der leichte einstieg in die mechatronik - ciando.com · das grundwissen der mechatronik an. es...

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Mit Hilfe dieses Buches eignet sich der Leser auf praxisorientierte Weisedas Grundwissen der Mechatronik an.

Es eignet sich sowohl für Jugendliche, die sich mit dem Berufsbild desMechatronikers vertraut machen wollen, als auch als Nachschlagewerkfür bereits im Beruf stehende Mechatroniker.

Das Zeitalter der Automatisierungstechnik ist von Mechanik im Verbund mit derElektronik geprägt. Die Entwicklung und Wartung moderner Industrieanlagen,die Betreuung von Hightech-Anlagen in Handel, Verkehr, im Bankwesen,Krankenhäusern usw. setzt den Einsatz hochqualifizierter Mechatroniker voraus.

Das Buch soll das Verständnis für die technischen Zusammenhänge in diesemBerufszweig fördern und die Funktionsabläufe sowie die Bausteine dieserTechnik transparent machen. Von großer Bedeutung sind dabei die Sensoren alsSinnesorgane der Maschinen.

Zur Ausführung von Bewegungsabläufenstehen Motoren und Aktoren zur Verfü-gung, welche wiederum mit mechanischen Grundbausteinen wie z. B. Getriebenzusammenwirken. Die Beherrschung von Steuer- und Regelvorgängen istGrundvoraussetzung zum Verständnis aller Automatisierungseinrichtungen. DasBuch gibt hier die entsprechenden praktischen Erläuterungen und Hinweise.

Euro 19,95 [D]

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Bo Hanus

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Bo Hanus

Aus den Inhalt:· Berufsbild des Mechatronikers· Motoren und Aktoren· Hydraulische und pneumatische Systeme· Steuerung und Regelung mechanischer Bewegungsabläufe· Sensoren und ihre Funktion· Messen, Steuern und Regeln· Bausteine der Antriebstechnik

Der leichte Einstiegin die

Mechatronik


Mechatronik

Motoren · Aktoren · Sensoren · Schalten · Steuernund Regeln · Antriebstechnik · Messtechnik Pneumatik · Hydraulik · Getriebe

4604-9 U1+U4 07.01.2008 15:39 Uhr Seite 1

Vorwort

Ähnlich wie bereits viele unserer vorhergehenden Bücher haben wir auch diesesBuch gewissermaßen wie eine Erzählung verfasst, die man gemütlich Seite fürSeite von Anfang an lesen sollte. Überspringen von Seiten oder Kapiteln empfeh-len wir nicht, da jedes neue Thema auf den vorhergehenden Informationen auf-baut.

Beim Ausarbeiten einzelner Themen wurden mehrere Leser-Zielgruppen berück-sichtigt:

) Leser, die nur an allgemeinen Vorinformationen über das Fachgebiet des Me-chatronikers interessiert sind;) Jugendliche, die noch die Schulbank drücken und nach einem interessanten,

„zukunftsorientierten“ Beruf Ausschau halten;) Fachleute und Tüftler, die in diesen interessanten Beruf gerne ein- oder umstei-

gen möchten und bereits Berufserfahrung in der Elektronik, Elektrotechnik,Kfz-Technik oder im Maschinenbau haben.

Alle Themen sind so konzipiert, dass Ihnen ein spielerischer Einstieg in die Weltder Mechatronik ermöglicht wird. Viele Abbildungen mit leicht verständlichenBeispielen erläutern Ihnen die Zusammenhänge zwischen verschiedensten Kom-ponenten der Mechatronik, von denen Ihnen etliche bekannt sind, andere bishervielleicht unbekannt waren.

Viel Spaß beim Lesen dieses Buches und viele Erfolgserlebnisse beim eventuel-len Experimentieren wünschen Ihnen

Bo Hanus und seine Co-Autorin (& Ehefrau) Hannelore Hanus-Walther

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Inhalt

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1 Das Berufsbild eines Mechatronikers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2 Mechanismen und Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3 Die Elektronik führt die Regie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.1 Schalten und Steuern mit Ringzählern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.2 Schalten und Steuern mit dem Computer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4 Elektrisch gesteuerte Bewegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714.1 Wechselstrom-Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 734.2 Gleichstrom-Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 804.3 Elektromagnetische Aktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 834.4 Schrittmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844.5 Servoantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 904.6 Linearmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 914.7 Pneumatische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 914.8 Hydraulische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

5 Getriebe und Antriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.1 Stirnrad-Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975.2 Schnecken-Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1005.3 Keilriemenantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1015.4 Zahnriemenantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025.5 Kettenantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1035.6 Kegel-Zahnräder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045.7 Zahnstangen und Gewindespindeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

6 Mechanische Grundbausteine der Antriebstechnik . . . . . . . . . . . . 1096.1 Achsen und Wellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1096.2 Wälzlager und Gleitlager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1106.3 Belastungsgerecht ausgelegte Lagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1126.4 Kupplungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

7

6.5 Flexible Wellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

7 Mechanische Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1237.1 Schraubenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1237.2 Spannhülsen, Stifte und Passfedern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

8 Sensoren als Sinnesorgane der Maschinen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1338.1 Mechanisch betätigte Positions- und Endschalter . . . . . . . . . . . . . . . . 1368.2 Magnetisch betätigte Schalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1398.3 Temperatur-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1418.4 Druck-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1528.5 Optoelektronische Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1558.6 Lichtschranken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1628.7 Bewegungssensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1688.8 Bilderkennende Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

9 Technische Zeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1779.1 Zeichnen in der Elektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1779.2 Zeichnen in der Starkstrom-Elektrotechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1869.3 Zeichnen in der Mechanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

10 Messinstrumente und Messgeräte des Mechatronikers . . . . . . . . . 19510.1 Elektronische Messinstrumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19510.2 Mechanische Messinstrumente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

11 Energieversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21911.1 Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22111.2 Gleichrichter und Netzteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22711.3 Kondensatoren als Energiespeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

12 Anzeige- und Warngeräte in der Mechatronik . . . . . . . . . . . . . . . . 23912.1 Einfache optische Anzeigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24112.2 Akustische Warn- und Meldesysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24712.3 Displays und Bildschirme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

13 Programmierung & Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

14 Lesetechniken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

8 Inhalt

Einleitung

Mechatronik ist zwar ein neuer Berufszweig, stellt aber kein neues Wissensgebietdar. Mit dieser Bezeichnung versuchte man, mehrere herkömmliche Berufe zu ei-nem neuen Lernberuf zusammenzulegen: den Beruf des Mechanikers mit demBeruf des Industrie-Elektrikers und des Elektronikers.

