投稿者: Shinagawamotkyni

Was ist eine Gleitführung?

Gleitführungen sind Bauteile, die lineare Bewegungen führen.

Neben Gleitführungen werden ähnliche Produkte unter den Handelsnamen LM-Führungen und Linearführungen verkauft.

Es gibt auch Produkte mit Encodern, die für den Einsatz in Präzisionsgeräten wie Industrierobotern vorgesehen sind.

Die Hauptbewegung ist eine lineare Hin- und Herbewegung eines Blocks (bewegliche Basis) entlang einer Schiene (gerades, säulenförmiges Bauteil). Gleitführungen werden für sich wiederholende Hin- und Herbewegungen verwendet, wobei die Blöcke demselben Weg folgen und der Bewegungswiderstand gering ist.

Anwendungen von Gleitführungen

Gleitführungen werden in der Industrie auf vielfältige Weise eingesetzt, vor allem in Produktionsanlagen.

In den Produktionsanlagen der Hersteller müssen beispielsweise Werkstücke in einer geraden Linie zugeführt, Zylinder linear bewegt oder Werkstücke in Bereiche befördert werden, in denen sich Positionierführungen befinden. Darüber hinaus gibt es eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen mehrere Gelenkmechanismen und Gleitführungen angeordnet sind, bei denen ein Stoppermechanismus oder ein Umkehrmechanismus erforderlich ist, und die in einer Vielzahl von Anwendungen bei der Automatisierung von Produktionsanlagen eingesetzt werden.

Funktionsweise von Gleitführungen

Gleitführungen bestehen hauptsächlich aus einer Schiene, einem Block und einer Betätigungskugel. Die meisten sind mit Dichtungen ausgestattet, um die beweglichen Teile abzudichten, z. B. um Staub zu vermeiden.

Schiene und Block sind über die Antriebskugeln miteinander verbunden. Wenn sich der Block relativ zur Schiene bewegt, rollen die Antriebskugeln auf den Rollflächen von Schiene und Block ab. Die Abrollbewegung ermöglicht eine sehr gleichmäßige lineare Bewegung.

Die Verwendung von Schlittenführungen mit Drehgebern ermöglicht die Erfassung der Position nach der Bewegung und der Einbau von Servo- oder Schrittmotoren in Kombination mit einer Rückkopplungssteuerung ermöglicht eine hochpräzise Positionierung.

Da einige Gleitführungen in Bereichen eingesetzt werden, in denen eine hohe Steifigkeit erforderlich ist wie z. B. bei Industrierobotern, gibt es darüber hinaus eine Vielzahl von Produkten, die für die jeweilige Anwendung geeignet sind wie z. B. Gleitkugeln mit Rollen für eine erhöhte Steifigkeit, kleine oder große Größen und Führungen für gekrümmte Bewegungen, die aus dem Katalog des jeweiligen Herstellers ausgewählt werden können.

Was ist ein bürstenloser DC-Motortreiber

Bürstenlose DC-Motortreiber sind Halbleiterbauelemente, die Motoren antreiben und steuern, indem sie Anweisungen von einem Mikrocontroller oder einer anderen Steuereinheit erhalten.

Die Steuerung von bürstenlosen DC-Motoren ist sehr komplex, so dass es zwar möglich ist, eine Antriebsschaltung mit diskreten Halbleiterkomponenten zu erstellen, aber die Anzahl der Teile steigt und die Softwaresteuerung wird komplexer.

Daher werden häufig Motortreiber eingesetzt, um den Softwareentwicklungsaufwand und die Anzahl der Bauteile zu reduzieren.

Anwendungen für bürstenlose DC-Motortreiber

Bürstenlose DC-Motortreiber sind unverzichtbar für Geräte, die bürstenlose DC-Motoren verwenden.

Bürstenlose DC-Motortreiber können die Drehzahl von bürstenlosen DC-Motoren präzise regeln, weshalb sie in Festplatten, NC-gesteuerten Maschinen, Automobilen und Hybridfahrzeugen eingesetzt werden.

Insbesondere werden sie in Automobilen für Türverriegelungsmotoren, elektrische Servolenkungsmotoren, Motoren für die optische Achse von Scheinwerfern und viele andere Anwendungen eingesetzt.

Funktionsweise von bürstenlosen DC-Motortreiber

Motortreiber sind Halbleiterbauelemente, die Anweisungen von einem Mikrocomputer oder einer anderen Computersteuereinheit erhalten, um einen Motor anzutreiben und zu steuern.

Ein Mikrocontroller ist ein notwendiges Gerät für die Steuerung des Timings und der Geschwindigkeit, mit der ein Motor gedreht und angetrieben wird, aber die meisten Mikrocontroller haben nicht die Fähigkeit, Motoren direkt über ihre E/A-Anschlüsse zu drehen und anzutreiben.

