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Was ist ein Mobile Roboter?

Mobile Roboter sind Roboter, die einfache Transportaufgaben übernehmen können.

In den letzten Jahren sind mobile Roboter an sehr vielen Arbeitsplätzen eingeführt worden, aber in der Vergangenheit wurden Transportaufgaben wie die Bewegung von Waren auf Produktionslinien hauptsächlich von Menschen ausgeführt. Die technologische Entwicklung hat jedoch den Bedarf an Automatisierung erhöht, und mobile Roboter, die zur Verringerung des Personalbedarfs und zur Steigerung der Produktivität beitragen, haben sich weit verbreitet und werden an vielen Produktionsstandorten eingesetzt.

Dadurch werden sie von den schweren und einfachen Aufgaben des reinen Warentransports befreit, und ihr Einsatz bringt auch erhebliche Sicherheits- und Qualitätsvorteile mit sich. In jüngster Zeit werden immer mehr Roboter mit KI-Funktionen ausgestattet, die es ihnen ermöglichen, die optimale Route zu bestimmen und Waren an einen vorher festgelegten Ort zu transportieren.

Einsatzmöglichkeiten von mobilen Robotern

Mobile Roboter werden häufig in Fabriken eingesetzt, wo sie nicht nur für den Transport, sondern auch für die Ersetzung von Aufgaben verwendet werden, die zuvor von Menschen ausgeführt wurden.

1. Fertigungsanlagen für Automobilteile

Mobile Roboter werden eingesetzt, um schwere Teile zu transportieren und einfache Aufgaben auszuführen, die bei der Ausführung durch Menschen fehleranfällig sind. Sie können auch das Starten, Stoppen und Bewegen von Arbeitsvorgängen programmieren, indem sie automatische Steuerungseinrichtungen kombinieren.

2. Halbleiteranlagen

In Halbleiterfabriken können die Förderer die Teile auf engem Raum effizient transportieren und dabei Staus und Hindernisse vermeiden. Dies trägt dazu bei, den Personal- und Zeitaufwand in der Fabrik zu verringern.

3. Lebensmittelfabriken

Die Produktionslinien in Lebensmittelfabriken ändern sich oft mit den Jahreszeiten oder mit der Einführung neuer Produkte. Durch die Einführung von mobilen Robotern kann die Fabrik flexibel auf Änderungen in der Produktionslinie reagieren, die normalerweise Zeit in Anspruch nehmen würden, ohne dass dafür Personal oder Zeit aufgewendet werden muss. Einige Fabriken sind auch unbemannt, da sie in der Lage sind, die Produkte einzutüten, zu verpacken und zu etikettieren.

4. Logistik-Lager

Robotersteuerungen sind ideal für Logistikanlagen, in denen viele Waren ein- und ausgehen. Sie können die aktuelle Position und den Betriebszustand der Roboter überprüfen, was einen effizienten Transport ermöglicht und Fehler vermeidet.

Prinzipien mobiler Roboter

Mobile Roboter unterscheiden sich in ihren individuellen Leistungen. In diesem Artikel werden vier Funktionen und Prinzipien von mobilen Robotern beschrieben, die für die Beförderung ohne Magnetband usw. eingesetzt werden.

1. Sicherer Lauf

Der integrierte Laserscanner gibt dem Roboter eine 360°-Sicht, die es ihm ermöglicht, seinen Weg zu beurteilen und Hindernissen auszuweichen, um Kollisionen zu vermeiden. Darüber hinaus verhindern Sensoren an beiden Seiten, hinten und tief vorne Kollisionen.

2. Robustheit

Durch das Anbringen von robusten Metallabdeckungen usw. können schwere Lasten transportiert werden. Einige der größten Mobilen Roboter können bis zu 1,5 t schwere Lasten transportieren.

3. Überwachungsfunktion

Wenn mehrere Roboter eingesetzt werden, werden ihre Bewegungen in Echtzeit überwacht und gesteuert. Über Kommunikationsgeräte können Karteninformationen in die Roboter eingegeben und Anweisungen an mehrere Roboter gleichzeitig gegeben werden.

4. Sicherheitsfunktionen

Der Roboter verfügt über eine Ein-/Ausschalttaste sowie eine Not-Aus-Taste für den Notstopp. Einige Roboter sind auch mit einem Rollwagen oder einem Touchscreen erhältlich.

Weitere Informationen über Mobile Roboter

Markt für mobile Roboter

Der Markt für mobile Roboter wächst von Jahr zu Jahr. Dies ist auf den Arbeitskräftemangel in Industrieländern wie Japan und die Notwendigkeit einer sozialen Distanzierung aufgrund des neuen Coronavirus zurückzuführen, das in letzter Zeit in der ganzen Welt wütet, sowie auf die Tatsache, dass eine zunehmende Zahl von Unternehmen in der ganzen Welt aktiv auf eine Reduzierung der Arbeitskräfte hinarbeitet.

Die Zahl der Unternehmen, die in den Markt eintreten, steigt jedes Jahr aufgrund der Flexibilität und der breiteren Palette von Spezifikationen, die Roboter bieten können, und es wird erwartet, dass sie in Zukunft auch in anderen Produktionsstätten als Lebensmittel-, Halbleiter- und Automobilausrüstungsfabriken eingeführt werden.

Was ist ein Produktionsdrucker?

Produktionsdrucker sind Großdrucker, die kommerzielle und hausinterne Druckerzeugnisse mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit bedrucken.

Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine breite Palette von Papierstärken und Materialien verarbeiten und Materialien unterschiedlicher Größe bedrucken können. Produktionsdrucker ermöglichen es Unternehmen, ihre eigenen Drucksachen zu produzieren, die lebendig sind und viele Farben ausdrücken können, und können die Kosten für Visitenkarten, Umschläge, Klarsichtmappen und Verkaufspapier, das oft in großen Mengen verbraucht wird, senken.

Einsatzgebiete von Produktionsdruckern

Zu den Anwendungen für Produktionsdrucker gehören der Druck großer Mengen von Präsentationsmaterial, der Hochgeschwindigkeitsdruck von Farbfotos, Visitenkarten, Broschüren, Einladungen, Umschlägen mit Motiven, der Druck von Produktverpackungen, Werbeplakaten und Klarsichthüllen mit Motiven.

Auf einer Vielzahl von Druckobjekten kann mit hoher Geschwindigkeit ein lebendiger Druck erzielt werden. Bei der Auswahl eines Produktionsdruckers sollten die erforderlichen Funktionen und andere Faktoren in vollem Umfang berücksichtigt werden, da es sich um sehr teure Produkte handelt, die etwa 10 Millionen Yen pro Stück kosten.

Das Prinzip von Produktionsdruckern

Produktionsdrucker bestehen im Wesentlichen aus einem Papiereinzug, einer Fotoleitertrommel, einer Fixiereinheit, einem Bindesystem und einer Vorrichtung, die das Druckobjekt zum jeweiligen Mechanismus transportiert. Der Papiereinzug eines Produktionsdruckers führt der Fixiereinheit und anderen Geräten eine Vielzahl von Druckobjekten zu.

Um ein breites Spektrum an Druckerzeugnissen zu bewältigen, verwendet jedes Unternehmen Luft, um das Druckerzeugnis in Schwingungen zu versetzen und aufzurollen, um einen reibungslosen Einzug bei hohen Geschwindigkeiten zu ermöglichen.

In der Fotoleitertrommel wird Licht in elektrische Ladung umgewandelt, und der Toner wird durch statische Aufladung des bedruckten Objekts adsorbiert. In der Fixiereinheit wird der von der Fotoleitertrommel übertragene Toner durch Wärmebehandlung fixiert. Auch hier wird der Grad der Fixierung während der Wärmebehandlung variiert, um einer Vielzahl von Druckobjekten gerecht zu werden.

In Buchbindereisystemen werden Druckerzeugnisse, die geschlossen werden müssen, wie z. B. Broschüren, durch Wärmebehandlung oder durch Stanzen von Löchern gebunden.

Markt für Produktionsdrucker

In den letzten Jahren hat sich der Markt für Produktionsdrucker gewandelt.

