Download pdf - Modulhandbuch fürdieStudiengänge Medizintechnik ... · 1 GemeinsamePﬂichtmodulefüralledrei Studiengänge 1.1MathematikI Fach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss

Modulhandbuchfür die Studiengänge

Medizintechnik, Optik und Lasertechnik undSportmedizinische Technik

1. März 2016

Hochschule KoblenzRheinAhrCampus

Fachbereich Mathematik und Technik

Inhaltsverzeichnis

1 Gemeinsame Pflichtmodule für alle drei Studiengänge 31.1 Mathematik I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Mathematik II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3 Mathematik III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.4 Physik I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.5 Physik II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.6 Physik III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.7 Informatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.8 Wirtschaft und Sprachen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.9 Elektrotechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.10 Mess- und Sensortechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.11 Signalverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.12 Digitaltechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.13 Regelungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.14 Praktische Studienphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.15 Bachelorarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.16 Bachelorkolloquium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2 Pflichtmodule für den Studiengang Medizintechnik 212.1 Grundlagen der Medizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2 Bildgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.3 Funktionsdiagnostik und Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.4 Robotik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.5 Bildverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.6 Medizinische Gerätetechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.7 Laboranalytik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3 Pflichtmodule für den Studiengang Optik und Lasertechnik 283.1 Grundlagen der Optik und Lasertechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.2 Lasermesstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.3 Lasermaterialbearbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.4 Laserphysik und Lichtwellenleitertechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.5 Optikrechnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.6 Optik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.7 Optische Analytik und Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4 Pflichtmodule für den Studiengang Sportmedizinische Technik 364.1 Grundlagen der Medizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.2 Robotik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.3 Angewandte Sportmedizinische Messtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.4 Ergonomie und Prävention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.5 Leistungsdiagnostik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.6 Mathematische Methoden im Sport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.7 Sportgeräte und Materialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

1 Gemeinsame Pflichtmodule für alle dreiStudiengänge

1.1 Mathematik IFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss

semester größe zeit/h1 Vorlesung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2 PL: Klausur

Übung – k.A. 30 (2 SWS) 30 1Selbststudium 150 – 5 –

Summe – – – 240 90 8 –

Modulbeauftragte(r): Ankerhold Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Ankerhold, Hahn, Kohns, SchmidtZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik

Lernergebnisse und Kompetenzen

Die Studierenden beherrschen die mathematischen Grundlagen, die die Basis für alle naturwissenschaftlich-technischen Fächer des Studiums darstellen. Sie sind in der Lage, mit Werkzeugen der Mathematik natur-wissenschaftliche Probleme zu beschreiben und anschließend zu lösen. Sie können Probleme abstrahieren,klar strukturieren und mathematisch formulieren. Sie verstehen es, eine Lösungsstrategie selbstständig zuentwickeln und damit die Lösung eines mathematischen Problems zu finden. Sie sind in der Lage, an derTafel eigene Lösungen der gestellten Aufgaben den übrigen Kursteilnehmern zu präsentieren.

Inhalt

Grundlegende Begriffe über Mengen, Menge der reellen Zahlen, Anordnung der Zahlen, Ungleichung, Be-trag, Teilmengen und Intervalle, Gleichungen, Lineare Gleichungen, Quadratische Gleichungen, Gleichun-gen vom Grad > 2, Wurzelgleichungen, Betragsgleichungen, Ungleichungen, Lineare Gleichungssysteme,Der Gaußsche Algorithmus, Fakultät und der binomische Lehrsatz, Der Binominalkoeffizient, Das Pas-calsche Dreieck, Partialbruchzerlegung, Echt und unecht gebrochenrationale Funktionen, Einsetzmethodeund Koeffizientenvergleich, Vektoralgebra, Grundbegriffe, Vektorrechnung in der Ebene, Vektorrechnungim 3-dimensionalen Raum, Determinanten, Rechenregeln für Determinanten, Entwicklung von Determi-nanten höherer Ordnung, Regel von Sarrus für 3-reihige Determinanten, Laplace’scher Entwicklungssatz,Rechenregeln für n-reihige Determinanten, Regeln zur praktischen Berechnung einer n-reihigen Determi-nante, Lineare Algebra – Reelle Matrizen, Transponierte einer Matrix, Spezielle quadratische Matrizen,Gleichheit von Matrizen, Rechenoperationen für Matrizen, Anwendungsbeispiel: ABCD-Matrizen in derOptik, Reguläre Matrix, inverse Matrix, orthogonale Matrix, Spezielle Matrizen zur Drehung von Koordi-natensystemen, Lösung von (m×n)-Gleichungssystemen, Rang einer Matrix, Eigenwerte und Eigenvekto-ren quadratischer Matrizen, Funktionen und Kurven, Allgemeine Funktionseigenschaften, Grenzwert undStetigkeit von Funktionen, Ganzrationale Funktionen (Polynomfunktionen), Gebrochenrationale Funktio-nen, Geradengleichung, Parabelgleichung, Scheitelpunktform, Potenz- und Wurzelfunktionen, Trigonome-trische Funktionen, Exponentialfunktionen, Logarithmusfunktionen, Exponential- und Logarithmusglei-chungen, Hyperbelfunktionen, Differentialrechnung, Differenzierbarkeit einer Funktion, Ableitungsregeln,

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1 Gemeinsame Pflichtmodule für alle drei Studiengänge

Anwendungen der Differentialgleichung.

Bemerkungen

Die Übungen finden in einer Gruppengröße von etwa zwanzig Studierenden statt. Zur Unterstützung desSelbststudiums werden wöchentlich Übungsblätter verteilt.

Literatur

L. Papula: Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler. Band I+II, ViewegI.N. Bronstein, K.A. Semendjajew: Taschenbuch der Mathematik. Harri Deutsch

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1.2 Mathematik IIFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss



Summe – – – 240 90 8 –

Modulbeauftragte(r): Ankerhold Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Ankerhold, Hahn, Kohns, SchmidtZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Mathematik IVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die in dem Modul Mathematik I genannten Kompetenzen werden weiter ausgeprägt, das Fachwissen umdie im folgenden Abschnitt genannten Themen erweitert.

Inhalt

Integralrechnung, Integration als Umkehr der Differentiation, Das bestimmte Integral als Flächenin-halt, Uneigentliche Integrale, Unbestimmtes Integral und Flächenfunktion, Der Fundamentalsatz derDifferential- und Integralrechnung, Elementare Integrationsregeln, Anwendungen der Integralrechnung,Komplexe Zahlen und Funktionen, Definition und äquivalente Darstellungsformen einer komplexen Zahl,Komplexe Rechnung, Komplexes lineares Gleichungssystem, Radizieren (Wurzelziehen), Natürlicher Lo-garithmus einer komplexen Zahl, Anwendungen der komplexen Rechnung bei Schwingungsvorgängen,Reihen, Unendliche Reihen, Konvergenzkriterien, Potenzreihen, Taylor-Reihen, Fourier-Reihen, Differen-tialrechnung für Funktionen von mehreren Variablen, Definition einer Funktion von mehreren unabhängi-gen Variablen, Analytische Darstellungsformen einer Funktion, Graphische Darstellungsformen, PartielleDifferentiation, Das totale oder vollständige Differential einer Funktion, Differentiation nach einem Para-meter, Mehrfachintegrale, Doppelintegrale, Dreifachintegrale.

Bemerkungen


Literatur

L. Papula: Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler. Band I-III, ViewegI.N. Bronstein, K.A. Semendjajew: Taschenbuch der Mathematik. Harri Deutsch

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1.3 Mathematik IIIFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss



Summe – – – 210 90 7 –

Modulbeauftragte(r): Ankerhold Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Ankerhold, Hahn, Kohns, SchmidtZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Mathematik I und IIVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die in dem Modul Mathematik I genannten Kompetenzen werden weiter ausgeprägt, das Fachwissen umdie im folgenden Abschnitt genannten Themen erweitert.

Inhalt

Gewöhnliche Differentialgleichungen, Definition einer gewöhnlichen Differentialgleichung, Differentialglei-chungen 1. Ordnung, lineare Differentialgleichungen 2. Ordnung mit konstanten Koeffizienten, lineare Dif-ferentialgleichungen n-ter Ordnung mit konstanten Koeffizienten, Systeme linearer Differentialgleichungen,ebene und räumliche Kurven, vektorielle Darstellung einer Kurve, Differentiation eines Vektors nach ei-nem Parameter, Bogenlänge einer Kurve, Tangenten- und Hauptnormaleneinheitsvektor, natürliche Dar-stellung einer Kurve, Krümmung einer Kurve, Flächen im Raum, vektorielle Darstellung einer Fläche,Flächenkurven, Tangentialebene, Flächennormale, Flächenelement, gerichtetes Flächenelement , Flächenvom Typ , Skalar- und Vektorfelder, Definition von Skalar- und Vektorfeldern, spezielle Vektorfelder,Gradient eines Skalarfeldes, Eigenschaften des Gradienten, Richtungsableitung, Divergenz und Rotationvon Vektorfeldern, Divergenz eines Vektorfeldes, Rotation eines Vektorfeldes, spezielle Vektorfelder, quel-lenfreie Vektorfelder und wirbelfreie Vektorfelder, Laplace- und Poisson-Gleichung, Übersichtstabelle mitRechenregeln für Differentialoperatoren, spezielle ebene und räumliche Koordinatensysteme, Darstellungeines Vektors Polarkoordinaten, Differentialoperatoren in Polarkoordinaten, Darstellung eines VektorsZylinderkoordinaten, Differentialoperatoren in Zylinderkoordinaten, Basistransformation in Zylinderko-ordinaten, zylindersymmetrische Vektorfelder, Darstellung eines Vektors Kugelkoordinaten, Differential-operatoren in Kugelkoordinaten, Basistransformation in Kugelkoordinaten, Kugelsymmetrische Vektor-felder (Zentralfelder), Übersichtstabelle zu Differentialoperatoren in verschiedenen Koordinatensystemen,Integralrechnung, Definition eines Linien- oder Kurvenintegrals, Wegunabhängigkeit eines Linien- oderKurvenintegrals – Konservative Vektorfelder, Definition eines Oberflächen- oder Flussintegrals, Berech-nung eines Oberflächenintegrals, Oberflächenintegrale in Parameterdarstellung, Integralsatz von Gauß imRaum, Gaußsche Integralsatz in der Ebene, Integralsatz von Stokes – Zirkulation und Wirbelfluss, Über-tragungstheorie linearer Systeme, reelle Darstellungen einer periodischen Funktion als Fourier-Reihe, kom-plexe Darstellung einer Fourier-Reihe, Fourier-Transformation, Satz von Dirichlet-Jordan, Rechenregelnbei der Fourier-Transformation, Faltungsregel, Parsevalsche Gleichung, Eigenschaften der Fourier-Trans-formation, wichtige Fourier-Transformierte, Rechteckfunktion, Sprungfunktion, Delta-Funktion, diskreteFourier-Transformation (DFT), Schnelle Fourier-Transformation (FFT).

