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Was ist ein Leistungsrelais?

Leistungsrelais sind Relaiskomponenten, die in der Lage sind, einen Strom von etwa 3 A oder mehr zu übertragen.

Relais lassen sich grob in Kontaktrelais und berührungslose Relais einteilen, wobei Leistungsrelais Kontaktrelais sind. Leistungsrelais sind robust gebaut, um großen Strömen standhalten zu können, da sie voraussichtlich größere Ströme als allgemeine Steuerrelais führen.

Aufgrund ihrer Eigenschaften werden Leistungsrelais manchmal als Sicherheitsschaltungen für den Fall eingesetzt, dass ein ungewöhnlich hoher Strom durch einen Stromkreis fließt.

Anwendungen von Leistungsrelais

Leistungsrelais gehören zu den am häufigsten verwendeten Komponenten in der Industrie. Nachfolgend einige Beispiele für Anwendungen von Leistungsrelais

• Schaltkreise in Sonnenkollektoren und deren Stromzuführungen
• Für den Antrieb großer motorisierter Roboter.
• Für den Antrieb von Aufzügen und schweren Maschinen auf Baustellen
• In Ladeeinrichtungen, z. B. für Elektrofahrzeuge.
• Hauptstromkreise von Hybridfahrzeugen.

Prinzip von Leistungsrelais

Leistungsrelais bestehen aus Klemmen, Kontakten und elektromagnetischen Spulen.

1. Klemmen

Die Klemme ist der Teil, der die Verbindung zur Verdrahtung herstellt. In vielen Fällen ist die Verdrahtung durch Lötstellen am Leistungsrelais befestigt. In anderen Fällen ist das Leistungsrelais auf einem Klemmenblock montiert, und die Verdrahtung wird mit runden Klemmen oder ähnlichem an die Klemme angeschlossen.

2. Kontakte

Kontakte sind antreibende Bauteile, die einen Strompfad zur Verfügung stellen. Je höher die Stromanwendung ist, desto größer oder zahlreicher sind die Kontakte.

Um den elektrischen Widerstand zu verringern, werden für Kontakte Silberlegierungen oder Gold verwendet. Silberlegierungen sind weit verbreitet, da sie ebenfalls einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen. Gold ist oxidationsbeständiger als Silberlegierungen, hat aber einen niedrigeren Schmelzpunkt und ist teurer, weshalb es sich nur für kleine Lasten eignet.

Kontakte in Leistungsrelais können entweder beweglich oder fest sein. Feste Kontakte sind z. B. fest mit dem Gehäuse verbunden. Die beweglichen Kontakte werden zusammen mit einem beweglichen Eisenband angetrieben, das mit den festen Kontakten in Kontakt kommt, um Strom zu leiten.

3. Elektromagnetische Spulen

Elektromagnetische Spulen sind Bauteile, die durch elektromagnetische Kräfte angetrieben werden, um das bewegliche Eisenstück anzutreiben. Das bewegliche Eisenband hat einen beweglichen Kontakt, der durch die elektromagnetische Kraft der elektromagnetischen Spule mit dem festen Kontakt in Berührung gebracht wird. Wird die elektromagnetische Spule abgeschaltet, werden die Kontakte durch eine Feder auseinandergezogen oder miteinander in Kontakt gebracht.

Arten von Leistungsrelais

Leistungsrelais werden grob in gleichstrombetriebene und wechselstrombetriebene Relais unterteilt.

1. Gleichstrombetriebene Leistungsrelais

Gleichstrombetriebene Leistungsrelais sind Leistungsrelais, bei denen die Spule durch eine Gleichstromversorgung angetrieben wird, die gegen induktive Spannungen resistent ist und den Vorteil hat, dass der Betrieb auch bei niedrigen Spannungen stabil ist. Die Relaisspule ist häufig mit einer Diode verbunden, um Rückstrom zu verhindern.

Zu den Standards gehören 5 VDC, 12 VDC und 24 VDC und werden je nach Anwendung verwendet. Eine 24-V-Spannungsversorgung mit einer höheren Spannung wird verwendet, wenn die Übertragungsstrecke lang ist oder wenn die Relaisschaltungen in einem Schaltschrank montiert sind. Für eigensichere explosionsgeschützte Schaltungen werden 12 V DC, 5 V DC usw. verwendet.

2. AC-gesteuerte Leistungsrelais

AC-gesteuerte Leistungsrelais sind Leistungsrelais, deren Spulen von einer AC-Stromversorgung angetrieben werden. Das handelsübliche Netzteil ist ein Wechselstromnetzteil und kann daher direkt verwendet werden, mit dem Vorteil, dass das für Gleichstromversionen erforderliche Netzteil nicht erforderlich ist.

Es werden Spulenspannungen von 100 V AC oder 200 V AC verwendet; AC400 V-Steuerstromkreise werden aufgrund der Schwierigkeit, Isolationsabstände einzuhalten, nur selten eingesetzt.

Weitere Informationen zu Leistungsrelais

Versagen von Leistungsrelais

Leistungsrelais werden mechanisch durch elektromagnetische Kräfte betätigt und haben daher eine bestimmte Lebensdauer. Die Lebenserwartung in Form von Schaltspielen beträgt mehrere hunderttausend. Bei Überschreitung der Lebensdauer oder bei übermäßiger Stoßeinwirkung können folgende Ausfälle auftreten

1. Abschaltung der Spule
Dieser Fehler tritt auf, wenn die elektromagnetische Spule im Leistungsrelais abgeklemmt wird. Durch den Bruch der Spule werden alle Kontakte unwirksam. Dieser Fehler ist relativ leicht zu erkennen, da kein Geräusch beim Betätigen der Kontakte zu hören ist.

2. Schweißen
Dieser Fehler tritt auf, wenn ein zu hoher Strom durch das Leistungsrelais fließt, wodurch die Kontakte verschweißen und nicht öffnen. Zur Diagnose schalten Sie das Relais ein und aus und prüfen den Durchgang der Kontakte.

3. Fehlerhaftes Funktionieren der Kontakte
Hierbei handelt es sich um einen Fehler, bei dem die Relaiskontakte ausgefranst oder verschmutzt sind und nicht mehr elektrisch leitfähig sind. Die Kontakte bleiben offen, ohne kurzgeschlossen zu werden. Zur Diagnose sind Durchgang und Spannung wie beim Schweißen zu prüfen.

4. Kurzschluss der Spulen
Dieser Fehler tritt auf, wenn der Lack auf der elektromagnetischen Spule abblättert, was zu einem Kurzschluss führt. Dies wird dadurch erkannt, dass die Steuerspannung selbst auslöst, wenn die elektromagnetische Spule erregt wird.

Da in Steuerkreisen oft mehrere Leistungsrelais parallel geschaltet sind, kann es einige Zeit dauern, bis der Fehler erkannt wird.

Was ist ein Zylinder?

Ein Zylinder ist ein Gerät, das den zugeführten Druck verstärkt und in Antriebskraft umwandelt. In Zylindern wird Luft oder Öl als Druckquelle verwendet. Zylinder erzeugen Schubkraft durch eine innere Struktur, die auf dem Pascalschen Prinzip beruht.

Die durch den Zylinder verstärkte Schubkraft wird für die linearen Hin- und Herbewegungen und die oszillierenden Drehbewegungen genutzt, die in den Antriebseinheiten von Produktionsanlagen erforderlich sind. Pneumatische Zylinder (Luftzylinder) werden in der Automobil-, Halbleiter- und Lebensmittelindustrie eingesetzt.

Hydraulische Zylinder, die die Hydraulik als Antriebsquelle nutzen, werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. in Baumaschinen, Schwermaschinen und Pressen.

Verwendungszwecke von Zylindern

Pneumatische Zylinder werden häufig in Produktionsanlagen in der Automobil-, Halbleiter- und Lebensmittelindustrie eingesetzt. Mit Pneumatikzylindern lassen sich z.B. arbeitssparende und automatisierte Werkstücktransfers einfach und kompakt realisieren. Aus diesem Grund werden Pneumatikzylinder in einer Vielzahl von Automatisierungsanlagen eingesetzt und kommen beispielsweise in der Montage und beim Transport zum Einsatz.

Bei einem Druck von ca. 0,5 MPa lassen sich mit Pneumatikzylindern menschenkraftähnliche Vorgänge wie lineare Hin- und Herbewegungen oder rotierende Pendelbewegungen problemlos realisieren. Hydraulische Zylinder hingegen bieten eine weitaus höhere Schubkraft als pneumatische Zylinder und werden daher in Baumaschinen, schweren Maschinen und anderen Situationen eingesetzt, in denen Kraft erforderlich ist.

Das Prinzip von Zylindern

Zylinder erzeugen Schubkraft nach dem Pascalschen Prinzip. An der Seite des Zylinders befinden sich die Luft- und Ölein- und -auslassöffnungen, durch die Luft und Öl in den Zylinder ein- und austreten können. Der durch die Zu- und Abluftöffnungen zugeführte Druck bewegt den Kolben und die Stange im Inneren des Zylinders nach dem Pascal’schen Prinzip hin und her und erzeugt so eine Schubkraft.