So werden beispielsweise gedruckte Materialien (Broschüren, Einladungen, Direktwerbung) als Mittel zur Kundenansprache durch Online-Werbung auf Portalseiten und in Suchmaschinen ersetzt, was mit der verbreiteten Nutzung von Smartphones einhergeht. Gleichzeitig wird die papiergebundene Datenausgabe von Buchhaltungsunterlagen im Zusammenhang mit Geschäftsvorgängen durch die dezentrale Verarbeitung mit multifunktionalen Bürogeräten ersetzt bzw. durch den Trend zum papierlosen Drucken überhaupt erst überflüssig. Der Markt für Produktionsdrucker ist daher seit einiger Zeit rückläufig.

Die ab etwa 2010 kontinuierlich eingeführten Highspeed-Tintenstrahldrucker für den industriellen Einsatz sind dagegen auf ein Drittel des Marktes für Produktionsdrucker angewachsen (Zahlen nach Yano Research Institute). Der Grund für dieses Wachstum liegt darin, dass Tintenstrahldrucker nicht direkt mit Papier oder anderen Gegenständen in Berührung kommen, was das Bedrucken von Stoffen und Pappe ermöglicht, die vorher nicht bedruckt werden konnten. Das Aufkommen der industriellen Hochgeschwindigkeits-Tintenstrahldrucker hat zur Erschließung neuer Märkte geführt, die bisher von Produktionsdruckern nicht abgedeckt wurden, wie z. B. das Bedrucken von Kleidung und Kleinserienverpackungen für Süßwaren, und die Schrumpfung des Marktes verlangsamt sich.

Produktionsdrucker und POD

Print-on-Demand (POD) ist eine Technologie, bei der die erforderliche Anzahl von Exemplaren bei Bedarf gedruckt wird.

In der Vergangenheit wurde der Produktionsdruck auf analoge Weise durchgeführt (z. B. im Buchdruck, wie er für den Zeitungsdruck verwendet wird. der eine hervorragende Bildqualität bietet) und bezieht sich auf den Druck großer Mengen von Drucken mit demselben Inhalt. In den letzten Jahren haben Fortschritte in der Digitaltechnik und der MEMS-Technologie (mikroelektromechanische Systeme) auch POD-fähige Produktionsdrucker auf den Markt gebracht, deren Ausdrucksmöglichkeiten die von gedruckten Materialien wie Plakaten in Bezug auf die Bildqualität übertreffen.

Es wird erwartet, dass POD auch in Zukunft zur Marktexpansion beitragen wird, da es den Druck von Kundennamen direkt auf Broschüren und Direktwerbung sowie den Druck von auf die Kundenpräferenzen zugeschnittenen Werbebildern, Blatt für Blatt, ermöglicht.

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.

Was ist eine Vakuumpumpe?

Eine Vakuumpumpe ist ein Gerät, das Luft aus einem Gerät oder Behälter absaugt und ein Vakuum erzeugt. Eine Vakuumpumpe besteht aus einer Pumpe, einem Auslassventil und einem Einlassventil. Es wurden viele Mechanismen für Vakuumpumpen entwickelt, um ein Vakuum zu erzeugen.

Es gibt Unter-, Mittel- und Hochvakuum, und die zu verwendende Vakuumpumpe muss unter Berücksichtigung des erforderlichen Vakuums, der Zeit, die zum Erreichen des Vakuums benötigt wird, und der Temperaturumgebung, in der sie eingesetzt werden soll, entsprechend ausgewählt werden. Man unterscheidet zwischen trockenen und nassen Pumpen, je nachdem, ob Öl verwendet wird oder nicht.

Anwendungen von Vakuumpumpen

Vakuumpumpen werden bei der Herstellung von medizinischen Geräten und Vorrichtungen, in Lebensmittelfabriken, in der Elektroindustrie und in der Halbleiterindustrie eingesetzt. Sie werden auch als Hilfsmittel in medizinischen und wissenschaftlichen Geräten eingesetzt, die ein Vakuum benötigen. Es wurden mehr als zehn verschiedene Arten von Vakuumpumpen entwickelt, deren Eigenschaften man kennen und entsprechend auswählen muss.

Die wichtigsten Anwendungen von Vakuumpumpen sind:

• Aspiratoren für Speichel bei der Zahnpflege
• Erzeugung von Vakuumabschnitten in Vakuumflaschen
• Erzeugung einer Vakuumumgebung bei der Verwendung von Plasma in Halbleiterprozessen
• beim Verkleben von Lebensmittelverpackungsmaterialien
• Vakuumquellen für wissenschaftliche und Forschungsgeräte (Verdampfer, Filtration, Vakuumtrockner, Exsikkatoren usw.)
• Vakuumpumpen mit großem Fassungsvermögen für Produktionsanlagen in Fabriken

Funktionsweise der Vakuumpumpen

Vakuumpumpen werden nach ihrem Funktionsprinzip eingeteilt, wobei das Funktionsprinzip der gebräuchlichsten Vakuumpumpen im Folgenden beschrieben wird:

1. Ölgedichtete Rotationsvakuumpumpen

Ölgedichtete Vakuumpumpen sind ein Oberbegriff für nasse Pumpen, die Öl verwenden, um die Pumpe luftdicht zu machen, wobei die Wirkung der rotierenden Rotoren und anderer Teile die angesaugte Luft herausdrückt. Sie werden auch Rotationsvakuumpumpen genannt.

Zu den detaillierten Formen gehören Öl-Vakuumpumpen mit rotierenden Schaufeln, Öl-Vakuumpumpen mit Nocken und Öl-Vakuumpumpen mit oszillierenden Kolben. Die Formen der Rotorblätter, des Nockens, des oszillierenden Teils, der mit dem Kolben gekoppelt ist, und des Teils, der mit der Luft in Berührung kommt, sind unterschiedlich, aber bei allen Formen wird ein Vakuum erzeugt, indem Luft ausgestoßen wird, während sich der Rotor dreht.

Solange Öl verwendet wird, ist der Öldampfdruck die Grenze des Vakuums, aber das Öl sorgt für eine stabile Leistung und ein mittleres Vakuum kann mit einem kleinen Gerät leicht erreicht werden.

2. Öldiffusionsvakuumpumpen

Öldiffusionsvakuumpumpen bestehen aus einem Kessel, einer Strahldüse und einem Kondensator. Das im Kessel zu Dampf erhitzte Öl wird von den Strahldüsen mit Überschallgeschwindigkeit eingespritzt, wodurch Luftmoleküle im Inneren der Pumpe zur Auslassöffnung gedrückt werden. Das verdampfte Öl wird im Kondensator zu flüssigem Öl und wird wiederverwendet.

3. Trockene Vakuumpumpen mit Drehschieber

Trockene Vakuumpumpen mit Drehschieber sind ölfreie Vakuumpumpen mit einem rotierenden Rotor und Schaufeln, die die über die Einlassöffnung angesaugte Luft durch Umwälzen absaugen. Da die Rückströmung der Luft nicht verhindert werden kann, sind die Bedingungen für ein niedriges Vakuum begrenzt, aber es kann ein hohes Saugvermögen erreicht werden.

4. Trockene Vakuumpumpen mit oszillierendem Kolben

Trockene Vakuumpumpen mit oszillierendem Kolben sind Vakuumpumpen, die einen Kolben verwenden, der mit einer exzentrisch rotierenden Welle verbunden ist, um Luft herauszupressen. Aufgrund ihres Aufbaus können sie nicht verhindern, dass Luft rückwärts strömt, und sind daher auf niedrige Vakuumbedingungen beschränkt, aber sie sind leicht zu warten.

5. Trockene Vakuumpumpen mit Membrane

Membranpumpen (Membranpumpen) kombinieren die Hin- und Herbewegung einer Membran aus Gummi, Harz oder Metall mit einem Rückschlagventil zur Förderung von Flüssigkeiten. Bei der Verwendung als Vakuumpumpe macht das Rückschlagventil die Verwendung von Öl zur Abdichtung überflüssig und ermöglicht die Verwendung der Pumpe als trockene Pumpe. Durch eine hin- und hergehende Bewegung wird wiederholt Luft von der zu evakuierenden Seite angesaugt und in die Atmosphäre abgegeben, um ein Vakuum zu erzeugen.

