7281: Digital Object Identifier: 10.1109/JRFID.2020.3001336: Published: 2020

  • Angermayer, A.; Mackensen, E.: Entwicklung eines energieautarken Türschildes mit E-Paper-Display und NFC-Konfigurationsschnittstelle. In: Proceedings of the 63. MPC-Workshop. Mannheim, Februar 2020, IEEE German Section Solid-State Circuit Society, IEEE.

• 2019

  • Le, V.; Moser, P.; Lemmer, U.; Mackensen, E.: A Comparison of Printed Flexible RFID/NFC Antennas for a Microelectronic  Measurement System. 10th IEEE International Conference on RFID ­­­Technology and Applications RFID-TA 2019, September 25-27, 2019, Pisa, Italy

  • E. Mackensen, A. Rombach, A. Spitznagel, J. Klose: Energy Autonomous Automation of Smart Home Applications Using the Example of a Wireless Indoor Smart Gardening System. 15th IEEE International Conference on Automation Science and Engineering August 22-26, 2019, Vancouver, BC, Canada

  • P. Moser, F. Rank, E. Mackensen: Hochminiaturisiertes nicht-invasives Messsystem zur Erfassung von Vitalparametern bei Kleinstlebewesen mit drahtloser RFID-/ NFC-Ausleseschnittstelle. 20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019. Pages 86 - 92. DOI 10.5162/sensoren2019/1.3.3. ISBN 978-3-9819376-0-2

  • E. Mackensen, A. Rombach, A. Spitznagel, J. Klose: Energieautark arbeitendes Indoor-Smart-Gardening-System mit drahtlosem Monitoring und automatisierter Bewässerung. 20. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019.   Pages 744 - 750, DOI 10.5162/sensoren2019/P2.15, ISBN 978-3-9819376-0-2

• 2018

  • Möhringer, S.; Moser, P., Mackensen, E.: Indoor Smart Gardening based on an Energy Autonomous Wireless Network Platform. In: Proceedings of the Wireless Congress: Systems & Applications 2018. München, 14.-15.11.2018

  • Le,V., Mackensen, E.: Stand der Technik von Powermanagement-ASICs für gedruckte Energy Harvester. In: Proceeding of the 59. MPC-Workshop. Offenburg, Februar 2018. Pages 73-78. ISSN 1868-9221

• 2017

  • Werner, A.; Moser,P.; Mackensen, E:  Implementierung von Softcore-Prozessoren und/oder weiteren IPs (Intellectual Property) in FPGAs. In: Proceeding of the 58. MPC-Workshop. Reutlingen, Juli 2017. Pages 19-26. ISSN 1868-9221

• 2015

  • Bhattacharyya, M.; Dusch, B.; Jansen, D.; Mackensen, E.: Design and Verification of a Mixed-Signal SoC for Biomedical Applications. In: Proceeding of the 54. MPC-Workshop. Ulm, Juli 2015. Pages 43-38. ISSN 1868-9221

  • Wendt T., Volk F., Mackensen E., LoRaTM - eine sichere Funktechnik mit 2,45 GHz Proceeding, Kongress: Forum Funktionale Sicherheit, Hilton Munich Airport, 7.-9. Juli 2015, S. 1-6

  • Wendt, T. M.; Volk F.; Mackensen, E.; A benchmark survey of Long Range (LoRaTM) Spread-Spectrum-Communication at 2.45 GHz for safety applications. In: Proceedings of the 16th IEEE MTT-S WAMICON, Wireless and Microwave Technology Conference (IEEE WAMICON-2015). Cocoa Beach, Florida, USA, APR 2015

  • Mackensen, E.; Lurz, C.; Reichert, A., Köbler J.: Enhancing the motivation and success of freshman students in interdisciplinary engineering degree programs. In: Proceedings of the IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON). Tallin, March 2015, Pages: 659 – 667

  • Wendt, T. M.; Volk F.; Mackensen, E.; Wireless in Safety Critical Applications - benchmarking of Long Range (LoRaTM) Spread – Spectrum - Communication at 2.45 GHz. In: Proceedings of 14th IEEE ANNUAL WIRELESS TELECOMMUNICATIONS SYMPOSIUM (WTS 2015). New York City, NY, USA, APR 2015

• 2014

  • Mackensen, E.; Lurz, C.; Reichert, A.: Fit4PracSis: A compe-tence-, business- and science-orientated education approach for freshman stu-dents in interdisciplinary degree programs. In: Proceedings of the IEEE Interna-tional Conference on Teaching, Assessment and Learning for Engineering (TALE). Wellington, December 2014, Pages: 109 – 114

  • Wendt T. M.; Volk F.; Mackensen, E.: A benchmark analysis of Long Range (Lo-RaTM) Communication at 2.45 GHz for safety applications. In: Wireless Congress 2014: Systems & Application, Conference Proceedings, ICM - International Con-gress Center München, Munich, Germany, November 2014, Pages: 1 - 4

• 2012

  • Mackensen, E.; Lai, M.; Wendt, T. M.: Bluetooth Low Energy (BLE) based wireless sensors. In: Proceedings of the IEEE Sensors. Taipei, 2012 - ISBN 978-1-4577-1765-9