Wenn der Druck an den Zu- und Abluftöffnungen des Zylinders pneumatisch ist, ist die Schubkraft gering bis mittelgroß. Mit Hydraulik kann eine mittlere bis hohe Schubkraft erreicht werden. Die Hauptbestandteile des Zylinders sind das Zylinderrohr, die Kolbenstange und die vorderen und hinteren Abdeckungen.

In Analogie zu einer Spritze ist das äußere Zylinderrohr das Zylinderrohr und die Kolbenstange ist der Teil, der sich im Inneren hin und her bewegt. Der Teil, der als Deckel des Zylinders dient, ist der vordere und hintere Deckel. Bei Druckluftzylindern wird im Deckelteil ein Kissen verwendet, um den Stoß zu dämpfen, wenn der Zylinder angetrieben wird.

Die Packung wird am Umfang des Kolbens des Zylinders verwendet. Die Packung trägt dazu bei, eine präzise Bewegung zu gewährleisten und gleichzeitig eine Dichtung zwischen der Zylinder- und der Stangenseite aufrechtzuerhalten. Eine Beschädigung der Packung kann zu einer Verschlechterung der Gleiteigenschaften des Zylinders führen. Die Packung wird daher oft als Wartungskomponente behandelt.

Arten von Zylindern

Der Innenraum eines Zylinders wird als Zylinderseite (oder Rohrseite) und Stangenseite bezeichnet. Die Stangenseite ist die Seite, auf der sich die Stange, die den Kolben antreibt, befindet. Die andere Seite, auf der sich nichts im Innenraum befindet, ist die Zylinderseite.

1. Doppelt wirkender Zylinder

Doppeltwirkende Zylinder sind so konstruiert, dass sie frei aus- und einfahren können, indem sowohl die Zylinder- als auch die Stangenseite mit Flüssigkeit (im Allgemeinen Luft oder Hydraulikdruck) gefüllt und mit Druck beaufschlagt werden. Die Kolbenstange bewegt sich hin und her, indem sie die Luftzufuhr und -abfuhr an den beiden Druckanschlüssen umschaltet.

2. Einfachwirkender Zylinder

Einfachwirkende Zylinder werden durch einseitige Druckschwankungen der Flüssigkeit angetrieben. Es gibt einen einzigen Druckeinlass und -auslass. Wenn Druck auf diesen Einlass und Auslass einwirkt, bewegt sich die Kolbenstange, und wenn der Druck vom Einlass und Auslass abgelassen wird, bewegt sich die Stange zurück.

Wie wählt man einen Zylinder aus?

Bei der Auswahl eines Zylinders muss der Hub berücksichtigt werden. Der Hub eines Zylinders ist die Strecke, über die der Zylinder aus- und einfährt.

Die Position, an der der Zylinder vollständig aus- und eingefahren ist, wird als Hubende des Zylinders bezeichnet. Mit anderen Worten: Das Hubende ist die Position, an der der Kolben nicht mehr weiter bewegt werden kann.

Der maximale Hubweg wird durch die Länge des Zylinderrohrs und der Kolbenstange bestimmt. Er kann jedoch nicht ohne Reproduktion verlängert werden. Denn je kleiner der Durchmesser im Verhältnis zur Länge ist, desto schwieriger ist er zu bearbeiten. Außerdem ist es umso schwieriger, die Rundheit der Zylinderbohrung und des Kolbenaußendurchmessers zu erhalten, je größer die Länge ist. Eine unzureichende Rundheit verringert die Luftdichtheit und macht es unmöglich, den Zylinder genau zu bewegen.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass sich der Zylinder bei hohen Belastungen während des Ausfahrens verbiegen kann, wenn der Durchmesser im Verhältnis zum Hub klein ist. Der Hub und der Durchmesser müssen daher entsprechend dem Verwendungszweck gewählt werden.

Was ist ein Gleitlager?

Ein Gleitlager ist ein Lager, das die Drehung einer Welle oder die lineare Bewegung von beweglichen Teilen direkt über die Gleitflächen des Lagers unterstützt. Der direkte Kontakt zwischen der rotierenden Welle oder den beweglichen Teilen und den Gleitflächen des Gleitlagers führt zu hohen Reibungskräften und erzeugt Reibungswärme. Deshalb werden die gegenseitigen Berührungsflächen mit Öl, mit Schmierstoff getränktem Metall auf den Gleitlagern oder mit hochschmierfähigen Harzwerkstoffen geschmiert.

Schmiermittelfreie Gleitlager werden als Trockenlager bezeichnet. Gleitlager sind preiswert, einfach zu handhaben und flexibel in Bezug auf Material und Größe und werden je nach Anwendung und Betriebsumgebung eingesetzt.

Die folgenden drei Arten von Gleitlagern werden im Englischen verwendet.

• Plain Bearing
• Sliding Bearing
• Slide Bearing

Anwendungen von Gleitlagern

Gleitlager haben die folgenden Eigenschaften (insbesondere im Vergleich zu Wälzlagern)

• Einfach in Konstruktion und Form
• Kompakte Abmessungen
• vorteilhaft für hohe Drehzahlen (hohe Rotationsgeschwindigkeit)
• Nicht geeignet für niedrige Drehzahlen (niedrige Drehzahlen)
• Relativ hohe zulässige Belastungen.
• Geräuscharm und vibrationsarm.
• Lange Lebensdauer.

Arten von Gleitlagern

Die Arten von Gleitlagern, die in allgemeinen industriellen Anwendungen eingesetzt werden, werden nach “Belastungsart”, “Werkstoff” und “Form und Konstruktion” klassifiziert.

Nach ISO 4378-1 werden sie wie folgt eingeteilt.

1. Belastungsart

Die Belastungsarten werden in vier Kategorien unterteilt: hydrodynamische Lager, hydrostatische Lager, Gleitlager und Axiallager.

Dynamische und hydrostatische Lager

Bei hydrodynamischen Lagern bildet der durch die Wellendrehung erzeugte hydrodynamische Druck einen Ölfilm zwischen der Welle und der Gleitfläche des Lagers, um die Welle zu stützen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den hydrodynamischen Druck zu erzeugen, wie z. B. das Verkeilen des Spalts oder das Aufbringen einer Gleitflächenkonstruktion auf die Gleitflächen. Im Allgemeinen wird eine passiv gleitende Welle oft mit einem hydrodynamischen Lager bezeichnet.

Hydrostatische Lager stützen die Welle, indem sie Öl (Schmiermittel) oder Druckluft von Geräten oder Einrichtungen außerhalb des Lagers in das Lager leiten und die Taschen zwischen Welle und Lager füllen.

Gleitlager und Axiallager

Gleitlager werden verwendet, wenn die Belastung in der Mittellinie der Welle (in radialer Richtung) auftritt. Axiallager werden verwendet, wenn die Last in Richtung senkrecht zur Mittellinie der Welle auf das Lager einwirkt (Axialrichtung).

2. Werkstoff

Es gibt zwei Arten von Werkstoffen: auf Harzbasis und auf Metallbasis.

Kunstharzwerkstoffe

Beispiele für harzbasierte Werkstoffe sind nachstehend aufgeführt.

• Tetrafluorethylen-Harz (PTFE)
• Polyacetal-Harz (POM)
• Polyetheretherketon-Harz (PEEK)
• Polyphenylensulfid-Harz (PPS)
• Polyester-Elastomer-Harz
• Polyamid-Harz (PA)

Gleitlager auf Harzbasis werden fast immer ohne Schmierung verwendet, da sie mit Öl, Graphit oder anderen Additiven geschmiert werden, um die Schmierfähigkeit zu verbessern. Sie können auch in Kombination mit Metallen verwendet werden, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen.

Metallische Systeme

Im Folgenden werden Beispiele für Werkstoffe auf Metallbasis genannt.

• Bleikupferguss (JIS H5120 CAC601, CAC603, CAC606)
• Gussstücke aus Phosphorbronze (JIS H5120 CAC502A)
• Weißmetalle (JIS H5401 WJ1 bis WJ10)
• Aluminiumlegierungen (JIS AJ2, SAE770, 780, 781)

Weißmetalle, Kupfer- und Aluminiumlegierungen sind die am häufigsten verwendeten Werkstoffe auf Metallbasis für Schmierstoffe. Weißmetalle werden häufig für statische Lasten und Schiffsmotoren verwendet, während Kupferbasislegierungen aufgrund ihrer hervorragenden Verschleißfestigkeit häufig für Buchsen eingesetzt werden.

Aluminiumlegierungen hingegen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, unter anderem für Motoren und Buchsen. Ölfreie Gleitlager werden durch den Zusatz von Schmiermitteln, Oberflächenbeschichtungen oder eingebetteten Festschmierstoffen geschmiert. Ölfreie Gleitlager werden auch als ölfreie Lager bezeichnet.