6. Trockene Vakuumpumpen mit Spiralgehäuse

Trockene Vakuumpumpen mit Spiralgehäuse sind trockene Vakuumpumpen, die durch eine Kombination aus Spiralstator- und Rotorbewegung absaugen. Durch die Spiralbewegung wird die Luft zur Mitte hin angesaugt und aus der Mitte abgesaugt.

7. Turbomolekularpumpen

Turbomolekularpumpen sind trockene Vakuumpumpen in Form von Turbinen. Die Turbinenschaufeln drehen sich mit hoher Geschwindigkeit, nahe an der thermischen Bewegung der Moleküle, und saugen die Luft ab, indem sie entsprechend der Neigung der Turbinenschaufeln eine Verzerrung der Molekularbewegung erzeugen. Damit sich die Turbinenschaufeln mit hoher Geschwindigkeit drehen können, muss die Pumpe in einem bestimmten Vakuum betrieben werden und wird in Kombination mit anderen Vakuumpumpen eingesetzt.

Auswahl einer geeigneten Vakuumpumpe

Bei der Auswahl einer Vakuumpumpe wird der Pumpentyp durch den erreichten Vakuumgrad, die Pumpzeit und das Saugvermögen bestimmt. Es gibt ein Grobvakuum, ein mittleres Vakuum und ein Hochvakuum, und für jedes dieser Vakuumpumpen gibt es eine passende Pumpe.

1. Vakuumpumpen für Grobvakuum

Für ein niedriges Vakuum gibt es trockene Membranpumpen, trockene Oszillationskolbenpumpen und trockene Drehkolbenpumpen. Membran-Trockenpumpen haben keine gleitenden Teile wie Drehkolben-Trockenpumpen, so dass sie keine Partikel durch Rühren erzeugen und ein sauberes Vakuum erzeugen können. Der oszillierende Kolbentyp hat eine einfache Struktur und ist leicht zu warten. Drehkolbenpumpen können ein hohes Saugvermögen erreichen.

2. Vakuumpumpen für mittleres Vakuum

Für mittlere Vakuumbereiche gibt es Scroll- und ölumlaufende Typen. Viele Scroll-Pumpen arbeiten mit zweistufiger Verdichtung, um den Wirkungsgrad zu gewährleisten, und sind vibrations- und geräuscharm. Wie der Name schon sagt, werden ölumlaufende Pumpen mit Öl geschmiert und abgedichtet, was zu einem hohen Wirkungsgrad und einer guten Vakuumstabilität führt.

3. Vakuumpumpen für Hochvakuum

Zu den Vakuumpumpen für Hochvakuum gehören Roots-Vakuumpumpen (mechanische Booster), die durch die Rotation von zwei Rotoren ansaugen und verdichten, mehrstufige Roots-Vakuumpumpen, die mehrere Roots-Pumpen integrieren, und Öldiffusions-Vakuumpumpen, die eine einfache Struktur und ein hohes Saugvermögen aufweisen. Darüber hinaus gibt es Turbomolekularpumpen und Kryopumpen für so genannte Ultrahochvakuumanwendungen.

Da es viele verschiedene Arten von Vakuumpumpen gibt, ist es wichtig, ihre Merkmale und Eigenschaften genau zu kennen und die richtige Pumpe für die jeweilige Anwendung auszuwählen.

Wie man Vakuumpumpen verwendet

Bei Geräten, die mit Vakuum arbeiten, wird die Vakuumpumpe nach dem erreichten Vakuumgrad und der Pumpzeit ausgewählt. Da sich das Saugvermögen im Allgemeinen mit zunehmendem Vakuum verlangsamt und einige Vakuumpumpen für Hochvakuum nicht unter Atmosphärendruck eingesetzt werden können, werden Vakuumpumpen manchmal nicht allein, sondern in Kombination verwendet.

So kann beispielsweise durch Umschalten zwischen Pumpen mit niedrigem Vakuum und hohem Saugvermögen und Pumpen für Hochvakuum oder durch deren gemeinsame oder gleichzeitige Verwendung ein gewisses Saugvermögen auch im Hochvakuum erreicht werden.

Ein konkretes Beispiel ist die Verwendung einer ölumlaufenden Pumpe, um ein Vakuum bis zu einem niedrigen Vakuumbereich zu erzeugen (Vorvakuum) und dann auf eine mechanische Booster-Pumpe umzuschalten, um ein Vakuum bis zu einem hohen Vakuum zu erzeugen (Hauptsaugen).

Alternativ können zwei Arten von Vakuumpumpen miteinander verbunden werden und eine Pumpe für mittleres und niedriges Vakuum dazwischengeschaltet werden, so dass eine Pumpe für Hochvakuum auch bei Atmosphärendruck verwendet werden kann.

Weitere Informationen zu Vakuumpumpen

Öl in Vakuumpumpen

Öldrehkolben-Vakuumpumpen bieten bei richtiger Anwendung eine stabile Leistung, aber das Ölmanagement ist wichtig. Aufgrund der Art des Vakuums, das durch das Ansaugen von Gasen entsteht, werden Verunreinigungen (z. B. Wasser) im angesaugten Material unweigerlich mit dem Öl vermischt. Diese Verunreinigungen verschlechtern die Leistung des Öls.

Die meisten ölgedichteten Vakuumpumpen verfügen über eine Funktion namens Gasballastierung, die flüchtige Bestandteile verdampft. Eine tägliche Kontrolle des Ölstands und ein regelmäßiger Ölwechsel sind ebenfalls wichtig. Darüber hinaus kann es sich je nach Situation lohnen, die Situation zu überprüfen, z. B. die ölgedichtete Vakuumpumpe durch eine trockene Pumpe mit ähnlicher Leistung zu ersetzen, wenn die Anwendung anfällig für Ölverunreinigungen ist, aber vorläufig eine ölgedichtete Vakuumpumpe installiert wurde, weil sie kostengünstig ist.

Was ist ein Oszilloskop?

Ein Oszilloskop ist ein Instrument, das elektrische Signale als Wellenformen auf einem Bildschirm ausgibt und sich dadurch auszeichnet, dass es Signaländerungen über die Zeit in zwei Dimensionen beobachten kann.

Oszilloskope werden grob in analoge Oszilloskope und digitale Oszilloskope eingeteilt.

1. Analoge Oszilloskope

Dieser Begriff bezieht sich auf Oszilloskope, die Wellenformen durch Abtasten eines Elektronenstrahls über die Röhrenoberfläche einer Kathodenstrahlröhre zeichnen, um das Eingangssignal zu beobachten. Das Eingangssignal des Oszilloskops wird sofort und mit nur geringer Verzögerung als Wellenform angezeigt.

2. Digitales Oszilloskope

Bezieht sich auf ein Oszilloskope, das das Eingangssignal mithilfe eines A/D-Wandlers in digitale Daten umwandelt, die Daten im Speicher speichert und dann die Wellenform auf dem Display anzeigt. Im Gegensatz zu analogen Oszilloskope handelt es sich um eine Sammlung diskreter Daten, so dass die Daten zwischen den einzelnen Daten ergänzt und als glatte Kurve angezeigt werden.

Anwendungen von Oszilloskopen

Oszilloskope beobachten elektrische Signale in Form von Wellenformen und ermöglichen es dem Benutzer, den Betrieb elektronischer Schaltungen visuell zu überprüfen. Oszilloskope können verwendet werden, um die Signalwellenformen in elektronischen Schaltungen zu überprüfen und sicherzustellen, dass sie wie im Entwurf vorgesehen funktionieren.

Bei der Funktionsprüfung von digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen müssen die Signale mit einem zuverlässigen Timing erfasst werden, das nicht durch digitale Signalschwankungen (Jitter) beeinträchtigt wird, und Oszilloskope werden zur Festlegung dieses Timings verwendet.

Oszilloskope sind auch ein effektives Messinstrument für die Reparatur elektronischer Geräte, denn wenn die Ursache eines Geräteausfalls in der elektronischen Schaltung liegt, kann der fehlerhafte Teil durch Verfolgung der Signalwellenformen der verschiedenen Teile der elektronischen Schaltung aufgespürt werden.

