投稿者: Shinagawamotkyni

Was ist ein Reinigungssystem?

Ein Reinigungssystem ist ein Gerät, das chemische und physikalische Eigenschaften nutzt, um unerwünschte Substanzen von der Oberfläche von Materialien zu entfernen.

Sie werden bei der Herstellung von Präzisionsgeräten, Halbleitern und Displays eingesetzt. Werden Reinigungssysteme nicht ordnungsgemäß verwendet, kann es häufig zu fehlerhaften Produkten und Ausbeuten kommen!

Es gibt verschiedene Reinigungsmethoden wie Ultraschallreinigung, Spritzreinigung, Bürstenreinigung, Trockenreinigung und Reinigung mit Lösungsmitteln. Bei der Herstellung von Halbleitern gibt es mehr als 500 Fertigungsprozesse, von denen der Anteil der Reinigungsprozesse auf 30 bis 40 % geschätzt wird.

Anwendungen von Reinigungssystemen

Beispiele für spezifische Anwendungen von Reinigungssystemen sind:

• Reinigung von Silizium-Wafern im Halbleiterprozess
• Reinigung von Schmutz, der an den Maschen von Metallfiltern haftet
• Entfernen von Metallstaub, der nach dem Schneiden an Metalloberflächen haftet

Die Auswahl der Reinigungssysteme erfolgt unter Berücksichtigung der Art der Verschmutzung, der Größe des Reinigungsziels, der Reinigungszeit und der Reinigungsgenauigkeit. Auch die Reinigungsmethode, das verwendete Reinigungsmittel und die Trocknungsmethode sind wichtig.

Funktionsweise der Reinigungssysteme

Bei Halbleiterprozessen besteht die Aufgabe der Reinigung darin, Verunreinigungen von den Wafern zu entfernen. Zu den Verunreinigungen gehören kleine, unsichtbare Ablagerungen, so genannte Partikel, organische Stoffe, die in menschlichem Schmutz und Schuppen enthalten sind, Öle und Fette wie Schweiß und Verunreinigungen durch in der Fabrik verwendete Metalle.

Reinigungssysteme spülen diese Verunreinigungen mit Lösungsmitteln oder reinem Wasser ab. Nach der Reinigung ist eine Trocknung erforderlich. Dies wird als Dry-in/Dry-out bezeichnet, und die Wafer werden immer getrocknet, bevor sie aus der Anlage genommen werden.

Zu den typischen Methoden der Reinigungssysteme gehören Ultraschallreinigung, Sprühreinigung, Bürstenreinigung, Trockenreinigung und Lösungsmittelreinigung.

1. Ultraschall-Reinigungssysteme

Bei Ultraschall-Reinigungssystemen wird das zu reinigende Objekt in eine chemische Lösung getaucht und im Inneren mit Ultraschallwellen in Schwingungen versetzt. Die Stärke und die Frequenz der Schwingungen werden je nach dem zu reinigenden Objekt ausgewählt. 

2. Spritzreinigungssysteme

Reinigungssysteme sind ein Verfahren zur Reinigung von Gegenständen durch Versprühen von Gas oder Flüssigkeit aus einer Düse. Es gibt auch handgeführte Reinigungssysteme, die für die Reinigung großer Objekte verwendet werden können.

3. Bürsten-Reinigungssysteme

Bei Bürstenreinigungssystemen werden Bürsten verwendet, um Schmutz zu entfernen, der dann mit einer Lösung oder einer Sprühflasche abgewaschen wird. Da Bürsten als physikalische Reinigungsmethode eingesetzt werden, können sie schwer zu entfernende Verunreinigungen reinigen.

4. Trockene Reinigungssysteme

Trockene Reinigungssysteme bestrahlen das zu reinigende Objekt mit UV-Licht (Ultraviolett), wodurch Ozon und Aktivsauerstoff entstehen, die mit dem Aktivsauerstoff reagieren und die Verschmutzung entfernen. Sie werden hauptsächlich in der Halbleiter- und Displayherstellung eingesetzt.

5. Lösungsmittel-Reinigungssysteme

Lösungsmittel-Reinigungssysteme lösen und entfernen Verunreinigungen, indem sie die Lösekraft von Lösungsmitteln nutzen. Es können extrem gefährliche Lösungsmittel verwendet werden, daher ist Vorsicht geboten.

Aufbau von Reinigungssystemen

Die Grundstruktur eines Reinigungssystems besteht aus einem Fördersystem, einem Behandlungstank, einem Reinwassertank und einer Trocknungsstufe. Das Transportsystem ist eine Vorrichtung zum Be- und Entladen von Gegenständen, und die Gegenstände werden im Aufbereitungstank gereinigt. Der Reinwassertank dient zum Abwaschen der am Objekt anhaftenden Chemikalien, während die Trocknungsstufe zum Trocknen des Objekts verwendet wird.

In der Regel kann nur eine Art von Verunreinigung mit einer Art von Behandlungsflüssigkeit gereinigt werden; sollen mehrere Arten von Verunreinigungen gereinigt werden, sind mehrere Behandlungsbehälter und Reinwassertanks erforderlich. Bei der Herstellung von Halbleitern werden mit Batch-Anlagen mehrere Wafer auf einmal bearbeitet, während mit Single-Wafer-Anlagen jeweils ein Wafer bearbeitet wird.

Bei Batch-Anlagen werden die Wafer zusammen in einem Gehäuse, dem so genannten Carrier, untergebracht, und jeder Carrier wird zur Reinigung in eine Verarbeitungsschicht gelegt. Single-Wafer-Anlagen führen eine Sprühreinigung durch, während die Wafer einzeln gedreht werden.

Weitere Informationen zu Reinigungssystemen

In Reinigungssystemen verwendete Reinigungsmittel:
Bei der Reinigung von Halbleitern werden verschiedene Prozesslösungen verwendet. Die Verunreinigungen, die mit jeder Behandlungslösung entfernt werden können, sind unterschiedlich. Auf jede Behandlung folgt eine Spülung mit reinem Wasser.

• SPM
  Eine Mischung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid zur Entfernung von organischen Stoffen.
• APM
  Ein Gemisch aus Ammoniak und Wasserstoffperoxid zur Entfernung von Partikeln und organischen Stoffen. Zusätzlich wird Ultraschall zugesetzt, um die Partikelentfernung zu verstärken.
• DHF
  Ein Gemisch aus Flusssäure und reinem Wasser zur Entfernung von Metallen und Oxidschichten. Da Flusssäure eine starke Säure ist und Silizium auflöst, wird sie mit reinem Wasser verdünnt und nur die Oberfläche des Wafers behandelt.
• HPM
  Ein Gemisch aus Salzsäure und Wasserstoffperoxid, das alle verbliebenen Metalle und Oxide entfernt und eine Passivierungsschicht auf der Oberfläche erzeugt, die eine erneute Ablagerung von Verunreinigungen verhindert.

Abschließend werden die Wafer mit reinem Wasser gespült und einem Trocknungsprozess unterzogen.

Was ist ein Encoder?

Ein Encoder ist ein Gerät, das Positionsänderungen in ein elektrisches Signal umwandelt und dieses ausgibt.

Die zu messende Position ist der Drehwinkel und die lineare Verschiebung, wobei Encoder, die den Drehwinkel messen, als Drehgeber und Encoder, die die lineare Verschiebung messen, als Lineargeber bezeichnet werden.

Die Verfahren zur Messung von Positionsänderungen können als inkrementale oder absolute Verfahren klassifiziert werden. Licht, Magnetkraft und elektromagnetische Induktion werden üblicherweise zur Messung verwendet.

Anwendungen von Encodern

Encoder werden hauptsächlich in Maschinen eingesetzt, die Motoren verwenden. Dabei sind Schrittmotoren und Servomotoren die typischsten Motoren, in denen Encoder eingesetzt werden.

1. Schrittmotoren

Schrittmotoren sind Motoren, deren Drehzahl und Winkel durch Impulssignale genau gesteuert werden können.

Der Impulsabstand und die Anzahl der an den Motor angelegten Impulssignale bestimmen den Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit des Motors und ermöglichen eine genaue Positionierung. Sie werden hauptsächlich in der Fertigung und anderen Anwendungen eingesetzt.