Form und Aufbau

Die Typen werden nach Form und Aufbau in zylindrische, zylindrische mit Flansch, Axial-Scheibenlager und Axial-Gelenklager unterteilt.

Prinzip von Gleitlagern

Gleitlager stützen sich auf die Gleitflächen der rotierenden Welle oder der beweglichen Teile, die mit den Gleitflächen des Gleitlagers in Kontakt kommen. Daher ist es wichtig, die Reibung zwischen den Flächen (Gleitflächen) zu beherrschen.

Bei allgemeinen Gleitlagern werden die Gleitflächen mit Schmieröl, Schmierstoff oder Luft geschmiert, um den Reibungswiderstand zu verringern. Daher ist der Schmierungszustand der Gleitflächen sehr wichtig. Der Schmierungszustand wird in die folgenden drei Arten unterteilt, die in Abb. 3 Strypec-Kurve dargestellt sind.

1. Grenzschmierung

Die Gleitflächen sind aufgrund der hohen Reibung ohne ausreichende Schmierfilmbildung fast fest geschmiert, was zu Fressen und Kleben führen kann.

2. Mischschmierung

Die Gleitflächen befinden sich in einem Mischzustand aus Flüssigkeits- und Festkörperkontakt mit nahezu gleicher Oberflächenrauheit und Schmierfilmdicke, die nicht völlig ausreichend ist.

3. Flüssigkeitsschmierung

Die Gleitflächen sind gut geschmiert mit einem ausreichenden Schmierfilm und stehen nicht in direktem Kontakt zueinander, ohne gegenseitigen Verschleiß.

Gleitlager können je nach den Einsatzbedingungen des Lagers durch Druckschmierung, Ölbad, Tauchschmierung oder Tropfschmierung geschmiert werden. Bei der Zwangsschmierung wird Schmieröl in den Schmierbereich des Lagers gepumpt, um eine konstante Schmierölmenge zu gewährleisten. Ölbad- und Tauchschmierung erfordern kein Schmiersystem und können vereinfacht werden. Die Tropfschmierung ist aufgrund der geringen Schmierölmenge nicht für den Hochlastbetrieb geeignet.

Für die Druckschmierung gibt es zwei Methoden: Schmierung auf der Gehäuseseite und Schmierung auf der Wellenseite. Es ist auch möglich, die Kühlwirkung durch den Einbau von Ölnuten in das Gehäuse oder die Welle zu verbessern. Allerdings muss die Gestaltung der Ölnut sorgfältig überlegt werden, da eine Unterbrechung des Schmierfilms zu einer Verringerung der Tragfähigkeit des Lagers führen kann.

In Umgebungen, in denen kein Schmiermittel verwendet werden kann (z. B. bei hohen Temperaturen), können Festschmierstoffe eingesetzt werden. Zu den Festschmierstoffen gehören Graphit und PTFE. Eine längere Lebensdauer von Gleitlagern kann durch eine genaue Steuerung des Hydraulikdrucks, des Ölfilms usw. erreicht werden.

Weitere Informationen zu Gleitlagern

Normen für Gleitlager

Die JIS- und ISO-Normen für Gleitlager sind nachstehend aufgeführt.

JIS-Normen		ISO-Normen
Nummer	Name der Norm	Nummer	Name der Norm
JIS B01623-1	Gleitlager – Begriffe, Definitionen und Klassifizierung – Teil 1 Konstruktion, Lagerwerkstoffe und Eigenschaften	ISO 4378-1	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 1: Design, bearing materials and their propertiesGleitlager – Begriffe, Definitionen und Klassifizierung – Teil 1: Konstruktion, Lagerwerkstoffe und deren Eigenschaften
JIS B01623-2	Gleitlager – Begriffe, Definitionen und Klassifizierung – Teil 2: Reibung und Verschleiß	ISO 4378-2	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 2: Friction and wear
JIS B01623-3	Gleitlager – Begriffe, Definitionen und Klassifizierung – Teil 3: Schmierung	ISO 4378-3	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 3: Lubrication
JIS B01623-4	Gleitlager – Begriffe, Definitionen und Klassifizierung – Teil 4: Berechnungsparameter und ihre Symbole	ISO 4378-4	Plain bearings -Terms, definitions and classification- Part 4: Calculation parameters and their symbol

Die Spezifikationen von Wälzlagern sind in Normen festgelegt, so dass alle Hersteller je nach Lagertyp die gleichen Spezifikationen für Einbautoleranzen, Fertigungstoleranzen und Spieltoleranzen haben. Daher sind sie austauschbar und können als Allzweckteile verwendet werden.

Im Gegensatz dazu gibt es für Gleitlager derzeit keine gemeinsame internationale Norm. Sie sind daher nicht austauschbar und können nicht als Allzweckbauteile verwendet werden. Daher müssen sie je nach Anwendung, Betriebsumgebung und Konstruktionsspezifikationen unabhängig voneinander geprüft und bestimmt werden.

Was ist ein Abgeschirmte Kabel?

Abgeschirmte Kabel sind Kabel, bei denen der metallische Leiterabschnitt, der Signale und Strom überträgt, mit einer geerdeten Metallschicht überzogen ist.

Die geerdete Metallschicht besteht aus einer dünnen Folie oder einem anderen Material, das in das Kabel eingewoben ist. Die Bedeckung des Leiterabschnitts mit einer Metallschicht blockiert elektromagnetische Wellen von außen und verhindert gleichzeitig den Austritt von elektromagnetischen Wellen nach außen.

Diese Struktur trägt zur Hochgeschwindigkeitskommunikation in der Telekommunikation und in der Messtechnik bei und ist wichtig für die Sicherheit im Hochenergiebereich. Bei mehradrigen Kabeln dient sie auch dazu, das Rauschen zwischen den Adern zu unterdrücken.

Verwendung von abgeschirmten Kabeln

Abgeschirmte Kabel werden häufig in LAN-Kabeln für Büroautomationsgeräte und in Lautsprechern für Audiogeräte verwendet.

Der Zweck dieser Verwendungen ist der Schutz der Geräte vor elektromagnetischen Wellen, die von außen eindringen. Abgeschirmte Kabel werden dagegen auch in der Hochspannungsverteilung eingesetzt. Sie sollen die Entstehung von elektromagnetischen Wellen verhindern.

Prinzip der abgeschirmten Kabel

Die Hauptbestandteile eines abgeschirmten Kabels sind der Leiter, die Abschirmungsschicht (Schirm), die Isolierschicht und der Mantel.

Bei normalen Metallkabeln ist der Außenleiter mit einer Isolierschicht überzogen. Abgeschirmte Kabel sind dagegen zusätzlich zu der Isolierschicht, die den Leiter bedeckt, mit einer Abschirmungsschicht, z. B. einer dünnen Metallfolie, versehen.

Die Außenseite der Abschirmungsschicht ist mit einer isolierenden Folie, dem so genannten Mantel, bedeckt, der die Leitung vor der äußeren Umgebung schützt. Durch die Erdung der Abschirmungsschicht können Signalkabel vor Störungen geschützt werden. Die Verwendung von abgeschirmten Kabeln in Stromkabeln kann auch den entstehenden elektromagnetischen Wellen entgegenwirken.

Die Unterdrückung elektromagnetischer Wellen in Stromkabeln wird häufig unter Sicherheitsaspekten eingesetzt, um Unfälle durch Stromschlag aufgrund von Induktion zu vermeiden.

Arten von abgeschirmten Kabeln

Es gibt zwei Arten von abgeschirmten Kabeln: elektrostatisch abgeschirmte Kabel, die externe Störungen verhindern, und elektromagnetisch abgeschirmte Kabel, die verhindern, dass durch elektrische Ströme verursachte magnetische Flüsse auf externe Geräte einwirken. Die Methode zur Erdung der Abschirmschicht ist je nach Typ unterschiedlich, daher ist es wichtig, das Kabel mit einer für den Typ geeigneten Methode zu erden.

1. Elektrostatisch abgeschirmte Kabel

Elektrostatisch abgeschirmte Kabel sind Kabel mit einem Kerndraht, der mit einem Metallband aus Kupfer oder Aluminium oder einem Drahtgeflecht ummantelt ist.

Dadurch werden externe Störungen absorbiert und zur Erde geleitet, wodurch verhindert wird, dass Störungen in die Kerndrähte gelangen. Sie werden hauptsächlich in Signal- und Kommunikationskabeln verwendet. Die grundlegende Erdungsmethode für elektrostatisch geerdete Kabel ist die einseitige Erdung. Damit soll verhindert werden, dass Rückströme in die Abschirmung fließen.

Wenn beide Seiten geerdet sind, erhöht sich die Möglichkeit, dass Strom durch die Abschirmung fließt, und es besteht die Gefahr, dass aufgrund des Stromflusses durch die Abschirmung Rauschen erzeugt wird. Wenn die Abschirmung nicht geerdet ist, ist nicht nur die Abschirmung unwirksam, sondern es wird auch Rauschen im Signal erzeugt, wenn die elektrische Ladung, die sich in der Abschirmung aufgebaut hat, in irgendeiner Weise freigesetzt wird. Abgeschirmte Kabel müssen daher unbedingt geerdet werden.