Funktionsweise der Oszilloskope

Bei herkömmlichen analogen Oszilloskopen wird das vom Tastkopf eingegebene Signal an den vertikalen Verstärkungskreis des Oszilloskops weitergeleitet. Das Signal wird in der vertikalen Verstärkerschaltung abgeschwächt oder verstärkt und dann an die vertikale Ablenkplatte der Kathodenstrahlröhre weitergeleitet.

Die an die vertikale Ablenkplatte angelegte Spannung bewirkt, dass der Elektronenstrahl nach oben und unten abgetastet wird. Diese Abfolge von Vorgängen ist das Prinzip des Oszilloskops. Das Eingangssignal wird gleichzeitig an die Triggerschaltung weitergeleitet, und der Elektronenstrahl beginnt mit der horizontalen Abtastung, sobald das Signal mit der eingestellten Triggerbedingung übereinstimmt.

Bei digitalen Oszilloskope wird das Eingangssignal von einem A/D-Wandler in digitale Daten umgewandelt und die Daten werden sequentiell im Speicher abgelegt. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit ab dem Zeitpunkt, an dem das Eingangssignal die Triggerbedingung erfüllt, wird die Speicherung neuer Daten gestoppt.

Infolgedessen zeichnet der oben genannte Speicher die Signale vor und nach dem Zeitpunkt auf, an dem die Triggerbedingung erfüllt ist, und diese Signale werden als Wellenformen auf dem Display angezeigt. Mit anderen Worten: Die Signalform vor dem Trigger kann ebenfalls beobachtet werden.

Die Daten im Speicher können auch zur Wellenformanalyse verwendet werden, z. B. zur Frequenzanalyse von Signalen mittels FFT-Operationen. Außerdem können die Daten zur Analyse und Datenspeicherung auf einem PC auf eine Speicherkarte ausgegeben werden.

Auswahl eines Oszilloskops

Bei der Auswahl eines Modells ist es wichtig, dass das Oszilloskope über ausreichende Spezifikationen für die Messaufgabe verfügt. Dabei sind insbesondere der Frequenzgang, die Abtastrate, die Anzahl der Kanäle, die Speichergröße und die verfügbaren Tastertypen zu berücksichtigen.

Neben der grundsätzlichen Verwendung von Oszilloskope für die Beobachtung von Wellenformen werden aktuelle Oszilloskope zunehmend für die Überprüfung von Zeitabläufen, die Analyse von Wellenformen und die Prüfung der Konformität eingesetzt, und der Messbereich und die Funktionalität nehmen entsprechend zu. Daher ist es notwendig, ein Modell auszuwählen, dessen Funktionen für den jeweiligen Einsatzzweck geeignet sind.

Einsatz der Oszilloskope

Oszilloskope können nicht nur Spannungsschwankungen über die Zeit beobachten, sondern auch die Frequenz von wiederholten Signalen messen und Lissajous-Kurven zeichnen. Oszilloskope werden häufig für die Bewertung elektronischer Schaltungen, die Beobachtung der Wellenform von Video- und Audiosignalen, die Prüfung des Ansprechverhaltens von Leistungsgeräten, die Messung der Zeitspanne von digitalen Hochgeschwindigkeitsschaltungen und die Bewertung von Mechatronikprodukten eingesetzt.

Die Vorbereitung auf die Messung umfasst die Phaseneinstellung der Messfühler und den Abgleich zwischen den Messfühlern. Der Versatzabgleich ist besonders wichtig, wenn Strom- und Spannungssonden zusammen verwendet werden, da die Stromsonde eine große Verzögerungszeit hat. Um eine ausreichende Messgenauigkeit zu gewährleisten, muss nach dem Einschalten der Stromversorgung etwa 30 Minuten gewartet werden, bevor gemessen wird.

Der Trick, um tatsächlich die gewünschte Wellenform zu beobachten, ist die Triggereinstellung. Während bei analogen Oszilloskope nur die Flankensteilheit, der Triggerpegel und die Triggerverzögerung eingestellt werden können, lassen sich bei digitalen Oszilloskope darüber hinaus verschiedene Triggerbedingungen wie Pulsbreite und Intervall einstellen.

Darüber hinaus ist auch eine sequenzielle Triggerung möglich, bei der Signale erfasst werden, wenn mehrere Triggerbedingungen erfüllt sind. Es sind Techniken erforderlich, um diese zur Erfassung des zu beobachtenden Signals zu nutzen.

Weitere Informationen zu Oszilloskopen

1. Merkmale und Unterschiede zwischen analogen und digitalen Oszilloskopen

Die Merkmale der beiden Arten von Oszilloskopen lassen sich wie folgt zusammenfassen

Analoge Oszilloskope

• Hervorragende Echtzeitleistung, mit einer kurzen Totzeit zwischen der Erfassung und der Anzeige eines neuen Signals
• Die Häufigkeit des Auftretens identischer Wellenformen kann anhand der Helligkeit des Signals bestimmt werden
• Nicht geeignet für die Beobachtung von einmaligen Phänomenen oder Phänomenen mit geringer Wiederholungshäufigkeit
• Erfordert eine fotografische Ausrüstung zur Speicherung der Beobachtungsergebnisse
• Eine Analyse anhand von Wellenformen ist nicht möglich

Digitale Oszilloskope

• Kann zusätzliche Informationen über einmalige Phänomene anzeigen
• Die Beobachtungsergebnisse können als elektronische Daten verarbeitet und somit leicht gespeichert werden
• Wellenformen können als digitale Daten verarbeitet und von einem Prozessor analysiert werden
• Die eigentliche Beobachtungszeit ist aufgrund der langen Totzeit, die für die Signalverarbeitung erforderlich ist, relativ kurz
• Bei wiederholten Wellenformen geht die Frequenzinformation verloren

Heutzutage gibt es keine analogen Oszilloskope mehr, die nur für industrielle Messanwendungen geeignet sind, und digitale Oszilloskope sind fast zu 100 % die erste Wahl.

Dies ist auf die weit verbreitete Verfügbarkeit von Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandlern und -Prozessoren für die Wellenformverarbeitung sowie auf technologische Fortschritte zurückzuführen, die die Mängel digitaler Oszilloskope ausgleichen und zur Verfügbarkeit hochfunktioneller Produkte zu relativ niedrigen Preisen geführt haben.

2. Zu beachtende Punkte bei Oszilloskopen

Bei der Verwendung eines Oszilloskops zur Beobachtung korrekter Kurvenformen sind mehrere Punkte zu beachten, und es ist besonders wichtig, ein Modell mit einem Frequenzgang zu wählen, der das zu messende Frequenzband ausreichend abdeckt.

Der Frequenzgang eines Oszilloskops ist definiert als die Frequenz, bei der die Amplitude auf -3 dB abfällt. Für eine genaue Amplitudenmessung sollte also ein Modell mit einem Frequenzgang gewählt werden, der etwa das Fünffache der Frequenz des zu messenden Signals beträgt.

Bei digitalen Oszilloskope ist auch auf die Abtastfrequenz der Daten zu achten. Wenn die Abtastfrequenz weniger als das Doppelte der Frequenz des zu prüfenden Signals beträgt, kommt es zu Aliasing und es werden falsche Wellenformen angezeigt.

Was ist ein Logikanalysator?

Ein Logikanalysator ist ein Analysator für digitale Signale und ein Messgerät, dessen Hauptzweck darin besteht, die Funktionsweise digitaler Schaltungen zu überprüfen.

Als Gerät zur Analyse von Signalen wird er manchmal mit einem Oszilloskop verglichen, das hauptsächlich für die Analyse von analogen Signalen verwendet wird.

Anwendungen von Logikanalysatoren

Logikanalysatoren sind unverzichtbare Werkzeuge für die Überprüfung und Fehlersuche bei digitalen Schaltungen und werden in der Produktentwicklung und -herstellung eingesetzt.

