月: 2023年6月

Was ist ein Ultraschallschweißgerät?

Ultraschallschweißgeräte sind mechanische Geräte, die die durch Reibung erzeugte Wärme zwischen Gegenständen nutzen, um diese miteinander zu verschweißen.

Sie werden vor allem zum Verbinden von Kunststoffen und unterschiedlichen Metallen eingesetzt und zeichnen sich durch folgende Merkmale aus:

• Da das Schweißen durch Reibungswärme erfolgt, verbraucht es weniger Strom als andere auf Wärme basierende Fügeverfahren.
• Einfache Automatisierung und hohe Reproduzierbarkeit
• Da keine Klebstoffe verwendet werden, ist das Aussehen nach dem Fügen gut.

Es wurde in den 1960er Jahren entwickelt und wird seit mehr als 50 Jahren eingesetzt. Ultraschallschweißgeräte bestehen aus einem Oszillator und einem Schweißtisch oder einem Wandler und einer Sonotrode, die durch gleichzeitige Anwendung von Ultraschallschwingungen und Druck Harze und Metalle schmelzen und sofort verbinden. Dieses Gerät hat eine breite Palette von Anwendungen und wird in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Zu den Merkmalen dieser Schweißmaschine gehören: ein schönes Aussehen nach dem Schweißen, da kein Klebstoff verwendet wird; geringer Stromverbrauch und Umweltfreundlichkeit, da das Schweißen durch sofortige Reibungswärme erfolgt und hohe Reproduzierbarkeit, da das Schweißen leicht automatisiert werden kann.

Anwendungen von Ultraschallschweißgeräten

Die Ultraschallschweißgeräte werden hauptsächlich für folgende Zwecke eingesetzt:

• Verbinden von Klemmen und Drähten
• Verbinden von Kunststoffprodukten
• Verbindung unterschiedlicher Metalle (z. B. Verbindung von Aluminium- und Kupferwerkstoffen)

Das Ultraschallschweißen kann sowohl zum Verbinden von Metallen als auch von Kunststoffen verwendet werden und wird auch zum Verbinden von Metallklemmen und -drähten sowie Metalldrähten in IC-Chips eingesetzt.

Funktionsweise der Ultraschallschweißgeräte

Ein Ultraschallschweißgerät ist ein Gerät, bei dem ein Schallwandler, die Sonotrode, einen bestimmten Druck zwischen den zu verbindenden Gegenständen ausübt und die Sonotrode in Schwingungen versetzt, wodurch Energie auf die zu verbindenden Oberflächen übertragen und diese miteinander verschweißt werden.

Die Reibungswärme, die zwischen den Oberflächen der zu verbindenden Gegenstände entsteht, ermöglicht das Schweißen. Vor allem, wenn das zu verbindende Objekt aus Metall besteht, reiben die Metalloberflächen durch die Ultraschallschwingungen aneinander, wodurch die Oxidschicht auf den Oberflächen zerstört wird und die Verbindung fest wird.

Ultraschallschweißgeräte bestehen aus einem Oszillator und einem Transducer. Der Schwinger ist ein Gerät, das Ultraschallschwingungen erzeugt und eine Struktur mit konstanter Amplitude hat, so dass sich die Amplitude je nach Art des zu schweißenden Objekts nicht ändert. Die konstante Amplitude gewährleistet die Qualität des Produkts nach dem Schweißen. Der Wandler besteht aus einem Langevin-Wandler (allgemein als BL-Wandler bezeichnet) und einem Horn, das die Schwingungen überträgt. Ultraschallschweißgeräte führen das Schweißen durch die Ausbreitung der Ultraschallwellen von der Sonotrode auf das zu schweißende Produkt durch.

Weitere Informationen zu Ultraschallschweißgeräten

1. Merkmale von Ultraschallschweißgeräten

Ultraschallschweißgeräte neigen dazu, das erhitzte Material zu schmelzen, wenn die Schweißzeit zu lang ist, während das Harz dazu neigt, zu karbonisieren, wenn die Schweißzeit zu lang ist. Der Druck, der erzeugt wird, wenn das zu schweißende Objekt von der Sonotrode gehalten wird, verkürzt ebenfalls die Schweißzeit, wenn der Druck hoch ist, aber ein zu hoher Druck kann auch das Schmelzen verhindern. Wichtig ist, dass diese drei Faktoren (Zeit, Druck und Wärme) in einem angemessenen Bedingungsbereich gesteuert werden.

