Der Begriff Mechatronik entstand Ende der 60er bis Mitte der 70er Jahre in Japan. Ursprünglich bezeichnete er den Einsatz der sich entwickelnden Mikroprozessoren zur Steuerung von Maschinen und Anlagen. Heute umfasst der Begriff Mechatronik wesentlich mehr, ohne dass sich jedoch eine einheitliche Definition herausgebildet hat.

Mechatronische Systeme haben die Aufgabe, mit Sensorik, Prozessorik, Aktorik und Elementen der Mechanik, Elektronik und Informatik sowie anderer funktionell erforderlichen Technologien, Energie, Stoff und / oder Information umzuwandeln, zu transportieren und /oder zu speichern.

Im Fach Mechatronik werden technische Objekte und Verfahren behandelt, die einer oder mehreren klassischen Disziplinen der Technik zuzuordnen und unter verschiedenen, auch die Technikwissenschaften übergreifenden Fragestellungen zu untersuchen sind. Während in der Einführungsphase die Förderung eines grundlegenden Technikverständnisses im Vordergrund steht, werden in der Qualifikationsphase Technikschwerpunkte angeboten, die den Berufsbezug in der Fachrichtung Mechatronik verstärken.

Technikwissenschaft, Technologie und technische Kommunikation bilden eine inhaltliche Einheit und somit das Profil des beruflichen Gymnasiums. Dabei sind die Technologiekurse als Basis zum Verständnis der komplexen Lernhandlungen der Technikwissenschafts-Kurse zu sehen. Die inhaltliche Ausgestaltung der schriftlichen Abiturprüfung ergibt sich aus den Technikwissenschafts-Kursen Q1-Q3, schließt aber aufgrund der Verzahnung von Technologie und Technikwissenschaft auch das in Technologie-Kursen erworbene Grundverständnis ein.Der Kurs Technikwissenschaft – Ergänzung eröffnet die Möglichkeit, Projekte unter Berücksichtigung schulspezifischer Gegebenheiten umzusetzen.

Themenliste

Jahrgangsstufe 11 (E1/E2)

• Mechatronik Grundlagen
• Arbeitssicherheit und Umweltschutz
• Produktionsprozesse und Fertigungsprozesse analysieren
• Fertigungsmaschinen beschreiben, erklären und unterscheiden
• Fügeverfahren analysieren
• Fertigungsabläufe planen, umsetzen und kontrollieren
• Fertigungswerkstoffe beurteilen und auswählen
• Elektrotechnische Grundschaltungen analysieren, simulieren und herstellen
• Schaltungen mit nichtlineraren Bauelementen analysieren
• Messungen durchführen und auswerten
• Energieversorgung analysieren und bewerten

Während der Einführungsphase erworbene Kernkompetenzen der Mechatronik:

Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage ...

• Produktions- und Fertigungsprozesse unter Einbeziehung von Werkstoffen zu analysieren, zu planen und zu kontrollieren und deren Ergebnisse zu bewerten.
• Sie erstellen dabei Arbeitspläne und bestimmen Fertigungswerkstoffe unter anwendungstechnischen Gesichtspunkten.
• unter Beachtung von Arbeitssicherheit- und des Umweltschutzaspekten Fertigungsprozesse zu planen, durchzuführen, kontrollieren und bewerten.
• elektrische Grundschaltungen zu simulieren und messtechnisch zu untersuchen.
• Werkstücke und Baugruppen zu konstruieren und diese in den verschiedenen
• Darstellungen mittels CAD-Software zu dokumentieren.
• Schaltpläne und reale Schaltungen zu analysieren und diese mittels CAD-Software zu dokumentieren.
• unter Berücksichtigung der Schwerpunktausrichtung der jeweiligen Schule, Anwendersoftwareprogramme fachgerecht anzuwenden und Softwarelösungen zu erstellen.