Bemerkungen


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Literatur

L. Papula: Mathematik für Ingenieure und Naturwissenschaftler. Band I-III, ViewegI.N. Bronstein, K.A. Semendjajew: Taschenbuch der Mathematik. Harri Deutsch

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1.4 Physik I

Fach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschlusssemester größe zeit/h

1 Vorlesung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2 PL: KlausurÜbung – k.A. 30 (2 SWS) 30 1 –Selbststudium 150 – 5 –

2 Praktikum – k.A. 60 25 2 SL: TestateSumme – – – 300 115 10 –

Modulbeauftragte(r): Holz Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Holz, Kohl-Bareis, Neeb, SlupekZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die Studierenden kennen die grundlegenden Begriffe der klassischen Mechanik wie Kraft, Arbeit, Energie,sowie die Erhaltungssätze und die Newton’schen Axiome. Sie können die Bewegungsgleichung eines Kör-pers unter der Wirkung verschiedener Kräfte aufstellen und deren Lösung ermitteln. Sie sind in der Lage,physikalische Sachverhalte mathematisch zu beschreiben.

Inhalt

Physikalische Größen, Maßsysteme, Einheiten, mathematische Methoden und Schreibweisen, Kinematikdes Massenpunktes, Newton’sche Axiome, Festtigkeitslehre (Normalspannung, Schubspannung, Zugbean-spruchung, Druckbeanspruchung, Poissonzahl und E-Modul), Scheinkräfte, Newton’sche Bewegungsglei-chung, Arbeit und Energie, Leistung, Impuls, Drehbewegung und Rotation, Berechnung von Trägheits-momenten, physikalisches Pendel, Drehimpuls, Gravitation, Schwingungen und Wellen, Akustik, Doppler-Effekt, Gase und Flüssigkeiten in Ruhe, strömende Flüssigkeiten.

Praktikumsinhalt

Messung der Schallgeschwindigkeit in Luft, Messung der Schallgeschwindigkeit in Flüssigkeiten, mathe-matisches Pendel und Reversionspendel, Wheatstone’sche Brücke, Luftkissenbahn.

Bemerkungen

Vor der Teilnahme an dem Praktikum muss die Klausur bestanden worden sein.

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1.5 Physik II


2 Vorlesung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2 PL: KlausurÜbung – k.A. 30 (2 SWS) 30 1Selbststudium 120 – 4 –

3 Praktikum – k.A. 60 25 2 SL: TestateSumme – – – 270 115 9 –

Modulbeauftragte(r): Holz Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Holz, Kohl-Bareis, Neeb, SlupekZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Vorlesung und Übungen von Physik IVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die Studierenden kennen die grundlegenden Begriffe der Thermodynamik wie Temperatur, Volumenar-beit, Wärmemenge, Entropie sowie die Hauptsätze der Thermodynamik. Sie können die Zustände vonSystemen durch die Zustandsgrößen charakterisieren und Zustandsänderungen mathematisch beschreibenund in Diagrammen darstellen.Die Studierenden sind mit den grundlegenden Begriffen der Elektrostatik/-dynamik vertraut und kennendie Funktionsweise der elementaren Bauteile Kondensator und Spule. Sie sind in der Lage, Wechselwirkun-gen mit Hilfe von elektrischen und magnetischen Feldern und Potentialen zu beschreiben. Sie kennen dieKopplung in elektromagnetischen Feldern, deren Wellenausbreitung und deren mathematische Beschrei-bung. Sie können einfache physikalische Systeme in MATLAB oder einer anderen Programmierumgebungsimulieren und visulalisieren.

Inhalt

Thermodynamik: Temperatur, Thermometer, thermische Ausdehnung von Körpern, Zustandsgleichungenidealer und realer Gase, kinetische Gastheorie, Wärmekapazität und spezifische Wärme, Wärmestrahlung,1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik, Volumenarbeit und deren Darstellung im pV-Diagramm, Zu-standsänderungen.Elektrodynamik: Elektrische Ladung, Leiter, Nichtleiter, Influenz, Coulomb’sches Gesetz, elektrisches Feld,Feldlinien, Bewegung von Punktladungen in elektrischen Feldern, Multipole, Gauß’sches Gesetz, Ladungenund Felder auf Oberflächen von Leitern, Potential und Potentialdifferenz, potentielle Energie, Äquipoten-tialflächen, Kapazität, Dielektrika, elektrostatische Energie, Magnetfeld, Lorentzkraft, Bewegung von La-dungen im Magnetfeld, Biotsavart’sches Gesetz, Ampere’sches Gesetz, magnetische Induktion, Lenz’scheRegel, Maxwellgleichungen.

Praktikumsinhalt

Messung des Planck’schen Wirkungsquantums, Messungen am Plattenkondensator, RC-Glied als Hoch-und Tiefpass, RLC-Glied als Oszillator, Messung der magnetischen Feldstärke, Versuche zur Beugung,Franck-Hertz-Versuche.

Bemerkungen

Vor der Teilnahme an dem Praktikum muss die Klausur bestanden worden sein.

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1.6 Physik III


3 Vorlesung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2 PL: KlausurSelbststudium 90 – 3 –

Summe – – – 150 60 5 –

Modulbeauftragte(r): Holz Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Holz, Kohl-Bareis, Neeb, SlupekZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Physik I, Vorlesung und Übungen von Physik IIVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die Studierenden kennen die grundlegenden Begriffe der Optik wie Reflexion, Brechung, Interferrenz undPolarisation. Sie können mit Hilfe der geometrischen Optik und der Wellenoptik die Ausbreitung von Lichtbeschreiben und sind mit Absorption und Streuung bei Durchgang durch Materie vertraut.Die Studierenden können mit Hilfe des Bohr’schen Atommodells und den Prinzipien der Atomphysikden Aufbau der Materie und die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie erklären. Sie kennen diegrundlegenden klassischen Versuche, die zur Quantenmechanik geführt haben.

Inhalt

Licht, Lichtgeschwindigkeit, Huygens’sches Prinzip, Reflexion, Brechung, Fermat’sches Prinzip, Polari-sation, geometrische Optik, Abbildungsgleichung, Abbildungsfehler, optische Instrumente (Auge, Lupe,Mikroskop, Fernrohr), Kohärenz, Interferenz an dünnen Schichten, Michelson-Interferrometer, Interferenzam Spalt, Doppelspalt und Gitter, Fraunhofer- und Fresnel’sche Beugung, Auflösungsvermögen optischerInstrumente.Bohr’sche Postulate und Wasserstoffatom, Energiequantisierung, Planck’sches Wirkungsquantum, pho-toelektrischer Effekt, Compton-Streuung, Röntgenstrahlung, Welleneigenschaften von Elektronen, Quan-tenmechanik, Welle-Teilchen-Dualismus, Unschärferelation, magnetische Momente und Elektronenspin,Stern-Gerlach-Versuch, Periodensystem.

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1.7 InformatikFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss

semester größe zeit/h1 Vorlesung – k.A. 30 (2 SWS) 30 1 –

Übung – k.A. 30 (2 SWS) 30 1 –Selbststudium 90 – 3 –

2 Vorlesung – k.A. 15 (1 SWS) 15 0,5 PL: KlausurÜbung – k.A. 15 (1 SWS) 15 0,5Selbststudium 30 – 1 –

Summe – – – 210 90 7 –

Modulbeauftragte(r): Schmidt Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Schmidt, Ankerhold, Hartmann, Hahn, Kohl-Bareis, KohnsZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Erster Abschnitt: Die Studierenden besitzen eine gute Kenntnis des Innenlebens eines Computers. Sie sindmit dem Betriebssystem Windows und Entwicklungsumgebungen zur Erstellung eigener Programme ineiner prozeduralen Programmiersprache vertraut. Sie beherrschen neue Werkzeuge der Programmiertech-nik. Sie können selbständig ausgewählte Algorithmen konzipieren, die Konzepte programmiertechnischumsetzen und die erfolgreiche Ausführung dokumentieren. Insbesondere beherrschen die StudierendenBerechnungen mit Zufallzahlen, Stringoperationen, Feldern, Schleifen und Boolscher Algebra sowie trigo-nometrische Berechnungen und Sortieralgorithmen, Monte-Carlo-Simulationen und die lineare Regression.Zweiter Abschnitt: Die Studierenden beherrschen das in den Bereichen Steuerung/Regelung, numeri-sche Modellierung, Auswertung und graphische Darstellung von Experimentaldaten häufig anzutreffendeSoftware-Werkzeug MATLAB. Sie können sich und anderen die Inhalte der Physik- und Mathematikvor-lesungen mit Hilfe von MATLAB veranschaulichen.

Inhalt

Erster Abschnitt: Einführung in die Begriffe der Informatik; praktisches Training am Betriebssystem (Li-nux, Windows); C als Beispiel einer prozeduralen Programmiersprache; einfache Datentypen; Operatoren;Steueranweisungen (Schleifen, Verzweigungen); Felder; Funktionen; Adressen und Zeiger; komplexe Da-tentypen (Strukturen); dynamische Speicherverwaltung.Zweiter Abschnitt: Einführung in MATLAB; Programmierung von Schleifen zur Erstellung und Analysevon Daten; numerische Probleme (lineare Gleichungssysteme); graphische Darstellung von Ergebnissen;Importieren und Exportieren von Daten in verschiedenen Formaten; Entwicklung von Analysestrategi-en anhand von Beispielen aus der Medizin- und Lasertechnik (z. B. Auswertung von EEG-Daten, MRI-Datensatz, Zeit- und Frequenzanalyse); Einführung in JAVA.

Bemerkungen

Die Klausur beinhaltet den Stoff beider Semester.