Es gibt zwei Arten: Systeme mit offenem Regelkreis, die keinen Encoder verwenden und keine Rückkopplungssteuerung haben, und Systeme mit geschlossenem Regelkreis, die einen Encoder verwenden und eine Rückkopplungssteuerung haben.

Das System mit offenem Regelkreis ist einfacher als das System mit geschlossenem Regelkreis, aber es wird immer der maximale Strom verwendet, um ein Abwürgen zu verhindern, bei dem der Motor der Impulsgeschwindigkeit nicht folgen kann.

2. Servomotoren

Servomotoren sind Motoren mit einem Mechanismus, der den zurückgelegten Weg und den Drehwinkel in einer einzigen Steuerung genau kontrolliert und eine konstante Geschwindigkeit der kontinuierlichen linearen oder rotierenden Bewegung aufrechterhält.

Sie bestehen aus einem dreiteiligen Set aus einem Encoder, einem bürstenlosen AC- oder DC-Motor und einem Servoverstärker (Treiber), wobei AC-Motoren derzeit der wichtigste Motortyp sind. Wechselstrommotoren werden derzeit am häufigsten in Maschinen eingesetzt, die eine präzise Bewegungssteuerung erfordern. Beispiele hierfür sind Industrieroboter, Automobile, Aufzüge und fahrerlose Transportsysteme. Sie werden besonders häufig in Fabriken eingesetzt.

Bei der Auswahl eines Encoders sind Messgenauigkeit, Auflösung, Reaktionszeit, Größe und Form, Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen und Stöße sowie Schutz gegen die Betriebsumgebung zu berücksichtigen.

Funktionsweise des Encoders

Encoder können je nach Erfassungsmethode in optische, magnetische und induktive Typen unterteilt werden.

1. Optische Encoder

Die Verschiebung kann gemessen werden, indem eine rotierende Scheibe mit gleichmäßig verteilten Löchern, die auf einer rotierenden Welle montiert ist, mit Licht bestrahlt wird und die Periode des Lichts, das die Löcher passiert, erfasst wird. Licht ist im Allgemeinen weit verbreitet, da es kaum Auswirkungen auf die Maschine hat.

Optische Encoder können je nach Ausgangssignal in zwei Typen unterteilt werden: inkrementale und absolute Encoder. Jede Methode wird im Folgenden erläutert:

• Inkrementelles System
  Das inkrementelle Verfahren misst die Positionsverschiebung, indem es die Anzahl der Lichtdurchgänge durch ein Loch in einer rotierenden Scheibe misst.
• Absolutes Verfahren
  Bei der absoluten Methode wird die Positionsverschiebung durch die Erfassung des absoluten Positionssignals gemessen, das jedem Loch in der rotierenden Scheibe zugeordnet ist.

2. Magnetische Encoder

Die Verschiebung wird durch das Magnetfeld eines an der rotierenden Welle befestigten Magneten gemessen, das während der Drehung schwankt.

3. Elektromagnetischer Induktions-Encoder

Die Wegmessung erfolgt durch die Erfassung der elektromagnetischen Induktion, die in einer um die rotierende Welle angebrachten Spule erzeugt wird.

Weitere Informationen zu Encodern

1. Auflösung des Encoders

Die Auflösung des Encoders bezieht sich auf die Anzahl der Impulse, die bei einer Umdrehung des Drehgebers ausgegeben werden. Die Einheit der Auflösung wird als Impulse/Umdrehung ausgedrückt, und um die Auflösung zu verbessern, muss die Anzahl der Impulse pro Umdrehung erhöht werden.

Durch die Wahl eines hochauflösenden Encoders kann die Fähigkeit zur Winkelsteuerung von Robotern und Werkzeugmaschinen, die eine genauere Steuerung erfordern, erheblich verbessert werden.

2. Kommunikation zwischen Encoder und Servoverstärker

Es gibt zwei Arten der Kommunikation zwischen Encoder und Servoverstärker: bürstenloser AC-Motor oder DC-Motor und parallele Übertragungsmethode oder serielle Übertragungsmethode.

• Paralleles Übertragungsverfahren (Englisch: parallel communication)
  Bei dieser Methode werden die vom Drehgeber ausgegebenen A-, B- und Z-Impulse parallel übertragen, was auch als Parallelübertragungsmethode bezeichnet wird.
• Serielle Kommunikation (Englisch: serial communication)
  Ein Verfahren zur seriellen Übertragung von Positionsdaten, das auch als serielle Übertragung bezeichnet wird.

Im Vergleich zur Impulsübertragung erfordert die serielle Übertragung einen geringeren Verdrahtungsaufwand und ist weniger anfällig für Positionsabweichungen. Aus diesem Grund wird bei hochauflösenden Encodern zunehmend das serielle Übertragungsverfahren eingesetzt.

3. Beispiele für den Einsatz von Encodern

Verbesserung der Effizienz der Motorsteuerung
Encoder werden eingesetzt, um ein Abwürgen zu verhindern, wenn der Impulsantwort eines Schrittmotors nicht gefolgt werden kann, aber der neueste Trend besteht darin, dass sie häufig eingesetzt werden, um die Effizienz der Motorsteuerung zu verbessern.

Bei der Steuerung ohne Encoder ist es üblich, den Erregerstrom zu regeln, um Fehlfunktionen zu vermeiden, auch wenn sich der Motor nicht dreht, oder den maximalen Strom zum Motor fließen zu lassen, um ein Abwürgen zu verhindern. Dies führt jedoch zu einem unnötigen Stromfluss, auch wenn der Motor stillsteht oder nur gering belastet wird.

Bei EVs (Elektrofahrzeugen) ist ein geringer Stromverbrauch der Motoren eng mit der Reichweite verbunden, weshalb der Einsatz von Encodern zur Verbesserung der Effizienz in Erwägung gezogen wird. Die Verwendung von Encodern in EVs hat unter anderem folgende Vorteile:

Kleinere und dünnere Encoder
Bisher bestanden Encoder aus diskreten internen Komponenten und benötigten eine Leiterplatte, um sie zu montieren und als System zu realisieren. In den letzten Jahren sind jedoch reflektierende Encoder-ICs aufgetaucht, die lichtempfangende Elemente, lichtemittierende Elemente wie LEDs und periphere Schaltungen in einem einzigen IC vereinen, was zu kleineren und dünneren Encodern führt.

Die Funktion eines Encoders kann mit diesem IC und einer reflektierenden Spaltplatte realisiert werden. Reflektierende Encoder-ICs werden allmählich in ultrakompakten Aktuatoren als lineare Encoder und in kleinen Robotern eingesetzt.

Was ist ein Drehaktuator?

Ein Drehaktuator ist ein Antrieb, der Druckluft oder Hydraulikdruck in eine Drehbewegung umwandelt.

Im Vergleich zu Linearantrieben können Drehantriebe auf kleinerem Raum eingesetzt werden und, insbesondere bei Verwendung von Hydraulikdruck, mit hohem Drehmoment angetrieben werden. Zu den Drehaktuatoren gehören Zahnstangen mit geraden und kreisförmigen Zahnrädern, Scotch-Yoke-Typen mit einer Welle, einer Feder und einer rotierenden Welle sowie Flügelradtypen mit einer Welle und Flügeln in einer kreisförmigen Kammer.

Wie Luftzylinder verwenden sie Druckluft zur Erzeugung der Drehkraft und werden in der Produktion eingesetzt.

Anwendungen von Drehaktuatoren

Drehaktuatoren werden zum Antrieb von Maschinen aller Art in Stahlwerken, Baumaschinen und Produktionsanlagen eingesetzt. Zu den praktischen Anwendungen in diesen Bereichen gehören Rühren, Positionieren, Ziehen, Heben, Öffnen und Schließen.

Beispiele für den Einsatz von Drehaktuatoren sind:

• Hebe- und Drehbewegungen in automatischen Aufzügen
• Öffnen und Schließen von Luken und Betätigung von Ventilen in U-Booten
• Positionierung von Bohrern in Maschinen, die in Bergwerken eingesetzt werden
• Betätigung von Kranschwenkern, Türen und Luken

Je nach Anwendung müssen bei der Auswahl des Stellantriebs Faktoren wie Drehmoment, Geschwindigkeit, Vibrations- und Hitzebeständigkeit sowie die Größe berücksichtigt werden.