Bei mehreren Signaleingängen werden die analogen Merkmale nicht gemessen, sondern vor der Verarbeitung anhand von Schwellenwerten in 0s und 1s umgewandelt. Da die Signale als digitale Daten behandelt werden, werden sie in digitalen Schaltungen verwendet für

• Fehlersuche und Überprüfung des Systembetriebs
• Gleichzeitige Verfolgung und Korrelation mehrerer digitaler Signale
• Erkennung von Timing-Verletzungen und Transienten auf Bussen
• Verfolgung der Ausführung von eingebetteter Software

Funktionsweise des Logikanalysators

Eine Sonde wird an der Messstelle des zu prüfenden Systems (SUT: System under test) platziert und die Signale werden in den Logik-Analysatoren eingegeben. Die erfassten Signale werden zunächst in einen Komparator eingegeben.

Der Komparator vergleicht das Signal mit einer vom Benutzer willkürlich eingestellten Schwellenspannung (Schwellenwert), und wenn es höher oder niedriger als die Schwellenspannung ist, wird das Signal als 1 oder 0 an die nachfolgende Stufe weitergegeben. Mit anderen Worten: Nachdem das Signal den Komparator durchlaufen hat, wird es als digitales Signal behandelt.

Der Ausgang des Komparators wird als digitales Signal ausgegeben, das den Takt- und Triggerbedingungen entspricht. Der Takt kann je nach Anwendung entweder der interne Abtasttakt des Logikanalysators oder ein externer Takt vom SUT sein.

Ersteres dient dazu, Zeitinformationen zwischen den einzelnen Signalen zu erhalten, letzteres, um den Zustand zu ermitteln. Triggerbedingungen können für verschiedene Elemente festgelegt werden, wie z. B. bestimmte logische Muster, Zählungen einer beliebigen Anzahl von Ereignissen und Ereignisdauern.

Es ist wichtig, den geeigneten Schwellenwert auf der Grundlage des Signalpegels der zu prüfenden Schaltung festzulegen und die geeigneten Takt- und Triggerbedingungen für die zu erhaltenden Informationen einzustellen.

Verwendung des Logikanalysators

Schließen Sie die Sonde an das SUT an und legen Sie Namen für die einzelnen Eingangssignale fest. Bei der Messung mehrerer Signale, z. B. von Bussen, ist es einfacher, die Messergebnisse zu beobachten, wenn sie gruppiert und registriert werden.

Bestimmen Sie dann die Zeit für die Abtastung des Signals. Je höher die Abtasttaktfrequenz, desto detaillierter kann die Signalmessung sein. Andererseits ist die Menge der Daten, die erfasst werden können, konstant, so dass der zu beobachtende Zeitbereich kleiner wird. Das Signalabtastintervall lässt sich anhand der folgenden Formel berechnen.

Abtastintervall (sec) = 1/Frequenz (Hz)

Schließlich gibt es noch die Einstellung der Triggerbedingung. Mit der Einstellung der Triggerbedingung können Sie nicht nur die Messung starten, sondern auch festlegen, wie der Bildschirm angezeigt werden soll, wenn ein Trigger auftritt. Für die Bildschirmanzeige können Sie festlegen, ob die Messung nach einem Trigger angehalten werden soll oder ob die Messergebnisse bei jedem Trigger aktualisiert werden sollen.

Weitere Informationen zu Logikanalysatoren

1. Unterschiede zwischen Logik-Analysatoren und Oszilloskopen

Während Oszilloskope analoge Merkmale wie z. B. Signalverläufe beobachten können, verarbeiten Logikanalysatoren digitale Daten (Informationen) von Signalen.

Oszilloskope liefern eine größere Menge an Informationen aus einem einzigen Signal, können aber nur etwa vier Signale (vier Kanäle) gleichzeitig beobachten, während sich Logikanalysatoren durch ihre Fähigkeit auszeichnen, eine große Anzahl von Eingangssignalen gleichzeitig zu verarbeiten.

2. Zu beachtende Punkte bei der Anwendung eines Logikanalysators

Bei der Verwendung eines Logikanalysators sind einige Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, die man kennen sollte, um Fehlfunktionen des Prüflings oder des Logikanalysators zu vermeiden und korrekte Messergebnisse zu erhalten.

Vergewissern Sie sich, dass der SUT ausgeschaltet ist
Beim Anschluss einer Sonde an den SUT besteht die Gefahr eines Kontakts zwischen dem Messpunkt und seiner Umgebung über die Sonde; wenn der SUT unter Spannung steht, kann in diesem Moment ein großer Strom fließen und einen Fehler verursachen. Achten Sie daher immer darauf, dass der Prüfling nach dem Anschließen der Sonden unter Spannung steht.

Auswahl der richtigen Sonde für die Anwendung
Zu den Tastköpfen gehören Flying-Lead-Tastköpfe, bei denen für jedes zu messende Signal ein separater Leiter angeschlossen wird, Steckertastköpfe, die an einen speziellen Anschluss des Logikanalysators angeschlossen werden, und steckerlose Tastköpfe, die direkt an die Grundfläche der Leiterplatte angeschlossen werden. Wählen Sie die Sonde entsprechend der Anwendung aus.

Stellen Sie die Messbedingungen entsprechend der Anwendung ein
Stellen Sie den Abtasttakt und die Aufzeichnungszeit entsprechend der Änderungsfrequenz des zu messenden Signals und des Messbereichs ein. Wählen Sie je nach Leistung des Logikanalysators die Einstellungen und das Modell, um korrekte Messergebnisse auf der Grundlage der Auflösung und der Speicherkapazität zu erhalten.

Was ist ein Hochspannungstransformator?

Ein Hochspannungstransformator ist ein Transformator, der eine hohe Spannung als Primärspannung einspeist und eine abgesenkte oder aufgestockte Sekundärspannung ausgibt.

Ein Transformator, auch Übertrager genannt, ist ein Gerät, das die Spannung eines Eingangsstroms in eine andere Ausgangsspannung umwandelt. Die Umwandlung in eine niedrigere Spannung als die Eingangsspannung wird als Abwärtswandlung bezeichnet, während die Umwandlung in eine höhere Spannung als Aufwärtswandlung bezeichnet wird. Stromversorgungsspannungen werden in Niederspannung, Hochspannung und spezielle Hochspannung eingeteilt, wobei die Hochspannung Wechselspannungen von 600 V bis 7 kV umfasst.

Anwendungen von Hochspannungstransformatoren

Hochspannungstransformatoren werden in der Regel für die Stromversorgung großer Anlagen mit hohem Stromverbrauch wie Fabriken, Krankenhäuser und gewerbliche Einrichtungen eingesetzt.

Der in Kraftwerken erzeugte Strom hat eine extrem hohe Spannung, die in die Zehntausende von Volt geht. Dieser kann nicht genutzt werden, wenn er direkt zum Verbraucher übertragen wird. Unter dem Gesichtspunkt der Übertragungseffizienz wird der Strom jedoch mit hoher Spannung und niedrigem Strom in der Nähe der Versorgungsquelle übertragen und dann durch einen Transformator auf eine nutzbare Spannung heruntergestuft.

Hochspannungstransformatoren sind in der Regel in Hochspannungs-Empfangsanlagen, so genannten Schaltschränken, eingebaut und befinden sich auf Dächern.

Funktionsweise von Hochspannungstransformatoren

Ein Transformator besteht aus zwei Spulen. Die beiden Spulen sind elektrisch voneinander getrennt, aber magnetisch durch einen Eisenkern verbunden.

Die Spule auf der Eingangsseite ist die Primärspule und die Ausgangsseite ist die Sekundärspule. Wenn ein Strom durch die Primärspule fließt, wird nach dem Ampere’schen Gesetz ein magnetischer Fluss erzeugt. Dieser magnetische Fluss wird durch den Eisenkern auf die Sekundärspule übertragen, wo nach dem Faradayschen Gesetz der elektromagnetischen Induktion eine Spannung erzeugt wird, die von der Anzahl der Windungen der Spule abhängt. Durch die Nutzung der Spule und des Eisenkerns kann so die Spannung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsstromversorgung umgewandelt werden.