2. Elektromagnetisch abgeschirmte Kabel

Elektromagnetisch abgeschirmte Kabel sind Kabel mit einem Kerndraht, der mit Eisen und Kupfer ummantelt ist, um zu verhindern, dass der durch den elektrischen Strom verursachte magnetische Fluss entweicht.

Der Nachteil ist, dass die Eisenumhüllung sie anfällig für Biegungen und Knicke macht. Sie werden hauptsächlich für Kabel mit großen Strömen verwendet, z. B. für Stromkabel und Motoren. Bei der Erdung von elektromagnetisch abgeschirmten Kabeln hat man die Wahl zwischen einer doppelseitigen und einer einseitigen Erdung, je nach Entfernung. Bei der Stromübertragung über große Entfernungen sollte das Kabel an beiden Enden geerdet werden, während es bei kürzeren Entfernungen nur an einem Ende geerdet werden sollte. In beiden Fällen kann die Abschirmwirkung erhöht werden, indem die Erdungsleitung einen möglichst geringen elektrischen Widerstand aufweist.

In der Regel werden Kupferplatten oder Kupferpfähle mehrere Meter unter der Erde verlegt, um den Erdungswiderstand zu verringern. Dieser unterirdisch verlegte Leiter ist der Erdungspol. Drähte, die vom Erdungspol an die Oberfläche ragen, sind mit einer Kupferschiene verbunden, die als Erdungsschiene oder Sammelschiene bezeichnet wird.

Was ist ein Rastersondenmikroskop?

Ein Rastersondenmikroskop (SPM) ist ein Mikroskop, das eine nadelscharfe Rastersonde verwendet, um die Oberflächenunregelmäßigkeiten einer Probe im Nanometerbereich zu beobachten.

Es wird häufig im Hochvakuum eingesetzt, um die Probenoberfläche zu reinigen, kann aber auch an der Luft verwendet werden. In jüngerer Zeit wurden einige Mikroskope entwickelt, die in Flüssigkeiten eingesetzt werden können.

Es gibt verschiedene Arten von Rastersondenmikroskopen, darunter die Rastertunnelmikroskopie (STM) und die Rasterkraftmikroskopie (AFM); das STM ist in der Lage, einzelne Atome zu erfassen, und wurde 1986 von seinem Erfinder mit dem Nobelpreis für Physik für seinen bedeutenden Beitrag zur Weiterentwicklung der Wissenschaft und Technologie von Nanostrukturen ausgezeichnet.

Einsatzmöglichkeiten von Rastersondenmikroskopen

Rastersondenmikroskope werden zur Beobachtung der Oberflächenbeschaffenheit und zur Messung der Rauheit von Halbleitern, Glas, Flüssigkristallen und anderen Materialien eingesetzt, da sie sehr feine Oberflächen bis in den Nanometerbereich beobachten können.

Zu den spezifischen Beobachtungszielen gehören die atomare Anordnung von Siliziumeinkristallen und Phenylgruppen in organischen Verbindungen. Auch die DNA von biologischen Proben wie Mikroorganismen, Bakterien und biologischen Membranen lässt sich damit beobachten und manipulieren.

Rastersondenmikroskope sind eine neue Art von Mikroskopen, die in den 1980er Jahren entwickelt wurden, aber ihre Anwendungsmöglichkeiten erweitern sich rasch, mit bemerkenswerten Entwicklungen bei den Beobachtungstechniken auf atomarer Ebene, und es wurden auch Modelle entwickelt, die Reibung, Viskoelastizität und Oberflächenpotential messen können. Messungen in Flüssigkeiten werden auch in Bereichen wie der Elektrochemie und der Biochemie eingesetzt, wo sie die Messung von Bedingungen ermöglichen, die näher an den realen Bedingungen liegen.

Grundsätze der Rastersondenmikroskopie

In diesem Abschnitt werden die Prinzipien von AFM und STM, zwei der am häufigsten verwendeten Rastersondenmikroskope, beschrieben. Bilder und Positionsinformationen werden durch die Spitze einer feinen nadelartigen Sonde erfasst, die die Oberfläche der Probe abtastet. Die Sonde ist dünn und tastet auf atomarer Ebene ab, so dass sie für die Messung von Proben mit zu großen Unregelmäßigkeiten nicht geeignet ist.

1. Rastertunnelmikroskopie (STM)

Das STM nutzt die Tatsache, dass die Stärke des Tunnelstroms, der von der Spitze einer Metallsonde zur Probe fließt, empfindlich von der Dicke des dazwischen liegenden Isolators, dem Vakuum, abhängt. Sie ist in der Lage, die lokale Höhe der Probenoberfläche mit einer hohen Auflösung (der kürzeste Abstand zwischen zwei benachbarten Punkten bei der Unterscheidung) präzise zu messen, so dass die Atome auf der Oberfläche des Materials einzeln aufgelöst werden können. Die Abtastbewegung der Sonde über die Oberfläche der Probe ermöglicht die Beobachtung von atomar ungleichmäßigen Mustern.

Die Sonde besteht aus Wolfram oder Platin und hat eine spitze Spitze. Wenn die Sonde und die Probe nahe genug zusammengebracht werden, dass sich ihre Elektronenwolken überlappen, und eine kleine Vorspannung (eine Spannung, die zur Festlegung des Gleichstrom-Arbeitspunkts für die Kleinsignalverstärkung eines Verstärkers verwendet wird) angelegt wird, fließt aufgrund des Tunneleffekts ein Tunnelstrom.

Beim STM wird der Tunnelstrom konstant gehalten, indem eine Metallsonde horizontal (X, Y) über die Oberfläche der Probe bewegt wird und der Abstand zwischen der Sonde und der Probe (Z) rückgekoppelt wird. Die vertikale Bewegung erfolgt in der Regel mit piezoelektrischen Elementen, die den Abstand mit einer Präzision steuern können, die kleiner als die Größe eines einzelnen Atoms ist, um Wechselwirkungen zwischen einzelnen Atomen zu erkennen. STMs haben daher eine atomare Auflösung in drei Dimensionen. Piezoelektrische Elemente sind passive Geräte, die den piezoelektrischen Effekt nutzen, ein Phänomen, bei dem eine Spannung erzeugt wird, wenn Druck ausgeübt wird.

2. Rasterkraftmikroskopie (AFM)

AFM misst und scannt die Unterschiede der mikroskopischen interatomaren Kräfte (schwache Kohäsionskräfte zwischen Atomen, die nicht chemisch gebunden sind) zwischen der Sonde und der Probenoberfläche, um die Oberfläche zu beobachten. Für die Messung von Reibungskräften, Viskoelastizität, Dielektrizitätskonstante und Oberflächenpotenzial wurde eine Vielzahl von Anwendungen entwickelt, die die AFM-Technologie nutzen.

Eine am Ende eines Auslegers (Cantilever) befestigte Sonde wird durch eine geringe Kraft in Kontakt mit der Oberfläche der Probe gebracht. Der Abstand (Z) zwischen der Sonde und der Probe wird rückgekoppelt, um sicherzustellen, dass die auf den Cantilever wirkende Kraft (Auslenkung) konstant ist, während er horizontal (X, Y) gescannt wird, um ein Bild der Oberflächentopografie zu erzeugen.

Weitere Informationen zu Rastersondenmikroskopen

Arten von Sonden

AFM und SPM, die typische Beispiele für Rastersondenmikroskope sind, verwenden beide Sonden, allerdings unterschiedlicher Art. Darüber hinaus gibt es viele verschiedene AFM-Typen, allein in Bezug auf Material, Länge usw., und es ist wichtig, den richtigen Typ für das zu messende Objekt auszuwählen.

Neben dem im Prinzip beschriebenen Kontaktmodus verfügen AFMs auch über einen Klopfmodus, der bei der Messung empfindlicher organischer Proben zum Einsatz kommt und eine spezielle Sonde verwendet. Die Sonden sind Verbrauchsmaterialien und müssen vom Benutzer ausgetauscht werden.

Was ist ein Auflöser?

Ein Auflöser ist eine Art Encoder und ein Sensor zur Messung von Drehwinkeln.

Unter den Geräten zur Erfassung des Drehwinkels sind Auflöser insbesondere solche, die Änderungen des Magnetfeldes durch elektromagnetische Induktion erfassen und den Drehwinkel feststellen. Die vom Auflöser gelesene Information über die Drehung wird als elektrisches Signal ausgegeben, das an die rotierende Anlage, an der der Auflöser angebracht ist, zurückgeführt werden kann.

Verwendung von Auflösern

Auflöser werden hauptsächlich in Industrieanlagen verwendet. In Haushaltsgeräten oder kommerziellen Anlagen sind sie nicht zu finden. Servomotoren sind das Hauptziel für die Messung von Drehwinkeln.

Damit Servomotoren genau arbeiten können, muss eine Rückmeldung erfolgen, z. B. über die Drehzahl des Motors. Auflöser werden in Verbindung mit solchen Servomotoren für eine hochpräzise Positionierung verwendet.