Funktionsweise der Drehaktuatoren

Drehaktuatoren werden im Allgemeinen pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch angetrieben. Je nach Typ werden verschiedene Mechanismen eingesetzt, um Druckluft (Luft), hydraulischen Druck aus Leitungen und elektrische Energie in eine mechanische Drehbewegung umzusetzen.

Bei pneumatischen Stellantrieben wird beispielsweise Druckluft in einen Raum innerhalb des Stellantriebskörpers, die so genannte Kammer, geleitet und ein Drehmoment erzeugt, um die angeschlossene Abtriebswelle zu drehen, wenn die Druckluft gegen die Trennwände in diesem Raum, die so genannten Flügel, drückt. Bei den Zahnstangenantrieben dreht ein Zylinderkolben, der durch Druckluft betätigt wird, ein lineares Getriebe, dessen Kraft die mit dem kreisförmigen Getriebe verbundene Abtriebswelle betätigt.

In der Hydraulik wird häufig ein Mechanismus aus einem Kolben und einer rotierenden Welle, dem so genannten Scotch-Yoke-Typ, verwendet, während in der Elektrik bürstenlose Motoren und verschiedene andere Motoren eingesetzt werden, um die Ausgangskraft für Drehaktuatoren zu erzeugen.

Im Allgemeinen sind pneumatische, elektrische und hydraulische Drehmomente in dieser Reihenfolge leichter zu erreichen. Allerdings erfordert insbesondere die Hydraulik Rohrleitungen, Pumpen und verschiedene ölabhängige Wartungsarbeiten sowie eine geringe Energieeffizienz, und der Trend zu Elektromotoren hat sich in letzter Zeit durchgesetzt. Einige Hersteller sind auch um die Umwelt besorgt und bieten hybride Drehaktuatoren an, die die besten Aspekte von Hydraulik und Elektrik vereinen.

Arten von Drehaktuatoren

1. Zahnstange und Ritzel

Der Typ mit Zahnstange und Ritzel besteht aus einem linearen Zahnrad, der so genannten Zahnstange, einem kreisförmigen Zahnrad, dem so genannten Ritzel, einem druckluftbetriebenen Kolben und Kammern auf beiden Seiten des Kolbens. Die Kammern sind mit Druckluft gefüllt, die auf den Kolben drückt, der wiederum das lineare Zahnrad in Verbindung mit dem Kolben betätigt, wodurch das kreisförmige Zahnrad in Drehung versetzt wird.

Diese Drehung ermöglicht es dem Mechanismus, als Aktuator für eine Drehbewegung zu fungieren. Strukturell hat er hohe Dichtungseigenschaften und relativ wenige Luftlecks, aber seine komplexe Struktur und hohen Kosten sind seine Nachteile.

2. Scotch-Yoke-Typ

Der Scotch-Yoke-Typ, der hauptsächlich in der Hydraulik eingesetzt wird, besteht aus einem Kolben, einer Feder und einer rotierenden Welle. Durch den Hydraulikdruck wird der Kolben auf- und abbewegt, was durch die Drehwelle in eine Drehbewegung umgewandelt wird und als Drehaktuator fungiert.

3. Doppelflügelantrieb

Der Doppelflügeltyp besteht aus einer Kammer in einer kreisförmigen Welle, mit der die Lamellen verbunden sind. Die Kammer hat zwei Räume mit Flügeln, und durch Befüllen einer Seite mit Druckluft wird die Welle in eine Drehbewegung versetzt und in eine Drehbewegung umgewandelt.

Eine Kammer mit einem Flügel wird als Einfachflügel bezeichnet, während eine Kammer mit zwei Flügeln als Doppelflügel bezeichnet wird. Doppelflügel können einen begrenzten Oszillationswinkel haben, aber das doppelte Drehmoment eines einzelnen Flügels liefern.

Was ist ein Destillationsgerät?

Ein Destillationsgerät ist eine Vorrichtung zur Extraktion einer einzelnen Komponente aus einem Gemisch entsprechend dem Unterschied der Siedepunkte.

Bei der Labordestillation erfolgt die Trennung durch wiederholtes Verdampfen und Kondensieren, während in der Industrie Geräte für die kontinuierliche Destillation, die so genannten Destillationskolonnen, verwendet werden. Bei der Destillation von alkoholischen Getränken wird ein als Monodestillation bezeichnetes Destillationsverfahren angewandt, bei dem das Destillat nur einmal verdampft und kondensiert wird.

Anwendungen von Destillationsgeräten

Destillationsgeräte werden in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt. Einige dieser Anwendungen sind im Folgenden aufgeführt:

1. Erdölraffination

Rohöl besteht aus verschiedenen Komponenten, die mit Destillationsgeräten getrennt werden. Komponenten mit unterschiedlichen Siedepunkten werden durch Destillationsgeräte getrennt und als unterschiedliche Produkte verwendet.

2. Alkoholherstellung

Destillationsgeräte spielen auch bei der Alkoholherstellung eine wichtige Rolle. Die durch Gärung gewonnene Flüssigkeit wird destilliert, um eine hohe Alkoholkonzentration zu erhalten.

3. Pharmazeutische Industrie

In der pharmazeutischen Industrie werden Destillationsgeräte eingesetzt, um Wirkstoffe zu extrahieren und Verunreinigungen zu entfernen. Dadurch wird die Qualität des Arzneimittels sichergestellt.

Funktionsweise der Destillationsgeräte

Die Funktionsweise von Destillationsgeräten wird anhand von Geräten mit einer Destillationskolonne erklärt, die üblicherweise in Destillationsgeräten verwendet wird. Ein Destillationsgerät besteht aus einer Destillationskolonne, einem Kondensator, einem Verdampfer und einem Durchflussregelventil. Die zu destillierende Flüssigkeit wird im Verdampfer verdampft und in die Destillationskolonne geleitet. In der Destillationskolonne wird eine kontinuierliche Destillation durchgeführt, die abgetrennte Flüssigkeit wird zum Verdampfer und das abgetrennte Gas zum Kondensator zurückgeführt. Im Kondensator werden die abgetrennten Gase verflüssigt und durch Kühlwasser oder andere Mittel getrennt.

Destillationskolonnen lassen sich in Fachbodenkolonnen und Füllkörperkolonnen unterteilen. In Regalkolonnen ist der Innenraum in Böden unterteilt, die jeweils Gase und Flüssigkeiten miteinander in Kontakt bringen, und es findet eine Trennung statt. Bei Füllkörpertürmen ist der Innenraum oben unregelmäßig und unten regelmäßig gefüllt. Das gepackte Material vergrößert die Oberfläche der Flüssigkeit, so dass Gas und Flüssigkeit leichter miteinander in Kontakt kommen, was die Effizienz der Destillation erhöht. Auch der Druckabfall ist geringer als bei Regalsystemen.

Auswahl eines Destillationsgerätes

Bei der Auswahl der Destillationsgeräte ist darauf zu achten, dass sie den Siede- und Schmelzpunkten des Destillats gewachsen sind, dass sie dem Destillat standhalten, dass sie groß genug sind und dass sie schnell destillieren.

Während Destillationsgeräte im Laborbereich aus einem Kolben, einem Brenner und Kühlrohren bestehen, sind sie in der Industrie wesentlich größer. Aufgrund des hohen Durchsatzes und der Notwendigkeit, das Produkt bis zur gewünschten Reinheit zu reinigen, wird die kontinuierliche Destillation in einer Destillationskolonne durchgeführt, die wie eine Reihe von Kolben aussieht.

In einem Destillationsgerät werden die wichtigsten Komponenten der niedrig- und hochsiedenden Komponenten der Destillationskolonne bestimmt, um das Zielprodukt zu erhalten, und die Destillationskolonne wird so ausgelegt, dass der Siedepunkt dieser Komponenten die Kontrolltemperatur ist. Je nach Zusammensetzung des in den Destillationsgeräten zu verarbeitenden Fluids kann es erforderlich sein, ein korrosionsbeständiges Material usw. zu wählen. Wenn die Qualität des Materials aus Kostengründen eingeschränkt wird, müssen Maßnahmen ergriffen werden, wie z. B. das Einspritzen von Korrosionsschutzchemikalien.

