投稿者: ss1005yh

Was ist ein Kfz-Relais?

Kfz-Relais sind buchstäblich Relais, die für die Steuerung elektrischer Komponenten in Fahrzeugen konzipiert sind.

Es gibt eine große Anzahl von Kfz-Relais für unterschiedliche Anwendungen. Da der Aufbau der elektrischen Schaltkreise von Automobilhersteller zu Automobilhersteller unterschiedlich ist, werden verschiedene Relais nach den Normen des Automobilherstellers und für unterschiedliche Belastungen hergestellt und verkauft.

Seit kurzem ist es möglich, bei der Reparatur elektrischer Komponenten im Falle einer Fahrzeugpanne das defekte Kfz-Relais im Stromkreis Modul für Modul auf einen Schlag auszutauschen, um eine schnelle Reparatur zu ermöglichen.

Verwendungszwecke von Kfz-Relais

Kfz-Relais werden als Relais in elektrischen Schaltkreisen zur Fahrzeugsteuerung eingesetzt. Es gibt viele Arten von Kfz-Relais, darunter Relais zur Steuerung von Lampen wie Scheinwerfern und Rücklichtern sowie Motorsteuerungsrelais zur Betätigung von Fensterhebern und Außenspiegeln.

Sie sind auch ein wesentlicher Bestandteil der elektrischen Schaltkreise in Fahrzeugen, wie z. B. Relais zur Steuerung von Klimaanlagen und Heckscheibenheizungen und solche, die in Schaltkreisen zum Laden der Batterie verwendet werden.

Merkmale von Kfz-Relais

Der allgemeine Aufbau eines Kfz-Relais ist einfach und besteht aus einem Elektromagneten mit einer Lackdrahtspule, die um einen Eisenkern gewickelt ist, einem beweglichen Kontakt und einem festen Kontakt.

Im Grunde gibt es keine besondere Struktur wie bei einem Steuerrelais, aber bei der Konstruktion wurde auf Gewichtsreduzierung, Vibrationsfestigkeit und Haltbarkeit geachtet. Das Gewicht eines Fahrzeugs wirkt sich auf den Kraftstoffverbrauch und die Fahrleistung aus. Obwohl einzelne Kfz-Relais leicht sind, wird in einem Fahrzeug eine große Anzahl von Kfz-Relais verwendet, weshalb es wichtig ist, ihr Gewicht zu reduzieren.

Im Gegensatz zu elektrischen Haushaltsgeräten sind die elektrischen Komponenten in Kraftfahrzeugen außerdem ständig den Vibrationen von Fahr- und Benzinmotoren ausgesetzt. Um die Lebensdauer des Fahrzeugs zu erhöhen, werden Relais mit ausgezeichneter Vibrationsfestigkeit und Haltbarkeit eingesetzt.

Ein weiterer Vorteil ist das geringe Betriebsgeräusch. Kfz-Relais, die für die Steuerung von Motoren, z. B. für die Betätigung von elektrischen Fensterhebern, verwendet werden, sind oft klein und geräuscharm konstruiert. Ein weiteres Merkmal ist, dass sie so konstruiert sind, dass sie die Anforderungen der einzelnen Fahrzeughersteller erfüllen und somit für die Massenproduktion geeignet sind.

Arten von Kfz-Relais

Es gibt verschiedene Arten von Kfz-Relais, je nach ihrer Funktionsweise.

1. Scharnierrelais

Die vom Elektromagneten erzeugte elektromagnetische Kraft zieht ein Eisenstück (beweglicher Kontakt) an, das den Kontakt ein- und ausschaltet. Bei dem in Abb. 1 dargestellten Relais wird bei Erregung des Elektromagneten der Eisenstreifen (beweglicher Kontakt) vom Elektromagneten angezogen, wodurch der Kontakt a ein- und der Kontakt b ausgeschaltet wird. Wenn der Strom abgeschaltet wird, bringt die Rückstellkraft der Rückstellfeder den Eisenstreifen in seine ursprüngliche Position zurück, der a-Kontakt wird ausgeschaltet und der b-Kontakt wird eingeschaltet.

2. Stößelrelais

Wenn der Stößel durch elektromagnetische Kraft angezogen und in die Spule eingeführt wird, wird auch auf der Stößelseite eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die zu einer starken Anziehungskraft führt. Durch diesen Mechanismus kann der Stößel einen großen Weg zurücklegen, wodurch die Steuerung großer Relaiskontakte möglich wird.

Ein Beispiel für die Anwendung ist das unten abgebildete EV-Relais (SMR). Bei Reed-Relais basiert die Kontaktkonstruktion auf einem Paar magnetischer Zungen. Eine Spule ist um ein Glasrohr gewickelt, das die Leitungen bewegt und die Kontakte ein- und ausschaltet.

Relais für Elektrofahrzeuge (SMR)
Zu den Kfz-Relais gehören auch Relais für Elektrofahrzeuge. Diese Relais werden als SMR (System-Hauptrelais) bezeichnet und in den Hochspannungskreislauf auf dem Weg von der Hochspannungsbatterie des Fahrzeugs zum Antriebsumrichter und anderen Geräten eingefügt und schalten die Netzspannung ein und aus.

Im Falle einer Fahrzeugkollision wird das SMR so gesteuert, dass es die Hochspannungsbatterie abtrennt, um Sekundärkatastrophen wie Stromschläge usw. zu verhindern. Relais für Elektrofahrzeuge müssen in der Lage sein, Hochspannungsgleichstrom in kurzer Zeit zu unterbrechen, und sie müssen kompakt und leicht sein.

Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach EV-Relais in Zukunft weiter steigen wird, da Länder auf der ganzen Welt daran arbeiten, umweltfreundliche Fahrzeuge vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung und anderer Faktoren zu entwickeln, die zur Verwirklichung einer dekarbonisierten Gesellschaft beitragen.

Weitere Informationen über Kfz-Relais

Der Markt für Kfz-Relais

Relais werden in den verschiedensten Bereichen eingesetzt, von der FA bis hin zu Verbraucher- und Automobilanwendungen. In jüngster Zeit hat die Nachfrage nach Öko-Autos wie Plug-in-Hybriden und Elektrofahrzeugen zugenommen, was zum Teil auf die von Premierminister Kan propagierte dekarbonisierte Gesellschaft zurückzuführen ist. Es wird daher erwartet, dass der Markt für elektronische Komponenten für die Automobilindustrie mittel- bis langfristig wachsen wird.

Insbesondere die Nachfrage nach Kfz-Relais nimmt weltweit zu, da sie zur Elektrifizierung von Fahrzeugen beitragen. Die Größe des globalen Marktes für Kfz-Relais wird für 2017 auf 12,39 Milliarden USD geschätzt. Es wird erwartet, dass er bis 2022 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 6,2 % wächst und bis 2022 16,7 Mrd. USD erreicht.

Was ist ein Lock-In-Verstärker?

Ein Lock-In-Verstärker ist ein Gerät mit einer Schaltung, die in der Lage ist, ein Komponentensignal mit einer bestimmten Frequenz aus einem Eingangssignal zu extrahieren.

