Am Dienstag, den 30.1.2018, besuchten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer der diesjährigen Junior Ingenieur Akademie den Lehrstuhl Mess- und Regeltechnik an der Universität Bayreuth.

Nach einer kurzen Zug- und Busfahrt wurden wir von Herrn Bifano, einem ehemaligen MGFler, der inzwischen seine Masterarbeit am Lehrstuhl MRT schreibt, an der Bushaltestelle abgeholt und in die Räumlichkeiten des Lehrstuhls gebracht. Dort erwartete uns bereits der Lehrstuhlinhaber Prof. Gerhard Fischerauer um die Schülerinnen und Schüler in einer etwa halbstündigen Vorlesung in die Grundlagen der Regeltechnik einzuführen. Dabei erarbeitete Herr Fischerauer schrittweise den Aufbau eines Regelkreises und die Teilnehmer lernten Begriffe wie Messglied, Regelglied, Stellglied und Regelstrecke theoretisch am Beispiel einer Temperaturregelung kennen.

Erstaunen löste die Aussage des Professors aus, dass die Regeltechnik erst seit etwa der Mitte des letzten Jahrhunderts die Prinzipien der Regelung vollkommen verstanden hätten. Um uns das zu verdeutlichen durften die Schülerinnen und  Schüler einmal selbst Regelstrecke spielen und die Information der Höhe einer gehobenen Hand an den Nachbarn weitergeben. Hier wurde jedem schnell klar, dass das Ausgangssignal der Regelstrecke nicht mehr viel mit dem Eingangssignal zu tun hat, was z.B. in mechanischen Systemen durch Resonanzeffekte zur Zerstörung von Bauteilen führen kann.

Nachdem Herr Fischerauer anhand von veröffentlichten Studien ausgeführt hatte, dass die Regelungstechnik in nahezu jedem Bereich der Industrie aber auch des täglichen Lebens Einzug gehalten hat, erschreckte doch das Ergebnis einer weiteren vorgestellten Studie, dass nur eta 20% aller eingesetzter Industrieregler auf Grund von falsch oder gar nicht angepassten Werten oder wegen nicht Berücksichtigung von Nichtlinearitäten einwandfrei funktionieren!

Nach dem Einführungsvortrag ging es dann ins Harry-Nyquist-Labor. Dort wurden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer vom Sicherheitsbeauftragten Herrn Hakberdi zunächst in den einzuhaltenden Sicherheitsvorschriften unterwiesen. Danach ging es dann mit dem praktischen Arbeiten, mit dem Ziel einen arduinogestützen Temperaturregelkreis aufzubauen, los. Hierzu hatte Herr Bifano ein Skript mit Erläuterungen zu den durchzuführenden Versuchen und mit zu bearbeitenden Aufgaben erstellt. Und so konnte noch vor der Pause durch Anwendung des Mathematikstoffs der 8. Klasse die Formel zur Umrechnung der vom Arduino ausgegeben Messwerte in Temperaturen erarbeitet werden.

Für die Mittagspause lud uns der Lehrstuhl in die Mensa ein. Hier durften die Teilnehmerinnen und Teilnehmer mal so richtig Studentenluft schnuppern.

Nach dem Mittagessen ging es dann im Labor weiter. Der Lüfter wurde über eine vorbereitete Platine über Leistungstransistoren an den Arduino angeschlossen und musste durch ein selbst geschriebenes Programm angesprochen werden. Gleiches galt es für den Heizwiderstand zu tun. Im Anschluss ging dann darum, die Temperatur, die der Messfühler - ein MCP9700A - ausgab, mit den vorher erarbeiteten Formel über den seriellen Plotter am Monitor auszugeben. Nun endlich konnte von den Vierergruppen die komplette Regelstrecke aufgebaut werden. Dabei konnte man über ein Drehpotentiometer die Zieltemperatur einstellen und der Arduino schaltete Heizwiderstand und Lüfter passend so dazu, dass die Zieltemperatur erreicht und auch gut gehalten wurde. 

Um die Arbeitsgruppen über den Tag verteilt etwas zu verkleinern, wurde parallel zur Arbeit im Nyquist-Labor pro Gruppe ein Schüler von Herrn Hakberdi abgezogen. Im benachbarten Labor durften die Teilnehmer dann ihre Fertigkeiten im Abisolieren von Litze, Verzinnen, Anlöten des Kabels an einen Stecker und Schrumpfschlauch schrumpfen verbessern.

Weitere Höhepunkt waren die Besichtigung des lehrstuhleigenen Bestückungsautomaten für SMD-Bauteile und der Lötwelle. Auch einen kleinen Reinraum besitzt der Lehrstuhl, den die Schüler zumindest durch die Glasscheiben von außen inspizieren durften und zu dem sie ihre Fragen stellen konnten.

Um halb vier waren schließlich von allen Gruppen alle Aufgaben zum Regelkreis bearbeitet und Herr Bifano führte uns noch den Regeltechniktrainer vor, bei dem Wasserhöhe in einem Auffangbecken, Durchflussmenge und Temperatur unabhängig von einander geregelt werden können. Schön war bei diesem Versuch zu sehen, dass die Regelung träge reagiert, was zu Überschwingern bei der zu regelnden Größe führte.

Um 16:00 traten wir nach einem ereignisreichen Tag die Heimreise an. Wir bedanken uns am dieser Stelle herzlich bei Herrn Prof. Fischerauer für die zur Verfügung gestellte Zeit und Manpower seines Lehrstuhls, bei Herrn Bifano für die Ausarbeitung des Tagesablaufs und des Skripts und seiner Betreuung der Schülerschaft und bei Herrn Hakberdi für die Verfeinerung der Fertigkeiten der Schüler im Löten.

 

Wolfgang Lormes