Weitere Informationen zu Destillationsgeräten

1. Anwendung der Destillationsgeräte

Die Destillationsgeräte können mit Glasgeräten zusammengebaut werden, wenn es sich um Laborgeräte handelt. Die Apparatur besteht aus einem Kolben für das Rohmaterial, einem Kühlrohr zur Kühlung des Dampfes, einem Thermometer, einem Heizer (Brenner), einem Wärmeisolator und einem Becherglas zur Aufnahme der niedrig siedenden Komponenten. Ein Rührer wird ebenfalls installiert, wenn Rühren und Mischen erforderlich sind.

Bei der Destillation wird die Temperatur des Heizgeräts so eingestellt, dass das Rohmaterial im Kolben erwärmt wird. Wird ein Brenner verwendet, erfolgt die Einstellung durch Löschen einer Flamme und Kontrolle des Thermometers.

Das Wasser wird in das Kühlrohr eingeleitet, indem es durch den Einlass auf der dem Kolben abgewandten Seite hineingegossen wird. Der Grund dafür ist, dass die Kühlung im Gegenstrom effizienter ist als im Parallelstrom bei gleicher Größe des Kühlrohrs. Bei Geräten im Labormaßstab muss auch die Temperatur der Rohre, durch die der Dampf strömt, warm gehalten werden, da sie leicht von der Temperatur der Außenluft beeinflusst werden.

2. Zu beachtende Punkte bei der Durchführung der Destillation

Bei der Konstruktion von Destillationsgeräten ist die Messposition des Thermometers wichtig. Die Temperatur variiert je nachdem, welcher Teil des Gases/der Flüssigkeit in der Kolonne gemessen wird, so dass unterschiedliche Messpositionen des an die Heizungssteuerung angeschlossenen Thermometers die Trennung in der Destillationskolonne selbst beeinflussen können.

Auch die Temperatur des Kühlwassers im Kondensator (Kühler) muss beachtet werden. Wenn Meerwasser als Kühlwasser verwendet wird, kann es im Sommer unter Umständen nicht auf die Zieltemperatur abkühlen. Idealerweise sollte im Kühlsystem temperaturgesteuertes Kühlwasser verwendet werden.

Was ist ein elektromagnetischer Schalter?

Ein elektromagnetischer Schalter ist ein Schalter, der ein elektromagnetisches Schütz, das einen Stromkreis durch die Wirkung eines Elektromagneten öffnet und schließt, und ein Thermorelais, das den Stromkreis bei Überlastung unterbricht, kombiniert. Sie werden auch als Magnetschalter bezeichnet und werden für die Bedienung und Fernsteuerung von Schaltgeräten für Elektromotoren verwendet.

Elektromagnetische Schütze haben oft drei Hauptkontakte, die einem dreiphasigen Stromnetz entsprechen. Darüber hinaus gibt es mehrere Hilfskontakte, deren Stromstärke geringer ist als die der Hauptkontakte. Sie dienen zur Ansteuerung von Lampen und Summern, um offene/geschlossene Zustände oder Überlastungen anzuzeigen, sowie zur Selbsterhaltung von Stromkreisen.

Thermorelais erkennen den im Falle einer Überlast fließenden Überstrom und geben ein Signal aus, haben aber selbst keine Unterbrechungsfunktion. Sie werden daher in Kombination mit elektromagnetischen Schützen verwendet, die eine Unterbrechungsfunktion haben.

Anwendungen von elektromagnetischen Schaltern

Im Gegensatz zu Stromkreisschaltern werden elektromagnetische Schalter als Schaltfunktion in Stromkreisen mit relativ hohen Lastströmen verwendet, z. B. in Motoren. Sie werden hauptsächlich in Schalttafeln verwendet. Bei der Auswahl eines Schaltgeräts müssen der zulässige Strom, die Schaltfestigkeit und die Wartungsfreundlichkeit berücksichtigt werden.

Die häufigste Anwendung ist der Einsatz in Motorschaltkreisen. Häufig wird die Methode verwendet, eine Einschalttaste und eine Ausschalttaste auf der Steuerplatine vorzusehen. Hilfskontakte werden in Schaltungen für Selbsthalteschaltungen, zum Ein- und Ausschalten von Lampen und zum Überlastschutz verwendet.

Bei Beleuchtungsanwendungen werden Schaltfunktionen und Überstromschutzmechanismen in Schalttafeln eingebaut, die die Gebäudebeleuchtung zentral steuern.

Drehstrom-Asynchronmotoren können durch Änderung der Phasenreihenfolge vorwärts und rückwärts betrieben werden. Es gibt ein reversibles elektromagnetisches Schaltgerät zum Umschalten von Vorwärts- und Rückwärtsfahrt mit zwei elektromagnetischen Schützen; eine mechanische Verriegelung verhindert, dass die beiden Schütze gleichzeitig eingeschaltet werden. Sie werden eingesetzt, wenn ein Vorwärts- und Rückwärtslauf erforderlich ist.

Funktionsweise der elektromagnetischen Schalter

Elektromagnetische Schalter bestehen aus einem elektromagnetischen Schütz und einem Thermorelais.

1. Elektromagnetisches Schütz

Das elektromagnetische Schütz besteht aus einem Elektromagneten, einem beweglichen Kontakt, einem festen Kontakt, einer Spule und einer Feder. Bei ausgeschalteter Stromversorgung sind der bewegliche und der feste Kontakt durch eine Feder getrennt. Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, fließt ein Strom durch die Spule und ein Magnetfeld wird erzeugt. Die Elektromagnete werden durch das Magnetfeld angezogen, der bewegliche und der feste Kontakt kommen in Kontakt und Strom fließt in den Hauptstromkreis.

2. Thermorelais

Thermorelais bestehen aus einem Bimetall, das eine Kombination aus zwei Metallen mit unterschiedlichen Ausdehnungsgeschwindigkeiten ist, einer Heizung, einer Druckplatte und zwei Anschlussklemmen. Wenn ein Strom durch das Thermorelais fließt, wird durch die Heizung Wärme erzeugt, die proportional zur Stromstärke ist.

Die Wärme bewirkt, dass sich das Bimetall ausdehnt und die Druckplatte geschoben wird. Fließt ein Strom, der größer ist als die eingestellte Stromstärke, erhöht sich der Euphemismus des Bimetalls und der Stromkreis wird unterbrochen. Dieses Prinzip schützt elektrische Geräte vor Überströmen. Bei Motorlasten ist es üblich, den Strom auf das 1,73-fache des Normalwerts oder weniger einzustellen.

Wenn das Thermorelais auslöst, wird der Betriebsstromkreis über die Hilfskontakte des elektromagnetischen Schützes unterbrochen. Der Strom, der durch die Spule des Elektromagneten des elektromagnetischen Schützes fließt, wird dann abgeschaltet, wodurch der Stromkreis des Hauptkontakts unterbrochen und der Motor usw. angehalten wird.

Weitere Informationen zu elektromagnetischen Schaltern

1. Unterschiede zwischen elektromagnetischen Schaltern und Relais

Der Unterschied zwischen einem elektromagnetischen Schalter und einem Relais liegt in der Höhe des Stroms, der durch die Kontakte fließen kann. Relais werden im Allgemeinen nur in Steuerstromkreisen verwendet. Selbst wenn sie zur Steuerung von Lasten eingesetzt werden, werden sie nur für kleine Motoren und Magnetventile verwendet. Die maximale Kontaktleistung eines Relais liegt bei etwa 5 A.

Ein Elektromagnetischer Schalter besteht aus einem Hauptkontakt, der einen großen Strom führen kann, und einem Hilfskontakt, der als Steuerkreis verwendet wird. Der Stromwert, der durch den Hauptkontakt fließen kann, hängt von der Kapazität des elektromagnetischen Schalters ab, die maximal 400-1000 A betragen kann.

2. Ausfälle von elektromagnetischen Schaltern

Bei elektromagnetischen Schaltern gibt es im Wesentlichen zwei Arten von Fehlern: der eine ist der Kontaktfehler. Es gibt zwei Arten von Kontaktversagen: Kontaktversagen, bei dem die Kontakte aufgrund von Lichtbogenbildung beim Öffnen und Schließen keinen Kontakt herstellen, und Kontaktverschweißung, bei der ein Überstrom durch die Kontakte fließt, so dass sie zusammenkleben.