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1.8 Wirtschaft und Sprachen


1 Vorlesung – k.A. 45 (3 SWS) 45 1,5 s. BemerkungenÜbung – k.A. 15 (1 SWS) 15 0,5 s. BemerkungenSelbststudium 60 – 2 –

2 Vorlesung – k.A. 15 (1 SWS) 15 0,5 s. BemerkungenÜbung – k.A. 15 (1 SWS) 15 0,5 s. BemerkungenSelbststudium 30 – 1 –

Summe – – – 180 90 6 –

Modulbeauftragte(r): Faulstich Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: LehrbeauftragteZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Wirtschaft: Die Studierenden haben einen Überblick über die rechtlichen Grundlagen des Geschäftsver-kehrs. Sie kennen die kaufmännischen Grundlagen und verstehen die grundlegende Aspekte der Unterneh-mensführung.Sprachen: Die Studierenden sind in der Lage, in einem internationalen Umfeld Ideen und Konzepte wirk-sam zu strukturieren, präsentieren, argumentieren und zu befördern.

Inhalt

Wirtschaft: Rechtliche Grundlagen des Geschäftsverkehrs: Vertragsrecht, Handelsrecht, Arbeitsrecht, Ge-sellschaftsrecht, Grundlagen des Patent- und Markenrechts, Umsatzsteuerrecht; allgemeine Einführung indie kaufmännischen Grundlagen: Definition des Kaufmanns, Wirtschaftsformen, Handelsgeschäfte; Grund-züge des Unternehmens: Produktidee, Unternehmensgründung, Unternehmensziele, Unternehmensfinan-zierung, Standortwahl, Unternehmensorganisation, Business-, Ertrags- und Liquiditätsplanung; betriebli-ches Rechnungswesen: Kostenrechnung, Bilanz, Buchführung, Abschreibung, Liquidität.Sprachen: In unterschiedlichen thematischen Einheiten werden folgende kommunikative Kompetenzen inden Vordergrund gestellt: meeting new business partners and making Small Talk; introducing yourself;talking about jobs and hierarchies; telephoning, talking about urgency and getting things done on time;developing and giving a short presentation (formal and informal); running a meeting – Setting objectivesand getting people involved; listening and taking turns in discussions; clarifying problems and suggesting /promising action; comparing alternatives and making a recommendation; negotiating successfully; writinginformal emails, short memos, factual reports and minutes; dealing with formal correspondence; reviewingaction and celebrating success.

Bemerkungen

Wirtschaft: Am Ende des ersten Semesters findet eine benotete Klausur statt. Sprachen: Die Leistungsfest-stellung findet kursbegleitend (continuous assessment) in beiden Kurseinheiten statt. Sie kann schriftliche(Hausarbeiten, Essays, Klausuren, Tests . . . ) und mündliche (Präsentation, Mitwirkung an Planspielen,etc.) Elemente enthalten.

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1.9 ElektrotechnikFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss



3 Praktikum – k.A. 60 20 2 SL: Testate und prak-tische Prüfung

Summe – – – 330 140 11 –

Modulbeauftragte(r): Carstens-Behrens Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Junglas, Carstens-Behrens, GubaidullinZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die Studierenden kennen die wichtigsten Grundbegriffe und grundlegenden Bauelemente der Elektro-technik. Sie können vorgegebene Schaltungen berechnen, einfache Schaltungen entwerfen und mit einemSimulationsprogramm simulieren. Sie erkennen Teilschaltungen einer einer größeren Schaltung und kennenderen Funktion. Die Studierenden verstehen es, Schaltungen aufzubauen, und können Oszilloskope undMultimeter problembezogen einsetzen. Sie wissen, wie Messwerte aufgenommen, ausgewertet und richtiginterpretiert werden.

Inhalt

Grundbegriffe, Simulationsprogramm (z. B. qucs), Netze an Gleichspannungen, Kondensator und Spu-le, Netze an Sinusspannungen, Drehstrom, Bode-Diagramm, Schwingkreise, passive Filter 1. Ordnung,Halbleiterbauelemente, analoge Schaltungen, ausgewählte Elektromotoren.

Praktikumsinhalt

Digitaloszilloskop und Multimeter, Operationsverstärkerschaltungen, optischer Pulssensor, Kippschaltun-gen, Messschaltungen, Schaltungssimulation.

Bemerkungen

Begleitend zur Vorlesung werden wöchentlich Übungsblätter ausgegeben, die im Rahmen des Selbststudi-ums bearbeitet werden müssen. Die erfolgreiche Bearbeitung der Übungsblätter qualifiziert zur Teilnahmean der Klausur. Vor der Teilnahme am Praktikum muss die Klausur bestanden worden sein. Das Praktikumgilt als bestanden, wenn alle Versuche testiert sind und danach eine praktische Prüfung studienbegleitendbestanden wird.

Literatur

Nerreter, W.: Grundlagen der Elektrotechnik. Hanser Verlag, 2006Frohne, H.: Grundlagen der Elektrotechnik. Teubner, 2006Naundorf, U.: Analoge Elektronik. Hüthig, 2001 Meister

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1.10 Mess- und SensortechnikFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss


Übung – k.A. 30 (2 SWS) 30 1Vortrag – k.A. 30 1 1 SL: VortragSelbststudium 90 – 3 –

Summe – – – 210 91 7 –

Modulbeauftragte(r): Carstens-Behrens Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Carstens-BehrensZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: ElektrotechnikVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die Studierenden kennen die wichtigsten Fachbegriffe der Mess- und Sensortechnik sowie die grundlegendenMessprinzipien für die gängigsten Messaufgaben. Sie können einfache messtechnische Problemstellungenerfassen und eigenständig Lösungen erarbeiten. Sie sind in der Lage, sich selbständig in ein vorgegebe-nes Thema einzuarbeiten, ihr Wissen dazu zu vertiefen, es aufzubereiten und anderen Studierenden zuerklären.

Inhalt

Begriffsdefinitionen und Normen, Messabweichungen, Messverfahren und Messeinrichtungen, verschiedeneVerfahren zur Temperaturmessung, Kraft- und Druckmessung, Messung geometrischer Größen; AD-Wand-ler, PC-basierte Messsysteme graphische Programmiersysteme, z. B. LabVIEW.

Bemerkungen

Die Vorträge werden allein oder in Zweiergruppen in einem zeitlichen Umfang von 20 − 30 min im Rahmender Vorlesung gehalten. Ohne Vortrag ist eine Teilnahme an der Klausur ausgeschlossen. Die Übungenfinden als LabVIEW-Übungen im Poolraum statt. Zusätzlich werden in der Vorlesung Übungsaufgabenzum Vorlesungsstoff durchgerechnet. Die Klausur dauert 90 Minuten. Davon stehen 45 Minuten zur Bear-beitung von schriftlichen Aufgaben zur Verfügung, 45 Minuten zur Bearbeitung von LabVIEW-Aufgabenam Rechner. Die LabVIEW-VIs werden ausgedruckt und die Ausdrucke von den Studierenden unter-schrieben. Als Hilfsmittel dürfen ein handbeschriebenes Blatt Papier im Format DIN A4 sowie ein nichtprogrammierbarer Taschenrechner verwendet werden.

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1.11 Signalverarbeitung


3 Vorlesung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2 PL: KlausurÜbung – k.A. 30 (2 SWS) 30 1Selbststudium 120 – 4 –

Summe – – – 210 90 7 –

Modulbeauftragte(r): Bongartz Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: BongartzZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Informatik, Mathematik IIIVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die Studierenden kennen die Grundprinzipien der Signalverarbeitung und verstehen die inhaltlichen Zu-sammenhänge mit den Modulen Mathematik III und Informatik. Sie beherrschen die Betrachtung undInterpretation von Signalen in Zeit- und Frequenzdarstellung. Sie kennen die Funktion der Signalabtas-tung und der damit verbundenen Randbedingungen. Die Studierenden verstehen das Prinzip der digitalenFilter und die grundlegenden Unterschiede zwischen FIR- und IIR-Systemen. Sie sind in der Lage, eineFilteranalyse und (einfache) Filtersynthese durchführen. Sie können digitale Signale mit einem geeignetenSoftware-Paket (z. B. MATLAB oder SciLab) eigenständig bearbeiten und analysieren.

Inhalt

Vorlesung: Grundbegriffe der Signalverarbeitung: lineare, zeitinvariante Übertragungssysteme; Klassifi-zierung von Signalen; Impulsantwort; Faltung von Signalen; Fourier-Reihe; Fourier-Transformation; Fal-tungstheorem; Signalabtastung; Abtasttheorem und Aliasing; Leakage-Effekt, Fast Fourier Transforma-tion; nicht-rekursive und rekursive digitale Filter, FIR- und IIR-Systeme; Filteranalyse; Filtersynthese.In der Vorlesung werden die abstrakt erscheinenden Zusammenhänge der Signalverarbeitung durch Ana-logien aus dem Alltag verdeutlicht. Hier bietet sich unter anderem das Zusammenspiel der Komponenteneiner modernen Musikanlage (CD-Player, Equalizer, Verstärker, Lautsprecher) als Beispiel für ein Über-tragungssystem und eine PC-Soundkarte für die Realisierung digitaler Filter an.Übungen: Hier vertiefen die Studierenden das Erlernte anhand von Rechenaufgaben mit „Papier und Blei-stift“ und durch Anwendungsbeispiele am Computer unter Verwendung eines geeigneten Software-Paketes(z. B. MATLAB oder SciLab).

Bemerkungen

Die regelmäßige Teilnahme an den Übungen qualifiziert zur Teilnahme an der Klausur.

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1.12 Digitaltechnik


4 Vorlesung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2 PL: KlausurPraktikum – k.A. 45 20 1,5 SL: TestateSelbststudium 120 – 4 –

Summe – – – 225 80 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Gubaidullin Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Gubaidullin, JunglasZwingende Voraussetzungen: InformatikInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Eng. Software

Engineering im Gesundheitswesen, B. Sc. Sportmedizinische Technik


Die Studierenden kennen die wichtigsten Zahlendarstellungsformen sowie Zahlen- und Zeichencodes. Siebeherrschen die Grundlagen der booleschen Algebra und sind in der Lage, eine boolesche Funktion in derkonjunktiven und in der disjunktiven Normalform darzustellen. Sie können ein Schaltnetz entwerfen undminimieren. Sie kennen Latches, Flipflops, endliche Automaten und Standardschaltwerke und können eineinfaches Schaltwerk synthetisieren. Sie kennen die wichtigsten Hardware-Entwurfsebenen und können dasOperations- und das Rechenwerk eines Systems auf der Register-Transfer-Entwurfsebene synthetisieren.Ihnen sind unterschiedliche Rechnerstrukturen und Methoden zur Leistungssteigerung wie Pipelining undCache-Speicher bekannt. Sie sind in der Lage, einfache Mikroprozessor- und FPGA-basierte Systeme zuentwickeln und zu programmieren.