Die Elektrotechnik – unter die auch das Fachgebiet der Elektronik fällt – und dieMechanik hingen schon immer eng zusammen: Eine Experimentierplatine mussauf die erforderliche Größe geschnitten, gebohrt und angeschraubt werden, in dasGehäuse für ein elektronisches Gerät müssen Schalter, Stecker, Displays maßge-recht eingebaut werden usw. Zudem sind in vielen Geräten und Anlagen die elek-tronischen Systeme mit Elektromotoren und mechanischen Systemen unzer-trennlich kombiniert: Überall dort, wo mechanische Bewegungen erforderlichsind, braucht man auch entsprechende Mechanismen, die z. B. mit Hilfe vonElektromotoren, Elektromagneten, Luftdruck-Zylindern oder Hydraulik-Zylin-dern diese Aufgabe übernehmen. Die Elektronik beschränkt sich dann nur darauf,als der „oberste Befehlshaber“ die Bewegungen zu steuern und zu regeln.

Schon jedes CD-, DVD- oder Festplatten-Laufwerk dürfte als ein Beispiel einerperfekt ausgetüftelten Kombination aus Mechanik und Elektronik dienen. Hierkann jedoch ein Elektroniker auf die Kenntnisse der Mechanik verzichten, dennwenn so ein „austauschbarer Baustein“ nicht funktioniert, wird er einfach ersetzt.Wir leben ja in einer Wohlstands- und Wegwerfgesellschaft und so lange es billi-ger ist, einen neuen Baustein zu erstellen, als einen alten zu reparieren, wird nichtrepariert, sondern ersetzt.

Diese Wegwerf-Philosophie kann allerdings nur bei preiswerten Gebrauchsgü-tern angewendet werden. Bei teuren Geräten, Industrieanlagen und Industriero-botern ist dagegen eine Wiederherstellung durch eine (möglichst schnelle) Repa-ratur erforderlich. Der für die Reparatur zuständige Servicetechniker muss in demFall sowohl die Elektrotechnik als auch die Mechanik ausreichend beherrschen,um die Ursache der Störung ausfindig machen zu können und sie möglichst um-gehend zu beheben.

Auch ein Entwicklungsingenieur, ein Tüftler oder ein Modellbauer muss im Prin-zip ein „Mechatroniker“ sein, um sein Vorhaben gut in den Griff zu bekommen.

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Industrie-Schweißroboter: eine faszinierende Symphonie aus Blitzen und Funken(Foto: Toyota)

Das bezieht sich nicht nur auf die eigentlichen Reparaturen, sondern auch auf dieBearbeitung oder Herstellung von spezielleren mechanischen Teilen.

Die Elektronik findet zunehmend ihren verstärkten Einsatz auch in „einfache-ren“ Haushaltsgeräten, wie z. B. Waschmaschinen, Geschirrspülern, Kühl-schränken, in Öl- oder Gas-Heizkesseln usw. Sie bildet hier eine fast unzertrenn-liche Symbiose mit den mechanischen Komponenten. Der Service-Technikermuss auch hier im Prinzip zu einem „Mechatroniker“ umgeschult (oder ausge-bildet) werden, um jeweils an Ort und Stelle eine Reparatur fachgerecht bewälti-gen zu können.

Mit demselben Problem müssen sich inzwischen auch alle Kfz-Mechaniker aus-einandersetzen, denn auch in den Kraftfahrzeugen übernehmen elektronischeSteuerungs- und Regelsysteme die „Regie“. Dasselbe gilt z. B. auch für die stän-dig kränkelnden Geldautomaten. Hier ist zwar der Anteil der mechanischen (fein-mechanischen) Teile relativ gering, aber keinesfalls pflegeleicht.

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Industrieroboter bauen eine Karosserie zusammen (Foto: BMW)

So könnten wir mit der Aufzählung von Einsatzgebieten fast endlos fortfahren,denn die Elektronik setzt sich überall dort durch, wo man sich früher mit einfache-ren Funktionen zufrieden gegeben hat, die nur rein mechanisch oder elektrome-chanisch bewerkstelligt wurden. Die elektromechanischen Teile waren dabei inder Regel ziemlich überschaubar angeordnet und der Service-Techniker konntedaher relativ leicht die Zusammenhänge der einzelnen Bausteine und ihrer Funk-tionen überblicken.

Diesen Vorteil bieten die mit „moderner Elektronik“ ausgestatteten Geräte, Vor-richtungen und Anlagen nicht mehr, denn hier sind die funktionellen Zusammen-hänge der elektronischen und mechanischen Bauteile nicht optisch nachvollzieh-bar. Zudem ist die Elektronik (bzw. Elektrotechnik im weiteren Sinne des Berufs-bildes) mit der Mechanik derartig durchflochten, dass bei einer eventuellen Stö-rung der Anwender nicht einmal beurteilen kann, ob diese durch einen mechani-schen oder elektrischen Defekt verursacht wurde. Somit kann er nicht von vorne-herein bestimmen, ob für die Reparatur ein Mechaniker oder ein Elektroniker zu-ständig wäre.

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Automatische Montage bei BMW

Bei modernen industriellen Fertigungsanlagen kann oft die kleinste Störung eineStilllegung des ganzen Herstellungsprozesses zufolge haben. Bei der Behebungdes Defektes zählt dann jede Minute. Ist der Service-Techniker als Mechatronikerausgebildet, kann er eine Reparatur effizient bewerkstelligen – egal ob es sich umeinen elektronischen oder mechanischen Defekt handelt.

Dasselbe gilt aber auch für Service-Techniker, die für die Reparaturen von Auto-maten, medizinischen Geräten, Aufzügen, Haushaltsgeräten usw. zuständig sindund sowohl die Funktionen der Mechanismen als auch die Funktionen der Elek-tronik beherrschen müssen (oder beherrschen sollten). Und dies möglichst per-fekt, denn der Service-Techniker tritt in vielen Fällen als „Solist“ auf und ist über-wiegend nur auf sein eigenes Fachwissen und auf seine Erfahrung angewiesen.

Was ein Mechatroniker alles konkret beherrschen muss, hängt von seinem jewei-ligen Aufgabenbereich ab. Viele von denen, die heutzutage für die Wartung vonautomatischen Vorrichtungen, Industrieanlagen und modernen Geräten zuständigsind, wurden (oft betriebsintern) im Prinzip als Mechatroniker ausgebildet, ob-wohl ihre offizielle Berufsbezeichnung anders lautet. Wie solche Spezialisten fir-

12 Einleitung

Überprüfung einer Karosserie mit Hilfe einer Videokamera im Analyseraum von BMW

menintern bezeichnet werden, hängt nur von der individuellen Firmenphiloso-phie ab.