Die Vorteile des Ultraschallschweißens sind folgende:

• Anwendbar für fast alle Thermoplaste
• Kontinuierliche Nahtverbindungen und gleichzeitige Mehrpunktverbindungen sind möglich
• Geringe Wärmespeicherung
• Flussmittelfrei, dadurch entfallen Reinigungsprozesse und die Entstehung von Funken, Flammen und Rauch
• Beim Kunststoffschweißen werden keine giftigen Stoffe freigesetzt
• Keine Verschleißteile oder Materialien, Energieeinsparung und niedrige Betriebskosten
• Das Verbinden unterschiedlicher Metalle ist möglich

Die folgenden Punkte sind auch Nachteile:

• Formen, die nicht von der Sonotrode umschlossen werden können, wie z. B. verschiedene oder dreidimensionale Formen, können nicht verbunden werden
• Eine hohe Amplitude kann zu einer guten Schweißbarkeit führen, aber je nach den Bedingungen können Kratzer oder Risse im Harz entstehen
• Bei hohem Druck ist das Schweißen möglicherweise nicht möglich

2. Ultraschallsonotrode

Ultraschallhörner sind Bauteile, die Schwingungsenergie effizient auf die Schweißnaht übertragen. Ultraschallwellen werden von einem Wandler in mechanische Schwingungsamplitudenenergie umgewandelt, die dann von einem Booster genannten Wandler verstärkt wird, bevor sie an die Sonotrode übertragen wird. Die Amplitude wird schrittweise verstärkt und dann an der Sonotrodenspitze optimiert. Durch die Konzentration der Ultraschallschwingungen an der Sonotrodenspitze wird das Objekt 40 000 Mal pro Sekunde (mit 40 kHz) getroffen.

Ultraschallhörner gibt es in folgenden Ausführungen:

1. Stufenförmig (hohe Amplitude und hohe Belastung)
2. Kettenförmige Typen (mittlere Amplitude und Spannung)
3. Exponential (niedrige Amplitude und geringe Spannung)

Das Material der Ultraschallsonotrode wird je nach dem Zweck des Schweißens verwendet, und es werden hauptsächlich die folgenden Materialien verwendet:

1. Aluminium-Legierungen
2. Titan-Legierungen
3. Matrizenstahl

3. Die Maskenherstellung mit Ultraschallschweißgeräten

Ultraschallschweißgeräte werden auch bei der Maskenherstellung eingesetzt. Ultraschallschweißmaschinen verwenden Ultraschallschwingungen, um Materialien zu schmelzen und sie miteinander zu verschweißen, um die Köperlinien und Gravuren auf den Masken zu erzeugen. Dadurch werden Fäden und Klebstoffe überflüssig und der Produktionsprozess wird vereinfacht.

Außerdem können Ohrbänder, die aus anderen Materialien als die Maske bestehen (Naturlatex für den Gummiteil und PE für den Fadenteil), mit dem Maskenkörper verschweißt werden, so dass die Maskenherstellung mit einer einzigen Anlage möglich ist. Es wird erwartet, dass die Maskenproduktion mit Ultraschallschweißgeräten in Zukunft zunehmen wird.

Was ist ein Mikroschalter?

Mikroschalter sind Bauteile, die die Position eines Objekts erkennen und einen Kontaktausgang bereitstellen. Sie werden hauptsächlich als Detektionsschalter verwendet, können aber auch für Betriebszwecke eingesetzt werden.

Der Kontaktausgang eines Mikroschalters wird in einen Steuerkreis eingebunden und zum Betreiben oder Anhalten einer Maschine verwendet. Die Mikroschalterkontakte selbst haben im Allgemeinen eine zulässige Stromstärke von einigen Ampere. Der Teil, der mit dem Objekt in Berührung kommt, hat einen Betätiger, der als Knopf, Rolle oder Hebel ausgeführt sein kann.

Anwendungen von Mikroschaltern

Mikroschalter haben einen Schnappmechanismus und zeichnen sich durch ihre hohe Genauigkeit bei der Positionserkennung aus.