Kontaktversagen tritt vor allem durch altersbedingte Abnutzung auf. Je höher der Öffnungs- und Schließstrom und je größer die Häufigkeit, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens. Er wird auch durch Staub zwischen den Kontakten verursacht und kann durch regelmäßige Reinigung verhindert werden. Das Verschweißen von Kontakten ist häufig auf eine erzwungene Verschlechterung zurückzuführen und kann auftreten, wenn die Last erhöht wird oder wenn die Verdrahtung fehlerhaft ist und seltene Kurzschlüsse auftreten.

Die zweite Ursache ist der Ausfall der Spule. Zu den Spulenfehlern gehören Unterbrechungen der Spule, Kurzschlüsse und das Lösen des festen Eisenkerns. Eine Unterbrechung oder ein Kurzschluss kann z. B. auftreten, wenn die Steuerspannung in der Entwurfsphase falsch gewählt wurde. Spulenausfälle können auch im Laufe der Zeit auftreten und lassen sich durch regelmäßigen Austausch usw. vermeiden.

Was ist ein elektromagnetischer Schütz?

Elektromagnetische Schütze sind Geräte, die Elektromagnete zum Öffnen und Schließen von Lasten wie Motoren und Heizungen verwenden.

Die Elektromagnete im Inneren des elektromagnetischen Schützes bringen die beweglichen Kontakte mit den festen Kontakten in Kontakt, um diese unter Spannung zu setzen. Der Mechanismus ist derselbe wie bei einem elektromagnetischen Relais, aber er wird verwendet, wenn ein höherer Strom als bei einem elektromagnetischen Relais eingeschaltet werden soll.

Anwendungen von elektromagnetischen Schützen

Elektromagnetische Schütze werden hauptsächlich als interne Komponenten in Schalttafeln verwendet. Nachfolgend sind Beispiele für die Verwendung aufgeführt:

• Steuerung der Beleuchtung von Gemeinschaftsleuchten in Eigentumswohnungen
• Steuerung des Betriebs und der Abschaltung von Pumpen für die Bewässerung von Kunststoffgewächshäusern
• Temperaturregelung von Aquarienbecken
• Betriebssteuerung von Kühlaggregaten in gewerblichen Gefrierschränken

Wie bereits erwähnt, werden elektromagnetische Schütze hauptsächlich für die automatische Steuerung verwendet.

Funktionsweise der elektromagnetischen Schütze

Elektromagnetische Schütze bestehen aus einer elektromagnetischen Spule, einem Eisenkern, einem beweglichen Kontakt, einem festen Kontakt, einer Rückstellfeder usw. Im geöffneten Zustand hebt die Rückstellfeder den beweglichen Kontakt an, und der feste und der bewegliche Kontakt werden getrennt.

Wenn sie geschlossen ist, fließt Strom durch die elektromagnetische Spule. Die elektromagnetische Spule erzeugt ein Magnetfeld, wenn Strom durch sie fließt, und zieht die beweglichen Kontakte zusammen mit dem Eisenkern an.

Die angezogenen beweglichen Kontakte kommen mit den festen Kontakten in Kontakt und versorgen den Hauptstromkreis mit Energie. Soll der Hauptstromkreis unterbrochen werden, wird der durch die Spule fließende Strom unterbrochen und die Rückstellfeder hebt den beweglichen Kontakt an, wodurch der Hauptstromkreis unterbrochen wird.

Weitere Informationen zu elektromagnetischen Schützen

1. Unterschied zwischen einem elektromagnetischen Schütz und einem elektromagnetischen Schalter

Elektromagnetische Schütze sind Geräte, die Stromkreise öffnen und schließen, aber keinen Überstromschutz bieten.

Eine Kombination aus einem elektromagnetischen Schütz und einem thermischen Überlastrelais (Thermorelais) wird als elektromagnetischer Schalter (Magnetschalter) bezeichnet, der einen Überstromschutz bietet.

Thermorelais stellen im Falle eines Überstroms einen Kontaktausgang zur Verfügung, um Lasten wie z. B. Motoren zu schützen. Der Ausgang des Thermorelais wird erkannt und der Stromkreis wird unterbrochen oder es wird ein Alarm ausgelöst.

Der Unterschied zwischen einem elektromagnetischen Schütz und einem elektromagnetischen Schalter (Magnetschalter) besteht in der unterschiedlichen Funktionsweise, je nachdem, ob ein Thermorelais vorhanden ist oder nicht.

2. Lebensdauer von elektromagnetischen Schützen

Elektromagnetische Schütze steuern den Betrieb und das Anhalten von Geräten. Als solche sind sie langlebig genug, um dem Anlaufstrom des Geräts viele Male standzuhalten. Wenn die elektrischen Eigenschaften unter den Nennwerten liegen, wird die mechanische Lebensdauer auf 5 bis 10 Millionen Öffnungs-/Schließzyklen geschätzt.

3. Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung elektromagnetischer Schütze

Es gibt verschiedene Arten von elektromagnetischen Schützen, darunter Standard-, reversible und gleichstrombetätigte Typen. Bei der Auswahl eines elektromagnetischen Schützen müssen daher die jeweiligen Eigenschaften berücksichtigt werden.

• Standardtyp
  Der Kontakt wird nur aktiviert, wenn die elektromagnetische Spule erregt ist.
• Umkehrbarer Typ
  Die Drehrichtung von rotierenden Geräten kann durch Vertauschen der Phasenfolge der Kontakte umgeschaltet werden.
• Gleichstrombetätigter Typ
  Beim gleichstrombetätigten Typ wird die elektromagnetische Spule mit einer Gleichstromversorgung betrieben, während elektromagnetische Schütze in der Standardausführung mit einer Wechselstromversorgung arbeiten. 

4. Berücksichtigung von Gegen-EMKs bei elektromagnetischen Schützen

Der elektromagnetische Spulenteil eines elektromagnetischen Schützes erzeugt beim Ein- und Ausschalten eine Gegen-EMK (Überspannung). Der elektromagnetische Spulenteil wird in der Regel durch einen Steuerkreis gesteuert.

Da an den Steuerkreis Geräte mit niedriger Spannungsfestigkeit und Stromstärke angeschlossen sind, kann zum Schutz des Steuerkreises ein Überspannungsableiter an den elektromagnetischen Spulenteil angeschlossen werden. Es gibt drei Arten von Überspannungsableitern:

• Varistor-Typ
  Varistoren werden zur Unterdrückung von Spannungsspitzen eingesetzt. Die Spitzenspannung kann unterdrückt werden, aber die hochfrequenten Komponenten können nicht begrenzt werden.
• CR-Typ
  Tiefpassfilter werden verwendet, um die hochfrequenten Komponenten der Überspannung zu begrenzen.
• CR + Varistor-Typ (Hybrid-Typ)
  Dieser Typ von Überspannungsableitern kombiniert eine Varistor- und eine CR-Schaltung. Sowohl die Spitzenspannung als auch die hochfrequenten Komponenten können begrenzt werden.

5. Brummen bei elektromagnetischen Schützen

Eine der häufigsten Störungen ist ein Brummen des elektromagnetischen Schützen. Wenn die Spule Wechselstrom führt, ändert sich die Anziehungskraft des magnetisierten Eisenkerns mit der Frequenz. Als Reaktion darauf vibriert der Eisenkern ständig leicht, und das mit dieser Vibration verbundene Geräusch ist als Brummgeräusch bekannt.

Das brummende Geräusch wird durch Fremdkörper verursacht, die sich in den Kontaktflächen des Eisenkerns verfangen. Der feste und der bewegliche Eisenkern, die normalerweise in Oberflächenkontakt stehen, berühren sich punktuell, was zu einem brummenden Geräusch führt.

Wenn der elektromagnetische Schütze demontiert und die Fremdkörper auf der Kontaktfläche des Eisenkerns entfernt werden, kann er weiter verwendet werden. Bei der Demontage ist die Stromversorgung zu unterbrechen und der elektromagnetische Schütze, wenn möglich, zu entfernen.

Wenn der elektromagnetische Schütze nicht aus dem Schaltschrank ausgebaut werden kann, sollte er nicht durch Abspritzen mit einem Gebläse o.ä. gereinigt werden, sondern durch Absaugen mit einem Staubsauger. Damit soll verhindert werden, dass durch den Blasvorgang abgesprengte Fremdkörper an anderer Stelle einen Kurzschluss verursachen.

Was ist ein Magnetventil?

Magnetventile sind Ventile, die mit Hilfe einer elektromagnetischen Spule geöffnet und geschlossen werden.