Auf dem Arbeitsmarkt gibt es gegenwärtig kaum Mechatroniker, die arbeitslossind und nach einem Arbeitsplatz lange Ausschau halten müssten. Dieser Berufs-zweig ist neu und die meisten Unternehmen, die im Prinzip Mechatroniker benö-tigen würden, müssen sich oft damit zufriedengeben, dass sie z. B. Elektrotechni-ker, Elektroniker, Feinmechaniker oder Schlosser zu Mechatronikern umschulen.Solche Umschulung (und Einarbeitung) konzentriert sich selbstverständlich aufden vorgesehenen Aufgabenbereich.

Nichts spricht jedoch dagegen, dass sich ein Elektrotechniker, Elektroniker oderein Mechaniker selbst zu einem Mechatroniker ernennt, wenn ihn seine beruf-liche Erfahrung dazu berechtigt oder er sich das erforderliche Wissen zusätzlichselber beigebracht hat. Je nachdem, ob dann der individuelle Wissens-Schwer-punkt mehr bei der Elektronik oder mehr bei der Mechanik liegt, kann sich einderartiger Profi bei „passenden“ Firmen bewerben: Wo z. B. Service-Techniker

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Mit modernen Messgeräten kontrolliert und pflegt der Mechatroniker „seine“ Industrie-anlagen (Foto: Conrad Electronic)

benötigt werden, die vor allem Reparaturen an der Elektronik vornehmen müs-sen, hat ein Elektroniker die besten Chancen, der auch mit der Mechanik gutzurechtkommt – und umgekehrt.

Generell dürfte es einem Elektroniker nicht allzu schwerfallen, sich zusätzlichnoch das Wissen über die Starkstrom-Elektrotechnik und Mechanik (über denMaschinenbau) aus der Literatur anzueignen. Es versteht sich dabei von selbst,dass rein theoretische Kenntnisse beim Umgang mit der Mechanik nicht ausrei-

14 Einleitung

chen. Eine angemessene Handfertigkeit auf dem Gebiet der Metallbearbeitungund der damit verbundene Umgang mit den gängigen Handwerkzeugen – wieBohren, Feilen oder Sägen – sind ebenfalls erforderlich.

Da wurde plötzlich ein Elektronik-Baustein zu heiß: Eine berührungslose Messung derTemperatur zeigt schnell an, ob die gestiegene Temperatur tatsächlich kritisch ist.(Foto: Conrad Electronic)

Umgekehrt kann sich auch ein „Mechaniker“ – worunter z. B. ein Feinmechani-ker oder Industriemechaniker – durch Selbststudium und einfachere „private“Experimente das Grundwissen des Elektronikers und Elektrotechnikers aneig-nen.

Der Umstieg von der Mechanik in die Elektronik fällt in den meisten Fällen etwasschwerer als der Umstieg von der Elektronik in die Mechanik. Dies aus demGrund, dass sich in der Mechanik die meisten Funktionen optisch leicht nachvoll-ziehen lassen und quasi greifbar dargestellt werden können.

Ein Elektroniker braucht sich nicht mit allzu viel Theorie auseinander zu setzen,um sich eine respektable Portion an praxisbezogenem Wissen über die Mechanikanzueignen.

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Elektronische Kontrollgeräte registrieren einprogrammierte Prozesse und der Mecha-troniker kann jederzeit ablesen, ob alles ordnungsgemäß verläuft bzw. verlaufen ist

In der Elektronik sind dagegen die meisten Funktionen und Vorgänge optischnicht nachvollziehbar. Ohne Kenntnisse der theoretischen Grundlagen bleibt die-ses Fachgebiet ein undurchschaubares Mysterium. Ein Mechaniker, der bisher inZusammenhang mit seinem Beruf oder mit seinem Hobby keine praktischen Er-fahrungen mit der Elektronik sammeln konnte, kann sich zwar das erforderlicheWissen durch Selbststudium beibringen, muss es jedoch laufend mit praktischenExperimenten kombinieren. Es sollte sich dabei um die Erstellung von diversen(einfacheren) experimentellen Schaltungen handeln, die nicht als Simulationenauf den Bildschirm eines PCs, sondern „in natura“ mit einem Lötkolben und mit„echten“ elektronischen Bauteilen zusammengelötet werden. Dem Einsteiger(oder einem „leicht Fortgeschrittenen“) stehen zu diesem Zweck u. a. folgendeBücher von Bo Hanus & dem Franzis Verlag zur Verfügung:

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) Der leichte Einstieg in die Elektronik (5. Auflage, 363 Seiten)) So steigen Sie erfolgreich in die Elektronik ein (4. Auflage, 97 Seiten)) Der leichte Einstieg in die Elektrotechnik (neu)) Experimente mit superhellen Leuchtdioden (153 Seiten)) Haushaltselektronik selbst reparieren (128 Seiten)) Hauselektrik selbst installieren und reparieren (128 Seiten)

Zusätzliche Literatur ist jedoch nur für denjenigen Leser empfehlenswert, dersich aus eigener Initiative zu einem Mechatroniker ausbilden und eventuelle Wis-senslücken füllen möchte. Wer nur daran interessiert ist, sich ein genaueres Bildüber den Beruf eines Mechatronikers zu machen, der wird mit Hilfe dieses Bu-ches ausreichend aufgeklärt.

Als eine sehr bedeutende „zusätzliche Literatur“ dürften auch Kataloge diverserVersandhäuser (siehe Hinweis auf Lieferanten am Buchende) eingestuft werden.Sie sind oft kostenlos oder sehr preiswert erhältlich und geben eine hervorragendeÜbersicht über Bausteine, die in diesem Buch erwähnt werden bzw. die mit unse-ren Themen zusammenhängen. Wenn wir hier beispielsweise über bestimmte„Standard-Komponenten“ schreiben, können Sie sich in einem der Kataloge an-schauen, wie sie aussehen, nach welchen Parametern sie eingeteilt sind, welcheAnwendungen der Anbieter empfiehlt usw. Kein anderes Buch vermittelt Ihnenso viele Kurzinformationen über interessante Neuheiten wie ein Katalog.

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4 Elektrisch gesteuerteBewegungen

Alles, was sich bei den Maschinen und Vorrichtungen moderner automatischerIndustrieanlagen bewegt, wird – bis auf sehr seltene Ausnahmen – elektrischgesteuert. Die dafür erforderlichen elektrischen Steuerungen bestehen meistnur aus dem einfachen Ein- und Ausschalten einer fest vorgegebenen Span-nung, die jeweils zum richtigen Moment dem richtigen Anschluss zugeführtwird.