Sie werden in Türverriegelungen, Sicherheitsschaltern in Verkaufsautomaten, Mikrowellenherden, Aufzügen und Industrieanlagen eingesetzt. Sie werden auch in Sensoren verwendet, die das Öffnen und Schließen von Druckern und anderen Geräten erkennen.

Sie werden in vier Größen eingeteilt, von allgemeinen bis hin zu Ultra-Miniatur-Schaltern, und sind in Typen mit umgekehrter Betätigung für Orte, die starken Vibrationen oder Stößen ausgesetzt sind, in Typen mit magnetischer Löschung, wenn ein stabiler Betrieb des Gleichstromkreises erforderlich ist, und in tauchfesten Typen mit hohen Dichtungseigenschaften erhältlich. Sie haben ein breites Anwendungsspektrum, das von Industrieanlagen bis zu Haushaltsgeräten reicht.

Funktionsweise von Mikroschaltern

Der Mikroschalter ist in fünf Teile gegliedert, wobei die Bewegung des Betätigers bis zu den Kontakten führt.

1. Betätigerteil

Externe Kräfte und Bewegungen werden auf den internen Mechanismus übertragen. Der Betätiger führt zum Schnappmechanismus, der als Knopf, Rolle oder Hebel ausgeführt sein kann.

2. Schnappmechanismus

Der Schnappmechanismus besteht aus Komponenten wie einer Feder, einem beweglichen Teil, einem gemeinsamen Anschluss und einem Empfänger. Wenn die vom Betätiger aufgebrachte Kraft zunimmt, bewegen das bewegliche Teil und die Feder die Kontakte.

3. Kontaktstellen

Es gibt zwei Arten von Kontakten: Öffner und Schließer. In der Regel gibt es einen pro Mikroschalter, manche haben aber auch nur einen. Die Kontakte können je nach Spannung und Stromstärke im Stromkreis gekreuzt oder vernietet sein. Die verwendeten Materialien sind Gold, Silber oder beschichtet.

4. Anschlüsse

Verbinden den Schalter mit dem Stromkreis. Es gibt gelötete, gesteckte, geschraubte und gedruckte Klemmen, wobei die Anschlussart je nach Anwendung gewählt wird.

5. Gehäuse

Das Gehäuse schützt den Schaltkreis und den Mechanismus, und das Harz wird entsprechend der erforderlichen mechanischen Festigkeit und Wärmebeständigkeit ausgewählt.

Anwendungen von Mikroschaltern

1. Abdeckungen zum Öffnen/Schließen von Türen und Druckern

Die Position von Türen und Abdeckungen wird von Mikroschaltern erfasst. Es werden Mikroschalter mit Betätigungselementen mit einer breiten Palette von Formen verwendet. Mikroschalter können auf kleinem Raum installiert werden.

2. Erkennung des Öffnens und Schließens des Geschirrspülerdeckels und Waschmaschinendeckels

Die Position des Deckels oder der Klappe wird durch einen Mikroschalter erfasst. Bei diesen Geräten können die Mikroschalter mit Wasser in Berührung kommen und sind daher wasserdicht.

3. Eingabe der Mausbedienung

Der Mikroschalter wird in Mäusen als Betriebsschalter und nicht als Positionserkennungsschalter verwendet. Der Mikroschalter erkennt Mausklicks und gibt sie an den Computer weiter.

Weitere Informationen zu Mikroschaltern

1. Unterschied zwischen Mikroschaltern und Endschaltern

Mikroschalter und Endschalter werden häufig miteinander verwechselt. Endschalter werden wie Mikroschalter als Erkennungsschalter verwendet, aber es gibt Unterschiede in der Konstruktion und im Einsatzbereich. Endschalter bestehen aus einem integrierten Mikroschalter in einem Kunststoff- oder Metallgehäuse.

Endschalter werden eingesetzt, um die Witterungsbeständigkeit zu verbessern, z. B. wenn sie Regenwasser ausgesetzt sind. In einigen Industrieanlagen werden Endschalter auch zum Schutz gegen Staub und Öl eingesetzt.

