Aus- und Weiterbildung Nur eine engagierte und zeitgemäße Ausbildung kann der Leistungselektronik die dringend nötigen Ingenieure liefern

Um die bestehende Technologieführerschaft der europäischen Industrie gegenüber aufstrebenden Nationen mit massiven Ingenieur-Ressourcen zu halten, ist für Prof. Dr. Johann Walter Kolar von der ETH Zürich die intensive universitäre Ausbildung in der Leistungselektronik von grundlegender Bedeutung. Aber an vielen Hochschulen sind die Lerninhalte zu wenig modern ausgerichtet, bedauert Kolar. Welche Technologiedetails in der Leistungselektronik ihm wichtig sind, erläutert er im vorliegenden Beitrag.

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Mehr als 75% der weltweit genutzten elektrischen Energie werden mit schlechtem Wirkungsgrad der Anwendung zugeführt. Deshalb ist die verstärkte Nutzung hocheffizienter leistungselektronischer Konverter zur Steuerung und Regelung elektrischer Leistungsflüsse sowohl aus wirtschaftlicher als auch umwelttechnischer Sicht von höchster Bedeutung. Hierzu vereint Leistungselektronik Elemente der Energietechnik, Elektronik und Informations- und Kommunikationstechnik, basiert also auf einem komplexen Zusammenspiel von Leistungshalbleitern, Kühlvorrichtungen, passiven Leistungskomponenten, Sensoren, Regelschaltungen und Filtern zur Sicherstellung elektromagnetischer Verträglichkeit. Zudem spielen die Charakteristiken des speisenden Netzes und der Last in den Überlegungen eine wichtige Rolle.

Dem gemäss ist die Ausbildung in diesem Fachbereich eine besondere Herausforderung. Einerseits müssen die Studierenden Wissen aus spezialisierten Grundlagenvorlesungen im Kontext einer technischen Anwendung zum Einsatz bringen, andererseits sind zahlreiche, im klassischen elektrotechnischen Lehrplan nicht (mehr) enthaltene Bereiche wie Mechanik, Kühlung (Thermodynamik und Strömungslehre) und Werkstoffwissenschaften und Zuverlässigkeit (Thermomechanik) zu ergänzen. Darüber hinaus sind solide Kenntnisse im Bereich elektromagnetischer Felder und Hochfrequenztechnik zu vermitteln, um eine Grundlage für die Auslegung und Verlustberechnung induktiver Komponenten hochfrequent getakteter leistungselektronischer Schaltungen zu schaffen.

Es müssen moderne Ausbildungsinhalte in der Leistungselektronik vermittelt werden

Dieses Anforderungsprofil wird heute im Rahmen der akademischen Ausbildung häufig nicht in vollem Umfang erfüllt. An vielen Hochschulen nehmen netzgeführte Schaltungen noch einen zu grossen Teil der Lerninhalte ein; moderne pulsbreitenmodulierte Stromrichter und Schaltnetzteile stellen nur eine Ergänzung dar. Auch die Auslegung von Induktivitäten und Transformatoren ist vielfach an netzfrequenten Komponenten orientiert. Hochfrequenzeffekte wie Skin- und Proximity-Effekte und Hochfrequenzkernverluste sowie elektromagnetische Verträglichkeit sind nicht natürlicher Bestandteil der Ausbildung. Oftmals liegen diese Aspekte auch außerhalb des vor-universitären beruflichen Erfahrungsfeldes der Dozierenden und sind entsprechend in den Vorlesungen schwer zu vermitteln.

Die Sicherung einer umfassenden und tiefgehenden universitären Ausbildung in der Leistungselektronik ist jedoch für die Aufrechterhaltung der Technologieführerschaft und damit Konkurrenzfähigkeit der europäischen Industrie gegenüber aufstrebenden Nationen mit massiven personellen Ressourcen im Ingenieurbereich von zentraler Bedeutung. Modernen Ausbildungswerkzeugen kommt hier eine wichtige unterstützende Funktion zu.

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