Lock-In-Verstärker entfernen das Rauschen, indem sie ein Referenzsignal und ein Eingangssignal mit einem Mischer im Gerät multiplizieren und dann ein Signal mit der gewünschten spezifischen Frequenz mit Hilfe eines Tiefpassfilters extrahieren. Dabei wird ein gerätespezifischer Wert, die so genannte Zeitkonstante, eingestellt, und je größer die Zeitkonstante ist, desto geringer sind die Schwankungen im Ausgangssignal.

Anwendungen von Lock-In-Verstärkern

Lock-In-Verstärker werden häufig im Bereich der Optik eingesetzt, insbesondere bei spektroskopischen Messungen. Manchmal werden sie auch in Kombination mit Mikroskopen verwendet. Lock-in-Verstärker werden insbesondere bei Experimenten eingesetzt, bei denen schwache Signale erfasst werden, z. B. bei astrophysikalischen Messungen wie astronomischen Beobachtungen oder bei spektroskopischen Messungen von dünnen Schichten in der Größenordnung von Nanometern.

Bei Messungen, bei denen das von der Probe stammende Signal schwach ist, z. B. bei dünnen Filmen mit einer Dicke von weniger als ein paar hundert Nanometern, ist ein Gerät wie ein Lock-In-Verstärker, der das Signal verstärkt und das Rauschen entfernt, unerlässlich. Weitere Anwendungen sind die Fluoreszenzmikroskopie und die Mikroskopie mit Raman-Spektroskopie sowie die Sondenmikroskopie wie die Rasterkraftmikroskopie.

Funktionsweise von Lock-In-Verstärkern

Die Funktionsweise eines Lock-In-Verstärkers ist eine schaltungsbasierte Signalverarbeitung, bei der das Eingangssignal durch einen Vorverstärker verstärkt und dann durch einen Mischer mit einem Referenzsignal und einem Tiefpassfilter multipliziert wird, um überschüssige Rauschkomponenten zu entfernen und so das gewünschte spezifische Frequenzsignal aus dem Eingangssignal zu erkennen.

Im Lock-In-Verstärker werden das Eingangs- und das Referenzsignal miteinander multipliziert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das als Summe oder Differenz der Frequenzen von Eingangs- und Referenzsignal ausgedrückt wird. Wenn Vi=Acos(ωit+Φ) für das Eingangssignal und Vr=Bcosωrt für das Referenzsignal, ist die Frequenz des Ausgangs proportional zu {cos[(ωi-ωr)t+Φ]+cos[(ωi+ωr)t+Φ]}.

Da der Lock-In-Verstärker jedoch als Tiefpassfilter fungiert, ist die einzige verbleibende Komponente das Signal mit ωi-ωr nahe Null. Mit anderen Worten, indem das Signal durch einen Lock-In-Verstärker geleitet wird, kann nur das Eingangssignal extrahiert werden, dessen Frequenz nahe an der des Referenzsignals liegt, und zufällige Komponenten wie Rauschen können entfernt werden.

Als Referenzsignal für den Lock-In-Verstärker wird häufig eine Sinuswelle verwendet. Um die Schaltung zu vereinfachen und die Kosten zu senken, wird manchmal eine Rechteckwelle als Referenzsignal verwendet, aber in solchen Fällen ist die Rauschunterdrückung schlechter als bei einer Sinuswelle.

Weitere Informationen über Lock-In-Verstärker

1. Zeitkonstanten und Rauschen von Lock-In-Verstärkern

Lock-In-Verstärker haben eine so genannte inhärente Zeitkonstante. Die Zeitkonstante ist hier ein Wert, der als Produkt aus dem Widerstand eines an den Stromkreis angeschlossenen Widerstands und der Kapazität eines Kondensators ausgedrückt wird. Die Größe des Rauschens am Ausgang eines Lock-In-Verstärkers ist proportional zum Kehrwert der Zeitkonstante, d. h. je größer die Zeitkonstante ist, desto geringer ist das Rauschen im Ausgangssignal. Typische Zeitkonstanten liegen zwischen 10 Millisekunden und 10 Sekunden, während die Zeitkonstante eines Geräts, das eine digitale Verarbeitung durchführt, etwa 1000 Sekunden beträgt.

Lock-In-Verstärker werden durch das Signal-Rausch-Verhältnis (Signal-Rausch-Verhältnis in dB) beeinflusst, das ein Maß für den Rauschpegel des Eingangssignals ist. Der Rauschpegel des Eingangssignals muss beachtet werden, da sich die Messgenauigkeit des Lock-In-Verstärkers verschlechtert, wenn in der Vorstufe ein Verstärker mit einem schlechten Rauschpegel verwendet wird.

2. Was ist ein Chopper?

Ein Chopper ist ein Gerät, das Flügel in einem festen Zyklus rotieren lässt. Hochempfindliche Messungen, bei denen ein Lock-in-Verstärker und ein Chopper kombiniert werden, können als eine der häufigsten Methoden bei Spektralmessungen bezeichnet werden.

Durch die Platzierung des Choppers im Strahlengang eines kontinuierlichen Lichtstrahls wird das Licht blockiert, wenn sich die Lamelle im Strahlengang befindet, und das Licht wird durchgelassen, wenn sich die Lamelle nicht im Strahlengang befindet, wodurch das gemessene Licht in ein Signal mit konstanter Periode umgewandelt wird. Bei Messungen an Kristallen mit einem großen Absorptionskoeffizienten oder an Lichtwellenleitern mit großen Ausbreitungsverlusten wird das Messlicht von der Probe stark absorbiert, was die Intensität des detektierbaren Lichts verringert und den relativen Rauscheffekt erhöht.

Bei solchen Messungen ist es effektiver, einen Lock-In-Verstärker und einen Chopper zusammen zu verwenden. Durch Modulation eines Signals mit geringem Rauschen und hoher Frequenz mit einem Chopper oder Modulator und dessen effiziente Demodulation mit einem Lock-In-Verstärker kann ein rauscharmes Signal mit der ursprünglichen Frequenz erhalten werden.

3. Digitale Lock-in-Verstärker

Die heutigen Lock-In-Verstärker werden aufgrund ihrer Frequenzerweiterung immer mehr zu digitalen Verstärkern. Ein Referenzsignal mit einem ausgezeichneten Signal-Rausch-Verhältnis und ein steiler Tiefpassfilter sind für die Verbesserung der Leistung von Lock-In-Verstärkern unerlässlich, und digitale Lock-In-Verstärker sind so konfiguriert, dass sie diese Anforderungen erfüllen.

Durch den Einsatz einer PLL (Phase Locked Loop) zur internen Erzeugung einer neuen digitalen Sinuswelle, die mit der Frequenz und Phase eines externen Referenzsignals übereinstimmt, werden Verzerrungen und Fremdgeräusche unterdrückt, und es steht ein Referenzsignal mit einem hervorragenden Signal-Rausch-Verhältnis zur Verfügung. Steile Filtercharakteristiken können auch durch die Verwendung eines mehrstufigen digitalen Tiefpassfilters erreicht werden. Mit der Einführung dieses digitalen Lock-in-Verstärkers können nun Hochfrequenzmessungen bis zu 600 MHz durchgeführt werden.

Was ist Pcb-Entwurf?