Jahrgangsstufe 12/ 1. Hj.  (Q1):  Analogtechnik

• Grundschaltungen entwickeln
• Transistorschaltungen entwickeln
• Mehrschichthalbleiter anwenden
• Messsignale mit Operationsverstärkern
• Verarbeiten

Jahrgangsstufe 12/ 2. Hj.  (Q2): Automatisierung von Funktionseinheiten

• Steuerungsprobleme analysieren
• Kombinatorische und Ablaufsteuerungen entwickeln
• Einfache Regelkreise entwickeln

Jahrgangsstufe 13/ 1. Hj.  (Q3): Mechanische Funktionseinheiten

• Getriebe analysieren und dimensionieren
• Kupplungen und Bremsen analysieren und rechnerisch überprüfen

Jahrgangsstufe 13/ 2. Hj.  (Q4): TW-Q4: Produktions- und Prozessabläufe

• Fertigungs-, Produktions- oder Montageprozesse analysieren

In den Technikwissenschaftskursen der Qualifikationsphase erworbene Kernkompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage ...

• Halbleiterschaltungen anwendungsbezogen zu dimensionieren und diese fachgerecht einzusetzen.
• kombinatorische, sequentielle, zeitabhängige Steuerungen sowie einfache Regelungen zu analysieren und problemorientiert zu entwerfen. Sie können diese an Modellaufbauten oder realen Anlagen betreiben.
• mechanischen Funktionseinheiten zur Energieübertragung hinsichtlich Anwendung, Aufbau und Funktion zu analysieren.
• automatisierte Fertigungs-, Produktions- oder Montageprozesse zu analysieren. Sie können insbesondere das Zusammenwirken der Teilsysteme untersuchen und einen Teilprozess aus den Bereichen CAD/CAM, Qualitätsmanagement, Automatisierungstechnik oder Handhabungstechnik exemplarisch bearbeiten.

Jahrgangsstufe 11/ 1. Hj.  (E1):

Schulspezifische Softwareanwendungen im Schwerpunkt Mechatronik einsetzen

Jahrgangsstufe 11/ 2. Hj.  (E2): 

Fertigung mechatronischer Systeme (Praxisphase)

Jahrgangsstufe 12/ 1. Hj.  (Q1): Mechanische Komponenten dimensionieren

• Kräftesysteme analysieren
• Auflagerkräfte bestimmen
• Werkstoffeigenschaften beurteilen
• Festigkeitsnachweise führen
• Bauteile dimensionieren

Jahrgangsstufe 12/ 2. Hj.  (Q2):  Mechanische Funktionselemente

• Lagerungs- und Übertragungselemente auswählen
• Wellen- Nabenverbindungen analysieren
• Gestaltung von Baugruppen

Jahrgangsstufe 13/ 1. Hj.  (Q3):  Wechselstromtechnik

• Wechselspannung erzeugen
• Wechselstromverhalten untersuchen
• RL, RC, RLC Reihen und Parallelschaltung anwenden
• Jahrgangsstufe 13/ 2. Hj.  (Q4): Antriebselemente
• Dreiphasenwechselstrom
• Stern- und Dreieckschaltungen analysieren
• Funktionsweise und Eigenschaften von Asynchron- und Synchronmaschinen kennen

In den Technologiekursen der Qualifikationsphase erworbene Kernkompetenzen:

Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage ...

• Kräftesysteme zu analysieren, Kräfte und Momente zu ermitteln und Festigkeitsnachweise an Bauteilen unter Berücksichtigung der Werkstoffeigenschaften zu führen.
• mechanische Funktionselemente hinsichtlich Funktion und Anwendung zu analysieren. Sie können deren Auswahl in Baugruppen begründen und alternative Lösungen entwickeln.
• das Wechselstromverhalten realer Bauelemente zu beschreiben und dieses in Schaltungszusammenhängen zu analysieren.
• die Eigenschaften von Drehstromverbrauchern zu analysieren und zu beschreiben.
• Darüber hinaus können die Schülerinnen und Schüler in Ergänzung eines Leistungskurses Projektaufträge zu mechatronischen Systemen in weitgehend selbständigen Teams analysieren, umfassend bearbeiten, reflektieren und präsentieren.