Sie sind sowohl im Alltag als auch in der Industrie unverzichtbar.

Anwendungen von Magnetventilen

Magnetventile können zur Steuerung des Durchflusses einer breiten Palette von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Typische Beispiele sind Öl, Wasser, Dampf, Druckluft und Kraftstoff.

1. Maschinenöl

Magnetventile werden zur Steuerung des Durchflusses in Hydraulikaggregaten eingesetzt. Maschinen, die einen hohen Druck benötigen, werden oft durch Hydraulik angetrieben, typische Beispiele sind Automobile und hydraulische Pressen. In Kraftfahrzeugen wurde die Hydraulik für die Servolenkung verwendet, aber in den letzten Jahren haben sich elektrische Systeme durchgesetzt.

2. Wasser

Magnetventile werden zur Steuerung des Durchflusses von Trinkwasser und Brauchwasser eingesetzt. Ein typisches Beispiel ist die Steuerung von Wasserständen in Wasserspeichern, wo Magnetventile manchmal zusätzlich zu Kugelhähnen verwendet werden. Magnetventile werden auch für die automatische Bewässerung in der Landwirtschaft eingesetzt.

3. Dampf

Magnetventile können, je nach Produkt, Dampf verteilen. Sie werden zur Durchflussregelung eingesetzt, z. B. in großen Wäschetrocknern, die mit Dampf arbeiten. Sie können auch für die Steuerung der Dampfspur für den Frostschutz verwendet werden.

4. Druckluft

Magnetventile werden hauptsächlich für die Steuerung von pneumatischen Geräten verwendet. Die Druckluft wird zur Steuerung von Pneumatikventilen und Pneumatikzylindern verwendet, wobei die Druckluft durch Magnetventile gesteuert wird. Sie können auch für die automatische Druckluftentnahme verwendet werden.

5. Brennstoffe

Die Zerstäubung von gasförmigen und flüssigen Brennstoffen wird durch Magnetventile gesteuert. Stadtgas (Propangas) für Warmwasserbereiter Wird z. B. zur Durchflussregelung verwendet. Wird in Gasmotoren und Leichtölbrennern verwendet und kann auch zur Erzeugung von Dampf und Elektrizität eingesetzt werden.

Funktionsweise eines Magnetventils

Magnetventile sind in einen Magnetteil und einen Ventilteil unterteilt.

Hauptbestandteil des Magnetteils ist die elektromagnetische Spule, die bei Anlegen einer Spannung den festen Eisenkern erregt, um den beweglichen Eisenkern zu bewegen. Der bewegliche Eisenkern ist mit dem Ventilteil verriegelt und wird in eine Öffnungs-/Schließbewegung des Ventils umgesetzt. Der Ventilteil ist in einen Ventilkegel und einen Ventilsitz unterteilt, wobei der Ventilkegel den Flüssigkeitsstrom steuert. Der Ventilkegel bewegt sich in Verbindung mit dem beweglichen Eisenkern.

Arten von Magnetventilen

Es gibt drei Arten von Magnetventilen:

1. 2-Wege-Magnetventile

Magnetventile mit zwei Anschlüssen (Einlass und Auslass). Es steuert zwei Vorgänge, entweder um die Flüssigkeit zu stoppen oder um sie fließen zu lassen.

2. 3-Wege-Magnetventile

Magnetventile mit drei Anschlüssen: Einlass, Zylinder und Auslass. Der Zylinderanschluss ist entweder mit dem Zufuhr- oder dem Entlüftungsanschluss verbunden. Sie werden verwendet, wenn der Flüssigkeitsdurchfluss geändert werden muss und für den Betrieb von einfachwirkenden Zylindern.

3. 4-Wege-Magnetventile

Vier-Wege-Magnetventile sind Magnetventile mit vier oder fünf Anschlüssen. Es hat einen Versorgungsanschluss, zwei Zylinder und einen oder zwei Auslassanschlüsse. Sie werden z. B. zur Steuerung von doppeltwirkenden Zylindern verwendet. Je nach Stellung des Zentrums werden sie in ein geschlossenes Zentrum, ein Auslasszentrum und ein Druckzentrum unterteilt.

Auswahl eines Magnetventils

Nachfolgend finden Sie Beispiele für Auswahlkriterien für ein Magnetventil:

1. Zielflüssigkeit und Temperatur

Die Art der Flüssigkeit, die von einem Magnetventil gefördert werden kann, wird durch das Produkt bestimmt. Typische Fluide sind im Abschnitt Anwendung aufgeführt und werden je nach Zielfluid ausgewählt. Die Temperatur, bei der das Magnetventil eingesetzt werden kann, wird ebenfalls durch das Produkt bestimmt und entsprechend der Temperatur der Zielflüssigkeit ausgewählt.

2. Anzahl der Anschlüsse

Die Anzahl der Anschlüsse des Magnetventils wird ausgewählt. Für die Steuerung des Flüssigkeitsstroms sind 2 oder 3 Anschlüsse zu wählen. Für die Steuerung des Zylinderbetriebs werden im Allgemeinen 3, 4 oder 5 Anschlüsse gewählt. 

3. Betriebsdruck und Anschlussart

Wählen Sie den zu verwendenden Druck. Wenn ein Produkt mit einer geringeren Druckfestigkeit als der Betriebsdruck gewählt wird, ist es sehr gefährlich, da es platzen kann. Wählen Sie daher ein Produkt mit einer höheren Druckbeständigkeit als dem Betriebsdruck.

Nachdem der Betriebsdruck ermittelt wurde, sind die Anschlussart und die Bohrungsgröße zu wählen. Flansch- oder Schraubverbindungen sind die gängigsten Anschlussmethoden. Die meisten Produkte mit großen Durchmessern haben Flanschanschlüsse, während die meisten Produkte mit kleinen Durchmessern Schraubanschlüsse haben.

4. Versorgungsspannung

Wählen Sie die Spannung, die für die Stromversorgung verwendet werden soll. In der Regel werden Spannungen wie 5 V DC bis 24 V DC oder 100 V AC bis 200 V AC verwendet und entsprechend der Steuerspannung ausgewählt; es gibt auch Produkte sowohl für 100 V AC als auch für 200 V AC, wobei eine der beiden Spannungen entsprechend der Verdrahtungsmethode ausgewählt wird.

Was ist ein Strömungssensor?

Ein Strömungssensor ist ein Gerät, das den Durchfluss von Flüssigkeiten und Gasen erkennt und misst.

Fluide werden grob in Flüssigkeiten und Gase unterteilt. Ein Strömungssensor ist ein Gerät, das hauptsächlich physikalische Phänomene nutzt, um festzustellen, ob sie fließen oder vorhanden sind. Strömungssensoren sind in der Lage, schnell zu messen und Daten in Echtzeit bereitzustellen.

Sofortige Veränderungen und das Verhalten von Flüssigkeiten können genau erfasst werden, und die Daten können sofort analysiert und angezeigt werden.

Anwendungen von Strömungssensoren

Sie werden hauptsächlich in Chemie- und Erdölanlagen eingesetzt, wo Flüssigkeiten in Rohren weitergeleitet oder in Tanks gelagert werden.

1. Industrielle Prozesskontrolle

Strömungssensoren spielen eine wichtige Rolle bei der industriellen Prozesskontrolle. In Produktionslinien und chemischen Anlagen ist es beispielsweise unerlässlich, den Durchfluss und den Druck von Flüssigkeiten und Gasen genau zu messen und zu steuern.

Aufgrund ihrer hohen Messgenauigkeit und der Echtzeitdaten, die sie liefern, können Strömungssensoren die Produktivität steigern und die Qualitätskontrolle verbessern.

2. Umweltüberwachung

Strömungssensoren spielen auch bei der Umweltüberwachung eine wichtige Rolle. Sie können zur Messung von Wasserqualität, atmosphärischen Gaskomponenten und Luftfeuchtigkeit eingesetzt werden.

Sie tragen zum Umweltschutz und zur Ressourcenverwaltung bei, indem sie die Qualität von Grundwasser und Flüssen überwachen, gefährliche Stoffe in der Atmosphäre aufspüren und die Bodenfeuchtigkeit in der Landwirtschaft kontrollieren.