Auch die aufwendigste Computersteuerung erledigt oft nur ähnliche Schaltvor-gänge wie ein einfacher manueller Schalter, der z. B. nach Abb. 4.1a die Versor-gungsspannung (aus einer Batterie) zu einem Elektromotor schaltet.

Auf eine ähnliche Weise funktioniert auch jede automatische Steuerung einerIndustrieanlage oder eines „intelligent gesteuerten“ Handhabungsgerätes. DieStromversorgung zu einem Elektromotor wird hier allerdings nicht manuell,sondern von einem Computer oder von einem elektronischen Baustein geschal-tet. In diesem Fall dürfte man einfachheitshalber so einen Computer (bzw. ähn-lich funktionierenden elektronischen Baustein) mit dem Finger des Menschenvergleichen, der bei dem Beispiel in Abb. 4.1a den mechanischen Schalter be-tätigt.

Der Finger selber kann offensichtlich keine „brauchbare“ elektrische Ener-gie an den Motor liefern, sondern wendet seine Energie nur zur Betätigungdes Schalters an. Dieselbe Aufgabe übernehmen beim automatischen Schal-ten die „feinen“ elektronischen Steuerbausteine oder Steuergeräte (z. B.Computer, Ringzähler u. ä.) die – wie bereits an anderen Stellen erklärtwurde – nur sehr niedrige Leistungen aufbringen können. Das reicht zwar,um z. B. einen schwachen elektronischen Impuls als Befehl aufzubringen,aber für das eigentliche Zuschalten einer höheren Leistung sind zusätzliche„kräftigere Handlanger“ (z. B. nach Abb. 4.1b und 4.1c) erforderlich, diediese Aufgabe übernehmen. Einige Beispiele wurden zwar schon im vorher-gehenden Kapitel aufgeführt, aber nicht ausreichend erklärt – was nun erfol-gen wird.

71

Abb. 4.1: Die Aufgabe eines mechanischen Schalters übernimmt beim elektronischenSchalten von Elektromotoren wahlweise ein elektromagnetisches oder einelektronisches Relais: a) manuelles Schalten; b)/c): die Steuerung eines Re-lais ist unabhängig davon, ob der vom Relais geschaltete Verbraucher einGleichstrom- oder ein Wechselstrom-Motor (oder anderer Verbraucher) ist

72 4 Elektrisch gesteuerte Bewegungen

Abb. 4.2: Elektromotoren mit Getriebe (Foto: Conrad Electronic)

Abb. 4.3: Sieht wie ein UFO aus, ist aber ein sehr flacher Elektromotor (Foto: RSComponents)

Die meisten Bewegungen werden in der Automation durch Elektromotoren ausge-löst bzw. aufrechterhalten. Ein kleinerer Teil der Bewegungen wird mittels diverserelektromagnetischer Aktoren direkt bewerkstelligt oder erfolgt mittels pneumati-scher und hydraulischer Zylinder, die elektromagnetisch betätigt werden.

4.1 Wechselstrom-Motoren

Wechselstrom-Motoren werden wahlweise als Einphasen- oder als Dreiphasen-Motoren (Drehstrom-Motoren) hergestellt.

Einphasen-Motoren sind üblicherweise für Wechselspannungen ausgelegt, dietypenbezogen zwischen ca. 3 Volt ' und 230 Volt ' liegen. Ein Teil dieser Moto-ren ist für zwei Drehrichtungen ausgelegt, viele der Einphasen-Wechselstrom-Motoren können jedoch nur in einer Drehrichtung betrieben werden.

Die meisten dieser Einphasen-Motoren, die in zwei Drehrichtungen betriebenwerden können, sind als Kondensator-Motoren ausgeführt. Ihre Drehrichtung


kann nach Abb. 4.4 durch ein einfaches Umschalten der einen Spannungszulei-tung (an den einen oder an den anderen Pol des Motorkondensators) geändertwerden – insofern der Hersteller nicht ein aufwendigeres Umschalten vor-schreibt.

Abb. 4.4: Das Umschalten der Drehrichtung bei einem Einphasen-Kondensator-Wechselstrommotor erfolgt durch das Umschalten eines Leiters der Span-nungszuleitung von einem zum anderen Pol des Motor-Kondensators.

Für das elektronisch gesteuerte Ein- und Ausschalten der Einphasen-Wechsel-strom-Motoren sind zusätzliche Relais erforderlich, die den in Abb. 4.4 einge-zeichneten mechanischen Umschalter ersetzen. Solche Relais können entwederals elektromagnetische oder als elektronische Relais ausgeführt werden.

Elektromagnetische Relais haben wir bereits in vorhergehenden Kapiteln in eini-gen Schaltungen angewendet. Ihre Funktionsweise ist leicht verständlich: Wennder Relaisspule (Abb. 4.5a) eine vom Hersteller angegebene Versorgungsspan-nung zugeleitet wird, wird ihr Eisenkern zu einem Elektromagneten, der den ma-gnetisch leitenden (wippenden) Anker heranzieht, dabei die federnden Relais-kontakte mechanisch kräftig zusammendrückt und somit schließt.

Das elektromagnetische Relais besteht aus zwei elektrisch unabhängigen Funk-tionsteilen: aus der Relaisspule und aus den Relaiskontakten. Zu den wichtigstentechnischen Parametern der Relaisspule gehört die vom Hersteller angegebeneArt und Höhe der Betriebsspannung und ihr Ohmscher Widerstand (Art =Wechsel- oder Gleichspannung, die Höhe der Betriebsspannung kann typenab-


a)Abb. 4.5: a) Konstruktionsprinzip eines elektromagnetischen Relais mit einem Schalt-

kontakt, das in Katalogen als „1 x EIN“ bezeichnet wird; b) Ausführungsbei-spiel eines elektromagnetischen Kleinrelais (Foto: Conrad Electronic)

hängig bei ca. 4 bis 230 Volt liegen und der Ohmsche Widerstand beträgt bei klei-neren Relais der Automation einige Hundert Ohm).

In der Automation werden überwiegend monostabile Relais verwendet, die füreine Steuerung mittels Gleichspannung (von 6, 12 oder 24 Volt) ausgelegt sind.Bei manchen Relais geben die Hersteller einen breiteren Spannungsbereich derSpulen an – wie z. B. „4,5 bis 8 V“ oder „9 bis 20 V“.

Abb. 4.6: Konstruktionsprinzip eines elektromagnetischen Relais mit zwei Umschalt-kontakten, das in Katalogen als „2 x UM“ bezeichnet wird: Der Relais-Elek-tromagnet betätigt bei diesem Relais nur die zwei mittleren Relaiskontakte„B“ und „E“.