Weitere Informationen zu Hochspannungstransformatoren

1. Kühlsystem von Hochspannungstransformatoren

Da im Inneren des Transformators aufgrund von Leistungsverlusten Wärme entsteht, wird ein Kühlsystem eingesetzt. Es gibt zwei Kühlmethoden: die ölgefüllte Methode, bei der die Wicklungen mit Isolieröl gekühlt werden, und die gegossene Methode, bei der kein Öl verwendet wird.

Hochspannungstransformatoren werden in Einrichtungen eingesetzt, in denen strenge Katastrophenschutzmaßnahmen erforderlich sind, daher wird häufig die gegossene Methode verwendet, da sie ein geringeres Brandrisiko birgt. Bei ölgefüllten Transformatoren wird Petroleum als Isolieröl verwendet. Beachten Sie, dass mit zunehmender Kapazität von Hochspannungstransformatoren und einer Ölmenge von mehr als 400 Litern allein das Öl als Gefahrstoff unter die jeweiligen Gesetze fällt.

Mit zunehmender Kapazität wird es schwieriger, selbstkühlende Transformatoren zu verwenden, so dass Zwangsumlaufsysteme eingesetzt werden.

2. Preis von Hochspannungstransformatoren

Hochspannungstransformatoren sind aufgrund ihres einfachen Mechanismus relativ preiswert unter den Industrieanlagen. Für Transformatoren mit einer allgemeinen Kurzzeitspannung von 6600 V/3300 V und einer Sekundärspannung von 400 V/200 V/105 V gibt es Katalogprodukte von verschiedenen Elektrogroßunternehmen.

Die Obergrenze für Katalogprodukte liegt bei etwa 2000 kVA, darüber werden sie auf Bestellung gefertigt. Der Durchschnittspreis für ölgefüllte, selbstkühlende Transformatoren liegt bei mehreren Tausend USD für einige zehn kVA und bei mehreren Zehntausend bis 200.000 USD für 2000 kVA (Stand 2021). Gegossene Systeme sind teurer.

Die oben genannten Preise gelten für allgemeine Abspanntransformatoren. Da spezielle Spezifikationen auf Bestellung gefertigt werden, müssen die Preise bei den Herstellern von schweren Elektromaschinen erfragt werden.

3. Leistung von Hochspannungstransformatoren

Die Kapazität eines Hochspannungstransformators wird durch den zulässigen Stromwert der Wicklungen und die Kapazität des magnetischen Eisenkerns bestimmt. Fließt ein über den zulässigen Wert hinausgehender Strom durch die Wicklungen, wird der Transformator durch ein Überstromrelais geschützt, da dies zum Durchbrennen des Transformators führen kann.

Die Leistung eines Drehstrommotors wird zum Beispiel in kW (Kilowatt) gemessen, die Leistung eines Hochspannungstransformators in kVA (kVA). Katalogprodukte für einphasige, dreipolige Hochspannungstransformatoren haben eine Obergrenze von etwa 300 kVA, während dreiphasige 400 V/200 V-Transformatoren eine Obergrenze von 2000 kVA haben.

Bei der Verwendung eines Schaltschranks liegt die Obergrenze für kommerzielle Produkte aufgrund der Größe des Schranks und der Kühlkapazität bei etwa 750 kVA.

4. Leistungsfaktor von Hochspannungstransformatoren

Es ist zu beachten, dass die Arbeit, die an einem Hochspannungstransformatoren geleistet werden kann, vom Leistungsfaktor der Last abhängt. Je weiter der Leistungsfaktor von 1 entfernt ist, desto weniger Arbeit kann aufgebracht werden. Wenn der Leistungsfaktor auf der Sekundärseite des Hochspannungstransformators bei 1 gehalten wird, kann der Hochspannungstransformator bis zu seiner Kapazität ohne Verschwendung genutzt werden.

Da Industriemaschinen viele Motoren haben, schwankt der Leistungsfaktor oft in Richtung Verzögerung. Als allgemeine Maßnahme werden Leistungskondensatoren parallel zur Last geschaltet, um diese Schwankungen auszugleichen.

Hochspannungstransformatoren sind für einen maximalen Wirkungsgrad bei Lasten um 60 % ausgelegt. Daher ist es wichtig, einen Kondensator mit einer ausreichenden Marge zu wählen, so dass die normalerweise verwendete Kapazität bei etwa 60 % liegt.

Was ist ein Vibrationsprüfgerät?

Ein  ist eine Prüfmaschine, dieVibrationsprüfgerät Schwingungen auf ein Bauteil oder ein Produkt ausübt.

Vibrationsprüfgeräte werden eingesetzt, um durch Schwingungen verursachte Schäden oder Ausfälle festzustellen und das Schwingungsverhalten von Bauteilen zu untersuchen. Jedes Produkt kann durch Ermüdung aufgrund von Vibrationen über einen langen Zeitraum hinweg beschädigt werden. Daher werden Vibrationsprüfgeräte häufig zur Qualitätssicherung eingesetzt.

Vibrationsprüfgeräte dienen in erster Linie dazu, die Schwingungsfestigkeit eines Produkts bei sinusförmiger oder zufälliger Schwingung zu prüfen. Sie werden auch zur Messung der mechanischen Impedanz, d. h. des Schwingungsverhaltens eines mechanischen Systems, zur Ermittlung der Resonanzfrequenz und für Schwingungsgegenmaßnahmen eingesetzt.

Anwendungen von Vibrationsprüfgeräten

Vibrationsprüfgeräte werden eingesetzt, um die Schwingungsfestigkeit von Bauteilen und Produkten zu prüfen und das Schwingungsverhalten von Bauteilen und Strukturen zu bestimmen.

• Prüfung, ob Produkte wie Automobilteile und elektronische Komponenten der Schwingungsumgebung standhalten und ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen können
• Prüfung der Auswirkungen von Schwingungen, denen Produkte wie Haushaltsgeräte, Bürotechnik und Lebensmittel während des Transports ausgesetzt sind, auf Produkte und ihre Verpackung
• Prüfung der Erdbebensicherheit von Baumaterialien und Gebäuden selbst sowie der Wirksamkeit von seismischen Isolierungs- und Schwingungsdämpfungsstrukturen
• Schwingungseigenschaften von Turbinenschaufeln und Torsionsschwingungseigenschaften von Wellen in Turbinengeneratoren
• Mechanische Impedanzmessung von Werkzeugmaschinenrahmen
• Kalibrierung von Schwingungsmessern und Seismometern, usw.

Funktionsweise der Vibrationsprüfgeräte

Vibrationsprüfgeräte werden nach ihrem Antriebssystem in mechanische, hydraulische, elektrodynamische und servomotorische Typen eingeteilt, die jeweils ein anderes Prinzip haben.

1. Mechanische Vibrationsprüfgeräte

Bei diesem System wird ein Motor als Antriebskraft verwendet, um die Rotationsbewegung mechanisch in eine Hin- und Herbewegung umzuwandeln. Im Vergleich zu hydraulischen und elektrodynamischen Systemen sind mechanische Schwingungsprüfgeräte relativ preisgünstig. In den letzten Jahren wurden die mechanischen Systeme aufgrund ihrer unzureichenden Steuerbarkeit durch andere Systeme ersetzt.

2. Hydraulische Vibrationsprüfgeräte

Dieses System nutzt den hydraulischen Druck einer Hydraulikpumpe als Antriebskraft. Das Servoventil schaltet den Hydraulikkreislauf mit hoher Geschwindigkeit in Schwingung. Es ist geeignet, wenn eine niedrige Schwingungsfrequenz, lange Hübe und eine hohe Leistung erforderlich sind. Der Frequenzbereich liegt bei 1-300 Hz. Wird häufig verwendet, wenn große Strukturen wie Gebäude durch seismische Wellen in Schwingungen versetzt werden.

3. Elektrokinetische Vibrationsprüfgeräte

Diese Methode nutzt die Lorentzkraft, die entsteht, wenn ein elektrischer Strom an einen Leiter in einem Magnetfeld angelegt wird. Indem ein Wechselstrom durch eine Antriebsspule fließt, die in einem Magnetfeld mit einer Erregerspule installiert ist, wird als Reaktion auf den Strom eine Hin- und Herbewegung erzeugt.