2. Schnappmechanismus von Mikroschaltern

Ein Sprungmechanismus ist ein Mechanismus, der die beweglichen Kontakte schnell schaltet, unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der der Schalter betätigt wird. Im Gegensatz dazu wird ein Mechanismus, bei dem die Betätigungsgeschwindigkeit die Geschwindigkeit ist, mit der sich die beweglichen Kontakte bewegen, als Schleichschaltung bezeichnet.

Mikroschalter mit Sprungschaltungen zeichnen sich durch eine schnelle Schaltgeschwindigkeit der Kontakte aus, wodurch die Lichtbogenbildung zwischen den Kontakten minimiert wird. Auch kleine Mikroschalter können eine lange Kontaktlebensdauer haben und sind sehr langlebig.

Was ist ein Lasermarker?

Ein Lasermarker ist ein Gerät zum Bedrucken oder Bearbeiten durch Bestrahlung der Oberfläche eines Objekts mit einem Laser.

Die Laserbestrahlung trägt die Oberfläche ab oder reagiert chemisch mit ihr, um sie zu verfärben und bedruckt sie. Die Vorteile dieses Systems liegen darin, dass durch die punktgenaue Bestrahlung mit Licht mit hoher Präzision gedruckt werden kann und dass der Druck resistenter gegen Verblassen ist als bei Tintenstrahldruckern.

Außerdem können sie zum Bedrucken einer Vielzahl von Materialien verwendet werden, darunter Metall, Harz, Glas und Holz.

Anwendungen von Lasermarkern

Lasermarker werden hauptsächlich in der Automobil-, Lebensmittel- und Halbleiterindustrie sowie in anderen Industriezweigen eingesetzt. Zu den spezifischen Anwendungen gehören:

• Drucken von 2D-Codes für die Verwaltung der Fertigungshistorie von Automobilteilen
• Aufdruck von Losnummern auf elektronische Bauteile
• Aufdruck von Seriennummern und Verfallsdaten auf Getränkedosen
• Mikrofabrikation von Metallteilen, usw.

Während Bohrer und andere Methoden der Gravur die Hauptmethode der Metallbearbeitung waren, steigt die Nachfrage nach Lasermarkern, die eine präzise Bearbeitung ermöglichen.

Funktionsweise der Lasermarker

Es gibt zwei Hauptarten von Lasermarkern: Maskieren und Abtasten.

1. Lasermarker mit Maske

Ein Laserstrahl wird auf eine Maske mit Löchern in dem zu druckenden Muster gestrahlt, und der Lichtstrahl, der die Maske durchdringt, wird zum Drucken verwendet. Der Nachteil dieser Methode ist, dass sie zeit- und kostenaufwendig ist, da für jedes Druckmuster eine andere Maske vorbereitet werden muss.

2. Lasermarker mit Abtastung

Der Laser wird entsprechend dem Druckmuster abgetastet. Für die Abtastung wird ein Galvanometerspiegel verwendet. Der Laserstrahl wird von zwei Spiegeln reflektiert, von denen einer der X-Achse und der andere der Y-Achse entspricht, und auf einer ebenen Fläche abgetastet.

Wenn ein Spiegel für die Z-Achse hinzugefügt wird, können auch gekrümmte Oberflächen gescannt werden. Bei den derzeit auf dem Markt befindlichen Lasermarkern handelt es sich in der Regel um Produkte, die nach dem Abtastverfahren arbeiten.

Arten von Lasermarkern

Der für Lasermarker verwendete Laser muss je nach Art des Grundmaterials und der Art des Verfahrens entsprechend ausgewählt werden. Nachstehend sind typische Beispiele für Laser, die für Lasermarker verwendet werden, aufgeführt:

1. YAG-Laser

Diese Laser verwenden ein Material namens YAG-Kristall, das aus Yttrium (Yttrium), Aluminium (Aluminium) oder Granat (Granat) hergestellt wird. Er wird für eine breite Palette von Anwendungen eingesetzt, z. B. zum Bedrucken von Aluminiumdosen und Kunststoffoberflächen. Diese Laser sind weniger anfällig für Materialbeschädigungen.

2. Faserlaser

Dieser Laser verwendet eine optische Faser als Lasermedium. Aufgrund seiner hohen Ausgangsleistung wird er zum Tiefbohren von Metall verwendet. Er wird für den Schriftzug auf Metallvorrichtungen und Rohroberflächen verwendet.