  • Mackensen, E.; Lai, M.; Wendt, T. M.: Performance Analysis of an Bluetooth Low Energy Sensor System. In: Proceedings of the 1st IEEE Symposium on Wireless Systems within the Conferences on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems (IDAACS-SWS’2012). Offenburg, 2012 - ISBN 978-1-4673-4677-1

  • Mackensen, E.; Wendt, T. M. : Energy-Harvesting-basierte Energieversorgungen für drahtlose Sensor-Systeme: Analyse kommerziell verfügbarer Lösungen und daraus abgeleitete Design-Konzepte. In: WEKA Fachmedien GmbH (Hrsg.): 1. Elektronik energy harvesting congress 2012, Tagungsunterlagen. München: WEKA Fach-medien GmbH, 2012. – ISBN 978-3-645-50076-0

• 2010

  • Mackensen, E.; Wendt, T. M. : Anwendung von SysML und Agilen Entwicklungsme-thoden bei der Entwicklung von Embedded Systemen. In: Design&Elektronik Ent-wicklerforum Embedded-System-Entwicklung. Tagungsunterlagen. München 2012

  • Wendt, T. M.; Mackensen, E.; Fehrenbach, M. (NewTec GmbH System-Entwicklung u. Beratung), Moosmann, C.; Laux, O.; Kurth, M. (A. Raymond GmbH & Co. KG, Lörrach): Energieautarkes drahtloses Sensormikrosystem im 2,45-GHz-Band für raue Betriebsumgebungen auf Basis eines kinematischen Energiewandlers. In: ITG ; GMM ; GMA ; AMA (Hrsg.): Sensoren und Messsysteme 2010. Düsseldorf: VDI-Verlag GmbH, 2010. - ISBN 978-3-8007-3260-9

Profil und Zielsetzung

• Durchführung von Übungen zur Programmierung von smartphones. Schwerpunkt: Android-Programmierung.

• Test und Analyse von Kommunikationsschnittstellen von smartphones, gegenwärtig NFC, Bluetooth, WiFi, WLANProgrammierung von sensorbasierten mobilen Anwenungen. Auswertung und verarbeitung der Sensordaten (Beschleunigung, Magnetfeld, Kamera, Mikrofone).

• Einsatz von smartphones im AR- und VR-Umfeld, sowie im Robotik-Umfeld (Android-based robotics).

Ausstattung

• Pool von smartphones (Schwerpunkt Android)

• Pool von tablets (Schwerpunkt Android)

• 3D-Drucker (makerbot)

• Oculus-Rift VR-Brille

• Lego-Robotics

Praktika und Übungen

• Übung "Mobile Computing" zur Vorlesung "Anwendungsentwicklung"

• Übung "Enterprise Anwendungen 1"

Profil und Zielsetzung

Das Labor NeuroAkustik ist ein führendes Forschungs- und Lehrlabor, das über eine modernste Ausstattung im Bereich der akustischen Messtechnik, akustischen Wiedergabesysteme, audiologischen Diagnostik- und Therapiegeräte (Hörgeräte/Cochlea-Implantate) verfügt. Hier werden fortschrittliche Techniken und Methoden angewendet, um neue Erkenntnisse in der Hörakustik zu gewinnen und diese in die Praxis umzusetzen.

Forschung

Das Labor NeuroAkustik zeichnet sich durch Forschung auf internationalem Niveau aus. Die Publikationen des Labors sind weltweit bekannt und oft zitiert. Besonders hervorzuheben ist die Entwicklung innovativer Algorithmen, die bereits erfolgreich in kommerzielle Cochlea-Implantat-Systeme integriert wurden.

Forschungsthemen:

• Algorithmenentwicklung für Hörgeräte und Cochlea-Implantate

• (Weiter-) Entwicklung objektiver audiometrischer Messmethoden (Hardware und Software)

• Entwicklung und Implementierung von Hörtests

• Entwicklung virtueller akustischer Szenen

• Interauraler spektrotemporaler Abgleich von Hörsystemen

Lehre

Das Labor NeuoAkustik dient darüber hinaus der Ausbildung der nächsten Generation von Expert*innen auf diesem Gebiet. Durch die Kombination von theoretischem Wissen und praktischen Versuchen bereiten die Lehrprogramme die Studierenden optimal auf ihre zukünftigen Karrieren vor.

Die Versuche im Labor NeuroAkustik ermöglichen Studierenden der Studiengänge Medizintechnik, Elektrotechnik, Angewandte Künstliche Intelligenz und anderen Interessierten Einblicke in die Verarbeitung von Schallsignalen im auditorischen System sowie in die akustische Messtechnik.

Die in kleinen Gruppen durchgeführten Laborversuche ergänzen die Vorlesungen und Seminare (Bachelor und Master).

Kunstkopf für akustische Messungen mit Forschungshörgerät. Damit ist beispielsweise die Charakterisierung der Signalverarbeitung von Hörgeräten sowie die Erfassung kopfbezogener Impulsantworten möglich

Weiterbildung

Das Labor NeuroAkustik bietet Vorträge und Praktika für die berufsbegleitende Fortbildung an. Zudem werden Zertifizierungskurse angeboten, die mit Fortbildungspunkten der Deutschen Gesellschaft für Audiologie e.V. (DGA) und der Bundesinnung der Hörakustiker KdöR (biha) anerkannt sind. Der Laborleiter Prof. Zirn ist zertifizierter Fortbilder der DGA im Bereich naturwissenschaftlich-technische Audiologie.