In diesem Fall kann der Motor durch den Motortreiber angetrieben werden, der stattdessen die Signale für die Steuerung zwischen dem Mikrocontroller und dem Motor liefert.

Da die Elektromagneten im Motor fixiert sind, bestimmt die Änderung der Richtung des in der Spule fließenden Stroms die Polarität der Elektromagneten, was wiederum bestimmt, ob sie sich gegenseitig anziehen oder abstoßen.

Wenn der Motor ein Signal vom Motortreiber erhält, ändert er die Polarität der einzelnen Elektromagneten, um den Motor zu bewegen.

Zu den Vorteilen der Anwendung eines Motortreibers gehören eine breite Palette von On-Chip-Schutzfunktionen, weniger Arbeitsstunden für die Erstellung der Mikrocontroller-Steuersoftware, eine geringere Anzahl von Bauteilen, eine minimierte Leiterplattenmontagefläche und eine einfache Motorsteuerung.

Was ist ein Lagerprüfgerät?

Ein Lagerprüfgerät ist ein Prüfgerät, das den Zustand von Lagern diagnostiziert. Lager, auch Gleitlager genannt, spielen eine wichtige Rolle bei der Lagerung rotierender Teile und der Verringerung der Reibung. Um schwere Unfälle und Anlagenschäden zu vermeiden, müssen sie regelmäßig mit Lagerprüfgeräten überprüft werden. Lagerprüfgeräte prüfen die Lager auf Vibrationen, Wärme und Schall. Reparatur, Austausch und Wartung zum richtigen Zeitpunkt können helfen, Kosten zu senken.

Anwendungen von Lagerprüfgeräten

Lagerprüfgeräte werden eingesetzt, um den Zustand von Lagern zu überprüfen. Lager, die rotierende Teile tragen, können nach jahrelangem Gebrauch ausbrechen oder ihre Form verändern. Dies beeinträchtigt die Drehbewegung, reduziert den Wirkungsgrad und erzeugt Wärme durch Reibung. Lagerprüfgeräte sollten regelmäßig inspiziert werden, um sicherzustellen, dass sie sich stets in einem guten Zustand befinden. Die Überprüfung des Zustands der Lager ermöglicht es auch, sie zum richtigen Zeitpunkt zu reparieren oder zu ersetzen.

Funktionsweise der Lagerprüfgeräte

Lagerprüfgeräte prüfen den Zustand von Lagern auf verschiedene Weise. Hier sind zwei typische Prinzipien und Merkmale:

• Lagerprüfung mit Ultraschall
  Diese Methode prüft den Zustand von Lagern anhand der Stärke von Ultraschallwellen. Rotierende Körper senden durch Reibung ständig Ultraschallwellen aus, die für das menschliche Ohr unhörbar sind. Wenn das Lager defekt ist, werden diese Ultraschallwellen lauter. Die Ultraschallwellen werden auch lauter, wenn zu wenig Schmiermittel vorhanden ist und die Reibung zunimmt. Die Ultraschallwellen unter normalen Bedingungen werden gemessen, und der Zustand des Lagers wird anhand des Abstands zu diesem Schall überprüft. Regelmäßige Messungen geben Aufschluss über den Stand der Verschlechterung und Anzeichen von Ausfällen oder Defekten.
• Prüfung von Lagern mit Stoßimpulsen
  Bei dieser Methode wird der Zustand der Lager anhand von Stoßwellen, den so genannten Stoßimpulsen, überprüft, die beim Betrieb der Anlage erzeugt werden. Die Stoßimpulse werden durch den Kontakt zwischen den rotierenden Teilen und dem Lager erzeugt. Normalerweise werden keine großen Stoßwellen erzeugt, aber wenn das Lager verkratzt ist oder nicht genügend Schmieröl vorhanden ist, werden die Stoßwellen größer. Durch eine Überprüfung kann der Zustand des Lagers festgestellt werden.

Was ist ein Türsensor?

Türsensoren sind Sensoren, die den Öffnungs-/Schließzustand von Türen und Paneelen erkennen und manchmal auch als Türschalter bezeichnet werden.

Zu den Kontaktsensoren gehören Mikroschalter, die über mechanische Kontakte verfügen und feststellen, ob die Tür gedrückt wird oder nicht sowie Magnetverschlüsse mit Schaltern, die durch den Stromfluss feststellen, ob die Tür offen oder geschlossen ist. Zu den berührungslosen Typen gehören Fotosensoren, die beurteilen, ob eine Tür optisch blockiert ist oder nicht und elektromagnetische Türsensoren, die beurteilen, ob eine elektromagnetische Kraft vorhanden ist oder nicht.