3. CO²-Laser

Dieser Laser arbeitet mit Kohlendioxidgas. Da er von transparenten Materialien leicht absorbiert wird, eignet er sich zum Bedrucken und Bearbeiten von Glas.

Weitere Informationen zu Lasermarkern

1. Haushaltsübliche Lasermarker

Handelsübliche Lasermarker können im Versandhandel erworben werden. Sie werden verwendet, um Namen oder Initialen einzugravieren, indem der Laser auf ein Stück Holz oder eine Kunststoffplatte gerichtet wird. Eine Abdeckung verhindert, dass Staub aufgewirbelt wird und dass der Laser versehentlich in die Augen gelangt.

Die Zeichen und Designs werden mit einer speziellen Anwendung erstellt, und die Informationen werden von einem PC oder Smartphone übertragen und gedruckt.

2. Handliche Lasermarker

Es gibt auch Lasermarker, die etwa so groß sind wie eine Digitalkamera. Da sie kompakt sind, können sie überallhin mitgenommen und für den Laserdruck und die Mustergravur verwendet werden.

Allerdings können sie während des Druckens nicht festgehalten werden, sondern müssen in einer Halterung, z. B. einem Stativ, verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass der Winkel und der Abstand zum Produkt frei bestimmt werden können, ist aber nicht für hochauflösende Drucke geeignet.

3. Preis der Lasermarker

Lasermarker gibt es in einer breiten Preisspanne, vom Hobbygebrauch für den Hausgebrauch bis hin zum industriellen Einsatz, etwa zum Bedrucken von Produkten und Vorrichtungen. Die Geräte für den Heimgebrauch werden hauptsächlich zum Bedrucken von Holz und Leder verwendet und kosten etwa 500 USD.

Laser für den industriellen Einsatz liegen preislich zwischen 10.000 und 50.000 USD. Für Hochleistungslaser, z. B. zum Tiefbohren von Metall, liegt der Preis bei etwa 100.000 USD.

Was ist ein elektrostatisches Instrument?

Ein elektrostatisches Instrument misst die Spannung der statischen Elektrizität, die auf der Oberfläche eines Objekts erzeugt wird.

Es ist mit einem Oberflächenpotentialsensor ausgestattet, der eine berührungslose Messung ermöglicht und auf ein nicht zu messendes Objekt gerichtet ist. Elektrostatische Instrumente werden auch als Oberflächenpotenzialmessgeräte oder elektrostatische Potenzialmessgeräte bezeichnet und werden hauptsächlich in Produktionsprozessen in der verarbeitenden Industrie eingesetzt, obwohl es auch Geräte für Installationsumgebungen gibt.

Anwendungen von elektrostatischen Instrumenten

Im Folgenden sind einige der Probleme aufgeführt, die durch statische Elektrizität in Produktionsprozessen verursacht werden, und um Maßnahmen zu ihrer Vermeidung zu ergreifen, muss zunächst die Größe der erzeugten statischen Elektrizität genau gemessen werden. Das Ausmaß der statischen Elektrizität wird auch bei der Überprüfung und Bewertung der Wirksamkeit von Gegenmaßnahmen gemessen. Je nach Prozess kann sie auch zur ständigen Überwachung der Erzeugung statischer Elektrizität verwendet werden.

1. Anhaftung von Fremdkörpern

Probleme können auftreten, wenn geladene Fremdkörper (z. B. Staub) an einem geladenen Produkt haften. Im Lackierprozess kann dies beispielsweise zu einer ungleichmäßigen Beschichtung führen.

2. Elektrostatische Zerstörung (ESD-Zerstörung)

Halbleiterkomponenten wie integrierte Schaltkreise können durch elektrostatische Entladung zerstört werden.

3. Fehlfunktion

Geräte (elektronische Waagen, Gewichtskontrollgeräte, Metalldetektoren usw.), die mit kleinsten Strömen und Spannungen arbeiten, können durch elektromagnetisches Rauschen beeinträchtigt werden, wenn statische Elektrizität entladen wird.

4. Entladungen am menschlichen Körper

Elektrostatische Entladungen von aufgeladenen Gegenständen auf den menschlichen Körper verursachen nicht nur Schmerzen und Unbehagen am menschlichen Körper, sondern können auch Probleme mit Geräten und Entzündungen (Entzündung von brennbaren Materialien) verursachen.