Inhalt

Zahlendarstellung und Codes (Einer- und Zweierkomplement, Fest- und Gleitkommazahlen, Codes), boole-sche Algebra (boolesche Ausdrücke und Funktionen, Normalformdarstellungen), Schaltnetze (Schaltungs-synthese, Minimierung, Multiplexer, Addierer, Multiplizierer, Shifter, ALU), Schaltwerke (asynchrone undsynchrone Speicherelemente, endliche Automaten, Schaltwerksynthese), Standardschaltwerke (Register,Zähler, Hauptspeicher, SRAM- und DRAM-Speicher), Register-Transfer-Entwurf (Operationswerksynthe-se, Steuerwerksynthese, Mikroprogrammierung), Mikroprozessortechnik, Programmierung von Mikropro-zessoren in C, Rechnerstrukturen (CISC- und RISC-Prozessoren, Pipelining, Cache-Speicher), Program-mierbare Hardware (PLA, FPGA, ASIC), Programmierung von FPGA in VHDL.

Praktikumsinhalt

Programmieren von Mikrocontrollern und FPGAs: Ansteuerung von LEDs, Siebensegmentanzeigen, Text-und Graphikdisplays, digitale Signalverarbeitung.

Bemerkungen

Begleitend zur Vorlesung werden wöchentlich Übungsblätter ausgegeben, die im Rahmen des Selbststudi-ums bearbeitet werden müssen. Die erfolgreiche Bearbeitung der Übungsblätter qualifiziert zur Teilnahmean der Klausur.

Literatur

D. W. Hoffmann: Grundlagen der Technischen Informatik. Carl Hanser Verlag München, 2007W. Schiffmann, R. Schmitz: Technische Informatik 1. Grundlagen der digitalen Elektronik. Springer-VerlagBerlin, Heidelberg, 2004

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1.13 Regelungstechnik


5 Vorlesung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2 PL: KlausurPraktikum – k.A. 45 20 1,5 SL: TestateSelbststudium 120 – 4 –

Summe – – – 225 80 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Gubaidullin Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Gubaidullin, JunglasZwingende Voraussetzungen: Mathematik III, ElektrotechnikInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die Studierenden wissen, wie die Laplace-Transformation in der analogen und die z-Transformation in derdigitalen Regelungstechnik verwendet werden. Sie können für analoge und digitale Systeme die Differential-bzw. Differenzengleichungen aufstellen sowie ihre Gewichts- und Übergangsfunktionen, Übertragungsfunk-tionen und Frequenzcharakteristika bestimmen. Sie können ein zusammengesetztes System mit einemBlockschaltbild darstellen und die Stabilität des Systems im Zeit- und Frequenzbereich analysieren. Siesind in der Lage, eine analoge und eine digitale Regelung zu entwerfen und das Führungs- und Störver-halten der Regelung zu simulieren.

Inhalt

Grundbegriffe der Regelungstechnik, Anforderungen an die Regelung; Laplace-Transformation: Definitionund Anwendungsbereich, Korrespondenzen und Rechenregeln; Beschreibung analoger Systeme: Eingangs-Ausgangs-Beschreibung im Zeit-, Bild- und Frequenzbereich, Grundtypen von Übertragungsgliedern, Zu-standsbeschreibung; Blockschaltbilder analoger Systeme: Rechenregeln, Blockschaltbilder technischer Sys-teme; Stabilität analoger Systeme: numerische und grafische Stabilitätskriterien; Analoge Regelungen: P-,I-, PI-, PD-, PID-Regler, Zustandsregler, Entwurfsverfahren; z-Transformation: Definition und Anwen-dungsbereich, Korrespondenzen und Rechenregeln; Beschreibung digitaler Systeme: Differenzengleichun-gen, z-Übertragungsfunktionen; Stabilität digitaler Systeme: Stabilitätskriterien, Anwendung der Biline-artransformation; Digitale Regelungen: Standardregler, Kompensationsregler, Zustandsregler, Entwurfs-verfahren.

Praktikumsinhalt

Drehzahlregelung: Analyse und Synthese, analog und digital; Füllstandsregelung: Analyse und Synthese,analog und digital; Regelung einer Modellstrecke: Analyse und Synthese, analog und digital.

Bemerkungen


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1.14 Praktische Studienphase


6 Projekt – k.A. 450 15 15 SL: AbschlussberichtSumme – – – 450 15 15 –

Modulbeauftragte(r): Studiengangsleiter Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: alle Dozenten des FachbereichsZwingende Voraussetzungen: mindestens 135 CPInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die Studierenden können ihre im Studium erworbenen Kenntnisse und Fertigkeiten auf Probleme ihresFachgebietes anwenden. Sie sind in der Lage, ihr Wissen problemangepasst zu vertiefen, Problemlösungenzu erarbeiten und sich mit Fachvertretern und Laien über Methoden, Konzepte, Ideen, Probleme undLösungen in ihrem Fachgebiet austauschen.

Inhalt

Die Studierenden arbeiten unter Anleitung an einem Projekt in ihrem Fachgebiet, vorzugsweise in ei-nem Unternehmen oder einer wissenschaftlich-technischen Institution, bei dem/der sie sich eigenständigbeworben haben.

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1.15 BachelorarbeitFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss

semester größe zeit/h6 Projekt – k.A. 360 15 12 PL: Abschlussarbeit

Summe – – – 360 15 12 –

Modulbeauftragte(r): Studiengangsleiter Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: alle Dozenten des FachbereichsZwingende Voraussetzungen: Praktische Studienphase erfolgreich abgeschlossenInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die Studierenden können auf der Grundlage ihrer im Studium erworbenen Methodenkompetenz ein in-genieurwissenschaftliches Teilproblem weitestgehend eigenständig bearbeiten. Sie sind in der Lage (z. B.durch Literaturrecherche) sich den Stand der Technik in dem einschlägigen Fachgebiet eigenständig zu er-arbeiten. Sie können ihren Problemlösungsvorschlag formulieren und iterativ optimieren. Sie haben gelernt,ein eigenes Dokument zu verfassen, das den Qualitätsanforderungen an eine wissenschaftliche Abhandlungentspricht (Darstellung von Material und Methoden, ausführliches und korrektes Literaturverzeichnis, Dis-kussion der Ergebnisse). Sie verteidigen ihren Lösungsansatz und die damit erreichten Ergebnisse in einerabschließenden Präsentation (Kolloquium).

Projekt

Die Studierenden arbeiten weitestgehend selbstständig an einem Projekt in ihrem Fachgebiet, vorzugs-weise in einem Unternehmen oder einer wissenschaftlich-technischen Institution, bei dem/der sie sicheigenständig beworben haben.

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1.16 Bachelorkolloquium


6 Vortrag – k.A. 90 10 3 PL: VortragSumme – – – 90 10 3 –

Modulbeauftragte(r): Studiengangsleiter Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: alle Dozenten des FachbereichsZwingende Voraussetzungen: erfolgreich abgeschlossene BachelorarbeitInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Sportme-

dizinische Technik


Die Studierenden sind in der Lage, vor Publikum und in einem begrenzten zeitlichen Rahmen ihre Aufgabeverständlich zu formulieren, die Problemlösung nachvollziehbar darzustellen sowie ihr Vorgehen und ihreErgebnisse gegenüber Fachvertretern argumentativ zu verteidigen.

Inhalt

Die Studierenden fassen ihre Bachelorarbeit im Rahmen eines 20- bis 30-minütigen Vortrags zusammen undverteidigen ihre Arbeit gegenüber den Betreuern und weiteren Zuhörern des Vortrags. Durch den Besuchanderer Bachelorkolloquien im Vorfeld zum eigenen Kolloquium erhalten die Studierenden Anregungenfür den Aufbau und die Präsentation des eigenen Vortrags.

Bemerkungen

Das Bachelorkolloquium schließt das Studium ab. Es kann erst nach Abgabe der Bachelorarbeit durchge-führt werden. Zur Vorbereitung sind mindestens fünf Bachelorkolloquien anderer Studierender zu hören.Dies kann auch schon vor Beginn der Bachelorarbeit erfolgen.

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2 Pflichtmodule für den StudiengangMedizintechnik

2.1 Grundlagen der Medizin



Summe – – – 150 60 5 –

Modulbeauftragte(r): Junglas Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: TrollZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Sportmedizinische Technik


Die Studierenden beherrschen die für die Medizin- und Sportmedizintechnik relevanten grundlegendenFachtermini der Anatomie und Physiologie. Sie kennen die wichtigen diagnostischen Verfahren, die in derMedizin und der Sportmedizin zur Anwendung kommen. Sie erkennen das Problemfeld, ein klinischesKrankheitsbild mit Hilfe physiologisch-physikalischer Größen zu quantifizieren und somit den klinischenmit dem technologischen Bereich zusammen zu führen. Außerdem sind die Studierenden in der Lage, dieMöglichkeiten zur Wiederherstellung und Optimierung der menschlichen Leistungsfähigkeit auf physiologi-schem Weg zu verstehen. Sie können den Gesundheitswert von sportlichen Belastungen und rehabilitativenMaßnahmen grob beurteilen.

Inhalt

An erster Stelle steht die Vermittlung des Aufbaus von Knochen, Muskeln, Blutgefäßen und Organen. Aus-gehend von den grundlegenden Zellfunktionen werden dann die Nerv- und Muskelerregung, die Steuer-und Regelmechanismen, die Aufgaben des Blutes, die Aufrechterhaltung des inneren Milieus durch At-mung, Herz-Kreislauf-System etc. ebenso behandelt wie die komplexen Leistungen der Sinnesorgane unddes Gehirns. Abschließend werden einige häufige Erkrankungen des Bewegungsapparates mit Ursachen,Diagnose und Behandlung thematisiert.

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2 Pflichtmodule für den Studiengang Medizintechnik

2.2 Bildgebung

Fach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschlusssemester größe zeit/h4 oder 5 Vorlesung – k.A. 45 (3 SWS) 45 1,5 PL: Klausur

Praktikum – k.A. 60 25 2 SL: TestateSelbststudium 120 – 4 –

Summe – – – 225 70 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Carstens-Behrens Sprache: DeutschTurnus: Sommersemester Standort: RACLehrende: Carstens-Behrens, Neeb, HolzZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Physik IIIVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Technomathematik


Die Studierenden kennen bildgebenden Verfahren, die sowohl in der medizinischen Diagnostik als auchin industriellen Bereichen, wie z. B. der Qualitätssicherung und Materialprüfung eine breite Anwendungfinden. Sie beherrschen die Grundlagen der Ultraschallbildgebung, Röntgen-CT und Magnetresonanz-tomographie. Die Studierenden haben die Verfahren durch praktische Versuche erlebt. Sie können dieVersuche und Ergebnisse in Form von Protokollen dokumentieren und sind in der Lage, für eine gegebeneFragestellung in diesem Problembereich das geeignete Verfahren zu benennen und anzuwenden.