Anwendungen von Türsensoren

Türsensoren werden verwendet, um das Öffnen und Schließen von Türen in FA-Anlagen und anderen Anlagen zu bestätigen, bei denen ein hohes Verletzungsrisiko besteht, wenn eine Person einen bestimmten Bereich betritt, während die Anlage in Betrieb ist, oder wenn eine Person ihre Hand hineinsteckt, während die Anlage in Betrieb ist, wie z. B. bei Verarbeitungsmaschinen.

Sie werden auch eingesetzt, um das Öffnen und Schließen von beweglichen Teilen wie Türen und Abdeckungen zu überprüfen, um zu verhindern, dass Personen in Sicherheitsbarrieren wie Industrierobotersysteme eindringen.

Funktionsweise von Türsensoren

Türsensoren können zur Kontrolle des Öffnens und Schließens von Türen eingesetzt werden. Da sie wichtige Vorrichtungen für die Maschinensicherheit sind, z. B. um Verletzungen von Arbeitnehmern zu verhindern, gibt es eine Reihe von sicherheitsrelevanten Normen. So gibt es z. B. die Normen ISO 14119 und ISO 13849. Türsensoren, die diesen Normen entsprechen, werden als Sicherheitstürsensoren bezeichnet, und Systeme, die durch solche Türsensoren geschützt werden, heißen Verriegelungssysteme.

Einige Türsensoren kosten mehrere 100 USD, wenn sie einen Verriegelungsmechanismus enthalten, während allgemeine Mikroschalter und Magnetverschlüsse mit Schaltern schon für ein paar wenige USD zu haben sind.

Selbst preiswerte Türsensoren ohne Verriegelungsmechanismus können Unfälle verhindern und eine Mindestfunktion erfüllen, wenn die Tür im Falle einer Störung als offen beurteilt wird.

Um die Überprüfung des Türstatus zu erleichtern, sind einige Sensoren neuerdings mit einem Leuchtkörper ausgestattet, der anhand seiner Farbe erkennen lässt, ob die Tür offen oder geschlossen ist.

Was ist eine Flüssigkeitspumpe?

Flüssigkeitspumpen sind Pumpen für den Transport von Flüssigkeiten. Flüssigkeiten werden nach ihrer Art, z. B. Wasser, Öl oder Schlamm, oder nach ihren physikalischen Eigenschaften, z. B. hohe Viskosität, niedrige Viskosität, ätzend (säurehaltig) oder brennbar (gefährlich), klassifiziert.

Die Aufgabe von Flüssigkeitspumpen besteht darin, Flüssigkeiten zu fördern. Sie können auch Flüssigkeiten mit geringem Füllstand ansaugen und fördern. Dabei spielen die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit eine Rolle. Ist zum Beispiel die Viskosität hoch, wird das Pumpen schwierig. Außerdem kann es zu Kavitation kommen.

Anwendungen von Flüssigkeitspumpen

Es gibt verschiedene Arten von Pumpen. Die beiden Haupttypen sind Verdränger- und Verdrängungspumpen.

Verdrängerpumpen haben eine feste Gehäusegröße und können ein festes Volumen fördern, wenn sich die Pumpe bewegt. Sie eignen sich daher für die Förderung von festen Volumina. Sie zeichnen sich auch durch ihre große Förderhöhe aus.

Nicht volumetrische Pumpen verfügen über einen Mechanismus, der ein Laufrad im Inneren des Gehäuses in Drehung versetzt. Das rotierende Laufrad pumpt die Flüssigkeit durch die Zentrifugalkraft so, dass sie verteilt wird. Obwohl die Pumpe Flüssigkeit relativ kontinuierlich fördern kann, ist der Nachteil eine geringe Dosierleistung.

Funktionsweise von Flüssigkeitspumpen

Pumpen sind Maschinen, die eine Flüssigkeit ansaugen. Dabei wirkt die Schwerkraft auf die Erde. Dieser Druck wird als 1 bar (Atmosphärendruck) bezeichnet. Die Flüssigkeit wird mit Hilfe von Laufrädern, Zahnrädern oder Schaufeln durch einen Behälter geleitet. Im Inneren des Behälters wird dann ein Vakuum erzeugt. In einem Vakuum ist der Druck niedriger als der Atmosphärendruck, so dass die Flüssigkeit, die in der Atmosphäre unter einem höheren Druck steht, in die Pumpe gedrückt wird. Dies ist das Prinzip des Ansaugens mit einer Pumpe.