Seit einigen Jahren können sie auch in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. Sie können bei der Fahrsteuerung von Elektrofahrzeugen und der elektrischen Servolenkung eingesetzt werden, um eine fortschrittliche Motorsteuerung zu ermöglichen. Auflöser ermöglichen eine stromsparende und präzise Steuerung und werden daher immer häufiger in Kraftfahrzeugen eingesetzt.

Prinzip eines Auflösers

Das Grundprinzip eines Auflösers ist fast dasselbe wie das eines Transformators. Er besteht aus zwei Kernen, um die Spulen gewickelt sind.

Durch die Drehung ändert sich die relative Position des Primär- und des Sekundärkerns, was zu einer Fehlausrichtung zwischen Primär- und Sekundärkern führt. Das Prinzip des Auflösers besteht darin, den Drehwinkel durch Messung des Wechselstromwerts zu ermitteln. Wenn der Drehwinkel beispielsweise 0° beträgt, bleiben die relativen Positionen der Kerne gleich und es kommt zu keiner Verschiebung der Eingangs-/Ausgangsspannung; bei 180° kehrt sich die Phase der Eingangs-/Ausgangsspannung um.

Bei einem Auflöser wird der Teil, der sich in Verbindung mit dem Objekt dreht, als Rotor und der Teil mit eingebauter Spule als Stator bezeichnet. Wenn der Rotor konzentrisch zum Stator ist, erhält man bei jeder Umdrehung des Rotors ein gleiches Ausgangssignal. Im Gegensatz dazu liefert eine elliptische Form die doppelte Leistung und eine dreieckige Form die dreifache Leistung.

Die Vergrößerung des Ausgangssignals kann also durch die Form des Rotors gesteuert werden. Auflöser haben den Vorteil, dass sie aufgrund ihres einfachen Aufbaus, der aus einem Kern und einer Spule besteht, auch in ungünstigen Umgebungen eingesetzt werden können.

Weitere Informationen über Auflöser

1. Auflöser verwenden

Die vom Auflöser ausgegebenen Signale werden vom RDC, der für Resolver Digital Converter steht, in Drehwinkel und Drehwinkelgeschwindigkeit umgewandelt und von der CPU verarbeitet.

Der RDC kann bei der Digitalisierung des Drehwinkelsignals auch Fertigungsschwankungen des Auflösers kompensieren. Die arithmetische Verarbeitung von Servomotoren und Motoren, die in Fahrzeugen eingesetzt werden, ist im Allgemeinen eine PID-Regelung. Die dem Motor zuzuführende Energiemenge wird durch den Vergleich der Sollgeschwindigkeit mit dem vom Auflöser erfassten Drehwinkel und der Drehgeschwindigkeit bestimmt.

Um die Genauigkeit der Positionierung und Steuerung zu erhöhen, muss die Zeitdifferenz zwischen der Erfassung des Drehwinkels und dem Zeitpunkt der Bestimmung der Energiemenge minimiert werden, was von der Obergrenze der CPU-Betriebsfrequenz abhängt.

2. Die Zukunft der Auflöser

Auflöser haben eine einfache Grundkonfiguration, sind aber teuer. Es ist nicht nur kostspielig, Bauteile zu beschaffen, sondern auch, eine stabile Produktion von Auflösern mit garantiert hoher Genauigkeit aufrechtzuerhalten. Auflöser haben mehrere Statorwicklungen, und es ist wichtig, dass alle Kupferdrähte gleichmäßig gewickelt sind. Jede Abweichung in der Wicklung beeinträchtigt das Ausgangssignal und führt zu einer Verringerung der Genauigkeit der Positionserfassung.

In den letzten Jahren haben sich magnetische Sensoren als Alternative zu Auflösern durchgesetzt. Es gibt verschiedene Arten von Magnetsensoren, aber die meisten sind MR-Sensoren, die sich den magnetoresistiven Effekt zunutze machen. Der magnetoresistive Effekt ist ein Phänomen, bei dem sich der elektrische Widerstand in Abhängigkeit von der Stärke und Richtung eines externen Magnetfelds ändert. Je nach Anwendung werden folgende Magnetsensoren eingesetzt

• AMR (Anisotroper Magnetowiderstandseffekt)
• GMR (Giant magnetoresistance effect) Geräte
• TMR (Tunnelmagnetowiderstandseffekt)

Die Vorteile der magnetischen Sensoren liegen darin, dass sie in Lagerringe integriert werden können und keine Signalverarbeitungsschaltungen wie RDC benötigen. Sie werden voraussichtlich kleiner, leichter und billiger sein.

Was ist ein Strahlungsdetektoren?

Ein Strahlungsdetektor ist ein Gerät, das Strahlung indirekt aufspürt und misst, indem es physikalische und chemische Reaktionen nutzt, die durch die Wechselwirkung von Strahlung und Materie verursacht werden.

Der Mensch kann Strahlung nicht direkt mit seinen Sinnen wahrnehmen. Daher wird die durch die Strahlung verursachte Ionisierung und Anregung zum Nachweis und zur Messung genutzt. So werden beispielsweise Ionen und freie Elektronen oder elektromagnetische Wellen wie Fluoreszenz erzeugt, die in Stromsignale umgewandelt werden. Anhand dieses Stromsignals kann die Strahlendosis auf einem Messgerät angezeigt oder hörbar gemacht werden.

Es gibt zahlreiche weitere Anwendungen, darunter solche, die auf der Emission von Elektronen beruhen, solche, bei denen Wärme erzeugt wird, die praktische Nutzung der Aktivierung von Neutronenmaterial und Detektoren, die auf dem Nachweis von Cherenkov-Strahlung basieren.

Verwendungszwecke von Strahlungsdetektoren

Strahlungsdetektoren werden häufig in Strahlendekontaminationsstellen, Werften und Fabriken eingesetzt. Da es verschiedene Arten von Strahlung gibt – Alpha-, Gamma-, Beta- und Röntgenstrahlen – und die von ihnen ausgehenden Dosen von hoch bis niedrig reichen, müssen die Strahlungsdetektoren selbst je nach Situation sorgfältig ausgewählt werden.

Die Messung der Luftdosisleistung gibt einen Überblick darüber, wie viel Strahlung im Raum umherfliegt. Der Nachweis von Strahlung, die von der Oberfläche eines Objekts ausgeht, kann auch einen Überblick darüber geben, ob das Objekt kontaminiert ist, und die Quelle der Kontamination ermitteln. Der Einsatz von Strahlungsdetektoren wird auch zur Messung der Strahlendosis verwendet, der eine Person ausgesetzt war.

Grundsätze der Strahlungsdetektoren

Es gibt zwei Haupttypen von Strahlungsdetektoren: solche, die die ionisierende Wirkung der Strahlung auf Gasmoleküle nutzen, und solche, die die Anregung von Elektronen in Materialien, vor allem in Festkörpern und Flüssigkeiten, nutzen.

Der erste Typ wird als Gasdetektor und der zweite als Szintillationsdetektor bezeichnet.

1. Gasdetektoren

Bei Gasdetektoren ist der Detektor mit einem Gas, z. B. Inertgas oder Luft, so gefüllt, dass die Moleküle beim Durchgang der Strahlung ionisieren und Kationen und Elektronen erzeugen. Die Ionisierung dieser Gasmoleküle wird genutzt, um die Strahlungsmenge zu messen. Es gibt verschiedene Arten von Erwartungsdetektoren, wie Ionisationskammern, GM-Zähler und Proportionalzähler.

Ionisationskammer

In einer Ionisationskammer werden Kationen bzw. Elektronen von Elektroden angezogen und in elektrische Messsignale umgewandelt. Die Anzahl der Kationen und Elektronen, die durch die Energie der Strahlung ionisiert werden, wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, so dass die Signalintensität nahezu proportional zur Energie der Strahlung ist. Mit anderen Worten: Es ist möglich, die Energie der Strahlung zu bestimmen. Der Nachteil ist jedoch, dass die Empfindlichkeit gering ist, da die Ionisierung direkt beobachtet wird.

GM-Zähler

In einem GM-Zähler wird ein Gas auf die gleiche Weise wie in einer Ionisationskammer aufgeladen, aber zwischen den Elektroden wird eine hohe Spannung angelegt, so dass sich die durch die Ionisierung erzeugten Elektronen mit hoher Geschwindigkeit bewegen und andere Gasmoleküle weiter ionisieren. Dadurch wird sichergestellt, dass ein starkes Signal erhalten wird.

Daher wird bei jeder Ionisierung ein Impuls zwischen den Elektroden durchgeführt. Man erhält ein starkes Signal, aber der Nachteil ist, dass man keine Informationen über die Energie der Strahlung erhält, da das Signal ein Impuls ist.