Der Begriff Pcb-Entwurf bezieht sich auf den Entwurf von Leiterplatten (Printed Circuit Board, PCB), wobei PCB direkt mit gedruckter Schaltung übersetzt werden kann. Eine gedruckte Schaltung ist eine so genannte strukturierte Leiterplatte, bei der Kupfer auf eine Leiterplatte aus Materialien wie Glas (Glasepoxid), Fasern (Komposit) oder Papierphenol aufgebracht und dann mit einem Lösungsmittel, dem so genannten Ätzen, geätzt wird, so dass nur die Kupferfolie im Schaltungsteil übrig bleibt.

Mit anderen Worten: Der Pcb-Entwurf ist der detaillierte Entwurf des Musters und des Lagenaufbaus auf einer Leiterplatte, zusammen mit den zu platzierenden Chipkomponenten wie ICs und LCRs, unter Verwendung spezieller Schaltpläne, Simulatoren, Verdrahtungslayouts und CAD-Tools für elektromagnetische Felder, Wärmeentwicklung und Spannungsanalyse.

Anwendungen des Pcb-Entwurfs

Der Pcb-Entwurf wird in praktischen Anwendungen in Form von Leiterplatten (PCBs) eingesetzt, die in elektrischen Geräten wie Klimaanlagen, Kühlschränken und Fernsehgeräten verwendet werden. Die Werkzeuge, mit denen die Leiterplatte als eine in das Produkt eingebaute elektronische Platine realisiert wird, sind spezielle CAD-Schaltpläne und CAD-Designs für Leiterplattenmuster.

Das Entwurfsverfahren umfasst in der Regel den Entwurf einer elektronischen Schaltung, die Umwandlung der Schaltung in eine tatsächlich verwendete Komponentenliste und dann die Realisierung einer Kupferfolienmusterschaltung auf der Leiterplatte in Form eines Musters der Schaltung und der montierten Komponenten.

Grundsätze des Pcb-Entwurfs

Um die Prinzipien des Pcb-Entwurfs zu erklären, muss man die Prinzipien der Leiterplatten verstehen, die, wie bereits erwähnt, aus isolierenden, nicht elektrisch leitenden Materialien wie Glas, Fasern oder Papier bestehen, auf denen eine elektrisch leitende Kupferfolie angebracht ist. Die Leiterplatte wird durch Ätzen der Kupferfolie hergestellt, außer an den Stellen, an denen Strom geleitet werden soll.

Der Pcb-Entwurf selbst ist die Information, die benötigt wird, um die Musterschaltung auf der Leiterplatte zu bilden, und die konkretisiert, wie das Muster auf der Leiterplatte zu realisieren ist. Die Informationen zum Musterentwurf, die die Hauptinformationsquelle darstellen, wurden auch im Verwendungszweck beschrieben, aber der erste Schritt ist die elektronische Schaltung, um die gewünschten Funktionen des Produkts zu realisieren.

Ohne diesen Schaltplan kann nichts beginnen. Nachdem der Schaltplan und die montierten Komponenten wie ICs und Chip-Bauteile im CAD erstellt und registriert wurden, werden die Schaltplaninformationen in ein spezielles CAD-System für den Entwurf von Leiterplattenmustern eingegeben. Diese Arbeit wird in der Regel von Mitarbeitern, die sich mit dem Entwurf von Mustern befassen, oder von Unterauftragnehmern erledigt.

Der Leiterplattendesigner gibt die erforderlichen Informationen an die zuständige Person weiter, und die Mindestinformationen, die zu diesem Zeitpunkt benötigt werden, sind die Abmessungen der Leiterplatte, die Lochdurchmesser, die Dicke der Leiterplatte und der Kupferfolie sowie die Platzierung der montierten Komponenten, die im Voraus festgelegt werden müssen. Dies sind die wichtigsten Grundsätze des Pcb-Entwurfs.

Weitere Informationen zum Pcb-Entwurf

1. Regeln für das Leiterplattendesign

Die Regeln für das Leiterplattendesign sind die Regeln, die für den Entwurf des Verdrahtungsmusters der Leiterplatte erforderlich sind. Die eigentliche Regel besteht darin, dass Sie sich zunächst für den Typ der Leiterplatte entscheiden müssen. Der Leiterplattentyp ist die Anzahl der Schichten auf der Leiterplatte, die so genannten Lagen.

Was ist Ferngesteuerte IO?

Remote I/O ist ein Gerät zur Fernsteuerung von Mess-, Eingabe- und Steuergeräten in Fabriken und anderen Einrichtungen.

Da es über ein Netzwerk verwendet wird, sind keine komplizierten Verdrahtungseinstellungen erforderlich und es ist effektiv bei der Reduzierung von Störungen, die durch den Datentransport über große Entfernungen verursacht werden. Diese Produkte sind heute in einer Vielzahl von Fabriken weit verbreitet, in denen die Fabrikautomatisierung mit IoT und anderen Technologien voranschreitet, um die Arbeitskosten zu senken und die Produktionseffizienz zu verbessern.

Anwendungen von ferngesteuerten IO

Remote-I/O wird in der Fabrikhalle in einer Vielzahl von Fabrikautomationsanlagen eingesetzt. Es ist nützlich, die Temperatur, den Druck, die Feuchtigkeit, den Strom, die Spannung und andere Messgeräte, die in einer Fabrik, z. B. in einem Kontrollraum, gemessen und gesteuert werden müssen, gemeinsam zu verwalten, wenn sie mit der Netzwerkkommunikation kompatibel sind.

Es sind viele Produkte erhältlich, die Netzwerkleitungen für verschiedene Messgeräte unterstützen, und sie sollten entsprechend dem verwendeten Messgerätenetzwerk ausgewählt werden.

Prinzip der ferngesteuerten IO

Ferngesteuerte IO, auch als verteilte IO bezeichnet, leitet Eingangssignale über Kommunikation an Mastergeräte wie PCs und SPS in Fabriken weiter.

1. SPS

PLC, an die Ferngesteuerte IO Signale sendet und empfängt, steht für “Programmable Logic Controller” und ist eine Steuerung, die zur Kontrolle von Geräten und Anlagen verwendet wird. In Fertigungsbetrieben steuern PLCs den Betrieb verschiedener Gerätetypen, wie z. B. Förderbänder und Sensoren.

2. Netzwerk

Für die von den ferngesteuerten IO verwendeten Netzwerke gibt es zahlreiche Produkte, die mit den verschiedenen von den SPS-Herstellern angebotenen industriellen Netzwerken kompatibel sind. Zu den typischen industriellen Netzwerken gehören EtherNet/IP, EtherCAT, PROFINET, CC-Link und HLS.

Die Verarbeitungsgeräte beherrschen viele Arten der Kommunikation, von Produkten, die CPUs für die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung verwenden, bis hin zu Produkten, die kostengünstig ohne CPUs oder andere Komponenten auskommen.

Ferngesteuerte IO-Konfigurationen

Remote I/O besteht aus einem Netzwerkkommunikationsteil, einer Verarbeitungseinheit und einem Verbindungsteil, die über ein einziges Kabel miteinander verbunden sind. Im Anschlussbereich sind viele Produkte mit Klemmen für verschiedene Anschlüsse ausgestattet, an die Steuerleitungen wie Sensoren, Schalter und LEDs angeschlossen werden können.