Die Pumpe besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse, einem Motor und einer sie verbindenden Welle. Um zu verhindern, dass die Flüssigkeit im Gehäuse in den Motor eindringt, ist an der Welle eine Wellendichtung angebracht. Diese fungiert als Packung, die die durch die Drehung der Welle entstehenden Lücken ausfüllt. Es werden hauptsächlich Stopfbuchspackungen und Gleitringdichtungen verwendet. Stopfbuchspackungen erhalten die Schmierung und Abdichtung aufrecht, indem sie eine kleine Menge an innerer Flüssigkeit austreten und einsickern lassen. Stattdessen müssen sie bei Bedarf nachgespannt werden. Gleitringdichtungen bieten eine mechanische, federbelastete Dichtung. Sie sind daher sehr präzise.

Was ist eine Grobe Führung?

Eine Grobführung gehört zu den Vorrichtungselementen, die in Werkzeug-, Montage- und Prüfmaschinen zur Fixierung von Produkten verwendet werden.

Im weitesten Sinne werden sie verwendet, um die Position eines Produkts bis zu einem gewissen Grad vor der genauen Positionierung zu bestimmen.
Sie werden hauptsächlich verwendet, wenn der Bediener das Produkt auf die Vorrichtung setzt, und nicht, wenn es von einem Roboter gesetzt wird.

Grobführungen können dazu verwendet werden, das Produkt automatisch in einer bestimmten Position zu fixieren, was den Vorteil hat, dass die genaue Positionierung beschleunigt wird.

Anwendungen von Grobführungen

Nachfolgend einige Beispiele für den Einsatz von Grobführungen

1. Grobpositionierung in Abhängigkeit von der äußeren Form des Werkstücks
   Blöcke usw. werden auf die Vorrichtung gesetzt, um sie mit der Form des Werkstücks auszurichten.
   Die Befestigungslöcher im Block sind oft lang oder haben Löcher, die einige mm größer sind als die Befestigungsbolzen, so dass sie in eine Position gebracht werden können, die bei der eigentlichen Arbeit leicht zu handhaben ist.
2. Grobe Positionierung durch Einsetzen eines dünnen Stifts in ein Materialloch oder ein anderes Loch im Werkstück
   Für eine genaue Positionierung wird anstelle einer Materialbohrung eine bearbeitete, maßkontrollierte Bohrung verwendet, aber bei Grobführungen wird ein Stift eingesetzt, der einige mm kleiner ist, so dass die Materialbohrung verwendet werden kann.

Merkmale von Schruppführungen

Es gibt mehrere Arten von Schruppführungen mit unterschiedlichen Merkmalen.
Die folgenden Schruppführungen haben zum Beispiel folgende Eigenschaften

1. L-förmige Block-Grobführungen
   Diese Teile werden für Grobe Führungen an den Ecken des zu bearbeitenden Produkts verwendet.
   Die Grobe Führung wird mit einem Spalt von mehreren Millimetern zwischen der Ecke des Produkts und der Groben Führung eingebaut.
   Grobe Führungen werden in der Regel an zwei diagonalen Stellen angebracht, um das Produkt in eine bestimmte Position bringen zu können.
   Der Teil der Grobführung, der das Produkt führt, ist im Allgemeinen in einem Winkel von 60° geneigt, so dass das Produkt automatisch in die richtige Position geführt wird, wenn es der Neigung folgt.
2. 2. Stiftförmige Grobe Führungen
   Grobe Führungen steuern die Position und die Phase des Produkts, indem mehrere Stifte mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern in die Material- oder Bearbeitungsbohrung des Produkts eingeführt werden.
   Um das Innere der Produktbohrung nicht zu beschädigen, können die Spitzen der Stifte abgerundet sein oder aus Harz bestehen.
   Wenn die Stifte aus Harz bestehen, können sie jedoch durch Stahlspäne, die in ihnen stecken, beschädigt werden, so dass die Umgebung, in der sie verwendet werden, berücksichtigt werden muss.

Was ist eine Bildverarbeitungsbeleuchtung?

Im Allgemeinen werden die Leuchtdichte- und Farbinformationen durch die Eigenschaften des Beleuchtungslichts, die Reflexionseigenschaften des Objekts und die Erkennungseigenschaften der Kamera bestimmt.

Die geeignete Art, Form, Position und Farbe der Beleuchtung hängt vom Zweck der Bildverarbeitung ab. Bildverarbeitungsbeleuchtungen erfordern ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (S/N), eine gleichmäßige Beleuchtung und stabile Ausleuchtung.

Zu den Beleuchtungsarten gehören LED, Halogen, Fluoreszenz und Xenon, wobei die LED-Beleuchtung für die Bildverarbeitungsbeleuchtung als besser geeignet angesehen wird.

Anwendungen der Bildverarbeitungsbeleuchtung

Die Bildverarbeitungsbeleuchtung wird hauptsächlich zur Erkennung von Fehlern und Fremdkörpern in Industrieprodukten eingesetzt.

Fehler in Industrieerzeugnissen können geprüft werden, indem das Objekt mit Licht in geeigneter Form, Position und Wellenlänge beleuchtet und die Schattierung des von der Kamera erfassten Bildes verwendet wird.