Proportionalzähler

Wird in einem mit Gas gefüllten Detektor die zwischen den Elektroden angelegte Spannung mäßig eingestellt, folgt auf die Ionisierung durch die Strahlung die Ionisierung anderer Gasmoleküle, wodurch ein starkes Signal entsteht, das ebenfalls proportional zur Anzahl der ursprünglich ionisierten Moleküle ist. Für Messungen unter diesen Bedingungen werden Proportionalzähler verwendet.

2. Szintillationsdetektor

Szintillationsdetektoren nutzen die Wirkung der Strahlung auf die Elektronen in der Umlaufbahn um den Kern, die dann in eine äußere Umlaufbahn überführt werden, was als “Anregung” bezeichnet wird. Ein Beispiel für ein solches Instrument ist ein Szintillationsmessgerät.

Ein Material, das die Eigenschaft hat, durch Anregung mit Strahlung Licht zu emittieren, wird als Szintillator bezeichnet. Natriumjodid (NaI)-Kristalle werden als Festkristall-Szintillatoren verwendet. Wenn Strahlung von einem Szintillator absorbiert wird, werden die Atome durch elektronische Anregung instabil und kehren dann in ihren ursprünglichen stabilen Zustand zurück. Während dieses Prozesses geben die Atome Energie in Form von Licht ab.

Dieses schwache Licht (Photonen) wird von einer Photomultiplier-Röhre verstärkt und zur Messung in einen elektrischen Strom umgewandelt. Die Anzahl der emittierten Photonen ist proportional zur Energie der Strahlung, so dass Szintillationsdetektoren die Energie der Strahlung bestimmen können.

Da NaI-Kristalle hygroskopisch sind, werden sie versiegelt, um zu verhindern, dass sie der Luft ausgesetzt werden. Andererseits gibt es ein Einfallsfenster, durch das die Strahlung in den Detektor eintritt. Das Einfallsfenster besteht aus einem sehr dünnen Metall mit einer sehr niedrigen Ordnungszahl, z. B. Beryllium oder Aluminium, von etwa 100 µm.

Wie man einen Strahlungsdetektor auswählt

Bei der Auswahl eines Strahlungsdetektors ist es wichtig, folgende Punkte zu beachten

1. Die Art der Strahlung

Es gibt verschiedene Arten von Strahlung: Alpha-, Beta-, Neutronen-, Gamma- und Röntgenstrahlung. Der Aufbau und das Prinzip eines Strahlungsdetektors bestimmen die Art der aufzuspürenden Strahlung und die zu erwartende Empfindlichkeit, daher ist es wichtig, einen Detektor auszuwählen, der diese Faktoren kennt.

2. Der angezeigte Wert

Bei der Auswahl sollte berücksichtigt werden, ob der angezeigte Wert (z. B. eine einfache Zählung oder eine 1-cm-Äquivalentdosis) für den beabsichtigten Einsatz geeignet ist.

3. Strahlungsdurchlässigkeit

Die Kenntnis der Strahlungsdurchlässigkeit ermöglicht einen sicheren Betrieb, da die Strahlung den Ort der Ionisierung (Gas oder fester Szintillator) erreichen muss, um nachgewiesen zu werden. NaI-Szintillationsmessgeräte zum Beispiel sind für die Messung von Gamma- und Röntgenstrahlung geeignet. Das liegt daran, dass sie Strahlung, die das dünne Metallfenster nicht durchdringen kann (Alpha- und Betastrahlung), nicht erfassen können, weil sie um einen Szintillator herum versiegelt werden müssen, der hygroskopisch ist.

Einige GM-Zähler sind in der Lage, Betastrahlung zu messen, andere nicht. Betastrahlung kann mit dem Typ gemessen werden, der ein großes Fenster hat und für das Fenster sehr dünnen Glimmer verwendet. Betastrahlen können dieses Glimmerfenster durchdringen. GM-Zähler, die sowohl Betastrahlung als auch Gammastrahlung messen können, haben eine Metallkappe, die für Betamessungen entfernt werden muss. Der Grund dafür ist, dass Betastrahlen die Metallkappe nicht durchdringen können.

Weitere Informationen über Strahlungsdetektoren

1. Zweck der Strahlungsmessung

Strahlungsmessungen haben zwei Hauptzwecke

1. Messung der Strahlungsdosis, die für ein Strahlungsfeld spezifisch ist, wie z. B. Art und Energie der Strahlung oder die Anzahl der Teilchen, um sie beim Umgang mit Strahlung zu kontrollieren.
2. Messung der Energiedosis, die durch Multiplikation der Strahlendosis im Strahlungsfeld mit einem Koeffizienten ausgedrückt wird, der sich aus der Wechselwirkung zwischen der Strahlung und dem Material ergibt, um die durch die Strahlung hervorgerufenen physikalischen, chemischen und biologischen Wirkungen zu verstehen oder effektiv zu nutzen.

Das Strahlenschutzmanagement ist eine Erweiterung des letzteren. Um die Auswirkungen der Strahlung auf den menschlichen Körper zu bewerten, wird auf der Grundlage der absorbierten Dosis eine effektive Dosis berechnet, zu der eine Bewertung der biologischen Auswirkungen der einzelnen Strahlungsarten und der Empfindlichkeit der der Strahlung ausgesetzten Körperteile hinzukommt.

2. Szintillationsdetektoren für hochenergetische Röntgenstrahlung

Szintillationsdetektoren, die feste Szintillatorkristalle verwenden, werden zur Messung hochenergetischer Röntgenstrahlen und sogar hochenergetischer Gammastrahlen eingesetzt. Die Besonderheit eines Röntgendetektors besteht darin, dass der Szintillator Röntgenstrahlen im Verhältnis zur Energie der Röntgenstrahlen effizient empfängt und detektiert.

Dies unterscheidet ihn von Gasdetektoren, die keine hochenergetischen Röntgenstrahlen auffangen können. Außerdem ist die Zeit vom Eintritt der Röntgenstrahlen in den Detektor bis zur Umwandlung in ein elektrisches Signal und zur Ausgabe sehr kurz, so dass er sich für Messungen eignet, bei denen eine große Anzahl von Röntgenphotonen einfällt. In der Forschung wurden auch positionsdetektierende Hochenergie-Röntgendetektoren entwickelt, die die Vorteile des Szintillationstyps nutzen, um ein zweidimensionales Bild der Röntgenstrahlen zu erhalten.

Was ist eine Dosierpumpen?

Eine Dosierpumpe ist ein Gerät, das wiederholt ein bestimmtes, festgelegtes Flüssigkeitsvolumen fördert.

Sie sind für die genaue Dosierung von Chemikalien und anderen Flüssigkeiten geeignet. Dosierpumpen, die Chemikalien und andere Flüssigkeiten fördern, müssen korrosionsbeständig sein und werden daher aus korrosionsbeständigen Materialien hergestellt. Als Antriebsquelle wird in der Regel Elektrizität oder Druckluft verwendet.

Einsatzgebiete von Dosierpumpen

Dosierpumpen werden zur dosierten Entnahme von Flüssigkeiten eingesetzt. Nachfolgend einige Beispiele für den Einsatz von Dosierpumpen

• Produktionsanlagen für pharmazeutische und chemische Produkte.
• Chemikaliendosierung und Sterilisationsprozesse in der Landwirtschaft und Tierhaltung
• Zur Zugabe von Entkeimungschemikalien in Wasseraufbereitungsanlagen
• zur Neutralisationsbehandlung in Kläranlagen

Hauptsächlich in der Industrie als Teil des Herstellungsprozesses. Auch in Infrastruktureinrichtungen wie Wasseraufbereitungsanlagen und Kläranlagen werden die Geräte häufig eingesetzt.

Dosierpumpen im medizinischen Bereich erfordern eine hochpräzise Steuerung des Flüssigkeitsvolumens, da Fehler direkte Auswirkungen auf das menschliche Leben haben.

Prinzip der Dosierpumpen

Dosierpumpen werden grob in Hubkolben- und Drehkolbenpumpen unterteilt.

Hubkolbenmechanismen fördern Flüssigkeiten durch die Hin- und Herbewegung eines Kolbens. Es kann so viel Flüssigkeit gepumpt werden, wie das Volumen des Kolbens beträgt. Sie haben den Vorteil, dass die Flüssigkeit mit hohem Druck gepumpt werden kann.

Rotierende Mechanismen pumpen Flüssigkeit durch die Drehung eines Laufrads oder Ähnlichem. Die Flüssigkeit kann nur so weit gepumpt werden, wie das Volumen des Laufrads und des Gehäuses reicht. Der Aufbau ist einfach und kann für eine breite Palette von Flüssigkeiten verwendet werden.

Arten von Dosierpumpen

Für Dosierpumpen werden verschiedene Arten von Pumpen verwendet.

1. Plungerpumpen

ist eine Art von Kolbenpumpe, bei der sich der Plunger, ein stangenförmiger Kolben, hin und her bewegt. Sie kann kontinuierlich und mit hohem Druck dosierte Flüssigkeitsmengen pumpen.