Einige Produkte unterstützen mehr als 60 Anschlüsse. Remote-E/As können auch parallel angeschlossen werden, so dass es relativ einfach ist, zusätzliche Remote-E/As parallel hinzuzufügen, wenn die Anzahl der benötigten Anschlüsse für eine Remote-E/A nicht ausreicht oder wenn neue elektronische Komponenten eingeführt werden, die eine neue Verkabelung erfordern. Der Netzwerkkommunikationsteil stellt die Verbindung zu PLCs, DCSs oder anderen Remote I/Os im Schaltschrank über ein Netzwerk her.

Weitere Informationen über Ferngesteuerte IO

1. Ferngesteuerte IO Funk

Informationen zum Ferngesteuerten IO-Funk: Neben der drahtgebundenen Methode, bei der Geräte direkt mit Kommunikationsleitungen miteinander verdrahtet werden, gibt es auch eine drahtlose Methode, bei der ein Sender/Empfänger im Gerät eingebaut ist und drahtlos kommuniziert. Ferngesteuerte IO-Funk bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Fernsteuerung von Geräten durch drahtlose Methoden unter Verwendung von Funk.

Es gibt mehrere Arten von drahtlosen Funkkommunikationsmethoden, wobei die am häufigsten verwendete Kommunikationsmethode WiFi ist, die insbesondere in vielen modernen Geräten verwendet wird. Der eigentliche Einsatz der drahtlosen ferngesteuerten IO erfolgt jedoch meist in industriellen Anwendungen wie Fabriken, Gebäuden und Spezialgebäuden.

Um den hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit gerecht zu werden, verwenden die Hersteller häufig eigene Frequenzbänder in der Nähe von 1G. Die Zuverlässigkeit der Kommunikationsmethode hängt vom Know-how des jeweiligen Unternehmens ab.

2. Ferngesteuerte IO-Ethernet

Ferngesteuerte IO Ethernet verwendet einen Kommunikationsstandard namens Ethernet für die Fernein- und -ausgabe elektrischer und elektronischer Geräte, auch bekannt als Ferngesteuerte IO. Ethernet ist ein Kommunikationsprotokollstandard von der physikalischen Schicht bis zur Datenverbindungsschicht im OSI-Modell, der die für die Kommunikation zwischen Informationsgeräten erforderlichen Funktionen organisiert.

Als Protokoll der Datenverbindungsschicht besteht seine Hauptaufgabe darin, die zuverlässige Übertragung von Daten innerhalb desselben Netzes zu gewährleisten. Konkret besteht die Aufgabe von Ethernet darin, Daten von einer Ethernet-Schnittstelle zu einer anderen Ethernet-Schnittstelle im selben Netz zu übertragen.

Um Daten von einer Ethernet-Schnittstelle zu senden, wird jedes ‘0’- und ‘1’-Bit von einem elektrischen Signal in ein physikalisches Signal umgewandelt, und das über die Ethernet-Schnittstelle empfangene physikalische Signal wird wieder in ein elektrisches ‘0’- und ‘1’-Signal umgewandelt. Als physikalisches Protokoll standardisiert der Ethernet-Standard auch seine physikalische Signalumwandlung und die Verwendung von Kabelmedien.

3. HLS

HLS ist ein “Ein-Master-zu-Mehreren-Slaves”-Netzwerk, das digitale IOs in Stapeln mit hoher Geschwindigkeit steuern kann: bis zu 63 Slave-ICs können an einen Master-IC angeschlossen und bis zu 2016 IOs gesteuert werden.

Der HLS-Master-IC verfügt über einen eingebauten Speicher für IO-Steuerregister und Kommunikationssteuerregister für jeden Slave-IC.

Was ist eine Sonden-Karten?

Eine Sonden-Karte ist ein Instrument, das für die Wafer-Level-Inspektion in der Halbleiterfertigung benötigt wird.

Sie werden an den Wafer-Inspektionsgeräten angebracht. Der größte Teil der Kosten von Halbleitern wird durch die Fertigungsanlagen bestimmt, aber auch die Kosten für das Gehäuse selbst und die Verpackung haben einen erheblichen Einfluss auf die Herstellungsphase. Aus diesem Grund ist es möglich, die Kosten zu kontrollieren, indem man nach Abschluss des Halbleiterherstellungsprozesses auf der Waferebene feststellt, ob ein Produkt gut oder schlecht ist, und nur die guten Produkte an nachfolgende Prozesse weiterleitet.

Ein Wafer enthält mehrere Hundert bis mehrere Tausend Chips. Bei der Waferinspektion werden diese Chips sortiert, indem man feststellt, ob sie gut oder schlecht sind, bevor sie in einzelne Stücke geschnitten und verpackt werden.

Verwendung von Sonden-Karten

Zur Wafer-Inspektion gehören ein LSI-Tester, der elektrische Signale, so genannte Testmuster, in den Chip einspeist und das Ausgangssignalmuster durch Vergleich mit dem erwarteten Wert beurteilt, ein Wafer-Prober, der die Positionierung auf Chipebene steuert, um die Signale genau an die Elektrodenanschlüsse jedes Chips anzuschließen, und eine Sondenkarte, die die Positionierung steuert, um Hunderte bis Zehntausende von Elektrodenanschlüssen im Chip genau zu treffen. Das Verfahren wird mit einer Sonden-Karte durchgeführt, die eine gleiche Anzahl von Nadeln (Sonden) enthält, die so positioniert sind, dass sie die Hunderte bis Zehntausende von Elektrodenanschlüssen des Chips genau treffen.

Die Sonden-Karten müssen daher speziell für jedes Chip-Design angefertigt werden, was an sich schon kostspielig ist und aufgrund der Abnutzung durch den Gebrauch eine Neuanfertigung erfordert, aber im Hinblick auf die Gesamtproduktionskosten unerlässlich ist. Halbleiterchips werden nicht nur in Computern, sondern auch in fast allen Produkten unseres Lebens unzählige Male verwendet, und Sonden-Karten sind einer der Träger.

Prinzip der Sonden-Karten

Die Sonden-Karten werden auf den Wafer-Prober montiert und dienen als Verbindung zwischen den Elektrodenanschlüssen des Chips und dem LSI-Tester über den Wafer-Prober.

Der Platzierungsabstand der Elektrodenanschlüsse auf dem Halbleiterchip ist jedoch mit einigen zehn Mikrometern geringer als die Stiftplatzierungsdichte des Prüfkopfs, so dass eine Verbindung zwischen beiden über eine Sonden-Karten erforderlich ist.

Aufbau der Sonden-Karten

Auf der Oberseite der Sonden-Karten befinden sich die Anschlussklemmen für den Prüfkopf und auf der Unterseite die Nadeln für den Anschluss an die Elektrodenanschlüsse des Halbleiterchips.

Durch Verbinden der Anschlussklemmen des Prüfkopfes und der Sonden-Karten und anschließendes Verbinden der Elektrodenanschlüsse des Halbleiterchips mit der Nadel der Sonden-Karten wird eine elektrische Verbindung hergestellt, und jeder Halbleiterchip auf dem Siliziumwafer wird geprüft, indem anhand der elektrischen Signale des LSI-Testers beurteilt wird, ob er gut oder schlecht ist.