3. Medizinische Diagnose

Strömungssensoren sind auch in der medizinischen Diagnostik unverzichtbar. Sie messen biologische Proben wie Blut, Urin und Atemluft und werden zur Diagnose und Überwachung eingesetzt. Sie sind in Sphygmomanometern, Ausatmungsgasanalysatoren und Körperflüssigkeitsanalysatoren eingebaut und liefern genaue Daten für eine präzisere und wirksamere medizinische Behandlung.

4. Automobilindustrie

Zu den Anwendungen in der Automobilindustrie gehören die Messung von Füllständen und Durchflussmengen von Motorkühlmittel und Bremsflüssigkeit sowie die Gasversorgung von Airbags. Strömungssensoren werden auch zur Steuerung von Kraftstoffeinspritz- und Abgassystemen eingesetzt und tragen so zu einer verbesserten Kraftstoffeffizienz und geringeren Emissionen bei.

Funktionsweise der Strömungssensoren

Es gibt verschiedene Arten von Strömungssensoren, aber zu den typischen Prinzipien gehören Wärme-, Schwingungs- und Drucksensoren.

1. Thermische Sensoren

Thermische Sensoren nutzen die Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit zur Messung der Durchflussmenge. Im Inneren des Sensors befinden sich ein Heizelement und ein Messelement, das feststellt, wie viel vom Heizelement abgegebene Wärme von der Flüssigkeit übertragen wird. Je schneller die Flüssigkeit fließt, desto mehr Wärme wird übertragen, die vom Sensor erfasst und zur Berechnung der Durchflussrate verwendet wird.

2. Vibrationssensoren

Vibrationssensoren können die Durchflussmenge messen, indem sie die durch den Flüssigkeitsstrom verursachten Vibrationen erfassen. Der Sensor verfügt über einen Messwertaufnehmer, der aufgrund der durch die Flüssigkeitsströmung verursachten Druckänderungen schwingt. Die Eigenschaften der Vibration werden erkannt und als Durchflussmenge gemessen, um eine genaue Durchflussmessung zu ermöglichen.

3. Drucksensoren

Drucksensoren erkennen Druckveränderungen in der Flüssigkeit. Das Gewicht der Flüssigkeit im Tank wird als Druck erfasst.

Es gibt zwei Arten von Drucksensoren: den Drucksensor, der den Druck selbst misst (Absolutdruck), und den Differenzdrucksensor, der die Differenz zum atmosphärischen Druck oder zu einem bestimmten Druck (Differenzdruck) misst. Sie sind leicht erhältlich, können aber keine Änderungen des spezifischen Gewichts von Flüssigkeiten berücksichtigen.

Merkmale von Strömungssensoren

Strömungssensoren haben eine Reihe von Merkmalen, die sie für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich machen.

1. Hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit

Strömungssensoren haben eine hohe Empfindlichkeit, die es ihnen ermöglicht, kleinste Veränderungen und winzige Flüssigkeitsmengen zu erkennen. Außerdem haben sie eine hohe Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit und können genaue Daten liefern. Dies gewährleistet zuverlässige Ergebnisse, selbst bei der Messung kleiner Probenmengen und Mikroströmungen.

2. Langlebigkeit und Stabilität

Strömungssensoren zeichnen sich auch durch ihre Langlebigkeit und Stabilität aus. Spezielle Materialien und Beschichtungen machen sie korrosions- und verschleißfest. Sie minimieren auch die Auswirkungen von Umweltschwankungen und liefern stabile Messergebnisse. Dies gewährleistet einen stabilen Betrieb über einen langen Zeitraum hinweg.

3. Großer Messbereich

Strömungssensoren können einen großen Messbereich abdecken. Sie können eine breite Palette von Parametern wie Durchfluss, Druck und Temperatur messen. Es gibt auch multifunktionale Sensoren, die mehrere Parameter in einem Gerät messen. Ein solch breiter Messbereich eignet sich für Messungen nach unterschiedlichen Anforderungen.

Was ist ein lüfterloser Computer?

Ein lüfterloser Computer ist ein PC ohne einen angeschlossenen Lüfter zur Kühlung.

Er wird auch als Embedded PC, FAPC (Factory Automation PC), Embedded Computer, Industrie-PC oder IPC (Industrial PC) bezeichnet. Im Vergleich zu Consumer-PCs sind lüfterlose PCs zuverlässiger und umweltverträglicher und verfügen über Funktionen wie die Analyse und Reaktion auf Störungen.

Anwendungen von lüfterlosen Computern

Lüfterlose Computer werden hauptsächlich in industriellen Anwendungen eingesetzt. Zu den spezifischen Anwendungen gehören die Automatisierungssteuerung in Fabriken, die Vibrationen und Staub ausgesetzt sind, Leitsysteme, die einen ständigen Betrieb erfordern, und Empfangsterminals. Das Betriebssystem (OS) ist flexibel, und die Hardwarekonfiguration muss entsprechend der Installationsumgebung und den Eigenschaften des Steuerungsziels ausgewählt und angepasst werden.

Funktionsweise der lüfterlosen Computer

Lüfterlose Computer basieren auf der x86-Architektur, der Architektur herkömmlicher PCs. Ihr Hauptmerkmal ist das Fehlen von Lüftern zur Kühlung, z. B. in der Stromversorgungseinheit. Lüfterlose Computer sind häufig so konzipiert, dass der PC durch natürliche Wärmeabgabe gekühlt werden kann, da die Lager in den Lüftern mit der Zeit verschleißen können, was zu Ausfallzeiten und möglichen thermischen Störungen führt. Darüber hinaus werden die Qualität und die langfristige Verfügbarkeit von Bauteilen verbessert.

Weitere Informationen zu lüfterlosen Computern

1. Betriebssystem von lüfterlosen Computern

Da lüfterlose Computer auf der x86-Architektur basieren, können sie mit verschiedenen Betriebssystemen für unterschiedliche Anwendungen ausgestattet werden.

Windows 10 IoT Unternehmen
Es basiert auf dem hoch skalierbaren Windows und ist mit Funktionen ausgestattet, die eine detaillierte Steuerung des Verhaltens ermöglichen. Dazu gehören zum Beispiel Funktionen wie die Begrenzung der Software, die gestartet werden kann, und die Beschränkung des Zugriffs auf USB-Geräte. Da es auf dem weit verbreiteten Windows basiert, hat es den Vorteil, dass es einfach zu warten und zu verwalten ist.

Linux
Es verfügt über eine ausgezeichnete Flexibilität bei der Anpassung und kann kostenlos für kommerzielle Zwecke genutzt werden, solange es in Übereinstimmung mit den Lizenzbestimmungen verwendet wird. Linux für eingebettete Anwendungen verfügt über eine große Auswahl an Middleware und Gerätetreibern, die eine flexible Systemgestaltung ermöglichen. Auch die Wahl des Dateisystems ist möglich, so dass je nach Anwendung der Schwerpunkt auf Schreibleistung und Fehlertoleranz gelegt werden kann. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass die für die Entwicklung von eingebetteten Systemen erforderliche Entwicklungsumgebung kostenlos zur Verfügung gestellt wird.

PMC T-Kernel
Der PMC T-Kernel ist ein Echtzeit-Betriebssystem, das häufig in Industrierobotern eingesetzt wird, die eine detaillierte Steuerung erfordern, und das auf der Architektur von lüfterlosen Computern verwendet werden kann.

2. Lüfterlose Laptop-Computer

Laptop-Computer sind bequem zu transportieren und in hohem Maße tragbar.

Die Kühlung der von der CPU, dem Netzteil und anderen Komponenten eines Notebook-PCs erzeugten Wärme erfolgt in der Regel durch die Ableitung der Wärme mithilfe eines Lüfters. Dies war einer der Faktoren, die es schwierig machten, Größe und Dicke zu reduzieren, und außerdem eine Geräuschquelle. In den letzten Jahren, als die Wärmeentwicklung der Komponenten reduziert und die Wärmeableitungstechnologie weiterentwickelt wurde, sind viele lüfterlose Notebook-PCs auf den Markt gekommen, die kompakt, dünn und leicht sind und über hervorragende Designmerkmale verfügen.