In gleicher Weise können Fremdkörper in Industrieprodukten geprüft werden, indem eine geeignete Beleuchtung durch die Rückseite des Industrieprodukts gesendet und mit einer Kamera erfasst wird.

Da die Reflexionseigenschaften des Lichts (Reflexionswinkel, spektrale Eigenschaften) je nach Objekt variieren, wird eine Beleuchtung verwendet, die den Einfallswinkel und die Wellenlänge flexibel verändern kann.

Funktionsweise der Bildverarbeitungsbeleuchtung

Drei Faktoren beeinflussen die Schattierung eines Bildes: die Eigenschaften der Lichtquelle, die Eigenschaften der Objekte, die das Licht reflektieren oder durchlassen und die Eigenschaften der Kamera, die das Licht aufnimmt. Außerdem ist bekannt, dass diese Eigenschaften mit der Wellenlänge des Lichts variieren (spektrale Eigenschaften).

Bei der Erkennung von Fehlern in Industrieprodukten wird die diffuse Reflexion des Lichts im Bereich des Fehlers genutzt. Wenn das Industrieprodukt von einer gerichteten Lichtquelle in einem geringen Winkel angestrahlt wird und die Kamera das direkt reflektierte Licht nicht erkennt, kann nur das von der zerkratzten Stelle diffus reflektierte Licht erfasst werden. Infolgedessen wird nur im Bereich des Fehlers ein helles Bild erzeugt.

Um das Vorhandensein von Fremdkörpern im Inneren eines Industrieprodukts zu prüfen, wird Durchlicht von einer Lichtquelle mit einer bestimmten Wellenlänge ausgestrahlt und von einer Kamera erfasst. Da verschiedene Objekte unterschiedliche spektrale Eigenschaften haben, können die spektralen Eigenschaften der Lichtquelle so eingestellt werden, dass nur die Fremdkörper hell erscheinen.

Die gewünschte Beleuchtung variiert je nach Zweck der Bildverarbeitung, aber die folgenden Kriterien werden hauptsächlich bei der Auswahl der Beleuchtung verwendet: erstens, ob sie direkt, diffus oder durchscheinend sein soll; zweitens die Form und Größe der Beleuchtung; drittens die Farbe (spektrale Eigenschaften) der Beleuchtung; viertens: Die Lichtquelle sollte eine andere Wellenlänge als das beleuchtete Objekt haben.

Was ist ein Hochspannungswandler?

Ein Hochspannungswandler ist ein Gerät, das Hochspannungsströme umwandelt, z. B. 200 V und 400 V, die zu den Industriespannungen gehören. Wandler, die Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, werden AC/DC-Wandler genannt, während Wandler, die Spannung von Gleichstrom in Gleichstrom umwandeln, DC/DC-Wandler genannt werden. Die meisten AC/DC-Wandler verwenden Dioden, z. B. MOSFETs, um Wechselstrom durch Schalten in Gleichstrom umzuwandeln, während DC/DC-Wandler die Spannung variieren, indem sie Widerstände oder andere Komponenten einsetzen, die einen Spannungsabfall verursachen.

Anwendungen von Hochspannungswandlern

Hochspannungswandler werden in vielen Branchen eingesetzt, in denen industrielle Hochspannungsversorgungen verwendet werden. Zu den Anwendungen gehören die Stromversorgung für den Antrieb von Gleichstrom-Industriemotoren, die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom-Industriegeräte und Spannungsabfälle zur Umwandlung des Stroms in den Nennstrom, mit dem die Geräte betrieben werden. Bei der Auswahl eines Hochspannungswandlers ist zu berücksichtigen, ob er für den zu verwendenden Strom und die Spannung geeignet ist sowie seine Größe, Verluste, Isolationsleistung und Sicherheit.

Funktionsweise des Hochspannungswandlers

Die Funktionsweise von Hochspannungswandlern wird für AC/DC und DC/DC getrennt erläutert:

• AC/DC-Hochspannungswandler
  Ein AC/DC-Hochspannungswandler besteht aus einer AC-Netzanschlussklemme, einer DC-Netzanschlussklemme, einer MOSFET-Diode, etc. Die Dioden sind im Allgemeinen in einer rautenförmigen Anordnung von vier Stück angeordnet. Die Schaltfunktion der MOSFETs wird genutzt, um Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln. Wenn der Wechselstrom das rautenförmige Diodenbündel durchläuft, wird der Strom in positiver Richtung unverändert durchgelassen, während der Strom in negativer Richtung mit umgekehrtem Vorzeichen durchgelassen wird. Auf diese Weise wird der Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt.
• DC/DC-Hochspannungswandler
  Bei DC/DC-Hochspannungswandlern kann ein Widerstand im Wandler, ein Transistor oder ein Transformator angeschlossen sein. Bei Widerständen werden die Widerstände in den Stromkreis geschaltet, um einen Spannungsabfall zu verursachen und so die Spannung zu verringern. Bei einem Transistor wird die Gesamtspannung durch Schalten verringert, indem der Strom wie eine Pulswelle übertragen wird. Transformatoren verursachen einen Spannungsabfall, der von der Anzahl der Spulenwindungen abhängt. Es ist auch möglich, die Spannung in Abhängigkeit von der Anzahl der Spulenwicklungen zu erhöhen.