Funktionsweise von elektrostatischen Instrumenten

Wenn die Oberfläche eines Gegenstandes aufgeladen ist und statische Elektrizität erzeugt wird, entsteht in der Umgebung ein elektrisches Feld. Elektrostatische Instrumente messen die Stärke dieses elektrischen Feldes und berechnen die Spannung der statischen Elektrizität. Das Prinzip eines typischen Elektrostatischen Instruments (Oberflächenpotenzialmessgerät) ist wie folgt:

Oberflächenpotentialsensoren nutzen das Phänomen der elektrostatischen Induktion: Wenn die Messelektrode von einem geladenen Objekt eine elektrostatische Feldstärke Eo (proportional zur Ladespannung Vo) empfängt, wird eine induzierte Ladung q auf der Oberfläche der Messelektrode angesammelt. Wird zwischen der Sensorelektrode und dem Objekt eine Abschirmplatte mit einer Größe, die die gesamte Sensorelektrode abdeckt, angebracht und mit konstanter Geschwindigkeit gedreht, so entlädt sich die auf der Sensorelektrode angesammelte induzierte Ladung q in dem Moment, in dem die Abschirmplatte sie abdeckt, und wenn die Abschirmplatte vorbeigeht, sammelt sich die induzierte Ladung q erneut an. Diese periodische Bewegung der Ladung q, d. h. die Größe des Wechselstroms I, hängt von der Stärke des elektrischen Feldes ab, so dass die Ladespannung Vo auf der Objektoberfläche durch Messung des Stroms I bestimmt werden kann.

Bei der oben genannten Messmethode hängt der Messwert jedoch stark von der Entfernung zwischen dem Oberflächenpotentialsensor und dem Messobjekt ab. Da das elektrische Feld mit zunehmendem Abstand zum Messobjekt schwächer wird, ist es unvermeidlich, dass der Messwert kleiner erscheint. Es ist daher notwendig, den Abstand zwischen dem Messobjekt und dem Oberflächenpotenzialsensor auf dem vorgegebenen Wert zu halten.

Ein weiteres Gerät, das das oben beschriebene Problem der Abhängigkeit vom Messabstand löst, ist das Oberflächenpotenzialmessgerät mit Spannungsrückführung. Dabei wird ein Hochspannungsnetzteil an die Messelektrode angeschlossen und die Ausgangsspannung des Hochspannungsnetzteils so eingestellt, dass der Wechselstrom Is zu Null wird. Der Strom Is hört auf zu fließen, wenn die Spannung des Messobjekts und die Spannung des Sensors gleich sind, so dass die Ausgangsspannung des Hochspannungsnetzteils gleich der geladenen Spannung des Messobjekts zu diesem Zeitpunkt ist.

Verwendung elektrostatischer Instrumente

Um die statische Aufladung eines geladenen Objekts mit einem handelsüblichen Elektrostatischen Instrument zu messen, wird wie folgt vorgegangen.

1. Platzieren Sie den Oberflächenpotentialsensor in dem vom Elektrostatischen Instrument angegebenen Abstand, wobei die Erfassungselektrode des Oberflächenpotentialsensors parallel zur zu messenden Oberfläche sein muss.
2. Stellen Sie den Messbereich höher als die erwartete Spannung ein und starten Sie die Messung. Wenn ein grober Messwert vorliegt, wird der Messbereich angepasst und der Messwert übernommen.

Bei der Messung mit einem spannungsrückgekoppelten Oberflächenpotenzialmessgerät wird die Erfassungselektrode des Oberflächenpotenzialsensors parallel zur Oberfläche des zu messenden Objekts platziert, wobei der Abstand zum Objekt nicht streng definiert sein muss. Die Spannung des Hochspannungsnetzteils wird schrittweise erhöht, um den Punkt zu finden, an dem der zur Messelektrode fließende Wechselstrom Null wird. Die Ausgangsspannung des Hochspannungsnetzteils an diesem Punkt ist die geladene Spannung des Messobjekts und die Maßeinheit ist V oder KV. Es ist wichtig, ein geeignetes Messgerät zu wählen, das die maximale Spannung der statischen Elektrizität annimmt.