Ausstattung

Das Labor NeuroAkustik bietet folgende Infrastruktur:

• 3x3 m Akustik-Kabine zur Durchführung von Hörexperimenten und zur virtuellen Akustik

• Messysteme zur Registrierung akustisch evozierter Potentiale

• Messsystem zur Registrierung otoakustischer Emissionen

• Mehrere leistungsfähige Computer, Nutzung z.B. zur Simulation verschiedener Aspekte des Hörvorgangs wie Schwingungen der Basilarmembran oder elektrische Simulation der Elektroden-Gewebe-Schnittstelle implantierter Elektroden

• Mehrere hochwertige Audioaufnahme-Systeme

• Schallpegelmessgeräte der Klasse 1 und 2

• Embedded Systems-Programmierung und Schaltungsentwurf

Profil und Zielsetzung

Das Labor NeuroScience richtet sich an Studierende des Master-Studiengangs Medizintechnik. Hier sollen neurowissenschaftliche Zusammenhänge exemplarisch beleuchtet werden. Dabei soll der Studierende in verschiedenen Versuchen auch selbst Zusammenhänge herausfinden und verstehen lernen.

Ausstattung

Das Labor NeuroScience bietet folgende moderne Arbeitsplätze:

•  Arbeitsplatz Nr. 1: NeuroSimulation

  • Alterssimulation

  • Wernicke-Mann-Hemiparese-Simulation

•  Arbeitsplatz Nr. 2: Farb-Doppler-Sonographie

  • Farb-Dopplersonographie der A. carotis (inkl. Vermessung)

  • Simulation der carotidalen Perfusionsverhältnisse bei Stenosen am Modell

•  Arbeitsplatz Nr. 3: Elektromyographie (EMG)

  • Muscle Endurance Test Neck Muscles

  • Muscle Endurance Test Low Back Muscles 

• Arbeitsplatz Nr. 4: Elektroenzephalographie (EEG)

  • BIOPAC EEG II Professional Lesson

  • Advanced Brain Monitoring B-Alert X10 mobiles EEG-System

•  Arbeitsplatz Nr. 5: Funktionelle Nahe-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS)

  • live Perfusionsmessungen am Gehirn

•  Arbeitsplatz Nr. 6: NeuroStimulation

  • Tremorsimulation

  • Neurostimulation

  • Künstliche neuronale Netze

Profil und Zielsetzung

Im Physiklabor wird anhand von Grundlagenversuchen vermittelt, wie eigene technische Untersuchungen vorbereitet, durchgeführt und dokumentiert werden. Die Studierenden führen in Kleingruppen selbständig Experimente zur Bestimmung von Material- und Naturkonstanten aus Mechanik, Wärmelehre, Elektrotechnik und Optik durch, werden die Messungen aus und stellen sie in Laborberichten dar. Durch die Verknüpfung theoretischer und praktischer Fertigkeiten werden die Grundlagenkenntnisse der Ingenieurwissenschaften vertieft und durch die mathematischen Methoden zur Abschätzung und Berechnung der Messungenauigkeiten erweitert.

Ausstattung
Ca. 30 Arbeitsplätze mit physikalischen Experimenten, aus denen jede*r Studierende eine Auswahl von 5 bis 6 Versuchen je Semester bearbeitet, unter anderem:

Versuche

• Bestimmung der Brennweiten von dünnen Linsen

• Bestimmung der Wellenlänge durch Beugung am Gitter

• Bestimmung des Schubmoduls des Werkstoffes eines Torsionsdrahtes im Drehpendelversuch

• Bestimmung von Trägheitsmomenten im Drehpendelversuch mit Hilfe des Steinerschen Satzes

• Schwingungsverhalten gekoppelter Pendel

• Messung der Erdbeschleunigung mit physikalischen Pendel

• Wellenlängenmessung des Lichtes einer Spektrallampe mit Beugungsgitter

• Bestimmen der Schmelzwärme von Eis mit einem Kalorimeter

• Messung von Thermospannung durch Kompensation

• Aufnahmen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera

• Thermographie-Messungen

• Effizienz von Brennstoffzellen

• Viskosität von Flüssigkeiten

Den Studierenden stehen Materialien für mechanische Experimente, allgemeine Messmittel (elektronische Messgeräte, Oszilloskope, Zeitnehmer, Waagen), optische Geräte und Komponenten (Laser, Prismenspektrometer, Mikroskope), Thermostate, Viskosimeter zur Verfügung.
Das Labor steht allen Fachbereichen zur Verfügung.

Profil und Zielsetzung

Das Labor Physiologie und Medizinische Sensorik richtet sich an Studierende der Medizintechnik. Es soll einige der Inhalte vertiefen, die in der Vorlesung Physiologie beleuchtet wurden. Dabei soll der Studierende in verschiedenen Versuchen auch selbst Zusammenhänge herausfinden und verstehen lernen.