2. Kolbenpumpen

Eine Kolbenpumpe ist ein Pumpentyp, bei dem die Flüssigkeit durch die Hin- und Herbewegung eines Kolbens gefördert wird. Sie zeichnet sich durch die Verwendung von Dichtungen und Ventilen auf der Kolbenseite zum Fördern der Flüssigkeit aus. Sie kann bei hohem Druck eingesetzt werden und hat den Vorteil eines hohen Wirkungsgrades.

3. Membranpumpen

Hierbei handelt es sich um eine Art von Kolbenpumpe, die eine Flüssigkeit durch die Hin- und Herbewegung einer elastischen Membran, z. B. eines Harzes, fördert. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie ohne Dichtung auskommt, und wird häufig für den Transport von Chemikalien eingesetzt.

Sie hat den Nachteil, dass eine Pulsation auftritt und der Durchfluss nur dann erzeugt wird, wenn die Membran in Betrieb ist. Für sofortige hohe Durchflussraten muss der Rohrleitungsdurchmesser vergrößert werden, um die Spitzen-Durchflussrate zu erreichen. Der pulsierende Durchfluss kann durch die Einführung von Luftkammern oder Akkumulatoren hinter der Pumpe oder durch die parallele Installation mehrerer Aggregate mit verschobenen Phasen ausgeglichen werden.

Die Fördermenge wird durch Veränderung der Hubweite und der Frequenz eingestellt. Es werden verschiedene Antriebsquellen verwendet, vor allem motorische und elektromagnetische (Solenoid). Erstere verwenden einen Inverter, während letztere eine elektronische Steuerung zur Veränderung der Hubfrequenz nutzen.

Ultrakompakte Membranpumpen mit piezoelektrischen Elementen (Piezoelemente) werden als Mikropumpen bezeichnet. Sie können kleinste Durchflussmengen von einigen µL/min bewältigen.

4. Schraubenpumpen

Eine Art von Rotationspumpe, die Flüssigkeit durch die Drehung eines mit einem Gewinde versehenen Rotors im Inneren der Pumpe fördert. Sie zeichnet sich durch eine äußerst geringe Pulsation aus.

5. Zahnradpumpe

Es handelt sich um eine Pumpe, bei der zwei Zahnräder ineinandergreifen und nur so viel Flüssigkeit fördern, wie das Volumen der Zahnräder und des Gehäuses beträgt. Sie zeichnet sich durch eine geringe Pulsation aus, wenn der Förderstrom bis zu einem gewissen Grad hoch ist. Die Pulsation tritt auf, wenn die Fördermenge verringert wird und die Anzahl der Umdrehungen sinkt. Die Fördermenge wird durch die Regelung der Drehzahl mit einer Invertersteuerung eingestellt.

6. Flügelzellenpumpen

Bei dieser Art von Drehkolbenpumpe wird die Flüssigkeit nur im Bereich des Flügelrads und des Gehäuses gefördert. Die Schaufeln können leicht außermittig in der Pumpe angebracht werden.

7. Rohrpumpe

Diese Pumpe fördert kontinuierlich Flüssigkeit in einem Rohr mit Hilfe mehrerer Rollen, die an einem rotierenden Rotor befestigt sind. Sie haben eine hohe quantitative Leistung und einen einfachen Mechanismus und werden zum Pumpen von Flüssigkeiten für Analysegeräte und zur Zugabe von Chemikalien verwendet.

Sie sind in der Lage, kleine Mengen von Chemikalien mit einer Rate von einigen µL/min zu pumpen. Die Durchflussmenge wird durch Regelung der Walzendrehzahl mit einem Inverter eingestellt.

8. Spritzenpumpen

Diese Pumpe schiebt eine Spritze mit konstanter Geschwindigkeit und kann winzige Durchflussmengen absolut pulsationsfrei fördern. Es handelt sich jedoch um ein Batch-Verfahren und kann nicht kontinuierlich fördern. Sie wird für medizinische und andere Anwendungen eingesetzt.

Was ist ein Frequenzmessgeräte?

Ein Frequenzmessgerät ist ein Gerät, das die Signalfrequenz misst.

Es ist ein elektronisches Gerät oder Bauteil, das die Frequenz als Zahl ausgibt, auch Frequenzzähler genannt. Es misst die Anzahl der periodischen Impulse eines elektrischen Signals und gibt die Frequenz aus.

Frequenzmessgeräte werden in vielen Anwendungen der Hochfrequenz-Funktechnik zur Messung hochpräziser Frequenzsignale eingesetzt. Sie liefern genaue und präzise Messungen und ermöglichen eine detaillierte Analyse der Signalform und der Frequenzmerkmale. Frequenzmessgeräte sind in verschiedenen Bereichen der elektrischen Prüfung weit verbreitet, um die Frequenz von sich wiederholenden Signalen zu messen.

Verwendungszwecke von Frequenzmessgeräten

Frequenzmessgeräte sind in der Elektro- und Telekommunikationstechnik weit verbreitet.

1. Bewertung der Zuverlässigkeit von Geräten

Frequenzmessgeräte werden häufig eingesetzt, um die Zuverlässigkeit von elektronischen Geräten zu beurteilen. Beispiele hierfür sind das in Stromversorgungsschaltungen erzeugte Rauschen und die Bewertung des Betriebs von Frequenzumwandlungsschaltungen.

2. Bewertung des Frequenzgangs

Frequenzmessgeräte werden auch zur Bewertung von Frequenzmerkmalen eingesetzt. So kann beispielsweise der Frequenzgang in akustischen Geräten wie Verstärkern und Lautsprechern bewertet werden. Sie werden auch zur Bewertung der Eigenschaften von Frequenzfiltern eingesetzt.

3. Nachrichtentechnik

Frequenzmessgeräte sind auch in der Nachrichtentechnik wichtige Messgeräte. Sie werden z.B. zur Einstellung der Frequenz von Sendern und zur Bewertung der Frequenz von Empfängern eingesetzt. Sie werden auch zur Fehleranalyse im Funkverkehr eingesetzt.

4. Leistungsmessung

Frequenzmessgeräte werden auch zur Leistungsmessung eingesetzt. Sie werden zum Beispiel verwendet, um die Frequenz von Generatoren und Transformatoren zu bewerten. Sie werden auch verwendet, um die Effizienz von Wechselstrom in Frequenzumrichtern zu bewerten.

5. Systementwurf

Frequenzmessgeräte werden auch bei der Systemauslegung eingesetzt. So werden sie beispielsweise zur Bewertung des Frequenzgangs ganzer Systeme und zum Entwurf von Frequenzumwandlungsschaltungen eingesetzt.

6. Akustische Messungen

In akustischen Räumen werden Frequenzmessgeräte als Monitore eingesetzt, um die Schallreflexion und -absorption zu überprüfen, ein gleichmäßiges Schallfeld zu erzeugen und die Stärke und Frequenz der von Geräten ausgehenden Schwingungen zu überprüfen.

So entsteht beispielsweise in einer Fahrzeugkabine ein komplexer akustischer Raum durch Schallreflexionen an der Windschutzscheibe und der Heckscheibe, Schallabsorption an den Sitzen und am Boden sowie durch das Motorgeräusch. Um einen angenehmen Klang zu erzeugen, wird die Frequenz- und Signalstärkeverteilung mit einem Frequenzmessgerät überprüft und die Höhen und Tiefen werden mit einem Equalizer verstärkt oder abgeschwächt, um einen angenehmen akustischen Raum zu schaffen.

Prinzip der Frequenzmessgeräte

Frequenzmessgeräte werden oft in Kombination mit anderen Messgeräten wie Oszilloskopen eingesetzt. Zu den Arten von Frequenzmessgeräten gehören Tischgeräte, tragbare Geräte, Hochfrequenzgeräte, Niederfrequenzgeräte, RF-Geräte (Radiofrequenzgeräte) und Mikrowellengeräte.

Frequenzmessgeräte bestehen aus einem Wellenformungsteil, einem Referenzzeitimpulsgenerator, einem Torschaltungsteil und einem Anzeigeteil. Im Wellenformungsteil wird das Eingangssignal zu einer Impulsfolge geformt, und im Referenzzeitimpulsgenerator wird ein Impuls mit einer genauen Zeitbreite von 0,1 s oder 1 s erzeugt.

Der Gate-Teil schaltet das zu einer Impulsfolge geformte Eingangssignal mit Impulsen dieser Zeitbreite. Die dabei gewonnene Anzahl von Impulsen wird verarbeitet und an das Anzeigegerät ausgegeben. Beträgt beispielsweise die Zeitbreite 1 s und die Anzahl der Eingangsimpulsfolgen 10, so beträgt die Frequenz 10 Hz.

Bei der Messung ist Vorsicht geboten, da die Impulswellenform instabil werden kann, wenn sie Rauschen enthält, was zu einer falschen Frequenzmessung führen kann.

Weitere Informationen über Frequenzmessgeräte

1. Vorteile von Frequenzmessgeräten

Der Vorteil von Frequenzmessgeräten ist, dass sie nicht nur die Frequenz, sondern auch die Periode, das Tastverhältnis usw. messen können. Frequenzmessgeräte werden verwendet, um die Leistung elektronischer Schaltungen durch digitale Anzeige der Frequenz zu überprüfen.

