Auf den hundertstel Millimeter: Feinmechanik vom Feinsten

Dieser Auftrag von Prof. Dr. Christoph Klein brachte den Feinmechaniker Günter Meitz in
der Werkstatt des Campus Gummersbach der FH Köln ins Grübeln: Er sollte einen Draht mit einem Durchmesser von 1,27 Millimeter in einem 30 cm langen Metallröhrchen möglichst „in der Luft“ aufhängen, der Draht durfte die Wandungen des Rohres nicht berühren, das geschlossene Rohr musste 99,99 Prozent Luft enthalten. Der Hintergrund dieser scheinbar unlösbaren Aufgabe: wenn man den Draht im Röhrchen verkapselt und mit Steckern versieht, hat man einen präzisen Vergleichsmaßstab für die Übertragungsgeschwindigkeit und die Signalgüte anderer Kabel, z.B. der Ethernet-Kabel für die Übertragung von Internetsignalen. Die Studierenden können so im Labor-Praktikum selbst Kabel im Vergleich messen.

Bevor das soweit war, musste Meitz eine Präzisionsdrehbank (s. Foto) im Wert von immerhin 6000 Euro ausleihen und in die FH-Werkstatt bringen. Mit diesem Gerät konnte er Scheibchen mit drei Millimeter Durchmesser erzeugen, in die er sieben Löcher mit 1,28 mm Durchmesser bohrte. Die Löcher waren damit ein Hundertstel Millimeter größer als der Draht. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist mit 0,1 mm zehnmal so dick wie dieser winzige zu bohrende Unterschied zwischen Loch und Draht. Die drei Scheibchen im Mini-Rohr hielten schließlich nach einer Woche konzentrierter Arbeit und vielen Versuchen den Draht stabil im Rohr. Eins der jeweils sieben Löcher hält den Draht in seiner Position, die anderen Löcher sorgten dafür, dass weniger Material im Rohr vorhanden war, der Inhalt musste ja 99,99 Prozent Luft sein. Damit das Rohr stabil mit Präzisionssteckern versehen werden konnte, fertigte der Schreiner Thomas Welker einen Hohlblock aus Hartholz dazu. Seit vielen Jahren betreuen der Schreiner und der Mechaniker wie ihre sechs Kollegen aus den Zentralen Werkstätten am Campus nicht nur die komplexe Gebäudetechnik, sondern arbeiten auch kreativ an Aufträgen aus Forschung und Lehre.

Mit der hochpräzisen Handarbeit der beiden Kollegen entstanden zwei „Luftleitungen“ als Vergleichsmaßstab für die Signalübertragung in Leitungen. Wenn das zu prüfende Internetkabel mit seinen Steckern die Signale genauso schnell übertragen könnte wie die Vergleichsleitung, wäre es das Beste am Markt. Normal sind geringere Geschwindigkeiten und (minimale) Verluste in der Signalqualität. Durch den Einsatz der hochschuleigenen Werkstatt und günstig beschaffter Materialen aus Kooperationsunternehmen konnte das Institut für Elektronik insgesamt rund 20.000 Euro sparen, denn eine industriell gefertigte Referenzleitung, so Prof. Klein, kostet etwa 10.000 Euro im Handel. Der Materialaufwand beim Eigenbau der FH lag dagegen bei 250 Euro pro Stück. Auch wenn man die Personalkosten einrechnet, bleibt der Kostenunterschied erheblich.

„Die Studenten sind begeistert.“, bestätigen Prof. Klein und sein Mitarbeiter Dipl.-Ing. Ludger Buchmann. Das Laborpraktikum folgt dem Konzept „Profil hoch zwei“ der FH Köln, wonach es zu jedem Theoriebaustein eine praktische Vertiefung als Pflichtpraktikum gibt. Die Laborarbeit gehört zur Lehrveranstaltung „Bussysteme und Interfaces“ des Elektrotechnik -Studiengangs, dabei sind die Studierenden zur Hälfte der Unterrichtsstunden im Labor, sie berechnen, messen und prüfen und erwerben damit durch eigene Erfahrung fundierte physikalische Grundlagen. Nur so, davon ist Prof. Klein überzeugt, entsteht anwendungsfähiges Fachwissen. Das brauchen Führungsnachwuchskräfte besonders in der Zukunft, denn sie müssen bei immer komplexeren Technologien Entscheidungen zur Komponentenauswahl treffen, als Qualitätsingenieure Prüfkriterien festlegen, oder als Anlagenbauer am anderen Ende der Welt aus dem Stehgreif bewerten, ob vorhandene Komponenten nutzbar sind.