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E-Book

Handbuch der Mess- und Automatisierungstechnik in der Produktion

VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl854 Seiten
ISBN9783540348238
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis139,99 EUR

Für Studierende der Einstieg in die praktische Welt der Automatisierung. Das Buch gibt einen Überblick über die wichtigen mechanischen, pneumatischen, hydraulischen, elektromechanischen und elektronischen Bauelemente, aus denen komplexe Systeme der Meß- und Automatisierungstechnik aufgebaut werden. Mit einem umfassenden Abkürzungsverzeichnis der Automatisierungstechnik.



Professor Dr.-Ing. Hans-Jürgen Gevatter absolvierte ein Studium des Maschinenbaus und der Elektrotechnik an der TU Braunschweig. Nach der Promotion war er als Entwicklungsingenieur tätig, dann als Technischer Geschäftsführer in der Industrie. Nach einer Honorarprofessur für das Lehrgebiet Bauelemente der Regelungs- und Steuerungstechnik der TU Braunschweig folgte 1985 die Berufung an die TU Berlin, Lehre und Forschung auf den Gebieten der Geräteelektronik, der Sensortechnik und der Mikrosystemtechnik.

Professor Dr.-Ing. Ulrich Grünhaupt war nach dem Studium der Nachrichtentechnik an der TU Berlin wissenschaftlicher Mitarbeiter am dortigen Institut für Feinwerktechnik. Promotion über Laser-Messtechnik in hochdynamischen Servosystemen. Industrietätigkeit bei der Robert Bosch GmbH in der Entwicklung Breitbandkommunikation, als Projektleiter für optische Übertragungskomponenten und als Produktmanager für optische Übertragungssysteme. 1995 Berufung an die FH Karlsruhe auf das Lehrgebiet Elektronik mit Schwerpunkt Optoelektronik.

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Leseprobe

3 EMV-Maßnahmen und -Richtlinien (Anton Kohling) (S. 23-34)

Die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), de. niert als die Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung in ihrer elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend zu funktionieren, ohne diese Umgebung, zu der auch andere Einrichtungen gehören, unzulässig zu beein. ussen, ist eine Eigenschaft, ein Qualitätsmerkmal eines Produktes. EMV kennzeichnet also einen Zustand, der herrscht, wenn elektrische Einrichtungen aller Art sich gegenseitig nicht stören und in ihrer Funktion nicht beeinträchtigen und diese auch von elektromagnetischen Naturphänomenen wie z. B. dem Blitz nicht beeinträchtigt werden. Dieser Zustand des harmonischen Neben- und Miteinanders modernster Leistungs- und Informationselektronik verschiedenster Hersteller muss erreicht werden.

Zunehmende Integrationsdichte elektrischer und elektronischer Einrichtungen, räumliche Nähe von Leistungs- und Informationselektronik, die Übertragung stetig steigender Mengen elektrischer Energie und wachsende Datenraten, die Ausweitung der Prozessautomatisierung und Überwachung sowie die vermehrte Nutzung informationstechnischer Einrichtungen in allen Bereichen erfordern die vorbeugende Berücksichtigung der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) für den ungestörten Betrieb elektrischer Systeme und Anlagen. Eine seit Jahrzehnten bekannte Thematik, die mit der massenhaften Verbreitung von High-Tech-Produkten in Haushalten, Büros und Fabriken einer einheitlichen Lösung bedurfte.

Die präventive Berücksichtigung der „Elektromagnetischen Verträglichkeit" ist Schwerpunktthema jeder systemtechnischen Betrachtung. Methoden und Maßnahmen zur Sicherstellung der EMV sind bekannt, Produkte und Leistungen dazu werden angeboten, Normen geben einen Leitfaden. Das Wissen dazu wird in Seminaren und sonstigen Weiterbildungsmaßnahmen vermittelt. Die EMV ist durch die Anwendung und technische Umsetzung einiger weniger physikalischer Grundprinzipien mit normalem Ingenieurwissen zu erreichen und hat nichts mit schwarzer Magie zu tun.