Weitere Informationen zu elektrostatischen Instrumenten

Ursachen und Vermeidung von statischer Elektrizität

Die folgenden Mechanismen sind für die Erzeugung statischer Elektrizität bekannt:

1. Ablösung der Ladung

Sie entsteht, wenn übereinander liegende Gegenstände abgezogen werden, z. B. wenn eine Schutzfolie von einer Plastikfolie abgezogen wird.

2. Reibungsaufladung

Tritt auf, wenn Gegenstände aneinander reiben, z. B. beim Mischen von Dingen, beim Ausziehen von Kleidung oder beim Drehen von Motoren.

3. Sonstige Aufladung

Elektrostatische Instrumente werden verwendet, um die elektrostatische Aufladung von Gegenständen zu messen, die diesen Bedingungen ausgesetzt sind. Insbesondere bei Halbleiterbauelementen ist die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls aufgrund elektrostatischer Entladungen hoch, so dass eine regelmäßige Kontrolle mit elektrostatischen Instrumenten erforderlich ist. Im Folgenden werden konkrete Beispiele für Messziele in Produktionsprozessen genannt:

1. Tabletts mit Halbleitern und anderen elektronischen Bauteilen und deren Teilen, deren Schutzfolien und Lagerregale
2. Arbeitskleidung, Arbeitsschuhe, Arbeitstische, Stühle und Bodenflächen
3. Erdungsbänder und Erdungsbefestigungen
4. Fertigungsausrüstungen, wie Produktionsanlagen, Prüfmaschinen, Vorrichtungen und Werkzeuge, Lötkolben usw.
5. Arbeitsnormale und ihre Schutzhüllen aus Kunststoff
6. Anzeigeteile von Monitoren
7. Verschiedene Arten von gekauften Folien

Wenn die Entstehung statischer Elektrizität unvermeidbar ist, werden Ionisatoren und andere Entladungsgeräte installiert, um die statische Elektrizität aktiv zu beseitigen. Um die Wirksamkeit dieser Geräte zu gewährleisten, sind jedoch Messungen mit elektrostatischen Instrumenten unerlässlich.

Was ist Permalloy?

Permalloy ist eine Art von Nickel-Eisen-Legierung, insbesondere mit einem Nickelgehalt von 35-80 %.

Der Name Permalloy ist eine gebräuchliche Bezeichnung. Permalloy hat eine niedrige Koerzitivfeldstärke und eine hohe Permeabilität und zeichnet sich durch eine hohe magnetische Abschirmwirkung und eine hohe Magnetisierungssammelwirkung aus.

Eine weitere Eigenschaft besteht darin, dass es durch Anlegen feiner Magnetfelder eine hohe Magnetisierung aufweisen kann und außerdem die Impedanz in Wechselstromkreisen erhöht.

Anwendungen von Permalloy

Permalloy wird verwendet, um magnetische Leckagen in Magnetköpfen zu verhindern, die in magnetischen Aufzeichnungsgeräten wie Fernsehern, Computern, Videobändern und Festplatten eingebaut sind. Aufgrund der oben genannten Eigenschaften eignet sich Permalloy als magnetisches Abschirmungsmaterial.

Darüber hinaus erfordert die biomagnetische Messung, eine diagnostische Methode der nächsten Generation, die in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat, die Messung extrem schwacher Magnetfelder, und der Einfluss der Magnetfelder der Umgebung muss blockiert werden. Daher wurde ein magnetisch abgeschirmter Raum mit einer magnetischen Abschirmung aus Permalloy eingerichtet, um den Einfluss von Umgebungsmagnetfeldern zu verhindern.

Funktionsweise von Permalloy

Permalloy ist eine Art Nickel-Eisen-Legierung mit einem besonders hohen Nickelgehalt von 35-80 %, aber unverarbeitet hat Permalloy keine sehr hohe magnetische Permeabilität. Permalloy wird den Prozessen des magnetischen Glühens und des Spannungsarmglühens unterzogen.

1. Magnetisches Glühen

Das magnetische Glühen ist eine Wärmebehandlung zur Entfernung von Oxidschichten und anderen Substanzen, die die Bewegung von magnetischen Domänen in Permalloy verhindern, in denen das magnetische Moment der Atome ausgerichtet ist. Dies kann durch die Entfernung der Verunreinigungen erreicht werden.