Inhalt

MRT: Magnetisierung des Körpers, Lamorfrequenz, Sichtselektion, Phasen- und Frequenzkodierung, k-Raumformalismus, Rekonstruktionsalgorithmen, Relaxationsmechanismen, Komponenten des Kernspin-tomographen und dessen klinische Anwendungsgebiete.CT: Erzeugung und Wechselwirkung von Röntgenstrahlung, Strahlungsdetektoren, Mathematik der un-gefilterten und gefilterten Rückprojektion, CT Punktbildfunktionen.

Praktikumsinhalt

Ultraschallbildgebung: A-Mode, Bestimmung der Pulslänge, Bandbreite, Mittenfrequenz; B-Mode: Cha-rakterisierungsmerkmale wie Auflösung und Eindringtiefe; Artefakte.MRT: Fouriertransformation: Orts- und k-Raum Darstelllungen verschiedener Objekte, Messungen amKernspintomographen, Besichtigung eines MR Systems.CT: Durchführung von Phantommessung, Bestimmung von Bildkennwerten als Funktion der CT- Mess-parameter.

Bemerkungen

Die Klausur erstreckt sich über den CT- und MR-Teil. Zu den CT- und MR-Versuchen wird nur zugelassen,wer die Klausur erfolgreich bestanden hat.

Literatur

A. Oppelt (Ed.): Publicis Imaging Systems for Medical Diagnostics. Corporate Publishing, Erlangen, 2005.H. Morneburg: Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik. Publicis MCD Verlag, 1995.

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2.3 Funktionsdiagnostik und Monitoring

Fach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschlusssemester größe zeit/h4 oder 5 Vorlesung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2 PL: Klausur

Praktikum – k.A. 60 20 2 SL: TestateSelbststudium 105 – 3,5 –

Summe – – – 225 80 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Bongartz Sprache: DeutschTurnus: Sommersemester Standort: RACLehrende: BongartzZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Signalverarbeitung, ElektrotechnikVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik


Die Studierenden wissen, wie bioelektrischer Signale im Körper entstehen und durchschauen die Vorgängebei deren elektrischer Ableitung. Sie verstehen die Bedeutung und Anwendung dieser Signale für die medi-zinische Diagnostik. Sie können die Zusammenhänge mit den Lehrinhalten der Module Signalverarbeitungund Elektrotechnik nachvollziehen.Die Studierenden kennen die grundlegenden Verfahren EKG, EMG, EEG und EOG. Sie können die ver-schiedenen Verfahren anwenden und besitzen die nötigen Grundkenntnisse, um die erhaltenen Daten zuinterpretieren. Sie sind in der Lage, potentielle Fehlerquellen in der Messkette zu identifizieren, und kennendie dabei auftretenden charakteristischen Artefakte. Die Studierenden sind sich der Anforderungen bei derMessung bioelektrischer Signale im klinischen Alltag in Bezug auf Ergonomie, Sicherheit, Zuverlässigkeitbewusst.

Inhalt

Grundprinzipien der bioelektrischen Vorgänge im Körper: Aktionspotentiale, Nervenleitung, Muskelin-nervierung; Gewebeimpedanz; Oberflächen-/ Einstechelektroden; Galvani-Spannung; unipolare/bipolareAbleitung; evozierte Potentiale; Elektromyografie; Elektrokardiografie, Vektor-EKG, Ableitung nach Eint-hoven; Elektroenzephalografie, Klassifizierung von EEG-Wellen; pathologische Veräderungen von elektri-schen Biosignalen; Elektrookulografie; Operations- und Instrumentenverstärker; Signalfilterung; Geräte-technik, Gerätesicherheit, Geräteergonomie.

Praktikumsinhalt

Aufnahme bioelektrischer Signale, Umgang mit Ableitelektroden, Aufzeichnung von Elektromyogrammenam Unterarm oder Elektrokardiogramme nach Einthoven (Ableitung an den Handgelenken und am Fussge-lenk), Bestimmung der Signalleitungsgeschwindigkeit von Nerven am Unterarm durch evozierte Potentiale,Visualisierung und Auswertung der aufgezeichneten Signale.Es ist geplant, Arbeitsplätze mit Komponenten des OpenEEG-Projektes (openeeg.sourceforge.net) aus-zurüsten, so dass zusätzlich ein Einblick in die elektrotechnischen Hardware bei der Biosignalableitunggegeben werden kann.

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2.4 RobotikFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss

semester größe zeit/h4 oder 5 Vorlesung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2 PL: Klausur

Praktikum – k.A. 45 20 1,5 SL: TestateSelbststudium 120 – 4 –

Summe – – – 225 80 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Gubaidullin Sprache: DeutschTurnus: Sommersemester Standort: RACLehrende: GubaidullinZwingende Voraussetzungen: Mathematik III, ElektrotechnikInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Sportmedizinische Technik


Die Studierenden kennen mathematische Verfahren zur Beschreibung der Position und Orientierung. Siesind in der Lage, direkte und inverse kinematische und dynamische Modelle eines Roboters zu erstellen undRoboterbewegungen entsprechend zu simulieren. Sie können eine komplexe Roboterbewegung im Raumder Gelenkkoordinaten oder im kartesischen Raum planen und die geplanten Trajektorien realisieren. Siekönnen ein System zur Navigation eines medizinischen Instrumentes entwickeln und bedienen. Sie kennenexistierende Systeme und wichtigste Forschungsrichtungen der medizinischen Robotik in unterschiedlichenBereichen der Medizin.

Inhalt

Beschreibung der Position und Orientierung (Vektoren, Winkel, Matrizen, Quaternionen, Eulerwinkel),Kinematik von Robotern (DH-Konvention, Mehrdeutigkeiten, Singularitäten, Inverse Kinematik), Positi-on, Geschwindigkeit und Beschleunigung eines beliebigen Punktes eines Roboters, Dynamik von Robotern(direkte und inverse dynamische Gleichungen und Modelle, Simulation), Planung von Robotertrajektori-en (Standardtrajektorien, stückweise-polynomiale Trajektorien), Robotersteuerung und Programmierungvon Robotern (Konzepte, Algorithmen, Modelle, Sprachen), Navigation von medizinischen Instrumen-ten (Patienten- und Instrumentenmodelle, Registrierung), robotisierte medizinische Behandlungen (in derNeurochirurgie, Orthopädie, MKG-Chirurgie etc.)

Praktikumsinhalt

Beschreibung der Position und Orientierung, Kinematik des Roboters PUMA-560, Steuerung eines MELFA-Roboters, robotisierte medizinische Behandlungen

Bemerkungen


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2.5 Bildverarbeitung



Summe – – – 225 90 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Neeb Sprache: DeutschTurnus: Wintersemester Standort: RACLehrende: Dellen, NeebZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Mathematik I-IIIVerwendbarkeit: B. Sc. Biomathematik, B. Sc. Medizintechnik, B. Eng. Software Engi-

neering im Gesundheitswesen


Die Studierenden sind in der Lage, Funktionsweise sowie Vor- und Nachteile grundlegender Algorith-men der Bildverarbeitung zu bewerten sowie diese im konkreten Anwendungskontext einzusetzen. NachAbschluss des Praktikums können die Studierenden abstrakte Algorithmen in einer konkreten Program-miersprache implementieren und verfügen über praktische Kenntnisse im Einsatz der objektorientiertenProgrammiersprache JAVA.

Inhalt

Digitalisierung von Bilddaten, statistische Kenngrößen zur Charakterisierung und Kontrastverbesserung,Punktoperatoren zur Änderung der Darstellungsform eines Bildes, lokale Operatoren für die Bildfilterung,Diffusionsfilter, morphologische Operatoren, geometrische Transformationen, Bildregistrierung, Hervorhe-bung relevanter Bildinhalte (Segmentierung), Texturanalyse, Bereichssegmentierung, Mustererkennungmit überwachten und nicht-überwachten Lernverfahren.

Praktikumsinhalt

Implementierung von Algorithmen in Java oder MATLAB zu lokalen Filter, Diffusionsfilter, Auffindungvon Zusammenhangskomponenten, morphologischen Operatoren und zur Bildregistrierung.

Literatur

R. Gonzales, R. Woods, Digital Image Processing, Prentice Hall, 1996.Burger, M.J. Burge, Digitale Bildverarbeitung, Eine Einführung mit Java und ImageJ, Springer, 2005

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2.6 Medizinische GerätetechnikFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss



Summe – – – 225 80 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Holz Sprache: DeutschTurnus: Wintersemester Standort: RACLehrende: Bongartz, LehrbeauftragteZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Eng. Software Engineering im Gesundheitswe-

sen, B. Sc. Technomathematik


Die Studierenden beherrschen die spezifischen Anforderungen an die Konstruktion medizintechnischer Ge-räte, kennen die Sicherheitsaspekte der Gerätekonstruktion und das Medizinproduktegesetz. Sie verstehendie Funktionsweise und die Grundlagen der Entwicklung von medizintechnischen Geräten. Sie sind in derLage, medizintechnische Geräte zu präsentieren und zu erklären.

Inhalt

Diagnostische Geräte zur Pulsoximetrie, Blutdruckmessung, Lungenfunktionsmessung; Atemgasdiagnos-tik; therapeutische Geräte: Infusionstechnik, Anästhesie- und Beatmungsgeräte, chirurgische Geräte zummechanischen Abtrag, laserbasierte Geräte, Geräte zur HF-Chirurgie; Monitoring von Vitalwerten wäh-rend der Intensivbehandlung; Sicherheitsaspekte der Gerätekonstruktion; Medizinproduktegesetz.

Praktikumsinhalt

Ausgewählte Versuche zu den Themen der Vorlesung.

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2.7 Laboranalytik



Summe – – – 225 80 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Slupek Sprache: DeutschTurnus: Wintersemester Standort: RACLehrende: SlupekZwingende Voraussetzungen: Klausur von Physik II und ein PhysikpraktikumInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik


Die Studenten kennen die grundlegenden Techniken und Arbeitsweisen in einem klinisch-chemischen La-bor, sowie die Abläufe und gesetzlichen Grundlagen der Qualitätssicherung und Sicherheit bezüglich derin-vitro-Diagnostik. Sie sind zur Arbeit in einem klinisch-chemischen Labor befähigt.