Sonden-Karten gibt es in fortgeschrittener und freitragender Ausführung. Bei der fortgeschrittenen Ausführung werden Blöcke mit vertikalen Anschlüssen auf der Platine befestigt, und die Sonden können zur einfachen Wartung frei angeordnet werden. Beim freitragenden Typ werden die Messfühler ohne Blöcke direkt auf der Platine montiert, was die Unterbringung von Klemmen mit geringem Raster erleichtert.

Weitere Informationen zu Sonden-Karten

Aufgrund der feinen und äußerst zuverlässigen Anforderungen bei der Waferinspektion werden Sonden-Karten häufig aus Keramiksubstraten hergestellt. Kyocera verwendet zum Beispiel Dünnschicht-Einzelschicht- und Dünnschicht-Multilayer-Keramiksubstrate mit Metallisierung für Sonden-Karten für DRAM, Flash-Speicher und Logikbausteine.

Im Allgemeinen werden für die Signalanschlüsse großer integrierter Halbleiterschaltungen, so genannter LSIs oder System-LSIs, Federstecker oder hochdichte Steckverbinder verwendet. Sonden-Karten fungieren auch als Vermittler zwischen diesem Prüfkopf und dem zu prüfenden Wafer. Da sie ein hohes Maß an Verbindungssicherheit und elektrischen Prüffunktionen erfordern, sind ihre Mechanismen und Materialien empfindlich. Es werden Materialien wie Keramik verwendet.

Die Sonden-Karten sind jedoch nur begrenzt haltbar, und selbst die kleinste Verformung durch physische Stöße führt dazu, dass sie ihren Verwendungszweck nicht erfüllen können.

Was ist ein Spindelmotor?

Ein Spindelmotor ist ein Motor, bei dem der Motorteil der Stromquelle und der rotierende Teil integriert sind.

Da es nur eine rotierende Welle gibt, ist die Gerätekonfiguration vereinfacht. Eine Spindel ist die rotierende Welle einer rotierenden Maschine.

Dieser Begriff wird auch als Spindeleinheit bezeichnet und für Werkzeugmaschinen wie Drehbänke verwendet. Ein Spindelmotor ist also ein Motor, der in die Spindel integriert ist.

Rotationssteuerungen, die aus einem Motor, einem Getriebe und Riemen bestehen, sind im Allgemeinen aufgrund der Anzahl der Komponenten kompliziert zu steuern. Darüber hinaus erhöhen sie die Größe des Geräts, während Spindelmotoren eine einfache und platzsparende Möglichkeit bieten, mehrere Drehachsen parallel anzuordnen.

Anwendungen von Spindelmotoren

Spindelmotoren werden häufig in Bearbeitungsmaschinen eingesetzt. Nachfolgend einige Beispiele für Anwendungen von Spindelmotoren.

• Bohrmaschinen und Schaftfräser
• Für rotierende Computer-HDDs
• Schneidwerkzeuge wie Kreissägen
• Werkzeuge zum Bohren und Schleifen
• Arme für kooperative und gelenkige Roboter

Die Produktpalette ist breit gefächert und reicht von Modellen mit hohem Drehmoment bis hin zu solchen, die für hohe Drehzahlen geeignet sind. Je nach Anwendung kann man aus einer Vielzahl von Spindelmotoren das optimale Produkt auswählen.

In den letzten Jahren wurden Spindelmotoren auch in Knickarmrobotern eingesetzt, bei denen die Drehachse des Roboterarms mit der Achse des Spindelmotors kombiniert ist. Aufgrund ihrer platzsparenden Eigenschaften können sie auch für die Rotation von Festplatten verwendet werden.

Funktionsweise der Spindelmotoren

Der Aufbau von Spindelmotoren ist dem der weit verbreiteten Servomotoren oft sehr ähnlich. Die Spindel ist auf der gleichen Achse wie die Drehachse installiert. Zu den verwendeten Motortypen gehören Synchronmotoren und Induktionsmotoren.

1. Synchronmotoren

Synchronmotoren bestehen aus einem Rotor aus Permanentmagneten, der auf einer rotierenden Welle befestigt ist, und mehreren kreisförmigen Statoren, die um seinen Umfang herum installiert sind. Der Stator besteht aus einem elektrischen Draht, der um einen Eisenkern gewickelt ist, der als Elektromagnet wirkt und sich vorübergehend selbst hält, wenn ein Wechselstrom durch ihn fließt.

Da sich die Phase des Wechselstroms von Moment zu Moment ändert, ändert sich auch die Polarität der Elektromagneten mit der Zeit. Die Polarität des Permanentmagneten des Rotors ist fest, so dass der Rotor durch abwechselnde Anziehung und Abstoßung mit dem Stator gedreht werden kann.

2. Induktionsmotoren

Induktionsmotoren verwenden einen Leiterrotor anstelle des Dauermagnetrotors von Synchronmotoren. Der Leiterrotor wird häufig aus käfigförmigen Metallteilen hergestellt.

Die Funktionsweise besteht darin, dass das vom Stator erzeugte rotierende Magnetfeld einen elektrischen Strom im Leiter des Rotors erzeugt, der eine elektromagnetische Induktion hervorruft, durch die die Welle gedreht wird. Im Gegensatz zu Synchronmotoren treten in der Rotationsphase Fehler auf, die als Schlupf bezeichnet werden, so dass sie für die Feinpositionierung nicht geeignet sind. Sie bestehen jedoch aus weniger Teilen und sind kostengünstiger und werden daher häufig für Produkte mit hoher Leistung verwendet.

Weitere Informationen zu Spindelmotoren

Unterschiede zwischen Spindelmotoren und Servomotoren

Der Begriff Spindel bezieht sich auf die rotierende Welle von industriellen Rotationsmaschinen, die zum Schneiden und Schleifen verwendet werden. Der Hauptzweck von Spindelmotoren ist daher das Schneiden und Schleifen. Häufig werden Motoren mit sehr hohen Drehzahlen und hohem Drehmoment eingesetzt.

Im Gegensatz dazu werden Servomotoren häufig in Präzisionsmaschinen eingesetzt, bei denen eine hohe Positioniergenauigkeit erforderlich ist. Beispiele hierfür sind Montageroboter und automatische Verpackungsanlagen. Motoren verwenden Antriebsgeräte wie Encoder, um die Rotationsposition und die Geschwindigkeit des Rotors zu erfassen.

Diese Erkennungsinformationen werden mit einer SPS oder einem Treiber kommuniziert, um eine Rückkopplungssteuerung zu implementieren, die es ermöglicht, hohe Drehzahlen mit hoher Präzision zu steuern. Alle Arten von Motoren, sowohl Spindelmotoren als auch Servomotoren, können eingesetzt werden.

Induktionsmotoren werden jedoch häufig für Spindelmotoren und Servomotoren mit großer Kapazität verwendet, während Synchronmotoren häufig für Servomotoren mit kleiner Kapazität eingesetzt werden.

Was ist eine programmierbare Steuerung?

Eine programmierbare Steuerung ist ein Steuergerät mit einem eingebauten Mikroprozessor.

Normalerweise werden Eingänge wie Sensoren und Schalter in Geräten über Steuermechanismen wie mechanische Relais und Zeitschaltuhren an Motoren und Anzeigen ausgegeben. Im Gegensatz dazu steuert eine programmierbare Steuerungen den Betrieb von Geräten über ein Programm in der programmierbaren Steuerung, ohne dass mechanische Relais oder andere Steuermechanismen erforderlich sind.