Was die Relaiskontakte anbelangt, interessieren hier vor allem die vom Herstellerangegebene maximale Schaltspannung und Schaltleistung (somit auch der max.Schaltstrom) sowie die Anzahl der Schaltkontakte.

Die meisten Relaiskontakte sind als Umschaltkontakte (nach Abb.4.6) ausge-legt: Die hart federnden Kontakte sind so montiert, dass die „Duos“A/B und D/E im Ruhestand gegeneinander angedrückt (eingeschaltet) bleiben. Wird dasRelais aktiviert, drückt der Anker des Relais die mittleren Kontakte D undE elektromagnetisch von den links eingezeichneten Kontakten A und D wegund an die rechts stehenden Kontakte C und F an – wodurch das Relais „um-schaltet“.

Bei den meisten „2 x UM“-Relais sind die Kontakt-Trios nicht hintereinander,sondern nebeneinander angeordnet. Die in Abb. 4.6 dargestellte Anordnung wirdoft bei Relais angewendet, die als „ 4 x UM“ konzipiert sind (die Kontakte werdenhier in zwei Reihen von je zwei „Trios“ angeordnet).

Möchten wir den Elektromotor aus Abb. 4.4 rein elektronisch schalten (bzw. steu-ern), könnte dies z. B. nach der Lösung in Abb. 4.7 erfolgen. Als elektronischerBaustein kann hier ein Computer oder eine elektronische Schaltung dienen, diez. B. eine + 5 Volt-Spannung als „Schaltbefehl“ (Schaltpegel) an einen Treiberweiterleitet.

Abb. 4.7: Schaltung eines elektronisch gesteuerten Einphasen-Wechselstrom-Mo-tors, der in beiden Drehrichtungen arbeitet (Endschalter L und R sind nurdann erforderlich, wenn der Motorantrieb am Ende einer fest vorgegebenenStrecke abgeschaltet werden muss)


Die Aufgabe eines Treibers wurde bereits erläutert. Die unterhalb der Relais ein-gezeichneten Schutzdioden D1, D2 dürfen bei Relais, die von elektronischenTreibern (oder von ICs oder Transistoren) geschaltet werden, grundsätzlich nie-mals fehlen, denn sie dämpfen den erhöhten Spannungsstoß, der beim Abschaltender Relaisspule entsteht (er könnte andernfalls den Treiber vernichten).

Bliebe nur noch darauf hinzuweisen, dass der Treiber in diesem Beispiel der Re-laisspule eine positive Versorgungsspannung zuführen muss, für die die Relais-spule ausgelegt ist (bzw. wird ein Relais angewendet, das für die Versorgungs-spannung ausgelegt ist, die der Treiber liefern kann). Zudem muss hier der Treiberso konzipiert sein, dass er einem solchen einfachen (monostabilen) Relais wäh-rend der ganzen Einschaltzeit die Versorgungsspannung liefert (bzw. zu diesemZweck mit einem zusätzlichen Timer kombiniert wird).

Abb. 4.8: Die Versorgungsspannung des Treiber-Schaltkreises muss auf die typenbe-zogene „Nennspannung“ der Relaisspule (in diesem Fall auf 12 V) abge-stimmt sein

Beispiel: Abb. 4.8 zeigt eine Schaltung, in der nur ein Transistor als Treiber dient,der an eine 12 Volt-Spannung angeschlossen ist. Die Relaisspule des verwendetenRelais muss daher ebenfalls für 12 Volt ausgelegt sein. Und es versteht sich vonselbst, dass die Schaltkontakte des verwendeten Relais sowohl die Spannung alsauch den Strom verkraften müssen, für die der geschaltete Motor ausgelegt ist.Das ist kein Problem, denn bei den technischen Daten jedes Relais sind auch dieseAngaben aufgeführt.


Bei allen bisher aufgeführten elektromagnetischen Relais handelte es sich um dieeinfachsten (aber beliebtesten) monostabilen Relais. Diese Relais federn ihre Ru-hestand-Position automatisch zurück, sobald die Spannungsversorgung der Re-laisspule abgeschaltet wird. Es gibt aber auch sogenannte bistabile Relais, die nureinen kurzen Einschalt- oder Umschaltimpuls benötigen, um die erforderliche„Schaltposition“ einzunehmen, in der sie danach so lange bleiben, bis ein „Um-schaltimpuls“ erfolgt. Eine leicht nachvollziehbare schematische Darstellung ei-nes bistabilen Zweispulen-Relais zeigt Abb. 4.9.

Abb. 4.9: Schematische Darstellung eines bistabilen Zweispulen-Relais, dessen Spu-len S1/S2 über zwei Transistoren ihre Ein- und Ausschaltimpulse erhalten(zusätzliche Schutzdioden D1/D2 dürfen auch hier nicht fehlen)

Alternativ zu den bisher vielfach besprochenen elektromagnetischen Relais wer-den zum Schalten von Wechselstrom-Motoren auch elektronische Lastrelais ver-wendet, die nach Abb. 4.10 konzipiert sind.

Diese Relais eignen sich schon deshalb hervorragend für elektronische Steuerun-gen, weil sie über einen sensiblen Steuerkreis verfügen, der oft keinen zusätz-lichen Treiber benötigt und direkt an einen PC-„Schaltausgang“ oder einen ande-ren vergleichbaren elektronischen Baustein (nach Abb. 4.11) angeschlossen wer-den kann.


Abb. 4.10: Anordnung der Innenbauteile in einem elektronischen Wechselstrom-Last-relais

Abb. 4.11: Anwendungsbeispiel eines elektronischen Wechselstrom-Lastrelais (daselektronische Relais ist hier „in natura“ dargestellt)

Die Funktion dieses Relais sehen wir uns anhand der Abb. 4.10 näher an: DerSteuerkreis besteht hier aus einer winzigen Leuchtdiode (LED) und einem Vorwi-derstand. Dieser fehlt zwar bei einigen elektronischen Relais und muss zusätzlichaußen angebracht werden (was aus der technischen Dokumentation solcher Re-lais hervorgeht), aber das hat auf das eigentliche Konzept keinen Einfluss. Es gehtnur darum, dass die Leuchtdiode den Fototransistor ausreichend stark beleuchtet,um den erforderlichen Schaltvorgang zu bewerkstelligen. Sobald der Fototransis-tor den „optischen Einschaltbefehl“ erhält, aktiviert er über einen integriertenVerstärker den Triac, der als ein elektronisches Schaltglied (Wechselstrom-Schal-ter) ähnlich funktioniert wie der mechanische Schaltkontakt eines elektromagne-tischen Relais.