Was ist ein Leiterplatten-Kühlkörper?

Kühlkörper werden verwendet, um den Betrieb von Schaltungen zu stabilisieren, indem sie die von elektronischen und elektrischen Bauteilen auf Leiterplatten erzeugte Wärme ableiten.

Halbleiterkomponenten in verschiedenen Schaltkreisen neigen dazu, eine besonders große Wärmemenge zu erzeugen, wenn eine große Antriebsleistung erforderlich ist. Im Zuge der Weiterentwicklung der Halbleiterverfahren werden große integrierte Schaltungen in extrem kleinen Abmessungen realisiert und Geräte mit derart komplexen und fortschrittlichen Funktionen und Leistungen erzeugen ebenfalls eine große Menge an Wärme.

Um die erzeugte Wärmemenge so weit wie möglich zu reduzieren, werden auf der Seite der Halbleiterbauelemente verschiedene Maßnahmen ergriffen, um den Stromverbrauch zu senken. Dennoch ist der Einsatz von Kühlkörpern oft notwendig, um den stabilen Betrieb solcher Bauelemente aufrechtzuerhalten, wenn sie unter verschiedenen Umgebungen und Bedingungen eingesetzt werden.

Anwendungen von Leiterplatten-Kühlkörpern

Viele Verbraucher- und kommerzielle Geräte verwenden eine Vielzahl von Leiterplatten, und unter den Halbleiterkomponenten, die auf diesen Leiterplatten montiert sind, werden Leiterplatten-Kühlkörper häufig für ICs zur Leistungssteuerung sowie SOCs und Mikroprozessoren zur Steuerung von Systemen verwendet, die besonders viel Wärme erzeugen.

Bei Leistungssteuerungs-ICs kommt es darauf an, wie effizient die benötigte Spannung in einer Reihe von Prozessen extrahiert wird, die den handelsüblichen 100-VAC-Eingang in Gleichstrom, diesen in die im Schaltkreis benötigte Spannung umwandeln und dann das Rauschen entfernen, das in vielen Fällen Wärme erzeugt. In diesem Fall werden Leiterplatten-Kühlkörper eingesetzt. Die Wärmeentwicklung in Stromversorgungsschaltungen kann manchmal zu Problemen wie Entzündungsgefahr führen, so dass ein sorgfältiges Design erforderlich ist.

Außerdem steigt bei SOCs und Mikroprozessoren, die zur Steuerung des Systems verwendet werden, mit zunehmender Datenmenge die Betriebsgeschwindigkeit und damit auch die Wärmeentwicklung. Wenn der SOC oder Mikroprozessor zu heiß wird, kann das System durchdrehen oder sich aufhängen, so dass ein sorgfältiges Wärmeableitungsmanagement erforderlich ist, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.

Funktionsweise der Leiterplatten-Kühlkörper

Leiterplatten-Kühlkörper werden aus Aluminium, Eisen oder Kupfer hergestellt, die eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Um die Wärmeabfuhrkapazität des Kühlkörpers weiter zu erhöhen, wird dessen Oberfläche vergrößert.

Dies kann erreicht werden, indem man eine große Anzahl dünner Platten auf der Oberfläche eines Plattenkühlkörpers mit Abstand zueinander anordnet oder eine Struktur mit einer großen Anzahl von Stäben verwendet, die auf die Oberfläche eines Plattenkühlkörpers geklebt werden.

Neben solchen Kühlkörpern werden manchmal auch luftgekühlte Lüfter verwendet, um die Umgebungstemperaturen zu senken, indem die Luft unter Stromantrieb zwangsweise bewegt wird, wenn eine effizientere Wärmeabfuhr erforderlich ist.

Luftgekühlte Lüfter sind ein sehr effektives Mittel zur Wärmeabfuhr, aber teurer als normale Kühlkörper, da sie eine eigene Antriebseinheit haben. Sie werden daher nur dort eingesetzt, wo es keine anderen Alternativen gibt und wo ein leichter Anstieg der Systemkosten in Kauf genommen werden kann.

Um eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit zwischen den angeschlossenen Komponenten und dem Kühlkörper zu gewährleisten, wird ein spezieller Verbund aus gut wärmeleitendem Silizium verwendet.