3.1 Technische Regeln im Europäischen Wirtschaftsraum (EWR/EEA)

3.1.1 Grundsätzliche Anforderungen

Mit dem Vertrag zur Gründung der Europäischen Gemeinschaft 3.1 beschlossen die Vertragspartner, den Binnenmarkt schrittweise bis zum 31.12.1992 zu verwirklichen, wobei der Binnenmarkt de. niert ist als ein Raum ohne Binnengrenzen, in dem der freie Verkehr von Waren, Personen, Dienstleistungen und Kapital gewährleistet ist. Zur Verwirklichung dieses Zieles mussten bezüglich des freien Verkehrs von Industrieerzeugnissen auch technische Handelshemmnisse, die auf unterschiedlichen gesetzlichen Regelungen in den Mitgliedstaaten beruhten, abgebaut werden. Die Angleichung nationaler Rechts- und Verwaltungsvorschriften erfolgt mittels technischer Harmonisierungsrichtlinien. Nach der „neuen Konzeption" 3.2 auf dem Gebiet der technischen Harmonisierung und Normung beschränken sich die technischen Harmonisierungsrichtlinien auf die Festlegung der grundlegenden Sicherheitsanforderungen oder sonstiger Anforderungen im Interesse des Gemeinwohls. Die Ausarbeitung detaillierter technischer Spezi. kationen (Normen) wurde den für die Industrienormung zuständigen Normeninstitutionen wie CEN, CENELEC und ETSI übertragen. Normen dieser Organisationen, deren Ausarbeitung von der Kommission für die Umsetzung einer Richtlinie in Auftrag gegeben (mandatiert) wurde und die nach Fertigstellung im Amtsblatt der Europäischen Union veröffentlicht worden sind, können für den Nachweis zur Übereinstimmung mit den Schutzanforderungen der jeweiligen Richtlinie verwendet werden. Die Anwendung harmonisierter Normen ist grundsätzlich immer nur ein möglicher Weg zur Sicherstellung der Schutzanforderungen. Es gibt immer den Weg, die Richtlinienkonformität direkt anhand der „grundlegenden Anforderungen" zu erreichen. Allerdings ist für diesen zweiten Weg in einigen Richtlinien ein Konformitätsbewertungsverfahren vorgesehen, das die Einschaltung einer „benannten Stelle" fordert. In der überwiegenden Mehrzahl aller Fälle wird der Weg über die Normen der günstigere sein, denn die Verwaltungen der Mitgliedstaaten sind verp. ichtet, bei Erzeugnissen, die nach harmonisierten, im Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaften gelisteten Normen hergestellt worden sind, eine Übereinstimmung mit den in der Richtlinie aufgestellten „grundlegenden Anforderungen" anzunehmen. Im Juristendeutsch besteht „die Vermutung der Übereinstimmung". Die CE-Kennzeichnung bestätigt die Übereinstimmung mit den Anforderungen aller für das Produkt zutreffenden EG-Richtlinien, die nach der „neuen Konzeption" erstellt wurden. Es ist also „Sache" des Herstellers sich zu informieren, von welchen technischen Harmonisierungsrichtlinien sein Produkt betroffen ist.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Autoren7
Inhaltverzeichnis9
Teil A Begriffe, Benennungen, Normen20
1 Mensch-Maschine-Interaktion in der Fertigungstechnik21
1.1 Der Fertigungsprozess als Mensch-Maschine-System21
1.2 Gestaltungsmethodik22
1.3 Gestaltungsaufgaben23
1.4 Entwicklungstendenzen25
Literatur26
2 EU-Richtlinien zur Produktsicherheit von Geräten der Mess- und Automatisierungstechnik27
2.1 Einleitung27
2.2 Die Niederspannungsrichtlinie28
2.3 Harmonisierte Normen30
2.4 Prüfungen, Zerti.zierungen, Zulassungen zur Produktsicherheit31
2.5 Die Maschinenrichtlinie34
Literatur39
3 EMV-Maflnahmen und -Richtlinien40
3.1 Technische Regeln im Europäischen Wirtschaftsraum (EWR/EEA)40
3.2 EMV-Normen43
3.3 EMV-Maflnahmen48
Literatur54
4 Regeln und Steuern55
4.1 Einleitung55
4.2 Regeln56
4.3 Steuern63
Literatur68
Teil B Sensoren69
1 Kraft, Masse, Drehmoment70
1.1 Einleitung, Übersicht Messprinzipien70
1.2 Kraftmessung72
1.3 Massebestimmung84
1.4 Drehmomentmessung96
Literatur103
2 Druck, Differenzdruck108
2.1 Druck in Gasen und Flüssigkeiten [2.1]108
2.2 Allgemeiner Aufbau eines Drucktransmitters112
2.3 Sensoren für Über-, Absolut- und Differenzdruck116
2.4 Elektronik123
2.5 Einbau und Montage127
Literatur130
Registrierte Warenzeichen130
3 Drehzahl und Lage131
Vorbemerkung131
3.1 Messprinzipien und Messverfahren131
3.2 Längenmessung134
3.3 Winkelmessung138
3.4 Anforderungen an Messgeräte für Direktantriebe140
Literatur142
4 Beschleunigung143