Nicht alle, aber viele solcher Wechselstrom-Lastrelais verfügen über einen inte-grierten Nullspannungs-Schalter, der dafür zuständig ist, dass die Last (der Elek-tromotor) exakt in dem Moment eingeschaltet wird, in dem die Sinuskurve derWechselspannung ihren „Nullpunkt“ durchschreitet. Dies wirkt sich auf dasLeistungsrelais schonend aus und zudem entstehen beim Einschalten keine Leis-tungsstöße, die elektromagnetische Störungen auf die Umgebung zur Folge ha-ben.

Elektronische Lastrelais werden in verschiedenen Leistungskategorien auch zumSchalten von Dreiphasen-Drehstrommotoren verwendet. Solche Relais müssenüber drei elektronische Schaltkontakte verfügen und sind oft mit zusätzlichenKühlkörpern versehen. Alternativ können Drehstrommotoren auch mittels elek-tromagnetischer Relais geschaltet werden, die über drei ausreichend robusteSchaltkontakte verfügen.

Abb. 4.12: Elektronisches Sanftanlauf-Relais (Foto: Conrad Electronic)

Ist es erwünscht, dass ein Elektromotor nicht ruckartig, sondern sanft anläuft,kann er über ein spezielles Sanftanlauf-Relais (Abb. 4.12) geschaltet werden. Ei-nige dieser Relais sind zudem auch noch mit einem einstellbaren „Sanftauslauf“konzipiert und werden z. B. bei Aufzügen oder Hebevorrichtungen angewendet.Größere Leistungsrelais benötigen einen Kühlkörper, denn die schaltenden Halb-leiter wärmen sich hier ziemlich auf.

4.2 Gleichstrom-Motoren

Gleichstrom-Motoren sind typenbezogen für Betriebsspannungen ab ca. 0,4 V=ausgelegt. Eine technisch bedingte Obergrenze gibt es bei der Betriebsspannung


13 Programmierung & Software

In den vorhergehenden Kapiteln haben wir einige leicht nachvollziehbare Bei-spiele einfacher Steuerungen gezeigt, die man nicht zu programmieren braucht,da sie nur in einem vorgegebenen Takt Schritt für Schritt ihre Aufgaben erledigen.Der vorgegebene Takt stellt zwar auch eine gewisse Vorprogrammierung dar,aber sie besteht nur aus einem Denkvorgang oder einer einfachen Auflistung dereinzelnen Schritte – wie in Abb. 3.13/Kap. 3 – die einem solchen Vorhaben zu-grunde liegen.

Im Zusammenhang mit Abb. 3.21 bis 3.27 haben wir erklärt, auf welche Weiseman eine einfache PC-Steuerung in die Wege leiten kann. Wer die Geduld oderden Mut für den ganzen Aufbau nicht aufbringt, der kann sich z. B. eine fertigeSchnittstellenkarte oder den Schnittstellenkarten-Bausatz für seinen PC(Abb. 13.1) kaufen.

Die abgebildete Schnittstellenkarte zeichnet sich durch eine einfache Installationund Bedienung aus. Sie wird einfach mit dem parallelen Druckeranschluss einesPCs verbunden (es ist nicht notwendig, den PC zu öffnen). Sie wird einfach überTurbo Pascal, Q Basic, Visual Basic, Delphi, C++ gesteuert. Diese sind auf einermitgelieferten Diskette vorprogrammiert und werden mit einer Reihe von Test-und Beispielprogrammen leicht verständlich erklärt. Zu dieser Karte ist optionaleine 8-Kanal-Relaiskarte erhältlich, die zum Schalten von Geräten, Elektromoto-ren, Beleuchtung usw. vorgesehen ist.

Eine „echte“ Automatisierung zu programmieren ist in der Praxis relativ einfach,da sowohl die dafür erforderliche Hardware als auch die Software als Fertigpro-dukte bzw. Fertigprogramme zur Verfügung stehen. Ein interessantes Beispielstellen z. B. die SIMATIC-Programmierungsbausteine von Siemens dar, die eineAutomatisierung sehr vereinfachen:

So bietet die „Simatic S7–200“ eine sehr große Auswahl an Fertigbausteinen(Abb. 13.2), die sich modular zusammensetzen und auf ein Vorhaben flexibel ab-stimmen lassen. Das Programmieren erfolgt hier mit Windows-Oberfläche unddie Anleitung ermöglicht einen schnellen Einstieg in die Programmierungs- undSteuerungstechnik.

253

Abb. 13.1: oben: Ausführungsbeispiel einer Schnittstellenkarte für den PC: Die Karteverfügt über 16 selbstständige digitale Anschlüsse, welche frei als Steue-rungseingänge oder Schaltausgänge programmiert werden können; unten:schematisch dargestellte Innenarchitektur der Schnittstellenkarte(Anbieter/Foto: Conrad Electronic).

Mit Hilfe von Erweiterungsmodulen macht das Simatic-Programm Automatisie-rungskonzepte von 10 bis 248 Ein- und Ausgängen möglich. Die Ausgänge sind

254 13 Programmierung & Software

für Schalten und Steuern, die Eingänge als – mit Sensoren verbundene – Mess-und Kontrolleingänge vorgesehen.

Abb. 13.2: Siemens-SIMATIC S7–200 (Anbieter/Foto: Conrad Electronic)

Als Anwendungsbereiche nennt der Hersteller den Klein- und Sondermaschinen-bau, Verpackungs-, Umgreif- und Wickelmaschinen, Knet- und Schneidemaschi-nen, Mischgranulatoren, Wärmeschränke, Vakuumpumpen, Absaugeinrichtun-gen, Klimaanlagen usw.

Die CPUs (zentrale Prozessoreinheiten) werden in jeweils fünf verschiedenenVarianten mit unterschiedlichen Anschluss- und Steuerungsspannungen angebo-ten. Die in allen CPUs integrierte PPI-Schnittstelle ermöglicht Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu beliebigen Erweiterungsmodulen und Endgeräten (darunterDrucker und Barcode-Leser). Werden zusätzliche Ein- und Ausgänge benötigt,stehen eine Reihe diverser Erweiterungsmodule (z. B. Temperatur-Messmodule)zur Verfügung. Diese werden einfach über eine Steckverbindung an die CPU an-geschlossen.

Für die Bedienungs- und Beobachtungsaufgaben bietet Siemens zu seinem Sima-tic-System ein Text-Display und Touch-Panel an, von dem aus z. B. auch das Ein-und Ausschalten (von Motoren oder Geräten) oder die Änderungen der Sollwertevorgenommen werden können (Abb. 13.3/13.4).