Ausstattung

Das Labor Physiologie und Medizinische Sensorik bietet folgende moderne Arbeitsplätze: 

• Arbeitsplatz Audiometrie

• Arbeitsplatz Sonographie mit s/w Pulswellen-Doppler

• Biopac-Arbeitsplatz Herz-Kreislauf

  • EKG, Herzfrequenz, Herzraten-Variabilität HRV, peripherer Puls, Herztöne, Blutdruck nach Riva-Rocci

• Biopac-Arbeitsplatz für physiologische Signale

  • EKG, EMG, EOG, ENG, EEG, Elektrodermale Aktivität EDA (phasische und tonische Komponente)

• Biopac-Arbeitsplatz Reflexe und Response

  • Elektrische und mechanische Reize, Reflexantworten am Finger und Gliedmaßen, akustische Reize und universelle psychophysiologische Parameter

• Biopac-Arbeitsplatz Lungenfunktion – Pulmologie

  • Atemzugskurve, Atemfrequenz, Volumenmessung, Tidal Volumen, Inspiratory, Expiratory and Residual Capacity 

Profil und Zielsetzung

Das Labor Programmiersprachen bietet die Gelegenheit mit verschiedenen Programmiersprachen, Programmierkonzepten und  Paradigmen Praxiserfahrung zu sammeln. Neben klassischen objektorientierten Sprachen wie Java, C# und C++ kommen auch funktionale Sprachen (Haskell, OCaml, Racket, Erlang, Elixir), Skriptsprache (Python, Javascript, Typescript), Sprachen für mobile Plattformen (Objective-C, Swift, Dart) oder Systemsprache (Rust) zum Einsatz. Darüberhinaus werden moderne Ansätze im Bereich Softwaredesign und Softwarearchitektur beleuchtet. Das Labor bietet außerdem Einblicke in die Implementierung von Programmiersprachen, hier stehen Typsysteme, Compiler und Interpreter im Mittelpunkt.

Praktika und Übungen

• Praktikum Programmierung 1 und 2 (mit Python)

• Praktikum Programmierung 1 (mit Java)

• Praktikum Algorithmen & Datenstrukturen (mit Python und Java)

• Praktikum Fortgeschrittene Programmierung

Profil und Zielsetzung

Das Labor ermöglicht den Studierenden, die Lehrinhalte der Automatisierungstechnik-Vorlesungen praxisnah zu vertiefen. Wir stellen eine moderne Ausstattung an industriellen Automatisierungsgeräten bereit, die es den Studierenden erlaubt, ihr theoretisches Wissen direkt in die Praxis umzusetzen.

In unserem gut ausgestatteten Labor können Studierende verschiedene Aspekte der Steuerungstechnik und Regelungstechnik kennenlernen, von der Programmierung von Automatisierungssystemen über die Steuerung von Produktionsprozessen bis zur Auslegung von Regelungssystemen. Diese praktischen Erfahrungen helfen den Studierenden, ein besseres Verständnis für die Industrietechnik zu entwickeln und wichtige Fähigkeiten für zukünftige Karrieren in diesem Bereich zu erwerben.

Ausstattung

• Automatisierungssysteme:

  • 8 SPS-Laborarbeitsplätze mit Software Siemens TIA Portal (aktuellste Version), analogen und digitalen Ein- und Ausgangsbaugruppen sowie Touch- und Bedienpanel
    - 4 SIMATIC S7 1500 F mit integrierter Sicherheitstechnik und diverser Peripherie
    - 4 SIMATIC S7 1500 mit diverser Peripherie
    - 4 SIMATIC S7 300 mit diverser Peripherie

  • 8 Laborarbeitsplätze mit CODESYS Development System
    - 8 Remote-IO (Dezentrale Peripherie ET200 MP von Siemens)
    - 15 CODESYS Soft-SPS (CODESYS Control Win, www.codesys.com)

  • 8 Arbeitsplätze mit der Software MATLAB mit entsprechenden Toolboxen

  • Diverse Anlagenmodelle von Fischertechnik (10 Förderbänder,  8 Sortierstationen, 8 Multibearbeitungsstationen, 4 Saugarmgreifer, 2 Hochregallager)

  • 2 Process Automation Controller - frei programmierbar (SIMATIC OPEN Controller CPU 1515SP)

  • 9 Projektierbare Logikmodule/Kleinsteuerung (Siemens LOGO!)

  • 3 RFID Systeme (über IO-Link angeschlossene SIMATIC RF200 Reader mit Transponder)

  • 4 Internet of Things - Open-Source Plattformen (SIMATIC IOT2040)

  • 2 Prozessleitsysteme PCS 7 (Controller mit ET200M)

  • 4 Elektrische Antriebssysteme mit Förderbandapplikation (1 x SINAMICS S120 und 3 x SINAMICS Servoumrichter S210)

  • 4 Saftey-Systeme: Schutztür mit Sicherheitspositionsschalter (Edison MKEY), Notaus, Sicherheits-SPS

  • 1 Festo Portalroboter

  • Diverse 3D-druckbare Vertikalknickarmroboter (Eigenentwicklung)

• Versuchsaufbauten zur Regelungstechnik:

  • 2 Arbeitsplätze zur Grundlagen-Übung mit dem Bode-Diagramm

  • 3 Krängungsregelstrecken

  • 4 Flüssigkeitsregelstrecken

  • 6 Process Control Boards mit diversen Reglern und Regelstrecken

Praktika und Übungen

Im Labor werden verschiedene Lehrveranstaltungen angeboten. Es wird empfohlen die Laborveranstaltungen zeitgleich zur zugehörigen Vorlesung zu besuchen:

• Labor Automatisierungssysteme

• Labor Regelungs- und Automatisierungssysteme 1

• Labor Regelungs- und Automatisierungssysteme 2

Die Laborübungen umfassen unter anderem die folgenden Themengebiete

• Ermittlung von Streckenparametern mit der Frequenzganganalyse (Bode-Diagramm)