Da es weniger mechanische Kontakte gibt, können Geräte ohne Kontaktverschleiß und Defekte zwischen elektronischen Bauteilen, ohne störende Eingangs-/Ausgangsgeräte und ohne Verdrahtung zwischen mechanischen Relais zur Steuerung gesteuert werden. Darüber hinaus kann die elektrische Verdrahtung vereinfacht werden, was zu einer Verkleinerung und Massenproduktion von Geräten führt.

Anwendungen von programmierbaren Steuerungen

Programmierbare Steuerungen werden in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, z. B. in der Fabrikautomatisierung, in Kraftfahrzeugen, Haushaltsgeräten und Industrieanlagen. Sie werden hauptsächlich in industriellen und kommerziellen Anlagen eingesetzt.

Beispiele für kommerzielle Anwendungen sind große Waschmaschinen und Trockner mit Ablaufsteuerung, da sie billiger und robuster sind als ein PC. Ein weiterer Faktor ist, dass oft keine Kühlung erforderlich ist, da es keine Grafikkarte gibt und der Mikroprozessor nur wenig Wärme erzeugt.

Programmierbare Steuerungen können entweder aus einem Guss sein, d. h. alle für den Betrieb erforderlichen elektronischen Komponenten sind bereits eingebaut, oder sie können selbst zusammengestellt werden, d. h. die einzelnen Funktionskomponenten werden vom Benutzer ausgewählt.

Es ist wichtig, die Spezifikationen des Speichers, des Prozessors, der Ausgangs- und Eingangsanschlüsse entsprechend der zu verwendenden elektronischen Ausrüstung zu wählen.

Funktionsweise von programmierbaren Steuerungen

Eine programmierbare Steuerung besteht aus einem Eingangsteil, einem Ausgangsteil, einem Rechenteil und einem Speicher. Der Eingangsteil ist mit Sensoren und Schaltern verbunden, und der arithmetische Teil verarbeitet die eingegebenen Informationen auf der Grundlage des Programmcodes im Speicher und gibt sie an Motoren, Anzeigen und Kommunikationsgeräte aus.

Wenn Sie den Betrieb elektronischer Geräte, die von der programmierbaren Steuerungen gesteuert werden, ändern möchten, müssen Sie keine Änderungen an der Verdrahtung oder anderen Komponenten vornehmen. Sie müssen nur den Programmcode ändern, was Zeit und Arbeitskosten spart.

Zu den in programmierbaren Steuerungen verwendeten Programmen gehören die Kontaktplanmethode, die SFC-Methode, die Flussdiagramm-Methode und die Stufenleiter-Methode, wobei die Kontaktplanmethode die häufigste ist. Die Kontaktplanmethode ist eine Methode zur Erstellung von Programmen auf einem PC, bei der Symbole wie Relais, Schalter und Zeitgeber zwischen zwei parallelen geraden Linien wie eine Leiter verbunden sind.

Die Besonderheit dieser Methode besteht darin, dass sie leicht zu erlernen ist, da der Programmcode durch visuelle Operationen erstellt werden kann. 

Weitere Informationen zu programmierbaren Steuerungen

1. Unterschiede zwischen programmierbaren Steuerungen und Sequenzern

Wenn Sie in der Produktion arbeiten, haben Sie vielleicht schon einmal den Begriff Sequenzer gehört. Im Grunde genommen gibt es keinen Unterschied zwischen einer programmierbaren Steuerungen und einem Sequenzer.

Sequenzer ist der Handelsname für die programmierbaren Steuerungen von Mitsubishi Electric. Sie wurde unter dem Namen Sequenzer als ein mechanisches Gerät vermarktet, das eine Ablaufsteuerung ermöglichte.

Da er als Name zur Beschreibung einer Funktion völlig vereinnahmt wurde, wird Sequenzer heute auch als andere Bezeichnung für die programmierbaren Steuerungen verwendet.

2. Anschluss der programmierbaren Steuerungen an PCs

Für die Speicherung eines Programms in einer programmierbaren Steuerung wird in der Regel ein PC verwendet. Jede Firma, die Steuerungen verkauft, bietet eine PC-Software zur Bearbeitung des Programms an, die zur Speicherung des Programms verwendet wird.

Serielle Signale werden seit langem für den Anschluss an einen PC verwendet. Viele alte PCs hatten eine fest installierte serielle Schnittstelle, aber heutzutage sind serielle Schnittstellen selten.

Serielle Signale erforderten auch passende COM-Ports oder die Installation von speziellen Treibern. In den letzten Jahren wird die Sequenzbearbeitung häufig über USB-Anschlüsse durchgeführt, die keine Anpassung der COM-Ports erfordern und der Allgemeinheit vertraut sind.

Wenn ein Netzwerk mit Ethernet aufgebaut ist, kann die Bearbeitung nun vom Ethernet-Anschluss aus an mehrere Steuerungen erfolgen.

Was ist eine Schlammpumpe?

Schlammpumpen werden für den Transport von Schlamm, einem Gemisch aus Flüssigkeiten und Feststoffen, eingesetzt.

Sie unterscheiden sich von normalen Pumpen dadurch, dass sie speziell konstruiert sind. Schlamm ist sehr zähflüssig und kann die internen Komponenten der Pumpe verschleißen und verstopfen. Aus diesem Grund sind sie auf eine hohe Lebensdauer ausgelegt.

Es gibt zwei Arten von Pumpen: volumetrische Pumpen, die den Schlamm durch Veränderung seines Volumens fördern, sowie Zentrifugalpumpen, die die Zentrifugalkraft zur Förderung des Schlamms nutzen.

Anwendungen von Schlammpumpen

Schlammpumpen werden in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt. Nachstehend einige Beispiele für den Einsatz von Schlammpumpen.

1. Erz- und Ölbergbauindustrie

In der Bergbauindustrie werden sie zum Transport von Errungenschaften und Erzschlamm eingesetzt. Schlammpumpen sind in der Bergbauindustrie nützlich, wo es viele Möglichkeiten gibt, Pulver zu transportieren.

Auch in der Ölbohrindustrie werden sie häufig eingesetzt. Bei Ölbohrungen muss Gestein abgetragen werden, um in die Tiefe der Bohrlöcher zu gelangen. Schlammpumpen werden verwendet, um diesen Schlamm aus Gesteinstrümmern abzupumpen.

2. Wasserkraftwerke

Schlammpumpen werden auch häufig in Wasserkraftwerken eingesetzt. Wasserkraftwerke liefern Wasser für die Rotation der Turbinen, und das Flusswasser enthält feste Partikel. Das mit Sedimenten und anderen Partikeln vermischte Wasser wird nach der Filtration durch eine Siebmaschine oder andere Mittel mit Schlammpumpen abgeleitet.

3. Bauindustrie

Feststoffpumpen werden für den Transport von Schotter und Sand auf Baustellen eingesetzt. Sie werden auch für den Transport großer Mengen von Erde und Sand auf Staudamm-Baustellen eingesetzt.