Inhalt

Grundlagen der Chemie, Biochemie und Molekularbiologie. Grundlagen der optischen, elektrochemischenund allgemeinphysikalischen Instrumentellen Analytik. Probenvorbehandlung und Liquid-handling. Funk-tion und Aufbau von Meßgeräten und Meßsystemen zur Intrumentellen Analytik. Automatisierung derLaborabläufe. Gesetzliche Grundlagen der Qualitätssicherung im Labor und in der in-vitro-Diagnostik.

Praktikumsinhalt

Ausgewählte Versuche mit typischen Laborgeräten, z. B. : Pipetten, Analysenwaage, Zentrifuge, PCR-Cycler, Photometer, Spektrometer, Analysenautomat, ISE-Analyzer, Refraktometer.

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3 Pflichtmodule für den Studiengang Optik undLasertechnik

3.1 Grundlagen der Optik und Lasertechnik



Summe – – – 150 60 5 –

Modulbeauftragte(r): Ankerhold Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: Ankerhold, Hahn, Kohl-Bareis, Kohns, WilheinZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Optik und Lasertechnik


Die Studierenden kennen erste Grundlagen der Optik und der damit eng verknüpften Laserphysik. Siebesitzen einen breiten Überblick über die Funktionsweise, die Anwendung und die verschiedenen natur-wissenschaftlichen und technischen Anwendungsfelder der Optik und des Lasers. Sie kennen die gültigenLasersicherheitsvorschriften kennen und können das Gefahrenpotential verschiedener Lasertypen richtigeinschätzen.

Inhalt

Einführung in wichtige industrielle Anwendungen der Optik und der Lasertechnik, Eigenschaften vonLicht, Wellen- und Photonenbild, Atomare und molekulare Übergänge, Absorption, Emission, Dispersi-on, Polarisation, Reflexion, Interferenz, Kohärenz, Ausgewählte Lasertypen wie Gaslaser, Festkörperlaser,Farbstofflaser, Metalldampflaser, Halbleiterlaser, Klassifizierungen von Lasern und Anwendungsbereichewichtiger Lasertypen, Lasersicherheit.

Bemerkungen

Dieses Modul soll den Studierenden die Möglichkeit geben, ihre fachliche Entscheidung sehr frühzeitigzu überprüfen. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil die Optik und die Lasertechnik in schulischenLehrplänen praktisch keine Rolle spielen.

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3 Pflichtmodule für den Studiengang Optik und Lasertechnik

3.2 LasermesstechnikFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss


Praktikum – k.A. 120 30 4 PL: ProtokolleSelbststudium 75 – 2,5 –

Summe – – – 225 60 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Wilhein Sprache: DeutschTurnus: Sommersemester Standort: RACLehrende: WilheinZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Physik III, OptikVerwendbarkeit: B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Technomathematik


Die Studierenden beherrschen die wesentlichen Methoden der Lasermesstechnik in Theorie und Praxis. Siewissen, wie Interferometer funktionieren, können sie klassifizieren, zu messtechnischen Zwecken aufbauenund Interferenzmuster analysieren. Sie sind in der Lage, die Techniken der holographischen Interferome-trie zu Schwingungs- und Verformungsmessungen einzusetzen und sind mit der Vielstrahlinterferenz alsMittel zur Analyse von Lasermoden vertraut. Die Studierenden kennen die Wirkungsweise thermischerund photoelektrischer Detektoren und können sie sachgerecht beschalten und anwenden. Sie beherrschendie Instrumente und Verfahren zur Charakterisierung von Lasern und können eigenständig optische Auf-bauten zur Umsetzung lasermesstechnischer Methoden erstellen. Die Teamfähigkeit der Studierenden wirddurch das intensive Arbeiten in Kleingruppen im Praktikum gestärkt.

Inhalt

Triangulation, Zweistrahlinterferometrie, Michelson- und Mach-Zehnder-Interferometer, Längen- und Wel-lenfrontmessungen, Brechungsindex von Gasen, Laser-Doppler-Anemometrie (LDA), Vielstrahlinterfe-rometrie, Fabry-Perot-Interferometer, Höchstauflösende Spektroskopie, Tolansky-Interferometer, Interfe-renzfilter, holographische Interferoemtrie: Time-Average-, Realtime-, Doppelbelichtungsholographie, Elek-tronische Speckle-Interferometrie (ESPI), Messung von Lasereigenschaften, thermische Detektoren, photo-elektrische Detektoren (Photomultiplier, Microchannelplates), Halbleiterdetektoren, Photodioden, CCDs.

Praktikumsinhalt

Versuche zu Michelson-Interferometer, Detektoren (Photodioden), Gyroskop, Fabry-Perot-Interferometer,Holographie, HeNe-Laser, LDA.

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3.3 Lasermaterialbearbeitung


Praktikum – k.A. 60 30 2 PL: ProtokolleSelbststudium 105 – 3,5 –

Summe – – – 225 90 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Kohns Sprache: DeutschTurnus: Sommersemester Standort: RACLehrende: KohnsZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Grundlagen der Optik und LasertechnikVerwendbarkeit: B. Sc. Optik und Lasertechnik


Die Studierenden beherrschen die Grundlagen der wichtigsten Anwendungen des Lasers in der Material-bearbeitung. Sie kennen die wichtigsten Laser, die in der Materialbearbeitung verwendet werden, und sindin der Lage, wichtige Kenngrößen wie benötigte Leistung und Strahlqualität zu berechnen. Sie könnenaußerdem die Grenzen des Lasereinsatzes in der Materialbearbeitung einschätzen.

Inhalt

Kenndaten von Hochleistungslasern (Strahlparameterprodukt, Wirkungsgrad, Leistung), KonstruktiveBesonderheiten von Hochleistungslasern, Integration von Hochleistungslasern in Bearbeitungsanlagen,Arbeitssicherheit, Laserbearbeitungsverfahren: Fügen (Schweißen, Löten), Laserbearbeitungsverfahren:Trennen (Schneiden), Laserbearbeitungsverfahren: Oberflächenbearbeitung (Härten, Auftragsbeschich-ten), Laserbearbeitungsverfahren: Generieren (Rapid Prototyping), Laserbearbeitung mit Excimer- undUltrakurzpulslasern.

Praktikumsinhalt

Laserstrahlschweißen, Schweißen von Kunststoffen mit Licht, Beschriften und Gravieren mit Lasern,Schneiden mit Lasern.

Bemerkungen

Das Praktikum wird nach Möglichkeit jedes Semester angeboten.

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3.4 Laserphysik und Lichtwellenleitertechnik

Fach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschlusssemester größe zeit/h4 oder 5 Vorlesung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2 PL: Klausur oder

mündliche PrüfungPraktikum – k.A. 60 20 2 SL: ProtokolleSelbststudium 105 – 3,5 –

Summe – – – 225 80 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Ankerhold Sprache: DeutschTurnus: Sommersemester Standort: RACLehrende: Ankerhold, HahnZwingende Voraussetzungen: Mathematik I, II, Physik IIIInhaltliche Voraussetzungen: Mathematik III, Physik IVerwendbarkeit: B. Sc. Optik und Lasertechnik


Die Studierenden können einen Laser anhand von Vorgaben konzipieren und seine charakteristischen op-tischen Eigenschaften mathematisch formulieren. Sie sind in der Lage, die mit dem naturwissenschaftlich-technischen oder industriellen Einsatz eines Lasers verknüpften Problemstellungen sicher zu erkennen underste Lösungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Sie kennen die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten des Lasersund besitzen einen breit gefächerten Überblick für ihre berufliche Orientierung. Die Studierenden kennendie physikalischen Zusammenhänge bei der fasergebundenen Lichtübertragung und deren Auswirkungen.Darüber besitzen sie Kenntnisse über die genormten Übertragungskabel sowie die zugehörige Mess- undVerbindungstechnik. Die Studierenden verstehen es, Versuche vorzubereiten, durchzuführen und die Er-gebnisse in einem Protokoll schriftlich auszuarbeiten. Sie sind in der Lage, sich eigenständig theoretischeHintergründe zu erarbeiten. Sie beherrschen typische Laborgeräten der Optik und Lasertechnik und be-sitzen ein experimentelles Geschick. Die Teamfähigkeit wird gestärkt.

Inhalt

Laserphysik: Elektromagnetische Strahlung: EM-Spektrum, physikalisch-mathematische Beschreibung imWellenbild und im Teilchenbild, Polarisation, Polarisation bei Reflexion. Wechselwirkung von Licht mitMaterie: Grundzustand und angeregte Zustände, Bohrsches Atommodell, Linienspektrum von Wasser-stoff, 2-Niveausysteme, induzierte Absorption, induzierte und spontane Emission, nichtstrahlender Zer-fall, Kleinsignalverstärkung, Bilanz- oder Ratengleichungen von Besetzungsdichten und Photonen, Einflussder spontanen Emission auf den optischen Verstärkungsprozess, Möglichkeiten zur Erzeugung von Beset-zungsinversion. Funktionsweise/Aufbau von Lasern, Erzeugung von Laserlicht: optischer Pumpprozess,Beschreibung des dynamischen Laserzyklus, 3- und 4-Niveau-Laser, Bedingung für die Laserschwelle undstationärer Betrieb, passiver optischer Resonator, longitudinale Resonatormoden im Wellenlängen- undim Frequenzbild, Möglichkeiten der longitudinalen Modenselektion, stabile und instabile Laserresonato-ren, transversale Lasermoden, transversale Gaußsche Grundmode, Fernfeldnäherung, Fernfelddivergenz,Rayleigh-Länge, Beugungsmaß des Strahlprofils. Aufbau und Funktionsweise ausgewählter Lasertypen undihre Anwendungen: Übersicht zur Klassifizierung verschiedener Lasertypen, verschiedene Gaslaser mit neu-tralen Atomen, Güteschaltung oder Riesenimpulsbetrieb, Relaxationsoszillationen, Ionenlaser, Excimer-Laser, Festkörper-Laser, Halbleiter-Laser, Faser-Laser, Laserdioden, Diode-Pumped-Solid-State Laser.LWL: Einführung: erster Überblick, Vor- und Nachteile von Lichtleitfasern, Aufbau und Herstellung vonLichtleitfasern, physikalische Grundlagen: Strahlenoptische Behandlung, Bandbreitenbegrenzung: Moden-dispersion und Materialdispersion, Unzulänglichkeiten der strahlenoptischen Beschreibung bei der Moden-propagation, Fasertypen : Stufenindexfaser, Gradientenindexfaser, Einmoden-Stufenindex-Faser, Verlustein Lichtleitfasern und spektrale Dämpfung, Messtechnik mit optischer Zeitbereichsreflektometrie, Faser-optische Sensoren, Verbindungstechnik.