• Dimensionierung und Simulation der Grundreglertypen P, PI- und PID-Regler an verschiedenen Regelstrecken

• Dimensionierung mittels Bode-Diagramm, Verfahren nach Kessler und nach Chien-Hrones-Reswick

• Dimensionierung und Simulation diskreter Regler vom PID-Typ an ausgesuchten Regelstrecken

• Kaskadenregelung einer industriellen Füllstandsregelstrecke

• Positionsregelung und Bewegungssteuerung eines Roboters mit RTT-Kinematik

• Programmierung nach DIN EN 61131-3 in den Programmiersprachen Funktionsbausteinsprache (FBS, FUP), Ablaufsprache (AS, GRAPH7), Strukturierter Text (ST, SCL) sowie in geringerem Umfang Kontaktplan (KOP) und Anweisungsliste (AWL).

• Entwurf von Verknüpfungsfunktionen, Verknüpfungssteuerungen und Ablaufsteuerungen

• Konfiguration von SPSen der SIMATIC S7-Serie und CODESYS-Soft-SPS Win Control Motion-Control

Im Labor können (im Rahmen eines Hochschulstudiums) auch Praktika absolviert werden.

Profil und Zielsetzung

Erneuerbare Energiequellen wie beispielsweise Solarenergie, Windenergie und Wasserkraft sind die Basis für eine nachhaltige Energieversorgung. Zunehmend entwickeln sie sich auch zur wirtschaftlichsten Option. Entsprechend wächst die Bedeutung der erneuerbaren Energien in Deutschland und weltweit.

Um in diesem Themenfeld beruflich tätig zu sein oder um neue Innovationen im Bereich der Forschung und Entwicklung zu entwickeln, muss man die einzelnen Energiesysteme ebenso wie ihr Zusammenspiel mit anderen Erzeugern, Verbrauchern und Speichern in verschiedenen elektrischen Netzstrukturen gut verstehen.

Im Labor „Regenerative Energiesysteme“ sollen die Studierenden dieses vielschichtige Verständnis der erneuerbaren Energiesysteme durch zahlreiche praktische Versuche entwickeln und mit Leben füllen. Dabei sollen Fachkenntnisse, Fähigkeiten und Methoden zu folgenden Themenfeldern erarbeitet werden:

• Technologien zur Umwandlung von erneuerbaren Energien in elektrische Energien innerhalb von Photovoltaik-Systemen, Windenergieanlagen oder Wasserkraftanlagen, und dabei insbesondere der Umgang mit Schwankungen im Energiedargebot

• Grundlagen der Speichertechnologien (Batterien, Brennstoffzellen)

• Einbindung von regenerativen Energiesystemen in Inselnetze/Microgrids und Stromnetze, und Verhalten im Fehlerfall

• Auslegung und Planung einzelner regenerativer Energiesysteme bzw. ihr Zusammenschluss in Microgrids auf Basis von entsprechender Software

• Steuerung, Regelung und Optimierung einzelner Energiesystemen sowie Microgrids anhand entsprechender Automatisierungshardware und Algorithmen

Ausstattung

Das Labor ver­fügt im Raum B138 über eine mo­der­ne Aus­stat­tung an Hardware, Software und Lehrsystemen zu den Themen:

• Photovoltaik (Solarmodule verschiedener Technologien, Photovoltaiksysteme im Netzparallelbetrieb und im Inselbetrieb, …)

• Windenergie (Betriebsverhalten von doppeltgespeisten Asynchrongeneratoren, Verhalten im Fehlerfall, …)

• Speichertechnologien (Batterien, Brennstoffzellen)

• Energiesystem-Simulation (PVsyst, QBlade, Meteonorm, HOMER, MATLAB/Simulink, …) auf sechs PCs und einer Workstation

• Energiemanagement und –monitoring in Hybridsystemen und Microgrids (Beckhoff-Schulungssystem, Labview, …)

Ergänzt werden diese themenspezifischen Systeme durch eine moderne und universell einsatzbare Laborausstattung wie Oszilloskop, elektronische Last, Funktionsgeneratoren, NI-Datenerfassung, etc.

Durch Lehr- und Forschungskooperationen innerhalb der Hochschule stehen weitere Lehr- und Forschungssysteme zu folgenden Themen zur Verfügung:

• Netzintegration von regenerativen Energiesystemen (in Kooperation mit dem Labor „Elektroenergiesysteme“)

• Solarmodulherstellung und PV-Systemtechnik (in Kooperation mit dem Labor „PV-Systemtechnik“)

• Wasserkraft mit Pelton- und Francis-Turbine (ab Frühjahr 2016, in Kooperation mit dem Maschinenlabor)

• Microgrids mit Solarenergie, Kleinwindkraft, Batteriesystem und Block-Heizkraftwerk und entsprechender Automatisierungstechnik: die „Energieinsel“ der Forschungsgruppe Intelligente Energienetzwerke

• Smartgrid mit Solarenergie, Kleinwindkraft, Batteriesystem, Elektrolyseur und Brennstoffzelle, Elektromobilität und Automatisierungstechnik: das „SmartGrid“ am Institut für nachhaltige Energiesysteme