Abb. 13.3: Siemens Text-Display zum Simatic-S7–200-System (Anbieter/Foto: Con-rad Electronic)

Abb. 13.4: Siemens Touch-Panel zum Bedienen und Beobachten von Maschinen (An-bieter/Foto: Conrad Electronic)

Die „WinCC“-Software (Abb. 13.5) ist für die Projektierung von Simatic-Be-diengeräten vorgesehen (ablauffähig unter Windows 2000/XP Professional).Bild- und Tabelleneditor bieten hier umfangreiche Möglichkeiten zur effizientenund schnellen Projektierung.

Die hier beschriebenen Programmierungsbausteine von Siemens stellen selbst-verständlich nur eine von vielen Möglichkeiten dar, die für eine bequeme Pro-grammierung geeignet sind.


Abb. 13.5: Siemens Simatic-Projektierungs-Software „WinCC“ (Anbieter/Foto: ConradElectronic)

Die Programmierung einer echten automatisch arbeitenden Maschine, Vorrich-tung oder Anlage besteht selbstverständlich nicht nur aus dem Austüfteln oderAnpassen der erforderlichen Software und ihre Abstimmung auf die Steuerungs-elektronik. Man muss vorher bis ins letzte Detail in Erfahrung bringen, worum esbei der ganzen Sache konkret geht und worauf es ankommt.

Was alles automatisiert werden kann – oder werden sollte – hängt jeweils von denGegebenheiten und vom persönlichen Ermessen ab. Für gewerbliche Überlegun-gen gibt es da mehrere Aspekte, die für den Umfang einer Automatisierung maß-gebend sind, aber in einer einfachen Zusammenfassung geht es hauptsächlich umdie Einsparung von Kosten und Ärger.

Herstellungskosten werden durch eine Automation vor allem in Form von Lohn-kosten eingespart. Dies setzt allerdings voraus, dass eine neue vollautomatisch ar-beitende Maschine oder Anlage nicht mehr kostet, als sie verdient. Der Menschwird jedoch als Arbeitskraft immer teurer, anspruchsvoller, launischer und nach-lässiger, die Technik wird dagegen immer preiswerter und zuverlässiger. Und dieTechnik ist gehorsam und erledigt brav ihre Aufgaben.

So hängt es nur von dem Tempo der technischen Entwicklung in den nächstenJahren ab, wie schnell sich vollautomatische Anlagen und Vorrichtungen auch


z. B. im Handel, im Verkehr, in den Alten- und Krankenpflegeeinrichtungenund auf diversen anderen Gebieten durchsetzen. Und durchsetzen werden siesich! Wie flott so etwas gehen kann, zeigte sich z. B. bei der Einführung derGeld- und Kontenautomaten bei den Banken: Plötzlich waren sie da – und siewaren überall.

Als Nächstes ist jetzt die Automation des Warenverkaufs dran. Es wird zwar nochetwas herumexperimentiert, aber schon die Erfassung der Warenpreise an den Su-permarktkassen oder die Erfassung der Warenvorräte in den Regalen des Groß-und Einzelhandels wird kräftig von „High-tech-Systemen“ unterstützt. Das Pro-grammierungskonzept und die darauf abgestimmte Software ist dabei „branchen-bezogen“ auf den jeweiligen Bedarf abgestimmt.

Am Anfang jeder Programmierung steht selbstverständlich die Auflistung allertechnologischen Einzelschritte, die eine Maschine, eine Vorrichtung oder eineAnlage zu bewerkstelligen hat. Dabei werden Handlungen ausgeklammert (inFrage gestellt), die eventuell kostengünstiger manuell erledigt werden können –z. B. manuelles Nachfüllen der Materialien oder situationsbezogene Einstellun-gen der Apparatur usw.

Der Schwierigkeitsgrad einer Programmierung hängt vor allem davon ab, ob nurbestehende und bekannte Fertiggeräte bzw. Vorrichtungen automatisch gesteuertwerden oder ob auch neue Handhabungsgeräte einzubeziehen sind, mit derentechnologischer Funktionsweise und ihren Schwachstellen es noch keine Erfah-rungen gibt.

Damit ist Folgendes gemeint: Soll beispielsweise die automatische Steuerung ei-ner Klimaanlage für ein Einkaufszentrum programmiert werden, wird sie aushandelsüblichen Fertigprodukten modular zusammengestellt und der ganze Pro-grammierungsaufwand besteht danach überwiegend nur aus Schalten und Re-geln.

Soll dagegen eine vollautomatische Herstellung von Produkten programmiertwerden, bei denen diverse technologische Schritte (die z. B. bisher manuell vor-genommen wurden) mit neuartigen Vorrichtungen und Handhabungsgeräten zuersetzen sind, kann auch der Programmierungsaufwand groß werden. Eine engeZusammenarbeit des Programmierers (bzw. der Programmierer) mit den zustän-digen Entwicklungsingenieuren ist selbstverständlich angesagt. Ebenfalls selbst-verständlich ist, dass der Programmierer in dem Fall über das Wissen eines Me-chatronikers verfügen muss, um gut zu verstehen, aus welchen technologischenEinzelschritten eine Aufgabenbewältigung konkret besteht.


Stichwortverzeichnis

AAbfüllung von Mineralwasser 27Achsen 109Aktoren 83Amperemeter 198Antriebe 97Anzeigegeräte 240Ausbildungsbedingungen: 23Ausbildungsdauer 24Ausbildungsinhalte 21Automatisierungskonzepte 254axiale Belastung 113

BBarcode-Leser 255Barcodes 259Barcode-Scanner 259BCD-Dezimal-Dekoder 65BCD-Eingängen 67Berufsbild 19Betriebsstrom (IF ) 241Bewegungssensoren 168Bilderkennende Systeme 175Bildschirme 247Bimetallschalter 141bistabile Relais 78Bleiselenoid 159Bleisulfid 159Brückengleichrichter 227Bügelmessschraube 215

CCadmiumselenoid 158Cadmiumsulfid 158CCD-Scanner 259CPUs (zentrale Prozessoreinheiten) 255

DDatenlogger 249Dezimal-Ausgängen 67Digitaler Handdrehzahlmesser 214Display-Multimeter 211Displays 247Drehmagnete 83Drehstrom-Motoren 73Dreiphasen-Motoren 73Drucker-Ausgang am PC 63Druckluft-Zylinder 92Drucksensoren 152Durchflussmesser 30Durchgangsprüfung 209

EEinphasen-Motoren 73einstellbare Spannungsregler 234, 235Einstellpotentiometer 243Einweg-Gleichrichtung 227Einweg-Lichtschranken 162elastische Kupplungen 121Elektrisch gesteuerte Bewegungen 71elektrohydraulisches Ventil 30Elektromagnetische Aktoren 83elektromagnetische Relais 74, 75Elektromotoren 73elektronische Lastrelais 78Elektronische Messgeräte 195elektronische Relais 74Endoskop-Testgeräte 216Energiespeicher 236