Sie können als Überwachungsgeräte eingesetzt werden, um die Schwingungsfrequenz auf einen vorgegebenen Wert einzustellen oder um die Schwingungsstabilität (Frequenzjitter) zu überprüfen. Das Prinzip wird für Schwingungs- und Akustikmessungen verwendet. Bei dieser Anwendung wird das Eingangssignal Fourier-transformiert und grafisch als Spektrum dargestellt.

Weitere vielfältige Anwendungen sind die Beobachtung von Wellenformen und die Signalverarbeitung im Bereich der Elektronik, Ultraschallmessungen im medizinischen Bereich, Messungen elektromagnetischer Wellen und Umweltuntersuchungen.

2. Anwendungen von Frequenzmessgeräten

Frequenzmessgeräte werden mit Anwendungen geliefert, die die Frequenz des Eingangssignals nicht nur quantifizieren, sondern auch grafisch darstellen. Während es nicht möglich ist, die Wobble- und Rauschkomponenten nur anhand der Zahlen zu überprüfen, kann die FFT-Operation die Frequenzkomponenten isolieren und ihre jeweiligen Intensitäten grafisch darstellen.

Es gibt Anwendungen, die die Qualität des Signals in einer leicht verständlichen visuellen Weise ausdrücken, wie z. B. die Anzeige der Stärke der Nebenkeulen, die neben dem Hauptsignal erscheinen, die Mittelwertbildung des Eingangssignals, um plötzliches Rauschen für genaue Messungen zu entfernen, und die Darstellung der Wobbelung des Signals in Form von Farbschattierungen.

Was ist ein Höhenmessgerät?

Ein Höhenmessgerät ist ein Messgerät zur Messung des Abstands in Höhenrichtung von einer bestimmten Bezugsebene, z. B. bei bearbeiteten Teilen.

Es wird allgemein auch als Höhenmessgerät bezeichnet. Höhenmessgeräte messen nicht nur die Höhe des zu messenden Objekts, sondern können auch zum Abschrägen verwendet werden. Der Basispunkt ist die horizontale Fläche, auf die das Höhenmessgerät aufgesetzt wird, z. B. auf eine Planscheibe, und von diesem Bezugspunkt aus wird die Höhe gemessen.

Beim Messen wird ein Nonius verwendet, um die Höhe genau zu messen. Das Höhenmessgerät verwendet auch ein Messwerkzeug, das als Reißnadel bezeichnet wird. Der Reißnagel ist aus hartem Material und hat eine spitze Spitze, so dass auf dem Messobjekt in der exakten Höhe Linien parallel zur Messplatte angeschrägt werden können.

Verwendungszweck von Höhenmessgeräten

Höhenmessgeräte werden hauptsächlich zur Überprüfung der Fertigungsqualität von metallverarbeitenden Produkten und in der Produktentwicklung eingesetzt. Höhenmessgeräte werden zum Beispiel eingesetzt, um zu prüfen, ob die Höhe von bearbeiteten Metallprodukten innerhalb der Zeichnungsvorgaben liegt.

Höhenmessgeräte können verwendet werden, um die Höhe von einer ebenen Fläche, z. B. einer Planscheibe, genau zu messen. Die Höhe kann in Schritten von 0,01 mm gemessen werden, da die Skala mit einer Nonius-Skala abgelesen wird. Es zeichnet sich durch eine einfache Bedienung und eine präzise Höhenmessung aus und kann in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt werden, vom Messraum bis zur Fertigungsstraße.

Das Höhenmessgerät verfügt außerdem über eine Spitze aus hartem, scharfem Material, die auch zum Anzeichnen von Linien in Höhenrichtung verwendet werden kann. Es ist darauf zu achten, dass die Spitze nicht verrutscht und durch Festziehen der Stellschrauben an den Schiebern gesichert wird, um ein Verrutschen der Spitze zu verhindern.

Prinzip des Höhenmessgeräts

Das Höhenmessgerät besteht aus einer Grundplatte, einer Skala, einer Säule, auf der die Skala montiert ist, einem Nonius zum Ablesen von Minutenwerten, einem Schieber, der zur Höhenmessung auf und ab bewegt wird, und einem Reißnagel, der das Messwerkzeug darstellt.

Bei dem Höhenmessgerät handelt es sich um ein Messgerät, das zusammen mit dem zu messenden Objekt auf eine Messplatte gestellt wird. Bei der Messung wird zunächst der Schieber von oben herabgelassen und die Unterseite der Reißnadel mit dem zu messenden Objekt in Berührung gebracht. Diese Höhe ist der Messwert. Der Messwert wird an dem Punkt abgelesen, an dem sich die Hauptskala und die Nonius-Skala überschneiden, aber die Skalenablesung ähnelt der eines Messschiebers und ist etwas gewöhnungsbedürftig.

Für eine genaue Messung ist es wichtig, nicht mehr Messkraft als nötig auf die Reißnadel auszuüben und die Skala von vorne abzulesen. Außerdem muss der Messschieber parallel zur Unterseite der Basis stehen. Wenn die Reißnadel nicht richtig befestigt ist oder wenn die Ebenheit der Grundplatte usw. nicht gewährleistet ist, sind keine stabilen Messungen möglich.

Nach jahrelangem Gebrauch kann ein Höhenmessgerät aufgrund von Alterung oder anderen Faktoren auf seiner Säule kippen. Befestigen Sie eine Fühlhebelmessuhr oder ähnliches an der Stelle, an der die Reißnadel angebracht ist, und bewegen Sie den Schieber auf und ab, während Sie ihn gegen ein Lineal oder ähnliches halten, um zu sehen, wie sich der Wert ändert. Wenn die Säule geneigt ist, muss sie eingestellt oder repariert werden.

Sonstige Informationen über Höhenmessgeräte

1. Fehlerfaktoren von Höhenmessgeräten

Messfehler können bei Höhenmessgeräten aus einer Reihe von Gründen auftreten. Beispiele sind eine zu hohe Messkraft, thermische Effekte aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen Messobjekt und Messgerät sowie Parallaxeneffekte aufgrund des Winkels, unter dem die Skala abgelesen wird. Besonders wichtig ist, dass Fehler, die durch den Aufbau des Messgerätes bedingt sind, unvermeidbar sind.

Die wichtigsten Fehlerquellen, die sich aus dem Aufbau des Messgeräts ergeben, sind die Biegung der Säule und die Schrägstellung der Tastnadeln. Die Schrägstellung der Reißnadel ist aufgrund der Art und Weise, wie sie gemessen wird, und ihrer Konstruktion unvermeidlich. Da die Reißnadeln von Schiebern ausgehen, die an den Säulen von Höhenmessgeräten montiert sind, kommt es nicht nur bei der Montage der Reißnadeln zu einer Neigung, sondern im Laufe der Zeit können Lücken und Klappern in den Bauteilen auftreten, die eine Neigung der Reißnadeln verursachen können.

Auch die Durchbiegung aufgrund des Eigengewichts der Reißnadel und der zu ihrer Montage verwendeten Teile kann ein Kippen der Reißnadel verursachen. Ein gewisses Maß an diesen strukturellen Fehlern tritt auch dann auf, wenn die Reißnadel neu ist. Wenn der Fehler kleiner ist als die Auflösung des Messgeräts, besteht wenig Anlass zur Sorge, aber wenn der Fehler im Laufe der Zeit zunimmt, sollte man aufmerksam sein.

Daher ist neben der täglichen Überprüfung eine regelmäßige Kontrolle unerlässlich, z. B. durch Kalibrierung des Geräts durch einen zertifizierten Kalibrierdienstleister.

2. Vorsichtsmaßnahmen bei der Verwendung von Höhenmessgeräten

Der Boden der Hauptskala und der Sockel müssen vor und nach dem Gebrauch gereinigt werden, um zu verhindern, dass Kratzer, Rost und Öl die Gleitfähigkeit beeinträchtigen. Einige Hersteller und Produkte schreiben die Parallelität zwischen der Messfläche der Reißnadel und der Grundfläche des Höhenmessgeräts vor. Wenn sich während des Gebrauchs oder der Lagerung Staub, Späne usw. auf der Messplatte befinden, kann die Bodenfläche der Basis zerkratzt oder abgesplittert werden, was zu einer Verschlechterung der Parallelität führt.

Eine Lagerung in Bereichen mit schnellen Temperaturschwankungen ist ebenfalls nicht wünschenswert. Wiederholtes Ausdehnen und Zusammenziehen aufgrund von thermischen Einflüssen verschlechtert nicht nur die Genauigkeit, sondern führt auch zu einer Verformung des Messgeräts selbst.

Befindet sich das Messgerät in der Nähe eines Fensters oder einer Wand mit unzureichender Isolierung, ist es thermischen Einflüssen aufgrund von Temperaturunterschieden ausgesetzt. Auch wenn sich das Gerät in einem Innenraum befindet und nicht der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist, kann es nie unvorbereitet sein.