Projekt- und Abschlussarbeiten

Falls Sie sich für Projekt- oder Abschlussarbeiten im Bereich Regenerative Energiesysteme interessieren, schauen Sie bitte unter Forschungsgruppe Intelligente Energiesysteme

Profil und Zielsetzung

In vielen Bereichen der Elektrotechnik wird die analoge Verarbeitung von Signalverläufen durch eine digitale Vorgehensweise verdrängt. Dabei werden aus einem Spannungsverlauf durch einen Analog/Digital-Wandler in einem vorgegeben Raster "Stichproben" entnommen (z.B. bei Audiosignalen ca. 50000 pro Sekunde, bei Videosignalen ca. 20 Millionen pro Sekunde), die danach als codierte Zahlenwerte weiterverarbeitet werden. Ein Prozessor bearbeitet die ankommende Eingangszahlenfolge nach einem vorzugebenden Algorithmus; die Ausgangszahlenfolge kann bei Bedarf durch einen Digital/Analog-Wandler wieder in ein gewöhnliches analoges Signal umgesetzt werden.
Häufig erfolgt die Verarbeitung durch ein Programm auf einem integrierten Schaltkreis. Signalprozessoren sind spezielle Mikroprozessoren, die sehr schnell arithmetische Operationen ausführen können.
Ziel des Labors ist, das in zugehörigen Vorlesungen erworbene theoretische Wissen durch praktische Erfahrungen zu vertiefen. 

Ausstattung

Die Versuche sind mit vernetzten PCs ausgestattet, auf denen unter den Betriebssystemen Linux und Windows und dem Mathematik-Programmsystem MATLAB der Entwurf der Filter und die Auswertung der Ergebnisse ermöglicht wird. Im allgemeinen werden dabei die Vorgänge nicht nur simuliert, vielmehr werden elektrische Signale schritthaltend - in Echtzeit - verarbeitet und durch Meßgeräte wie z.B. Oszilloskope, Spektrumanalysatoren, Signalanalysator und Audio-Meßplatz analysiert.

Praktika und Übungen

Es werden Versuche zu folgenden Themen angeboten:

• Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandlung

• Rekursive (IIR-) Filter

• Nichtrekursive (FIR-) Filter

• Algorithmen auf der Basis der schnellen Fourier-Transformation (FFT)

• Multiratenverarbeitung

• Iterative Algorithmen

Profil und Zielsetzung

Ziel der Laborübungen ist es, die theoretischen Vorlesungsinhalte im entsprechenden Fachgebiet durch praktische Übungen zu vertiefen und erfahrbar zu machen. Darüber hinaus bietet das Labor die Möglichkeit in Projekten der angewandten Forschung im Rahmen von Projekt- oder Abschlussarbeiten tätig zu sein.

Das Labor Telekommunikationstechnik wird für Studenten der Bachelorstudiengänge EI und EIplus der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik im 6. Studiensemester angeboten, sofern sie den Schwerpunkt Kommunikationstechnik gewählt haben. 
 
Weiterhin werden für Studenten des Master-Studiengangs Elektrotechnik und Informationstechnik (EIM) im Schwerpunkt Kommunikationstechnik im 2. Studiensemester im Rahmen des Labors „Wireless Communications“ praktische Projekt-Übungen angeboten.

Ausstattung

Neben einem leistungsfähigen Rechnernetz, stehen in diesem Labor folgende wesentlichen Geräte und Tools zur Verfügung:

• R&S Digital Radio Tester CTS65 (GSM & DECT)

• R&S Communication Tester CMU 200 (Bluetooth)

• R&S Signal Analyzer FSV (7GHz)

• R&S Vector Signal Generator SMBV100A (6GHz)

• R&S ETH TV Analyzer (DVB-T)

• R&S RTO 1022 Oscilloscope (2GHz, 10 GSa/s)

• Fluke DSX-600 & Fluke OneTouch AT G2

• Ekahau Site Survey / Airopeek (WLAN-Planung & Analyse Tools)

• xG-Planner / ChirPlus_M (GSM/UMTS Funknetzplanungstools)

• Chipcon ZDK 420 Development / Evaluation Boards (ZigBee) mit Analysetools Z-Trace, RF Studio, AVR Studio und Daintree Sensor Network

• Spektrum Analyzer Anritzu MS 2665C

• ARGUS 142 DSL-Tester mit ALL126AS2 & ALL126AM2 VDSL2 Modems

• diverse NovAtel SATNAV-Empfänger ((D)GPS, Glonass, Galileo)

• Ettus Research Software Defined Radios USRP N210 & X300 

Praktika und Übungen

• Praktische Übungen im Labor Telekommunikationstechnik

  • Analyse eines LAN/WLAN-Netzes mit den Messgeräten Fluke DSX-600 und OneTouch AT G2

  • Analyse verschiedener Verfahren zur Fehlerschutzcodierung (FEC)

  • Digitale Darstellung von Information mittels Pulse Code Modulation (PCM)

  • Digitale Modulationsverfahren

  • GSM-Funknetzplanung

  • Messtechnische Analyse eines Systems zur Satellitennavigation

  • Messtechnische Analyse von Mobilkommunikationsendgeräten

  • Messtechnische Analyse von Leitungscodierverfahren

  • xDSL-Übertragungsverfahren

• Praktische Übungen im Labor Wireless Communications

  • Planung und Analyse eines WLAN nach IEEE802.11

  • Kurzstreckenkommunikation nach dem Bluetooth Standard

  • Test und Analyse des Funkstandards IEEE802.15.4 (ZigBee)

  • Messtechnische Analyse digitaler Trägermodulationssignale

  • Echtzeitortung mit Ultra-Wideband (UWB) Funksignalen

  • Software Defined Radio

Profil und Zielsetzung

Das Electronics Manufacturing Lab ermöglicht die professionelle Fertigung und den Test von mikroelektronischen Schaltungen. Es handelt sich hierbei um einen Reinraum der Klasse 1000, der über verschiedenstes Test- und Fertigungsequipment verfügt.