Funktionsweise der Schlammpumpen

Aufgrund der hohen Dichte von Schlämmen und der Vielfalt der darin enthaltenen Feststoffpartikel erfordern Schlammpumpen eine besondere Konstruktion. Sie bestehen aus einem Einlass zur Aufnahme des Schlamms, einem Laufrad zur Beschleunigung des Schlamms in der Pumpe und einem Auslass zum Ablassen des Schlamms.

Der Schlamm wird am Einlass angesaugt und durch die Drehung des Laufrads beschleunigt. Der durch das Laufrad beschleunigte Schlamm wird in mehreren Schritten zum Auslass befördert.

Schlammpumpen verfügen über mehrere Hilfsschaufeln im Inneren der Pumpe, um Flüssigkeiten mit hoher Dichte zu bewältigen. Dadurch können höhere Drücke erzeugt werden.

Arten von Schlammpumpen

In Schlammpumpen werden eine Vielzahl von Pumpentypen eingesetzt. Nachstehend einige Beispiele für Schlammpumpen.

1. Einstufige Feststoffpumpen

Einstufige Schlammpumpen sind einfache Pumpen zur Förderung von Schlamm, die aus einem einstufigen Laufrad bestehen und sich durch ihre einfache Bauweise und geringen Kosten auszeichnen. Aufgrund des einstufigen Laufrads ist die entsprechende Förderhöhe jedoch oft gering.

2. Mehrstufiger Typ

Mehrstufige Schlammpumpen sind Pumpen mit mehrstufigen Laufrädern. Die mehrstufige Bauweise ermöglicht große Förderhöhen und einen effizienten Transport des Schlamms. Allerdings sind sie oft teurer als einstufige Pumpen. Aufgrund der großen Anzahl von Teilen sind sie anfälliger für Ausfälle oder Verstopfungen als einstufige Pumpen.

3. Verschleißfeste Schlammpumpen

Schlammpumpen mit hoher Verschleißfestigkeit. Die in der Pumpe verwendeten Materialien sind verschleiß- und korrosionsbeständig. Spezielle legierte Stähle, Kautschuk, Keramik und andere Materialien werden für die internen Komponenten verwendet, um die Haltbarkeit und Lebensdauer zu erhöhen.

Auswahl einer geeigneten  Schlammpumpe

Bei der Auswahl einer Schlammpumpe in der Konstruktionsphase wird das Pumpsystem umfassend nach dem Zweck der Förderung, der Form und Härte des Objekts, der chemischen oder nicht-korrosiven Beschaffenheit und der Betriebstemperatur ausgewählt.

Am wichtigsten ist es, die Beschaffenheit des zu transportierenden Schlamms zu kennen. Das spezifische Gewicht und die Feststoffkonzentration des Schlamms können nützliche Informationen für die Auswahl liefern. Sobald die Art des Schlamms festgestellt wurde, sollte die Durchflussmenge entsprechend der erforderlichen Druckkapazität ausgewählt werden.

Auch die Wartungs- und Reparaturfreundlichkeit sollte berücksichtigt werden. Schlammpumpen werden oft in rauen Umgebungen eingesetzt und können schwer zu warten und zu reparieren sein. Es sollten Pumpen gewählt werden, die sich leicht warten lassen.

Auch die Kosten sind ein wichtiges Kriterium. Aufgrund ihrer Eigenschaften sind Schlammpumpen oft teurer als andere Pumpen. Doch selbst wenn die Anschaffungskosten hoch sind, kann die Wahl der richtigen Schlammpumpe auf lange Sicht Geld sparen.

Was ist ein Funkenlöscher?

Funkenlöscher sind Geräte, die Funken und Überspannungen unterdrücken, die beim Ein- und Ausschalten von Schaltern entstehen.

Wenn Funken entstehen, können Halbleiterelemente und Transistoren im Stromkreis beschädigt werden, und auch Überspannungen können elektronische Bauteile zerstören.

Insbesondere bei der Verwendung von Schaltern in Gleichstromkreisen müssen Funkenlöscher und andere Funkenschutzmaßnahmen in den Stromkreis eingebaut werden.

Anwendungen von Funkenlöschern

Funkenlöscher werden häufig in elektrischen Geräten eingesetzt, die mit Gleichstrom betrieben werden. Insbesondere wenn Gleichstrom als Stromquelle verwendet wird, ist der Einsatz von Funkenlöschern unerlässlich, da in der Nähe von Schaltern Funken entstehen können.

Ähnliche Probleme treten in Wechselstromkreisen auf, weshalb Funkenlöscher verwendet werden. Funkenlöscher haben genau definierte Spannungs-, Widerstands- und Kapazitätswerte sowie eine geeignete Einsatztemperatur und müssen daher unter Berücksichtigung dieser Faktoren ausgewählt werden.

Wenn der Funkenlöscher der Spannung in der Betriebsumgebung nicht standhält, kann er Unfälle verursachen.

Funktionsweise der Funkenlöscher

Wenn ein Schalter, z. B. ein Relais, ein- oder ausgeschaltet wird, entsteht eine Überspannung, wenn die Last ein induktives Bauteil enthält. Wenn zudem an den Kontaktstellen von Schaltern und Relais Funken entstehen, verkürzt sich die Lebensdauer der Kontakte. Funkenlöscher sind Geräte, die Überspannungen und Funkenbildung reduzieren sollen.

Funkenlöscher bestehen aus einem Widerstand und einem Kondensator, die in Reihe geschaltet sind. Die Zeitkonstante des Funkenlöschers wird durch die Kapazität des Kondensators und den Widerstandswert bestimmt und sorgt dafür, dass sich die Überspannungen nicht schnell ändern.

Der verwendete Folienkondensator muss eine ausreichend große Kapazität haben, um sicherzustellen, dass die Spannung im Betrieb nicht zu hoch wird. Wählen Sie bei Widerständen Widerstände mit ausreichender Überspannungsfestigkeit.

Auswahl eines geeigneten Funkenlöschers

Ein Funkenlöscher besteht aus einer Reihenschaltung von Widerstand R und Kondensator C. Die Berechnung von C und R ist wie folgt, wenn der Strom im Stromkreis I (A) beträgt:

 C = I x 2/10 bis I x 2/20 (μF)
R = Gleichstromwiderstand der Last (Ω)

*Der Gleichstromwiderstand der Last ist oft nicht bekannt; in diesem Fall wird der Standardwert 120 Ω verwendet.

*Die Berechnungen von C und R dienen nur als Referenz. Letztlich sollten diese Werte als Richtwerte verwendet werden, und die Wirkungder Stoßdämpfung sollte in Montageversuchen überprüft werden.

Für den Anschluss stehen die Typen Lead Wire, Covered Wire und Metal Terminal zur Verfügung. Die verwendeten elektronischen Bauteile sollten eine höhere Nennspannung als die Schaltungsspannung aufweisen.

 Nutzbare Gleichspannung ≤ AC-Nennspannung x√2

Die Nennspannung von Funkenlöschern ist als Wechselspannung angegeben. Da Funkenlöscher auch in Gleichstromkreisen verwendet werden, sollte die Nennspannung des Funkenlöschers in Gleichspannung umgerechnet werden, um festzustellen, ob er verwendet werden kann oder nicht.