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Praktikumsinhalt

Fünf Versuche aus der Optik und Lasertechnik

Bemerkungen

Das Praktikum wird nach Möglichkeit jedes Semester angeboten.

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3.5 Optikrechnen


Übung – k.A. 30 (2 SWS) 30 1Selbststudium 135 – 4,5 –

Summe – – – 225 90 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Kohns Sprache: DeutschTurnus: Wintersemester Standort: RACLehrende: KohnsZwingende Voraussetzungen: Physik IIIInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Optik und Lasertechnik


Die Studenten sind in der Lage, einfache optische Systeme mittels eines kommerziellen Optikdesignpro-gramms zu bewerten und zu optimieren. Sie kennen die Grenzen der Simulation optischer Systeme im PC.Die Studierenden können verschiedene Bewertungsfunktionen auf der Grundlage von Abbildungsfehlernund Fleckgrößen anwenden.

Inhalt

Dieses Modul besteht aus einem praktischen Teil am PC sowie einer begleitenden Vorlesung, in der denStudenten der Umgang mit dem Simulationswerkzeug vermittelt wird.Inhaltsübersicht: Möglichkeiten und Grenzen der paraxialen Bewertung optischer Systeme, Vergleich kom-merzieller Optikrechenprogrogramme, Einführung in das verwendete Programm, Eingabe einfacher opti-scher Systeme (Lochkamera, Abbildung mit einer Linse), Ziehen realer Strahlen, Bewertung der Abbil-dungsqualität optischer Systeme mittels Abbildungsfehlern und Spotdiagrammen, Optimierung einfacheroptischer Systeme (Achromat, Objektiv für eine Webcam), Asphären, Eingabe und Optimierung nicht-rotationssysmmetrischer Systeme, Optimierung eines Spektrometers, Berücksichtigung der Beugung, Zie-hen Gauß’scher Strahlen, Sonderoptiken (z. B. Fresnellinsen, f-theta-Optiken).

Bemerkungen

Die Übungen werden nach Möglichkeit jedes Semester angeboten.

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3.6 Optik



Summe – – – 225 80 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Wilhein Sprache: DeutschTurnus: Wintersemester Standort: RACLehrende: WilheinZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Physik IIIVerwendbarkeit: B. Sc. Optik und Lasertechnik, B. Sc. Technomathematik


Die Studierenden kennen Definitionen und Bedeutung des Kohärenzbegriffes. Sie können den verschiede-nen Lasertypen Eigenschaften wie Wellenlängen, Leistungsklassen, Pulsdauern und Anwendungsgebietezuordnen. Die Studierenden beherrschen die Theorie zur Reflexion an Metallen und Dielektrika, könnenden Einfluss der Polarisation auf optische Effekte berechnen und wissen, wie Ent- und Verspiegelungenaufgebaut sind. Sie sind in der Lage, Strahlengänge für komplexe optische Systeme zu analysieren und ken-nen die auftretenden Abbildungsfehler. Die Studierenden wissen, wie man Beugungsphänomene berechnetund können den Einfluss der Beugung auf das Auflösungsvermögen optische Instrumente bestimmen. Siehaben im Praktikum den Umgang mit Diodenlasern erlernt und wissen, wie Laser sicher im täglichenGebrauch – Scannerkasse, CD-Spieler – einzusetzen sind. Sie beherrschen den praktischen Umgang mitoptischen Komponenten und Messgeräten.

Inhalt

Zeitliche Kohärenz, räumliche Kohärenz, Eigenschaften von Lasern, Gauß’scher Strahl, Polarisation, Refle-xion an Dielektrika, Reflexion an Metallen, komplexer Brechungsindex, Entspiegelung, Multilayerspiegel,Fraunhofer-Beugung, Einführung in Fourier-Optik, Beugungsgitter, Newton’sche Abbildungsgleichung,Bildkonstruktion mit 2 Hauptebenen, Teleobjektiv, Linsenformen, Abbildungsfehler.

Praktikumsinhalt

Versuche zu Diodenlaser, Barcode-Reader, CD-Spieler, Lichtwellenleiter.

Bemerkungen

Studierenden mit Studienbeginn im Wintersemester wird empfohlen, bereits im dritten Fachsemester dieVorlesung zu diesem Modul zu besuchen.

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3.7 Optische Analytik und Spektroskopie



Summe – – – 225 60 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Kohl-Bareis Sprache: DeutschTurnus: Wintersemester Standort: RACLehrende: Kohl-Bareis, Ankerhold, HahnZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Physik IIIVerwendbarkeit: B. Sc. Optik und Lasertechnik


Die Studierenden kennen die wichtigsten Methoden der optischen Analytik und die zur Realisation not-wendigen Komponenten und Geräte. Sie können die Eigenschaften von Strahlquellen wie spektrale Breite,Kohärenz, Strahlqualität, Polarisation und Pulslänge benennen und wissen, welche Geräte zur Analysedieser Parameter verwendet werden. Die Studierenden sind in der Lage, die Entstehung von optischenSpektren in Atomen und Molekülen prinzipiell zu beschreiben. Sie können Methoden wie Absorptions-,Fluoreszenz- und Ramanspektroskopie beschreiben und in der praktischen Laborarbeit eigenständig inVersuchsaufbauten umsetzen. Die Studierenden wissen, wie gemessene Daten mit entsprechender Soft-ware (z. B. Matlab) ausgewertet werden können. Die Teamfähigkeit wird durch die Gemeinschaftsarbeitgestärkt.

Inhalt

Optische Strahlquellen und ihre Eigenschaften und Verwendung; Aufbau und Spezifikation von Spek-trometern: Prismen-, Gitter-, Fouriertransformspektrometer; zeitaufgelöste Methoden (Time-CorrelatedSingle Photon Counting; Frequency-Domain Spektroskopie). Entstehung von atomaren und molekularenoptischen Spektren. Klassische Methoden wie Absorptions-, Fluoreszenz- und Raman-Spektroskopie sowieLaser-Doppler-Spektroskopie und Speckle-Interferometrie. Linienbreiten von Spektrallinien und Redukti-onsmethoden. Laser-Streuverfahren.

Praktikumsinhalt

Eigenständige Gruppenarbeiten mit Themen: Aufbau eines Gitterspektrometers zur Analyse von Fluores-zenz; Fouriertransformspektroskopie; optische CO2-Analyse; zeitaufgelöste Spektroskopie mit ps-Auflösung;Raman-Spektroskopie. In Beispielen von klassischen Versuchsaufbauten wie z. B. für die Absorptions-,Fluoreszenz- und Raman – Spektroskopie wird die Verwendung und das Zusammenspiel dieser Kompo-nenten sowohl in der Vorlesung als auch in der praktischen Laborarbeit verdeutlicht.

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4 Pflichtmodule für den StudiengangSportmedizinische Technik

4.1 Grundlagen der Medizin



Summe – – – 150 60 5 –

Modulbeauftragte(r): Junglas Sprache: DeutschTurnus: jedes Semester Standort: RACLehrende: TrollZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Sportmedizinische Technik


Die Studierenden beherrschen die für die Medizin- und Sportmedizintechnik relevanten grundlegendenFachtermini der Anatomie und Physiologie. Sie kennen die wichtigen diagnostischen Verfahren, die in derMedizin und der Sportmedizin zur Anwendung kommen. Sie erkennen das Problemfeld, ein klinischesKrankheitsbild mit Hilfe physiologisch-physikalischer Größen zu quantifizieren und somit den klinischenmit dem technologischen Bereich zusammen zu führen. Außerdem sind die Studierenden in der Lage, dieMöglichkeiten zur Wiederherstellung und Optimierung der menschlichen Leistungsfähigkeit auf physiologi-schem Weg zu verstehen. Sie können den Gesundheitswert von sportlichen Belastungen und rehabilitativenMaßnahmen grob beurteilen.

Inhalt

An erster Stelle steht die Vermittlung des Aufbaus von Knochen, Muskeln, Blutgefäßen und Organen. Aus-gehend von den grundlegenden Zellfunktionen werden dann die Nerv- und Muskelerregung, die Steuer-und Regelmechanismen, die Aufgaben des Blutes, die Aufrechterhaltung des inneren Milieus durch At-mung, Herz-Kreislauf-System etc. ebenso behandelt wie die komplexen Leistungen der Sinnesorgane unddes Gehirns. Abschließend werden einige häufige Erkrankungen des Bewegungsapparates mit Ursachen,Diagnose und Behandlung thematisiert.

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4 Pflichtmodule für den Studiengang Sportmedizinische Technik

4.2 RobotikFach- Lernformen Kürzel Gr.- Aufwand/h Kont.- LP Abschluss



Summe – – – 225 80 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Gubaidullin Sprache: DeutschTurnus: Sommersemester Standort: RACLehrende: GubaidullinZwingende Voraussetzungen: Mathematik III, ElektrotechnikInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Medizintechnik, B. Sc. Sportmedizinische Technik


Die Studierenden kennen mathematische Verfahren zur Beschreibung der Position und Orientierung. Siesind in der Lage, direkte und inverse kinematische und dynamische Modelle eines Roboters zu erstellen undRoboterbewegungen entsprechend zu simulieren. Sie können eine komplexe Roboterbewegung im Raumder Gelenkkoordinaten oder im kartesischen Raum planen und die geplanten Trajektorien realisieren. Siekönnen ein System zur Navigation eines medizinischen Instrumentes entwickeln und bedienen. Sie kennenexistierende Systeme und wichtigste Forschungsrichtungen der medizinischen Robotik in unterschiedlichenBereichen der Medizin.

Inhalt

Beschreibung der Position und Orientierung (Vektoren, Winkel, Matrizen, Quaternionen, Eulerwinkel),Kinematik von Robotern (DH-Konvention, Mehrdeutigkeiten, Singularitäten, Inverse Kinematik), Positi-on, Geschwindigkeit und Beschleunigung eines beliebigen Punktes eines Roboters, Dynamik von Robotern(direkte und inverse dynamische Gleichungen und Modelle, Simulation), Planung von Robotertrajektori-en (Standardtrajektorien, stückweise-polynomiale Trajektorien), Robotersteuerung und Programmierungvon Robotern (Konzepte, Algorithmen, Modelle, Sprachen), Navigation von medizinischen Instrumen-ten (Patienten- und Instrumentenmodelle, Registrierung), robotisierte medizinische Behandlungen (in derNeurochirurgie, Orthopädie, MKG-Chirurgie etc.)