4.1 Einleitung143
4.2 Messung von Bewegungsvorgängen mit absolutem und relativem Bezugspunkt144
4.3 Beschleunigungssensoren mit seismischer Masse – Prinzipieller Aufbau und Eigenschaften145
4.4 Prinzipien von Beschleunigungssensoren149
4.5 Eigenschaften und Ein.üsse bei der Messung mit seismischen Sensoren154
Literatur160
5 Temperatur161
5.1 Einleitung161
5.2 Temperaturmessgeräte mit elektrischem Ausgangssignal163
5.3 Temperaturmessgeräte mit mechanischem Ausgangssignal178
5.4. Besondere Temperatursensoren und Messverfahren184
6 Durchfluss187
Literatur185
6.1 Einleitung187
6.2 Allgemeine strömungsmechanische Grundlagen187
6.3 Durchflussmessverfahren191
6.4 Zusammenfassung210
Literatur210
Teil C Fertigungs- und Qualitätsmesstechnik211
1 Fertigungsmesstechnik212
1.1 Einleitung212
1.2 Grundlagen der Fertigungsmesstechnik212
1.3 Prüfdatenerfassung (Geometrie)238
Literatur368
2 Methoden der zerstörungsfreien Prüfung376
2.1 Einführung376
2.2 Übersicht der Methoden der zerstörungsfreien Prüfung378
2.3 Aktuelle Methoden der zerstörungsfreien Prüfung382
2.4. Zusammenfassung, Ausblick, Zukunftsperspektiven415
Literatur419
Teil D Elektrische Signalverarbeitung und Komponenten424
1 Elektrische Signalverstärker425
1.1 Bipolartransistoren425
1.2 MOS-Feldeffekttransistoren429
1.3 Operationsverstärker (OPV)430
Literatur433
2 Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzer434
2.1 Analog-Digital-Umsetzer434
2.2 Digital-Analog-Umsetzer441
Literatur444
3 Digitale Schaltungen446
3.1 Grundlegende Betrachtungen446
3.2 Schaltkreisfamilien und Schaltkreistechnologien448
3.3 Funktionen digitaler Bauelemente456
3.4 Anwendungsspezi.sche Schaltungen (ASIC)464
Literatur467
4 Relais469
4.1 Historie und heutige Bedeutung469
4.2 Eigenschaften elektromechanischer Relais470
4.3 Schutzbeschaltungen476
4.4 Weitere Relaisprinzipien478
4.5 Ausblick480
Literatur481
Teil E Bussysteme482
1 Einführung483
1.1 Entwicklungen in der Automatisierungstechnik483
1.2 Serielle und parallele Anschlusstechnik489
Literatur492
2 Grundlagen493
2.1 Kommunikationsmodelle493
2.2 Kommunikationscharakteristik495
2.3 Netzwerktopologie498
2.4 Kommunikationsschichten499
2.5 Netzwerktechnik1510
Literatur522
3 Industrielle Feldbusse523
3.1 Echtzeit in Bussystemen523
3.2 Feldbusnormen528
3.3 Allgemeine Bussysteme533
3.4 Antriebstechnik571
3.5 Sichere Bussysteme582
3.6 Prozessindustrie589
Literatur604
4 Ethernet Automatisierungstechnik605
4.1 Grundlagen Ethernet Automatisierungstechnik605
4.2 Industrielles Echtzeit-Ethernet617
Literatur632
5 Drahtlose Netzwerke633
5.1 Einleitung633
5.2 Wireless Technologie635
5.3 WLAN 802.11642
5.4 Bluetooth™650
5.5 Wireless-Sensornetzwerke657
Literatur661
Teil F Antriebstechnik662
1 Elektrische Antriebstechnik663
1.1 Hauptantriebe665
1.2 Stellantriebe685
Literatur698
2 Pneumatische Antriebstechnik699
2.1 Aufbau einer Pneumatikanlage699
2.2 Ventile701
2.3 Antriebe703
2.4 Systemtechnik707
Literatur711
3 Hydraulische Antriebstechnik712
3.1 Einleitung712
3.2 Elektrohydraulische Antriebe714
3.3 Ventilgesteuerter Zylinderantrieb im Positionsregelkreis728
3.4 Schlussbemerkungen736
Literatur737
Teil G Robotertechnik und Anwendungen739
1 Einführung740
2.1 Definition „Industrieroboter“741
2.2 Definition „Autonomes Fahrzeug und mobiler Roboterarm“741
2 Definitionen741
2.3 Definition „Kinematik“742
2.4 Definition „Freiheitsgrad“742
2.5 Definition „Bewegungsachse“742
2.6 Definition „Koordinatensysteme“742
Literatur743
3 Aufbau von Industrierobotern744
3.1 Kinematik744
3.2 Greifer748
3.3 Antriebe und Getriebe749
3.4 Messsysteme750
3.5 Steuerungen752
3.6 Sensoren754
4.1 Mathematische Beschreibung der Kinematik759
4 Grundaufgaben der Industrieroboter759
Literatur758
4.2 Bahnplanung764
4.3 Dynamik und Regelung765
4.4 Programmierung766
Literatur767
5 Roboteranwendungen768
5.1 Oberflächenschleifen groflflächiger Geometrien768
5.2 Inkrementelle Umformung von Feinblech771
5.3 rob@work – Assistenzroboter als Helfer in der Produktion773
5.4 team@work – Mensch-Roboter-Kooperation in der Montage778
5.5 PowerMate – Mensch-Roboter-Kooperation auf dem Weg zur industriellen Umsetzung782
Allgemeines Abkürzungsverzeichnis786
Sachverzeichnis832

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