Das Electronics Manufacturing Lab kann im Rahmen von Abschlussarbeiten und Forschungsprojekten von Studierenden und Mitarbeitern der Hochschule genutzt werden. Nach entsprechender Einweisung in die Geräte können aus selbstständig in dem Raum Arbeiten durchgeführt werden.

Ausstattung

• Bestücken von SMD-Bauteilen und Lotpastenauftrag

  • Manueller Bestückungsplatz für SMD-Bauteile

  • Manuelle Dispense-Einheit für das Dosieren von Lotpaste, Kleber…

  • Manueller Schablonendrucker für Lotpaste, Maximale Leiterkartengröße Europakartenformat 100mm x 160mm

• Reflowofen

  • Tischgerät SEF 548.07G

  • Sepzifikation zum Download

• Vakuum-Trockenschrank Heraeus Vacutherm

• Okularfreies Mikroskop zur optischen Inspektion von Leiterkarten geeignet

  • Lynx Evo Stereo Mikroskop mit Kameramodul, 360° Winkeloptik, Zoomfaktor 10:1, Vergrößerung von 6x - 60x, Arbeitsabstand 76 mm

• SMD-Löt- und Reworkarbeitsplätze

  • JBC JT 6040 Heißluft-Reperaturstation und JBC 4 Tools Control-Unit JB-DB2 mit Ablageständer für Lötspitzen und Lötkolben, Lötspitzenreiniger, Lötkolben, Entlötkolben, Mikroentlötpinzette

• Drucker für den additiven 2D-Elektronikdruck

  • Voltera V-One PCB Printer: Hierbei handelt es sich um einen Drucker für die additive Fertigung von Elektronik auf unterschiedlichsten Substraten. Die volle Spezifikation kann auf den Internetseiten von Voltera entnommen werden 

• Test-Arbeitsplatz mit PC, Oszilloskop, Funktionsgenerator, usw.

Profil und Zielsetzung

Im VLSI Lab werden sowohl die Theorie als auch die Praxis für den Entwurf und die Fertigungen von hochintegrierten Schaltkreisen bzw. VLSI-Systemen (VLSI = Very Large Scale Integration) vermittelt.

Theoretische Lehrinhalte:

• Einführung in die Mikroelektronik und das VLSI-Design

• Entwurfsprozess von VLSI-Schaltungen

• Wiederholung der physikalischen Grundlagen der Halbleitertechnik

• Fertigungstechnologien Integrierter Schaltungen

• Standardprozesse der IC-Fertigung

• Entwurf von CMOS-Schaltungen (analog, als auch digital)

Praktische Lehrinhalte (projektorientiert):

Im Rahmen des Seminars VLSI-Designs im Master-Studiengang Elektrotechnik/Informationstechnik wird ein Mixed-Signal-IC entworfen (d.h. ein integrierter Schaltkreis aus sowohl analogen als auch digitalen Bestandteilen). Dabei werden alle Schritte des IC-Entwurfs behandelt. Angefangen vom Schaltplan-Entwurf des Analogteils und der VHDL-Modellierung des Digitalteils über die Simulation der einzelnen Schaltungsteilen und des Gesamtsystems bis hin zur Layouterstellung des Mixed-Signal-ICs und der Erzeugung von Fertigungsdaten. Zum Einsatz kommen moderne CAE-Tools, die in der Industrie für den Entwurf Integrierter Schaltkreise weit verbreitet sind (Cadence Virtuoso, Synopsys, Mentor HDL Designer usw.)

Profil und Zielsetzung

Im HDL Lab werden sowohl die Theorie als auch die Praxis für den Entwurf von hochintegrierten digitalen Systemen mit Hardwarebeschreibungssprachen (HDL = Hardware Description Language) vermittelt. Im Speziellen erlernen die Studierenden die Hardwarebeschreibungssprache VHDL.

Theoretische Lehrinhalte:

• Einführung in die VHDL-basierte Entwicklung

• Grundlagen der Modellierung mit VHDL

• Strukturale versus Verhaltens-Modellierung

• Nebenläufige versus sequentielle Anweisungen

• Entwurfsebenen in VHDL

• Synthesegerechte Modellierung

• Designrules für VHDL

• Modellierung von Speichern mit VHDL

• Simulation von VHDL-Modellen mit Testbenches

Praktische Lehrinhalte (projektorientiert):

Im Rahmen des Seminars Entwurf hochintegrierter Systeme mit Hardwarebeschreibungssprachen im Bachelor-Studiengang Elektrotechnik/Informationstechnik entwerfen, simulieren, implementieren und testen die Studierende ein komplettes komplexeres FPGA-Projekt (Stoppuhr, Kurzzeitwecker oder ähnliches.  Dabei wird auf ein industrienahe Vorgehensweise Wert gelegt. Zum Einsatz kommen rechnergestützten Entwicklungstools, die in der Industrie häufig zum Einsatz (Intel-Quartus-Plattform und Mentor ModelSim). Für die Implementierung stehen hochwertige Developmentboards von terasic mit Intel Cyclone-FPGAs IV oder V zur Verfügung.