Die Schwingung des Schwingerregers wird von einem Aufnehmer erfasst und an das Steuergerät weitergeleitet, das die Schwingung auf einem bestimmten Wert hält. Eine Besonderheit dieses Verfahrens ist der weite Bereich der Schwingungsfrequenzen des Rüttlers, der bis zu besonders hohen Schwingungsfrequenzen reichen kann. Der Schwingfrequenzbereich liegt in der Regel zwischen 5 und 3.000 Hz, einige kleinere Schwingerreger sind jedoch für höhere Frequenzen bis zu 40 000 Hz geeignet.

4. Vibrationsprüfgeräte für Servomotoren

Bei dieser Methode der Schwingungsprüfung wird ein Servomotor-Linearantrieb verwendet, der eine Kombination aus einem AC-Servomotor und einer Kugelumlaufspindel ist. Die Belastbarkeit ist geringer als beim hydraulischen Typ und der Frequenzbereich ist geringer als beim elektrodynamischen Typ. Der Betriebsbereich liegt zwischen dem hydraulischen und dem elektrodynamischen Typ. Der Frequenzbereich liegt zwischen 0,01 und 300 Hz.

Weitere Informationen zu Vibrationsprüfgeräten

1. Arten der Vibrationsprüfung

Die Arten der Vibrationsprüfung werden in Sinus-Erschütterungs-Prüfung, Zufallsschwingungsprüfung und Stoßprüfung unterteilt.

Sinus-Erschütterungs-Prüfung
Hierbei handelt es sich um eine Prüfung, bei der die Vibration in einer festen Periode wiederholt wird. Es gibt zwei Prüfmethoden: eine, bei der die Schwingungsfrequenz und -amplitude fest sind, und eine andere, bei der die Frequenz überstrichen und die Amplitude entsprechend der Schwingungsfrequenz eingestellt wird. Sie wird hauptsächlich zur Überprüfung der Vibrationsfestigkeit verwendet. Es gibt auch einen Test, bei dem die Schwingungsfrequenz variiert wird, um Resonanz, Resonanzfrequenz und Schwingungseigenschaften der Probe zu prüfen.

Zufallsschwingung-Vibrationstest
Hierbei handelt es sich um eine Prüfung, bei der eine zufällige Schwingungsform ohne Regelmäßigkeit zur Anregung verwendet wird. Die Prüfbedingungen werden in Bezug auf die Frequenzbandbreite und die Spektraldichte der Beschleunigung festgelegt. Die Prüfung wird in drei Richtungen durchgeführt: oben, unten, links, rechts und hinten. Sie bietet eine gute Reproduktion des Verhaltens elektrischer Produkte und elektronischer Komponenten unter den Schwingungsbelastungen beim Betrieb von Landfahrzeugen und beim Transport in der Luft- und Raumfahrt. Sie ist daher sehr effektiv bei der Erkennung von Leistungseinbußen und mechanischen Ausfällen aufgrund von Stressakkumulation und liefert Testergebnisse, die näher an der Marktumgebung liegen.

Schockprüfung
Im Allgemeinen handelt es sich hierbei um eine Prüfung, bei der eine gepulste Stoßwellenform mit einer bestimmten Spitzenbeschleunigung und Einwirkungsdauer auf die Probe einwirkt. Dabei werden die Widerstandsfähigkeit und die Eigenschaften gegenüber der Schockumgebung bewertet.

2. Trend zu größeren und kleineren Vibrationsprüfgeräten

Vibrationsprüfgeräte werden immer größer. Während in der Vergangenheit vor allem elektrische Produkte, elektronische Bauteile und Automobilteile geprüft wurden, wächst der Bedarf an Verpackungsgut, Teilen für Schienenfahrzeuge, die Luft- und Raumfahrtindustrie und erdbebensicheres Bauen. Außerdem sind die von der Luft- und Raumfahrtindustrie geforderten Schwingungsfrequenzen höher als die für Verbraucher- und Automobilprodukte, so dass Prüfgeräte entwickelt wurden, die diese Spezifikationen erfüllen.

Es besteht auch ein zunehmender Bedarf an kleineren Vibrationsprüfgeräten. Ein Beispiel dafür sind die Vibrationsprüfgeräte für den Tischbetrieb. Diese Prüfgeräte werden eingesetzt, um Lötfehler auf Leiterplatten, Kontaktfehler an Steckern, nicht richtig angezogene Schrauben und Muttern usw. festzustellen. Es wurden auch handgehaltene Vibrationsprüfgeräte entwickelt. Diese Geräte werden zur Überprüfung der Vibrationsfestigkeit elektronischer Geräte und zur Messung des Vibrationsverhaltens an bestimmten Stellen eingesetzt.

Was ist ein Ultraschallsensor?

Ein Ultraschallsensor ist ein Gerät, das Ultraschallwellen zur Messung der Entfernung zu einem Objekt verwendet.

Ultraschall ist ein Oberbegriff für Töne, die eine hohe Frequenz haben und vom Menschen nicht gehört werden können. Das menschliche Ohr kann Frequenzen zwischen 20 Hz und 20 000 Hz wahrnehmen, aber Töne mit höheren Frequenzen werden als Ultraschall bezeichnet.

Ultraschallsensoren erzeugen Ultraschallwellen und messen die Entfernung, indem sie die reflektierten Schallwellen erfassen. In den letzten Jahren sind sie kleiner, leichter und billiger geworden und werden daher häufig eingesetzt.

Anwendungen von Ultraschallsensoren

Ultraschallsensoren werden sowohl im Haushalt als auch in der Industrie eingesetzt.

Im Haushalt wird der Vorteil der berührungslosen Entfernungsmessung in Entfernungsmessern für Fahrzeuge und in Handtuchstrahlern genutzt. Entfernungsmesser in Fahrzeugen werden aufgrund der vorgeschriebenen Bremsen zur Reduzierung von Kollisionsschäden immer beliebter.

Zu den industriellen Anwendungen gehören Füllstandsmessgeräte für Abwassertanks und chemische Lagertanks. Sie werden häufig für hochkorrosive Flüssigkeiten verwendet.

Auch bei Fischfindern werden Ultraschallsensoren eingesetzt. Dies ist eine seit langem etablierte Anwendung von Ultraschallsensoren.

Funktionsweise der Ultraschallsensoren

Ultraschallsensoren messen die Entfernung, indem sie Ultraschallwellen aussenden und die reflektierten Wellen erfassen.

Die Geschwindigkeit des Schalls wird durch die Atmosphäre bestimmt, in der er sich ausbreitet. Man schätzt sie auf etwa 340 m/s in der Luft und 1500 m/s im Wasser. Wenn die sich ausbreitende Atmosphäre bekannt ist, kann die Entfernung durch Messung der Zeit, die die reflektierten Wellen benötigen, um das Empfangselement zu erreichen, umgerechnet werden.

Der Hauptbestandteil eines Ultraschallsensors ist ein piezoelektrisches Element. Piezoelektrische Elemente wandeln elektrische Energie in Druckenergie um, die in elektrische Energie umgewandelt wird, wenn Druck ausgeübt wird.

Das piezoelektrische Element erfüllt also sowohl Sende- als auch Empfangsfunktionen. Es wandelt das elektrische Eingangssignal in Ultraschallwellen um, nimmt die reflektierten Wellen auf und gibt ein elektrisches Signal aus.

Die Vor- und Nachteile von Ultraschallsensoren sind folgende:

Vorteile von Ultraschallsensoren

• Berührungslose Entfernungsmessung von Objekten
• Sie können Objekte auch dann erkennen, wenn sie durchsichtig sind, z. B. Glas
• Durchgang auch dann, wenn sich Schmutz oder Staub zwischen dem Objekt und dem Sensor befindet
• Die Geschwindigkeit der Ultraschallwellen ist hoch, so dass das Objekt auch dann erfasst werden kann, wenn es sich bewegt

Nachteile von Ultraschallsensoren

• Sie werden leicht von Temperatur und Wind beeinflusst
• Weiche und holprige Objekte können nicht erkannt werden

Das Hauptmerkmal von Ultraschallsensoren ist, dass sie Entfernungen berührungslos messen können. Sie werden meist eingesetzt, wenn eine berührungslose Messung erforderlich ist.