Forcierte Luftkühlung von Leiterplatten-Kühlkörpern

Es gibt zwei Kühlmethoden für Kühlkörper: natürliche Luftkühlung und forcierte Luftkühlung. Die natürliche Luftkühlung beruht, wie der Name schon sagt, ausschließlich auf der Wärmeabgabe des Kühlkörpers und ist in offenen, nicht umschlossenen Räumen vorteilhafter.

Die forcierte Luftkühlung hingegen bezieht sich auf einen Luftstrom mit Hilfe von Lüftern. Bei der forcierten Luftkühlung ist es besser, ein Gehäuse zu haben. Das System steuert die Luftgeschwindigkeit innerhalb des Gehäuses durch die Größe der Kanalöffnung, so dass die Wärme entweichen kann.

Es gibt zwei Möglichkeiten für den Einsatz von Ventilatoren in der Umluftkühlung:

Zum einen als Ventilator, der die Luft zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Gehäuses austauscht, um die Innentemperatur zu senken. Der Luftstrom ist wichtig, um mehr Luft austauschen zu können.

Die zweite Funktion ist die eines Ventilators, der die Wärme um die Heizelemente, in diesem Fall die Kühlkörper, herumbläst. Hierfür ist die Luftgeschwindigkeit wichtig.

Bei der forcierten Luftkühlung verringert ein zu großer Strömungsweg die Luftgeschwindigkeit und ein zu kleiner Strömungsweg den Luftstrom. Um die richtige Luftgeschwindigkeit und Luftmenge aufrechtzuerhalten, ist es wichtig, dass die Mindestquerschnittsfläche des Strömungswegs gleich oder größer ist als die Mindestquerschnittsfläche des Ventilators.

Befestigen von Leiterplatten-Kühlkörpern

Es gibt verschiedene Methoden zur Befestigung von Leiterplatten-Kühlkörper. Hier sind vier typische Beispiele:

Befestigung mit wärmeleitendem doppelseitigem Klebeband
Bei dieser Methode wird ein Kühlkörper mit einem wärmeleitenden doppelseitigen Klebeband zwischen dem Kühlkörper und dem Heizelement befestigt. Sie wird häufig für kleine, leichte Kühlkörper verwendet.

Druckstifte
Bei dieser Methode wird der Kühlkörper mit Druckstiften auf der Platine befestigt und durch Federspannung in Position gehalten. Die Last wird durch die Feder bestimmt, ohne dass im Lot zwischen Platine und IC eine Zugkraft bei Vibrationen entsteht, z. B. bei der Montage auf einem BGA-Chip.

Z-förmige Klammer
Zwei Anker werden auf der Platine angebracht und mit Z-förmigen Drahtklammern befestigt. Sie zeichnet sich durch ihre einfache Verbindung und Trennung aus.

Abgestufte Schrauben
Dies ist eine Methode zur Befestigung des Kühlkörpers auf der Platine mit Stufenschrauben, ähnlich wie bei der Push-Pin-Methode. Der Kühlkörper kann durch einfaches Drehen der Schrauben angebracht und entfernt werden, was den Austausch des Kühlkörpers erleichtert.

Was ist ein Hartmetall-Kugelfräser?

Hartmetall-Kugelfräser sind Schneidwerkzeuge mit einer kugelförmigen Schneide am Ende des Fräsers, die aus Hartmetall besteht.

Hartmetall, auch Sinterkarbid genannt, ist eine extrem harte Legierung. Sie wird hergestellt, indem Eisen mit Wolframkarbid oder Titankarbid versetzt und durch Pulversintern bei hohen Temperaturen zusammengepresst wird.

Kugelkopffräser haben Schneidkanten an der Seite und einer Stirnseite, wobei die Stirnseite kugelförmig ist. Komplexe gekrümmte Oberflächen können bearbeitet werden. Hartmetall-Schaftfräser werden hauptsächlich für die Bearbeitung von Spitzenwerkzeugen eingesetzt.

Anwendungen von Hartmetall-Kugelfräsern

Kugelkopffräser eignen sich für Zerspanungsarbeiten, bei denen gekrümmte Formen entstehen. Weitere Anwendungen sind die Bearbeitung von Verrundungen, um zu verhindern, dass sich Teile und Abfälle in den Ecken der Bodenfläche ansammeln sowie in fischförmigen Rillen (Nuten) als Fließkanäle für Flüssigkeiten.

Zu den spezifischen Anwendungen gehören die Formbearbeitung von Gussformen wie Spritzguss- und Linsenformen, Modellbau und Kleinteile. Die kugelförmige Spitze des Schneidwerkzeugs ermöglicht die Bearbeitung komplex gekrümmter Oberflächen. Er ist jedoch nicht für die Bearbeitung von Werkstücken geeignet, die an den unteren Ecken scharfe Kanten erfordern.