Energiesparende Technologien wie die Miniaturisierung des Herstellungsprozesses für CPUs haben zu stromsparenden Typen geführt, die die Leistung ausgleichen und jetzt für mobile Geräte und Notebooks erhältlich sind. Bei den Speichergeräten werden HDDs durch SSDs ersetzt, was zu einem leisen Betrieb beiträgt. Die Technologie zur Wärmeableitung (Kühlung), die die Lüfter ersetzt, basiert im Allgemeinen auf einem ausgeklügelten Gehäusedesign und einer natürlichen Luftkühlung durch Kühlkörper. Als fortschrittliche Technologie wird der Einsatz von im Weltraum entwickelten Technologien wie der Flüssigkeitskühlung über Wärmerohre in Betracht gezogen.

3. Industrie-PC-Markt

Der Markt für Industrie-PCs, bei denen es auf Haltbarkeit und Stabilität ankommt, die einen langen Supportzeitraum und eine lange Lebensdauer haben, hat sich in den letzten Jahren kaum verändert. In den letzten Jahren wurden die Fabriken im Zuge des Trends zu höherer Produktionseffizienz und Arbeitseinsparungen zunehmend automatisiert. In Fabriken und Produktionsstätten wird die Einführung von Datenerfassung und -analyse durch IoT-Verknüpfungen und den Einsatz von KI unter Verwendung von Industrie-PCs in Betracht gezogen.
Industrie-PCs werden außerdem immer leistungsfähiger und zeichnen sich durch eine höhere Zuverlässigkeit und Haltbarkeit aus. Es wird erwartet, dass Server eine Rolle beim Edge Computing spielen werden, bei dem Informationen von Geräten in Echtzeit an Produktionsstandorten gesammelt, analysiert und verarbeitet werden können.

Was ist ein Bereichssensor?

Bereichssensoren sind Sensoren, die Personen oder Objekte innerhalb eines vordefinierten Bereichs erkennen.

Sie erkennen Objekte, indem sie Licht- oder Schallwellen aussenden und deren Reflexion oder Übertragung erfassen. Sicherheitslichtvorhänge sind eine weitere Art von Bereichssensoren.

In den letzten Jahren sind Sensoren auf den Markt gekommen, die nicht nur zweidimensionale Oberflächen, sondern auch dreidimensionale Räume erfassen.

Anwendungen von Bereichssensoren

Bereichssensoren werden für industrielle oder sicherheitstechnische Anwendungen eingesetzt. Nachfolgend einige Beispiele für Anwendungen von Bereichssensoren:

1. Erkennung von Eindringlingen in Anlagen

Viele industrielle Maschinen und Anlagen arbeiten unter Druck und Drehmoment, die den menschlichen Körper leicht zerstören können. Beispiele hierfür sind industrielle Müllpressen und Förderbänder für Kohlebrennstoffe. Wenn Arbeiter oder Passanten versehentlich in die Nähe solcher Anlagen kommen, besteht die Gefahr von Personenschäden.

Es ist gängige Praxis, die Anlagen mit Lochblech oder Handläufen zu umgeben, um eine leichte Berührung zu verhindern. Es ist jedoch unpraktisch, Bereiche vollständig abzudecken, in denen Personen die Anlagen häufig betreten und verlassen oder in denen eine regelmäßige Wartung erforderlich ist. In solchen Bereichen können Bereichssensoren installiert werden, so dass sich die Geräte abschalten, wenn Personen sie betreten. Bereichssensoren für solche Sicherheitsanwendungen werden auch als Sicherheitslichtvorhänge bezeichnet.

2. Zur Objekterkennung in unbemannten Fahrzeugen

In Fabriken und automatisierten Lagern werden AGVs (Automated Guided Vehicles) für den automatischen Transport von Waren eingesetzt, um Arbeitskräfte zu sparen und Kosten zu senken. In vielen Fällen werden Bereichssensoren verwendet, um Objekte in der Fahrtrichtung des AGVs und in der Umgebung zu erkennen. Bereichssensoren, wie sie bei AGVs eingesetzt werden, sind auch als Sicherheitslichttaster bekannt.

3. Personenerkennung

Sensoren werden manchmal zur Erkennung von Personen eingesetzt, um automatische Türen zu öffnen und zu schließen oder die Torbeleuchtung einzuschalten. Sensoren, die Personen erkennen, werden speziell als Bewegungssensoren bezeichnet.

Sie können auch eingesetzt werden, um unbefugte Eindringlinge bei Nacht zu erkennen. Sie werden an Sicherheitskameras angebracht und zoomen heran oder lösen einen Alarm aus, wenn sie eine Person erkennen. Sie werden oft als Sicherheitssensorleuchte in Kombination mit Beleuchtungskörpern verkauft.

Funktionsweise der Bereichssensoren

Als Detektionsmedien für Bereichssensoren werden Infrarot, Ultraschall und sichtbares Licht verwendet.

1. Infrarotlicht

Infrarotlicht ist ein Lichtstrahl mit einer längeren Wellenlänge als sichtbares Licht. Es ist ein Erkennungsmedium, das in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt wird, von allgemeinen Sicherheitseinrichtungen bis hin zu industriellen Anwendungen, da es unsichtbar ist und die Landschaft nicht beschädigt. Für die Detektion wird im Allgemeinen Licht mit Wellenlängen zwischen 1 und 1000 µm verwendet.

Infrarotstrahlung hat die Eigenschaft, dass sie von Objekten mit einer höheren Temperatur als die der Außenluft abgestrahlt wird. Diese Eigenschaft macht sie ideal für die Erkennung menschlicher Körper mit Körperwärme und wird für Tor- und Sicherheitsbeleuchtungen verwendet. Eine Erkennungsmethode, die auf der Erfassung von Temperaturunterschieden beruht, kann auch zum Öffnen und Schließen von Wasserhähnen verwendet werden, wobei ein Mechanismus zum Einsatz kommt, der Temperaturunterschiede innerhalb des Erfassungsbereichs erfasst und diese dann in elektrische Signale umwandelt.

2. Ultraschallwellen

Schallwellen mit Wellenlängen, die kürzer sind als der für den Menschen hörbare Bereich, werden als Ultraschallwellen bezeichnet. Ultraschallwellen werden manchmal in Bereichssensoren verwendet, da sie für das menschliche Ohr unhörbar sind und umliegende Objekte anhand ihrer Reflexionsgeschwindigkeit erkennen können. Sensoren, die Ultraschallwellen zur Erkennung von Objekten verwenden, werden auch als Ultraschallsensoren bezeichnet.

Nach der Messung der Zeit, die der Schall braucht, um zurückgeworfen zu werden, wird er in ein elektrisches Signal umgewandelt, und die Entfernung zum Objekt wird ermittelt.

3. Sichtbares Licht

Sensoren, die Objekte durch sichtbares Licht erkennen, werden als photoelektrische Sensoren bezeichnet. Es gibt auch Bereichssensoren, die nach dem gleichen Prinzip wie Lichtschranken arbeiten. Sie bestehen aus einem lichtemittierenden Projektor und einem lichtempfangenden Empfänger. Der lichtemittierende Projektor erkennt das Auffangen oder die Reflexion des Lichts durch den lichtempfangenden Empfänger und erkennt das Objekt.

Arten von Bereichssensoren

Aufgrund von Unterschieden in den oben genannten Prinzipien gibt es folgende Arten von Bereichssensoren:

1. Lichtvorhänge und Sicherheitslichtvorhänge

Produkte mit mehreren fotoelektrischen Sensoren, die zur flächigen Erfassung aneinandergereiht sind, werden als Lichtvorhänge bezeichnet, während Produkte, die speziell für Sicherheitsmaßnahmen konzipiert sind, als Sicherheitslichtvorhänge bezeichnet werden. Im Allgemeinen wird diese Art von Sensoren oft als Bereichssensoren bezeichnet.

2. Infrarotsensoren und Bewegungsmelder

Dies sind Sensoren, die Infrarotstrahlung erkennen und häufig zur Erkennung von Personen eingesetzt werden. Sie dienen der Verbrechensverhütung und der Sicherheit.

3. Laser-Scanner

Laserscanner sind Sensoren, die umliegende Objekte erkennen, indem sie Lichtstrahlen fächerförmig aussenden. Ein großer, auf den Sensor zentrierter Bereich kann dreidimensional erfasst werden. Laserscanner, die speziell für Sicherheitsanwendungen eingesetzt werden, werden als Sicherheitslaserscanner bezeichnet.

In den letzten Jahren wurden sie aufgrund ihres großen Erfassungsbereichs aktiv als Fahrzeugsensoren entwickelt.