Weitere Informationen zu Ultraschallsensoren

1. Wie werden Ultraschallsensoren verwendet?

Die im Handel erhältlichen Ultraschallsensoren werden als analoge Messumformer verkauft. Das Ausgangssignal ist ein Analogsignal mit einem etablierten Standard, z. B. 4-20 mA, und kann auch ein Quellenausgang sein, wenn eine Hilfsspannungsquelle angeschlossen ist.

Sie werden auch als Module verkauft und können an kleine Computer wie Raspberry Pi und PICs mit guter Kompatibilität angeschlossen werden. Wenn sie mit einem einfachen Pufferverstärker verstärkt werden, kann die Wellenform geformt und an E/A angeschlossen werden.

Die Senderseite verbraucht ebenfalls sehr wenig Strom und kann direkt an die Ausgangsklemme angeschlossen werden (über ein Dämpfungsglied).

Der Sensor benötigt einen Sender und einen Empfänger in Paaren. Da das Sendeelement eines Ultraschallsensors jedoch auch als Empfängerelement fungiert, kann ein einziges Element senden und empfangen, was die Schaltung selbst vereinfacht.

Beachten Sie, dass das Sende- und das Empfangselement bei der Verwendung im Übertragungsmodus separat installiert werden müssen.

2. Schaltungen mit Ultraschallsensoren

Die Steuerspannung des Sendeelements des Ultraschallsensors beträgt im Allgemeinen mehrere Volt und kann daher direkt an die E/A-Anschlüsse der CPU angeschlossen werden.

Wenn das empfangene Signal in einer digitalen Schaltung verwendet wird, wird es durch einen Pufferverstärker, einen Detektor und einen Komparator in ein digitales Signal umgewandelt, bevor die CPU eine arithmetische Verarbeitung durchführt.

Beachten Sie, dass die Resonanzfrequenz allgemeiner Ultraschallsensoren bei 40 kHz liegt.

3. Genauigkeit des Ultraschallsensors

Die Genauigkeit eines Ultraschallsensors wird im Allgemeinen mit der Wellenlänge gleichgesetzt; bei Verwendung von 40-kHz-Ultraschallwellen beträgt die Genauigkeit etwa 10 mm.

Dies liegt daran, dass die Wellenform der zum Empfangselement zurückgesendeten Ultraschallimpulse in Abhängigkeit von der Form des Objekts und anderen Faktoren unterschiedliche Messwerte liefert. Die Genauigkeit kann durch Optimierung des Erfassungspunktes des reflektierten Wellenimpulses erhöht werden.

Was ist eine Mikropumpe?

Mikropumpen sind kleine, präzise Pumpen.

Sie werden in analytischen Instrumenten, in der Medizin, in der Biotechnologie und in der Nanotechnologie als Geräte zur Steuerung und Manipulation mikroskopisch kleiner Flüssigkeiten eingesetzt. Mikropumpen können als mechanisch, d. h. mit mechanischem Antrieb, oder als nicht-mechanisch, d. h. durch eine externe physikalische Kraft angetrieben, klassifiziert werden.

Anwendungen von Mikropumpen

Mikropumpen werden in Präzisionsinstrumenten, medizinischen Geräten, in der Biotechnologie und in der Nanotechnologie eingesetzt. Sie spielen auch eine wichtige Rolle in zunehmend miniaturisierten Geräten.

In der Medizintechnik werden sie beispielsweise für die Insulininfusion und für künstliche Nieren, die in Kunstherzen eingebaut sind, verwendet. Zu den weiteren Merkmalen der Mikropumpen gehört ihre Fähigkeit, Leistungen in verschiedenen Bereichen zu kombinieren, wie z. B. die Steuerung von Chemikalien bei Experimenten mit seltenen Chemikalien.

Die üblicherweise erhältlichen Mikropumpen sind mechanisch angetriebene, spannungsgesteuerte Mikropumpen. Je nach Anwendung sollten jedoch auch nicht mechanisch angetriebene Mikropumpen verwendet werden.

Funktionsweise der Mikropumpen

Mikropumpen bestehen hauptsächlich aus einem Pumpenkopf und einem Treiber. Der Pumpenkopf ist das Bauteil, das die Flüssigkeit transportiert und in der Regel aus Silizium besteht. Der Treiber ist das Bauteil, das den Pumpenkopf bewegt und im Allgemeinen durch elektrische Signale gesteuert wird. Weitere elektronische Komponenten wie Steuerschaltungen und Stromversorgungen sind ebenfalls erforderlich.

Es gibt auch druckgetriebene Pumpen, die Druckunterschiede ausnutzen, nicht-mechanische, lichtgetriebene Mikropumpen, Mikropumpen, die von Nanomotoren betrieben werden, und Mikropumpen, die die Kapillarwirkung nutzen.

1. Druckbetriebene Pumpen

Druckbetriebene Pumpen sind eine Art von Pumpen, die Druckunterschiede zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Pumpe nutzen, um Flüssigkeit zu bewegen. Indem der Druck im Inneren der Pumpe erhöht wird, um die Flüssigkeit herauszudrücken, erzeugt der äußere niedrige Druck die Kraft, um die Flüssigkeit herauszusaugen.

Druckbetriebene Pumpen zeichnen sich durch hohe Präzision und Zuverlässigkeit aus, und es gibt viele verschiedene Typen für unterschiedliche Anwendungen. Beispiele sind Pumpen für hohe Drücke und Mikropumpen, die für die Förderung kleinster Flüssigkeiten geeignet sind. Ihre relativ einfache Bauweise ermöglicht niedrige Produktionskosten und einen breiten Einsatzbereich.

2. Mikropumpen mit Lichtantrieb

Lichtbetriebene Pumpen sind eine Art von Pumpen, die Lichtenergie nutzen, um Flüssigkeiten zu bewegen. Sie nutzen den Lichtdruck, der auf der Flüssigkeitsoberfläche entsteht, wenn sie mit Licht bestrahlt werden, um die Flüssigkeit zu bewegen. Sie werden hauptsächlich in der Biotechnologie eingesetzt und können Flüssigkeiten durch winzige Kanäle pumpen.

Da lichtgetriebene Pumpen jedoch eine Lichtquelle benötigen, sind sie anfällig für äußere Einflüsse und ihre Leistung kann je nach Lichtintensität und Richtung der Lichtquelle variieren.

3. Nanomotorische Mikropumpen

Nanomotorische Mikropumpen sind Pumpen mit einem Mechanismus, der Nanomotoren verwendet, die intrazelluläre Energie in mechanische Bewegung umwandeln können, um Flüssigkeiten zu transportieren. Sie werden durch Energiequellen wie magnetische oder elektrische Felder angetrieben und können auf sehr kleinem Raum arbeiten.

4. Kapillar-Mikropumpen

Mikropumpen mit Kapillarwirkung sind Pumpen, die die Kapillarwirkung nutzen, um Flüssigkeiten in winzigen Kanälen zu transportieren. Ein dünner Schlauch wird in den Mikrokanal eingesetzt und mit Flüssigkeit gefüllt.

Die Funktionsweise besteht darin, dass sich die Flüssigkeit durch Biegen des dünnen Rohrs aufgrund der Oberflächenspannung zwischen der Innenwand des Rohrs und der Flüssigkeit nach oben bewegt. Dadurch wird es möglich, Flüssigkeit in einem Mikrokanal zu fördern.

Merkmale von Mikropumpen

Das Hauptmerkmal von Mikropumpen ist ihre Kompaktheit. Diese Pumpen können Flüssigkeiten in sehr kleinen Kanälen bewegen. Dank dieser Miniaturisierung können sie in zahlreichen Anwendungen im Mikrobereich eingesetzt werden, z. B. in der Mikrofluidikforschung und bei der Entwicklung von mikroskopischen Biochips.

Darüber hinaus können Mikropumpen zu geringen Kosten hergestellt werden. Dies ist auf die geringe Anzahl der für die Pumpen erforderlichen Komponenten und ihre relativ einfache Herstellung zurückzuführen. Dadurch können sie in großen Mengen hergestellt werden und finden in Bereichen wie Medizin und Biologie breite Anwendung.