Weitere Informationen zu Funkenlöschern

1. Anordnung des Funkenlöschers

In Stromkreisen, die aus einer Stromversorgung, einem Schalter und einer Last wie z. B. einem Widerstand bestehen, gibt es zwei grundlegende Arten der Anordnung des Funkenlöschers: parallel zum Schalter oder parallel zur Last.

In Gleichstromkreisen werden zwei verschiedene Methoden der Anordnung verwendet. Der Stoßdämpfungseffekt ist bei beiden gleich, aber die Methode der Parallelschaltung zum Schalter ist effektiver, wenn die Funken an den Schaltkontakten sichtbar sind.

Beim Ausschalten des Schalters wird der Stromkreis durch den Funkenlöscher geschaltet, so dass am Schalter keine große Potenzialdifferenz entsteht. Der Funkenlöscher verhindert also, dass hohe Spannungen entstehen, was das Auftreten von Funken unwahrscheinlicher macht.

Wenn in Wechselstromkreisen ein Funkenlöscher parallel zum Schalter geschaltet ist, fließt außerdem ein Leckstrom, wenn der Schalter ausgeschaltet wird. Dieser Leckstrom kann zu einer Fehlfunktion des Schalters führen. Daher ist es bei Wechselstrom üblich, den Funkenlöscher parallel zur Last anzuschließen.

2. Absorption von Überspannungen

In Stromkreisen mit induktiven Lasten wie Relais und Motoren wird ein Funkenlöscher parallel zur induktiven Last geschaltet, um den von der induktiven Last beim Öffnen und Schließen des Schalters erzeugten Stoßspannungsanteil zu absorbieren. Ohne Funkenlöscher kann die Stoßspannung das 10- bis 30-fache der Antriebsspannung der induktiven Last betragen und die Störfrequenz kann 100 MHz überschreiten.

Die Überspannungen führen zum Durchbruch der Isolierung elektronischer Komponenten im Schaltkreis und zur Beschädigung des Leiterplattenmusters. Darüber hinaus werden die harmonischen Komponenten der erzeugten Überspannungen direkt von der Schaltung abgestrahlt, was verschiedene schädliche Auswirkungen auf periphere Geräte und Einrichtungen hat. Durch den Einbau geeigneter Funkenlöscher ist es möglich, solche Überspannungen zu absorbieren.

Was ist ein Bürstenmotor?

Ein Bürstenmotor ist ein Motor mit Schleifkontakten, sogenannten Bürsten, die den Strom zur rotierenden Welle leiten.

Bürsten werden auch in drahtgewickelten Wechselstrommotoren verwendet, aber der Begriff Bürstenmotor bezieht sich im Allgemeinen auf Gleichstrom-Bürstenmotoren.

Sie zeichnen sich durch eine einfache und kostengünstige Konstruktion und eine leichte Drehmomentsteuerung aus. Allerdings verschleißen die Bürsten durch die Rotation und müssen regelmäßig gewartet werden. Der Nachteil ist, dass sie beim Antrieb Geräusche erzeugen.

Anwendungen für Bürstenmotoren

Bürstenmotoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Verbraucherprodukten bis hin zu industriellen Anwendungen. Typische Beispiele sind:

• Kleine Bürolüfter und PC-Lüfter
• Industrieanlagen wie Kesselabzugsgebläse
• Laufmotoren für Nahverkehrszüge
• Hubmotoren für Aufzüge

Wegen ihrer geringen Kosten unter den Gleichstrommotoren werden sie in Kühlgebläsen für DC-Bürogeräte eingesetzt. Aufgrund ihrer einfachen Steuerung von Drehmoment und Drehzahl werden sie seit langem auch in beweglichen Geräten wie Zügen und Aufzügen eingesetzt.

In den letzten Jahren hat sich die Umrichtersteuerung für die Drehmomentsteuerung in mobilen Geräten durchgesetzt, da sie keine Bürsten benötigt und einfach zu warten ist. Auch bürstenlose Motoren werden immer beliebter.

Funktionsweise von Bürstenmotoren

Bürstenmotoren bestehen aus einem Rotor, einem Stator und einem Kommutator. Der Stator kann entweder eine Spule oder ein Permanentmagnet sein.

Der Stator erzeugt immer ein Magnetfeld, so das der Strom, der durch die um den Rotor gewickelte Spule fließt. Das Magnetfeld des Stators erzeugen eine elektromagnetische Kraft, die den Motor in Drehung versetzt.
Wichtig ist, dass die Bürsten mit dem Kommutator in Kontakt sind und der Spulenstrom in eine Richtung fließt.

Das Drehmoment und die Drehzahl lassen sich durch Veränderung der Stromstärke steuern.

Weitere Informationen zu Bürstenmotoren

1. Lebensdauer

Die Lebensdauer von Bürstenmotoren beträgt im Allgemeinen einige hundert bis einige tausend Stunden. Die Lebensdauer des Bürstenmotors selbst hängt dagegen von der Lebensdauer der Lager ab und liegt im Allgemeinen bei einigen zehntausend bis hunderttausend Stunden.

Bürstenmotoren drehen sich, indem sie zwischen abstoßenden und anziehenden Kräften zwischen Stator und Rotor umschalten. Damit sich der Rotor drehen kann, muss die Polarität der Magnetkraft je nach Drehwinkel umgeschaltet werden, was durch den Kommutator geschieht.

Der Motor kann einfach durch Anlegen einer Gleichspannung angetrieben werden, wodurch er einfach zu betreiben und zu verwenden ist. Die Bürsten sind mechanische Kontakte, die sich durch die Drehung abnutzen, sodass die Lebensdauer des Motors die Lebensdauer der Bürsten ist, wenn die Bürsten nicht ersetzt werden können.

2. Unterschied zu bürstenlosen Motoren

Bürstenmotoren werden auch als Gleichstrommotoren bezeichnet, da sie problemlos mit einer Gleichstromversorgung betrieben werden können. Bürstenlose Motoren hingegen werden auch als Permanentmagnet-Synchronmotoren bezeichnet. Bürstenmotoren sind einfacher zu betreiben und preiswerter als bürstenlose Motoren und können daher in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden.

Bürstenmotoren werden in vielen Anwendungen eingesetzt, aber ihre kurze Lebensdauer aufgrund von Bürstenverschleiß ist ein Nachteil. Für einen langfristigen Einsatz ist ein Austausch der Bürsten erforderlich. Bürstenmotoren können sowohl durch Gleichspannungsregelung als auch durch Ansteuerung mit PWM-Impulsen gesteuert werden.

Bürstenlose Motoren hingegen kommen ohne Kommutator und Bürsten aus und verwenden Permanentmagnete im Rotor. Das Fehlen von Bürsten bedeutet eine längere Lebensdauer. Die Lebensdauer der Lager ist die Lebensdauer eines bürstenlosen Motors.

Bürstenlose Motorantriebe können als „Rechteckantriebe“ (d. h. mit einer Rechteckschwingung betrieben) oder „Sinusantriebe“ (d. h. mit einer Sinusspannung betrieben) klassifiziert werden. Der Rechteckantrieb hat einen relativ einfachen Antriebskreis, erzeugt aber Geräusche und Vibrationen während der Rotation. Der Sinuswellenantrieb hingegen hat einen komplexeren Antriebskreis, zeichnet sich aber durch geringere Geräusche und Vibrationen während der Drehung aus.