Profil und Zielsetzung

Beim Circuit Design Lab (Labor Schaltungsdesign) handelt es sich um ein Grundlagenlabor für den analogen und digitalen Schaltungsentwurf, das im 3. oder 4. Semester der Bachelor-Studiengängen Elektrotechnik/Informationstechnik, Medizintechnik sowie Mechatronik absolviert wird.

Das Circuit Design Lab ergänzt die Vorlesungen Analoge und Digitale Schaltungen. Der Fokus dieses Labors liegt auf dem Design/Entwurf einer typischen elektronischen (kompletten) Schaltung. Die Teilnehmer des Labors sollen im Rahmen des Labors möglichst eigenständig Zusammenhänge und Auswirkungen zwischen den einzelnen thematischen Schwerpunkten der Vorlesungen Analoge und Digitale Schaltungen herstellen können.

Im Rahmen des Labors gibt es keine in sich abgeschlossenen Einzelversuchsbeschreibungen. Vielmehr werden die Teilnehmer über das Semester hinweg ein industrienahes Schaltungsdesign-Projekt über das ganze Semester bearbeiten. Allerdings ist der zeitliche Rahmen zur Bearbeitung des Projektes und die einzelnen zu bearbeitenden Aufgabenstellungen vorgegeben, so dass die Teilnehmer wissen, zu welchem Zeitpunkt was erledigt sein muss. Die einzelnen zu erledigenden Aufgabenstellungen bauen während des Semesters, also während der Bearbeitung des Projektes, aufeinander auf.

Das Labor ist kompetenzorientiert ausgerichtet. Ziel ist nicht nur das Kennen, das Können und das Verstehen/Anwenden von fachlichen Kompetenzen, sondern auch das von methodischen, persönlichen und sozialen Kompetenzen.

Inhaltlich werden im Circuit Design Lab folgende Themen behandelt:

• Sensorik, Analogtechnik

  • Verhalten von Sensoren kennenlernen

  • Entwurf, Aufbau/Implementierung und Test einer anlogen Teilschaltung. (Operationsverstärker = OPV) zur Aufbereitung eines vorgegeben analogen Signals und vorgegeben Randbedingungen.

  • Rechnergestützter Entwurf der Schaltung (Simulation) mittels PSPICE oder LTSPICE.

  • Allgemeine Eigenschaften eines OPV kennenlernen und evaluieren.

  • Anwendung OPV als Verstärker, Subtrahierer etc. kennenlernen.

• Analog-Digital-Wandler

  • Allgemeine Eigenschaften von AD-Wandlern evaluieren.

  • Gemeinsame Inbetriebnahme des AD-Wandlers mit der Sensorik und der analogen Signalaufbereitungsschaltung.

• Digitaltechnik, Programmierbare Digitalschaltkreise

  • Entwurf kombinatorischer und sequentieller Schaltungsteile.

  • Entwurf komplexerer digitaler Schaltungen und Umsetzung der Schaltung in einem programmierbaren Digitalschaltkreis (FPGA), Rechnergestützter Entwurf der digitalen Schaltungen.

  • Integration der kombinatorischen und sequentiellen Schaltungsteile in eine vorgegebene Digitalschaltungsumgebung.

  • Gemeinsame Inbetriebnahme der vorherigen entworfenen Schaltungsteile mit dem entstandenen Digitalteil.

  • Einblick in den rechnergestützten Entwurfsmöglichkeiten von digitalen Schaltungen erhalten.

Das Konzept und der Aufbau des Labors wurde 2014 mit dem Fellowship für Innovationen in der Hochschullehre des Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.  und der Baden-Württemberg-Stiftung ausgezeichnet.

Profil und Zielsetzung

Das PCB Lab gibt eine anwendungsorientierte Einführung in das Leiterkarten- bzw. PCB-Design. In Form des Wahlpflichtfachs „Leiterplatten/PCBs (= Printed Circuit Boards) entwerfen, fertigen und testen“ wendet sich das Labor an Bachelor-Studierende unterschiedlicher Studiengänge. Folgende Inhalte werden im Rahmen des Kurses behandelt:

• Leiterkartenarten

• Leiterkartenherstellung

• Leiterkartendesign (Mechanische Konstruktion, Bauteileplatzierung, Entflechtung, zu berücksichtigende Dinge für den Leiterkartenhersteller)

• Leiterkartenaufbau mit Bauteilen (SMD; Bedrahtete Bauteile)

• Leiterkartenbestückung

• Lötverfahren

• Leiterplatten-Test- und Inbetriebnahme

• CAE-Tools für das Leiterkartendesign

• Praktischer Entwurf einer Leiterkarte mit einem in der Industrie oft verwendeten CAE-Tool

• Durchführung einer Bestückung und Lötung einer Leiterkarte mit modernden Fertigungsgeräten

• Inbetriebnahme einer Leiterkarte

Jeder Teilnehmer erhält seine selbstbestückte, gelötete und inbetriebgenommene Leiterkarte.