FFeldeffekt-Transistor 182Feuchte & Temperaturregler 134

265

Flachzylinder 96Flaschenabfüll-Automaten 33Flexible Wellen 121Folien-Drucksensoren 152Formelzeichen 181Fotodioden 155, 159Fotohalbleiter 160Fototransistor 155, 159Fotowiderstand 157Fotowiderstände 155Fotozellen 133, 155Funksensoren 133

GGelenkkopf 118Gelenkkupplungen 121Geräte-Verdrahtungsplan 186getaktete Schaltnetzteile 236Getriebe 97Getriebemotor 99Gewindebohrer 128Gewinde-Schneideisen 128Gewindespindeln 106Gleichstrom-Lastrelais 81Gleichstrom-Motoren 80Gleichstrom-Servomotoren 90Gleitlager 110, 111Gold Caps 236

HH- und L-Pegel 63Halbleiterdioden 182Halleffekt-Gabelsensor 174Hallsensoren 173High 57Hochschulstudium 26Hubmagnete 83Hydraulik-Pumpen 95Hydraulik-Zylinder 95Hydraulische Systeme 95

IIGBT-Schalttransistor 182Induktive Näherungsschalter 170

Infrarotlicht 162Infrarot-Thermometer 213Integrierte Schaltungen 183

KKapazitive Näherungsschalter 171Kegelrollenlager 110Kegel-Zahnräder 104Keilriemen-Antriebe 101Kennzeichnug von Leitern 189Kettenantriebe 103Kipp-Schwelle 149Kompressoren 91Kontrollgeräte 16Kugelbuchsen 119Kugellager 110Kunststoffschrauben 124Kupplungen 119Kurzhubzylinder 96

LLCR-Messgerät 214Lesetechniken 259Leuchtdioden 241Lichtschranken 162Linearmotoren 91Logik-Bausteine 69Low 57LOW-DROP-Spannungsregler 235

MMagnetbrückensensor 174Magnetpole 88Mechanismen 27Messgeräte 195Messingschrauben 124Messinstrumente 195Messmodule 255Messschieber 215metrisches Gewinde 123Mikrometer 215Mikroprozessor 37Mikroschalter 54Mittelpunktschaltung 233

266 Stichwortverzeichnis

Modul 99Multimeter 198Multivibrator 44, 45Näherungssensoren 168

NNE 555 45Netzteile 227Netztransformatoren 223NTC-Sensoren 143

OOhmmeter 157, 198Optoelektronische Sensoren 155Oszilloskop 212

PPendelkugellager 118Pendelrollenlager 118Piepser 247Platin-Temperatursensor 142Pneumatik-Ventile 94Pneumatik-Zylinder 92Pneumatische Systeme 91Power-MOSFET-Transistor 82PTC-Sensoren 142Punktmatrix-Module 248

RRadarsensoren 168radiale Belastung 113Reed-Kontakte 139Reflexions-Lichtschranken 162Reflexions-Lichttaster 162Relais 51, 66Relaisspule 77Rillenkugellager 110Ringkern-Transformatoren 222Ringzähler 56Roboter-Arm 36Rollenketten 103Rotor 86

SSanftanlauf-Relais 80Schalenkupplungen 120Schaltleistung 76Schaltnetzgeräte 236Schaltspannung 76Schaltstrom 76Schaltzeichen 180, 186Scheibenkupplungen 120Scheinleistung 226Schieberegister 56Schieblehre 215Schmitt-Trigger 45Schnecke 100Schneckengetriebe 100Schneckenrad 100Schnittstelle 61Schnittstellenkarte 253Schottky-Diode 237Schrauben 123Schrittmotoren 84Schrittmotoren-Steuerung 86Schweißroboter 10selbsthaltend geschaltetes elektroma-

gnetisches Relais 60Selbsthalte-Schaltung eines elektroma-

gnetischen Relais 188Sensoren 133Servomotoren 90Siemens-SIMATIC 255Silizium-Temperatursensoren 143Spannungsregler 183Speicheroszilloskope 212spektrale Empfindlichkeit eines Fotowi-

derstandes 158sprechende Bausteine 247Stainless Steel 124Stator 86Statorwicklung 86Steuerbefehl 49Steuergeräte 71Steuerkreis 78Steuerrelais 240Steuerung einer Elektroheizung 149

267Stichwortverzeichnis

Stift-Multimeter 200Stirnrad-Getriebe 97Stirnzahnrad 97Stromzangen 198Summer 247Systeme 27

TTachogenerator 91Taktfrequenz 43, 58Taktgeber 43, 57Taktimpulse 44Technische Zeichnungen 177Temperatursensoren 133, 141Temperaturüberwachung 147Testgeräte 195Testschaltung mit dem NE 555 146Text-Display 256Thermometer 212Thermoschalter 134Timer 51Timerkette 51Touch-Panel 256Transformator 235Transistor als Treiber 77Transistoren 56Trapezgewinde 106Treiber-IC 65Trenntransformatoren 223Triac 79

UÜbertrager 223Ultraschall-Näherungsschalter 173Umschaltkontakte 76

VVerzahnung 100Voltmeter 196

WWälzlager 110Warngeräte 239Wechselstrom- (Drehstrom-) Servo-

motoren 90Wechselstrom-Lastrelais 79Wechselstrom-Motoren 73Weiterbildung 26Wellen 109Widerstandsthermometer 142

ZZahnräder 97Zahnriemen-Antriebe 102Zahnstangen 106Zeichnungen 177Zungenschalter 139Zylinder-Gabelköpfe 93Zylinderrollen-Lager 110

268 Stichwortverzeichnis

Elektronik Elektronik

Hanu

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Mit Hilfe dieses Buches eignet sich der Leser auf praxisorientierte Weisedas Grundwissen der Mechatronik an.

Es eignet sich sowohl für Jugendliche, die sich mit dem Berufsbild desMechatronikers vertraut machen wollen, als auch als Nachschlagewerkfür bereits im Beruf stehende Mechatroniker.

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Das Buch soll das Verständnis für die technischen Zusammenhänge in diesemBerufszweig fördern und die Funktionsabläufe sowie die Bausteine dieserTechnik transparent machen. Von großer Bedeutung sind dabei die Sensoren alsSinnesorgane der Maschinen.

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Aus den Inhalt:· Berufsbild des Mechatronikers· Motoren und Aktoren· Hydraulische und pneumatische Systeme· Steuerung und Regelung mechanischer Bewegungsabläufe· Sensoren und ihre Funktion· Messen, Steuern und Regeln· Bausteine der Antriebstechnik


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