Praktikumsinhalt

Beschreibung der Position und Orientierung, Kinematik des Roboters PUMA-560, Steuerung eines MELFA-Roboters, robotisierte medizinische Behandlungen

Bemerkungen


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4.3 Angewandte Sportmedizinische Messtechnik


Übung – k.A. 30 (2 SWS) 30 1Praktikum – k.A. 30 15 1 SL: TestateSelbststudium 135 – 4,5 –

Summe – – – 225 75 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Hartmann Sprache: DeutschTurnus: Sommersemester Standort: RACLehrende: Hartmann, Kohl-Bareis, Holz, BongartzZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Sportmedizinische Technik


Die Studierenden lernen in diesem Modul die wichtigsten Messverfahren der Sportmedizinischen Technikkennen. Am Ende des Moduls kennen sie die zugrundeliegenden Messprinzipen und können die Messtechnikanwendungsspezifisch einsetzen. Die Auswertung und Visualisierung der erhobenen Messdaten ergänzendiesen Themenblock. Dadurch werden die Studierenden in die Lage versetzt, eigenständig sportmedizinischund biomechanisch relevante Daten zu erheben und aufzubereiten. Darüber hinaus sollen die Studierendenfür die wissenschaftliche Methodik im Bereich Sportmedizin und Sportwissenschaft sensibilisiert werden.Nach dem erfolgreichen Abschluss des Moduls wissen sie prinzipiell, wie wissenschaftliche Studien konzi-piert und ausgewertet werden. Zudem werden sie in die Lage versetzt, eigene Studienergebnisse kritischzu würdigen.

Inhalt

Vorlesung: Einführung in die Biomechanik und die Sportmedizinische Technik, Kräfte messen: TechnischeAspekte und Anwendungen, Druck messen: Theorie und Praxis, Beschleunigung messen und interpre-tieren, Bewegungsanalyse I: videobasiert mit Markertracking und markerloses Tracken (Kinect), Bewe-gungsanalyse II: mit Inertialsensorik, Grundlagen der Elektromyographie und Anwendungen, Grundlagender wissenschaftichen Methodik, Einführung in die Statistik für Sport und Medizin, Hypothesen bilden,einfache Signifikanztests.Übung: Kraft – Zeit Kurven integrieren, Daten aus der KMP mit Labview auslesen, Daten aus der Druck-messplatte auslesen und analysieren, Objekte tracken mit spezieller Software, Marker tracken mit Matlab,Markertrajektorien interpolieren, bedingte Wahrscheinlichkeiten verstehen, einseitige und zweiseitige Testsmit Matlab durchführen.

Praktikumsinhalt

Kraftmessplatte: Balance, Sprunghöhe, Druckmessplatte, Abrollvorgänge mit Matlab auswerten, Pedoba-rographie und Laufbandanalyse, Vergleich: videobasiertes Markertracking und markerloses Tracking mitMS Kinect, Bewegungsanalyse mit Inertialsensoren: Vorteile und Nachteile, Muskelaktivität beim Balan-cieren messen (EMG).

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4.4 Ergonomie und Prävention


Praktikum – k.A. 60 15 2 SL: TestateVortrag – k.A. 30 1 1 SL: VortragSelbststudium 75 – 2,5 –

Summe – – – 225 76 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Oberländer Sprache: DeutschTurnus: Sommersemester Standort: RACLehrende: OberländerZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Sportmedizinische Technik


Die Studierenden sind in der Lage, Verletzungsmechanismen bei Unfällen im Straßenverkehr, am Arbeits-platz und beim Sport zu verstehen, und können somit Verletzungsrisiken einschätzen. So verstehen es,entsprechende technische Maßnahmen zu konzipieren und umzusetzen. Sie beherrschen die Grundlagender menschlichen Physiologie, der Ergonomie und können Arbeitsplätze nach deren Kriterien optimierenbzw. bewerten.

Inhalt

Methoden der Unfallforschung, z. B. Modelle, Crash Test Dummies; mathematisch-physikalische Berech-nung von Verletzungskriterien; Techniken zur Unfallvermeidung, z. B. aktive und passive Sicherheit imAuto, Ergonomie am Arbeitsplatz; Ganganalyse und Sturzprophylaxe, Sensoren zur Messung physiologi-scher Signale, Konzepte des Telemonitoring/Telemedizin.

Praktikumsinhalt

Bewegungs- und Ganganalyse.

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4.5 Leistungsdiagnostik



Summe – – – 225 60 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Kohl-Bareis Sprache: DeutschTurnus: Wintersemester Standort: RACLehrende: Kohl-Bareis, OberländerZwingende Voraussetzungen: Grundlagen der MedizinInhaltliche Voraussetzungen: keineVerwendbarkeit: B. Sc. Sportmedizinische Technik


Die Studierenden kennen die physiologischen Grundlagen der Leistungsdiagnostik im Sport. Sie könnendie Messtechnik der Methoden beschreiben und sowohl invasive als auch nicht-invasive Verfahren in ihrerVerlässlichkeit abschätzen. Die Studierenden sind in der Lage, eine Leistungsdiagnostik unter Laborbedin-gungen während des Laufens und des Radfahrens umzusetzen und statistisch auszuwerten. AusgewählteMessverfahren können sie aus einzelnen Komponenten aufbauen.

Inhalt

Physiologie des Herz-Kreislaufsystems, Grundlagen der Trainingssteuerung bei der Prävention und Trai-ningstherapie; Leistung im Alter; Einfluss von Trainingsbedingungen (Temperatur, Höhenbedingungenetc.); technische Grundlagen der Methoden zur physiologischen Leistungsdiagnostik wie Blutdruck- undHerzfrequenzmessung, Echokardiographie, Laktatdiagnostik, Spiroergometrie, optische Verfahren; Anwen-dung der Methoden und Limitierungen; technische Umsetzung der Methoden.

Praktikumsinhalt

Anwendung der Leistungsdiagnostik unter Laborbedingungen mit Spiroergometrie und optischen Verfah-ren beim Laufen und Radfahren sowie statistische Auswertung. Aufbau von einfachen Messsystemen mitMesssensor, Datenerfassungskarte und Softwareprogrammierung.

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4.6 Mathematische Methoden im Sport


Übung – k.A. 60 (4 SWS) 60 2Selbststudium 135 – 4,5 –

Summe – – – 225 90 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Hartmann Sprache: DeutschTurnus: Wintersemester Standort: RACLehrende: HartmannZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Mathematik I-IIIVerwendbarkeit: B. Sc. Sportmedizinische Technik


Die Studierenden beherrschen nach Abschluss des Moduls eine Auswahl mathematischer Verfahren, diefür die Sportwissenschaft und die sportmedizinische Technik hohe Relevanz besitzen. Die Studierendenhaben einen tiefen Einblick in die Grundlagen des mathematischen Modellierens und Simulierens auf demComputer erhalten. Insbesondere können sie bei der Modellierung relevante Aspekte von nicht relevantenunterscheiden. Die Studierenden sind in der Lage, computergestützte Auswertungs- und Modellierungs-routinen effizient einzusetzen. Sie haben sich die Denkweise, die der empirischen Forschung zugrunde liegt,zu eigen gemacht und kennen einige der wichtigen statistischen Verfahren zur Auswertung von Proban-denstudien.

Inhalt

Dieses Modul umfasst zwei spezielle Aspekte aus Teilgebieten der Mathematik. Zum einen wird der zuneh-mend wichtigen Rolle der Computer-Modellierung in der Biomechanik und im Sport Rechnung getragen.Ausgehend von einfachen Link-Segment-Modellen (mit inverser Dynamik) über Masse-Dämpfer-Systemeund Starrkörpermodelle bis hin zu Finite-Elemente-Modellen (FEM) werden die grundlegenden mathema-tischen Modellierungstechniken behandelt. Die Einführung in die FEM wird auch dazu genutzt, Erfahrun-gen im Umgang mit einem CAD Softwarepaket (SolidWorks) zu sammeln. Zum anderen werden vertiefendzu den Inhalten des Moduls Angewandte Sportmedizinische Technik weitere statistische Methoden (z. B.t-Test, ANOVA) gelehrt, die für die Auswertung (sport)wissenschaftlicher Studien unerlässlich sind. Dieswird mithilfe praktischer Beispiele und geeigneter Übungen am Computer vertieft.Übung: Link-Segment-Modelle, Gelenkreaktionskräfte, inverse Dynamik, Kräfte und Momente in den Ge-lenken, Lösen von gewöhnlichen Differentialgleichungen (Beispiel Bungee Jumper mit Matlab), Feder-Masse-Dämpfer: einfache Systeme als Körpermodelle (Simulation mit VPython), das Doppelpendel alsModell für das schwingende Bein (Simulation mit VPython), das invertierte Pendel (Balance), gekoppel-te Differentialgleichungen (Physik des Fahrrads mit Matlab), (optional: Die Brachistochrone als Modellfür Skischanzen und Halfpipes), Interpolationsmethoden (z. B. Splines mit Matlab), ADINA: einfacheFinite-Elemente Analysen, SolidWorks: CAD und FEM, statistische Tests mit Matlab (chi-quadrat, t-Test, ANOVA, ...).

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4.7 Sportgeräte und Materialien



Summe – – – 225 80 7,5 –

Modulbeauftragte(r): Hahn Sprache: DeutschTurnus: Wintersemester Standort: RACLehrende: Hahn, OberländerZwingende Voraussetzungen: keineInhaltliche Voraussetzungen: Physik I und IIVerwendbarkeit: B. Sc. Sportmedizinische Technik


Die Studierenden kennen Materialeigenschaften und ihre Charakterisierung. Sie verstehen die spezifischeVerwendung moderner Materialien für die Entwicklung von Sportgeräten. Sie können die Auswirkungentechnischer Entscheidungen abstrahieren und sind in der Lage, Gefährdungen zu erkennen und zu vermei-den.

Inhalt

Grundlagen der Werkstoffe: Aufbau von Festkörpern, Phasendiagramme, Eigenschaften von Festkörpern;Materialprüfverfahren; Materialien und ihre Anwendung: Metalle, Keramiken, Kunststoffe, Biomaterialien,Verbundmaterialien, Mikro- und Nanostrukturen, Ausstattung von Sportstätten, Funktionsbekleidung;Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren; Entwicklung und Optimierung von Sportgeräten: spezifischeAnforderungen, Strömungseigenschaften, Ergonomie, Sicherheit.

Praktikumsinhalt

Elektronenmikroskopie, Materialprüfung, CAD-Konstruktion, FEM-Simulation.

Bemerkungen

Der Praktikumsversuch zur Materialprüfung findet ggf. im Rahmen einer Exkursion am Fachbereich IW,Maschinenbau, statt.

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