Die Zerspanung mit Kugelfräsern ist im Vergleich zu plastischen Umformverfahren wie dem Pressen maßhaltiger und komplexer.

Funktionsweise der Hartmetall-Kugelfräser

Hartmetall-Kugelfräser können mit einer kugelförmigen Schneide gekrümmte Oberflächen bearbeiten. In Verbindung mit NC-Werkzeugmaschinen können zudem komplexe dreidimensional gekrümmte Flächen bearbeitet werden.

Kugelkopffräser haben aufgrund der kleinen Querschnittsfläche der Schneide keine große Steifigkeit. Daher ist Vorsicht geboten, da sie zu Kantenausbrüchen neigen. Hartmetalle für Schneidwerkzeuge werden in drei Anwendungskategorien eingeteilt: Klasse P, Klasse M und Klasse K.

1. Klasse P

Die Klasse P hat eine ausgezeichnete Hitze- und Schweißbeständigkeit und enthält einen hohen Anteil an Titankarbid (TiC) und Tantalkarbid (TaC). Diese Legierungen sind beständig gegen thermische Schäden wie Krater und thermische Risse. Hauptanwendungsgebiete sind die Verarbeitung von Stahl, d. h. legiertem und rostfreiem Stahl.

2. Klasse M

Die Klasse M enthält einen mäßigen Anteil an Titankarbid (TiC), Tantalkarbid (TaC) usw. und ist eine Legierung, die sowohl gegen thermische als auch mechanische Schäden beständig ist. Sie wird hauptsächlich bei der Verarbeitung von rostfreiem Stahl, Gusseisen sowie duktilem Gusseisen verwendet.

3. Klasse K

Die Klasse K ist eine Wolframkarbid (WC) Basislegierung mit ausgezeichneter Festigkeit. Sie ist besonders widerstandsfähig gegen mechanische Beschädigungen wie z. B. Spaltverschleiß.

Sie wird vor allem bei der Bearbeitung von Gusseisen, Nichteisen- und Nichtmetallen eingesetzt. Andererseits hat sie aufgrund ihrer Härte auch eine geringe Elastizität und ist leicht zu brechen. Ein Nachteil ist, dass sie zwar druckfest, aber schwach gegen Zug- und Querkräfte sind.

Merkmale der Hartmetall-Kugelfräser

Vorteile

• Im Vergleich zu scherenden Verfahren wie z. B. dem Pressen bietet die Zerspanung mit Schaftfräsern eine höhere Maßgenauigkeit.
• Im Gegensatz zu normalen Schaftfräsern ermöglicht die abgerundete Schneide die Bearbeitung komplex gekrümmter Flächen ohne Kanten. Gekrümmte Flächen können beliebig geformt werden, solange der Krümmungsradius größer ist als der Kugelradius des Kugelkopffräsers.
• Mit einer Diamantbeschichtung kann ein höherer Grad an Raffinesse erreicht und es können Hartmetallwerkstoffe bearbeitet werden.
• Die Schneide kann nachgeschliffen werden, wenn sie abgenutzt ist, was sie wirtschaftlich macht.

Nachteile

• Beim Schaftfräsen müssen mehr Teile entfernt werden, was zu einer geringeren Materialausbeute führt.
• Die gewellte Oberfläche der bearbeiteten Fläche kann zu Oberflächenschwankungen führen. Infolgedessen erfolgt die Bearbeitung in einer Art „Fill-in“, was mehr Bearbeitungszeit erfordert.
• Eine rechtwinklige Bearbeitung der unteren Ecken ist nicht möglich. Darüber hinaus ist der Spanabfluss schlecht.

Typen von Hartmetall-Kugelfräsern

Hartmetall-Kugelfräser lassen sich strukturell in drei Typen einteilen: Integralfräser, Fräser mit separater Schneide und gelötete Fräser.

1. Integralfräser

Der Integraltyp ist ein Schaftfräser, bei dem Schaft und Schneide integriert sind, seine hohe Steifigkeit ermöglicht eine hochpräzise Bearbeitung. Sie können auch nachgeschliffen und neu beschichtet werden, wenn sie abgenutzt sind.

2. Fräser mit separater Schneide

Bei der separaten Schneide wird die Schneide, die so genannte Wendeschneidplatte, mit einer Schraube oder einer Halterung befestigt. Der Preis wird durch die teilweise Verwendung von Hartmetallmaterial reduziert. Ein Merkmal dieses Typs ist, dass die Schneide bei Abnutzung durch eine neue ersetzt werden kann.

3. Gelötete Fräser

Bei gelöteten Schaftfräsern ist die Schneide aus Sinterkarbid auf den Schaft gelötet. Dies ist ein kostengünstiger Typ.