Die Entfernung dieser Verunreinigungen fördert die Bewegung der magnetischen Wände und die Rotation der magnetischen Domänen, wenn ein äußeres Magnetfeld angelegt wird, wodurch die weichmagnetischen Eigenschaften verbessert werden. Die magnetische Permeabilität von Permalloy nach dem magnetischen Glühen ist etwa 100 Mal höher als die von Permalloy vor dem magnetischen Glühen.

2. Spannungsarmglühen

Das Spannungsarmglühen ist ein Verfahren, das bei niedrigeren Temperaturen als beim Magnetglühen durchgeführt wird, um Eigenspannungen durch Rekristallisation zu beseitigen. Der Zweck ist, die Verarbeitung zu erleichtern. Es ist auch möglich, durch Zugabe von Molybdän, Kupfer oder Chrom eine noch höhere magnetische Permeabilität zu erreichen.

Weitere Informationen zu Permalloy

1. Hauptarten von Permalloy und magnetische Eigenschaften

Es gibt mehrere Arten von Permalloy, die für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden. Zwei der am häufigsten verwendeten sind Permalloy B (PB) und Permalloy C (PC): PB besteht aus einer binären Legierung aus Eisen und Nickel, während PC eine Mehrfachlegierung aus Eisen, Nickel, Molybdän (Mo) und Kupfer (Cu) ist.

Bei magnetischen Werkstoffen gilt: Je höher die Sättigungsmagnetisierung Bs ist, die den absoluten Wert der Magnetkraft angibt, desto besser eignet sich das Material zur magnetischen Abschirmung gegen starke Magnetfelder. Je höher hingegen die magnetische Permeabilität μ ist (d. h. je höher die maximale Permeabilität in der Nähe der Sättigungsmagnetisierung Bs ist), desto besser eignet sich das Material für die magnetische Abschirmung in schwachen Magnetfeldern, da es mit Veränderungen in schwachen Magnetfeldern fertig werden kann.

In diesem Fall beträgt die maximale Permeabilität der oben genannten PB und PC jeweils 50 000 für PB und 180 000 für PC, während die Sättigungsmagnetisierung Bs 1,55 T für PB und 1,72 T für PC beträgt. Dies bedeutet, dass PB mit seiner hohen Sättigungsmagnetisierung für die Abschirmung in starken Magnetfeldern geeignet ist, während PC mit seiner hohen Permeabilität für die Abschirmung in schwachen Magnetfeldern geeignet ist.

2. Praktische Beispiele für Kerne aus Permalloy

Neben seiner bisher beschriebenen Funktion als magnetische Abschirmung hat Permalloy auch eine Funktion als Kern, der schwache Magnetfelder erkennt und den magnetischen Fluss für die Ausgabe erhöht, und wird als Kern in Stromsensoren und Transformatoren verwendet. Stromsensoren sind Sensoren zur Messung von Strom. Wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, wird der magnetische Fluss im Kern induziert, und die Größe des Magnetfelds wird zur Messung des Stromwerts verwendet.

Ein Transformator ist ein Gerät zur Umwandlung von Spannung und zur Isolierung zwischen Stromkreisen, das aus einer Eingangsspule und einer Ausgangsspule besteht, die unabhängig voneinander auf einen einzigen Kern gewickelt sind, so dass, wenn Strom in der Eingangsspule fließt, aufgrund der Natur der elektromagnetischen Induktion eine Spannung an der Ausgangsspule ausgegeben wird. Die Verwendung von Permalloy mit seiner hohen magnetischen Permeabilität ermöglicht es, die Größe des Transformators zu verringern.

3. Verarbeitbarkeit von Permalloy

Permalloy verformt sich flexibel und ist gut verarbeitbar. Wie andere Metalle kann es durch Biegen, Schneiden, Pressen und Stanzen bearbeitet werden. Nickellegierungen, zu denen Permalloy gehört, gehören jedoch zu den Werkstoffen, die im Allgemeinen als schwer zu schneiden gelten. Aus diesem Grund erfordert das Schneiden von Permalloy ein hohes Maß an technischem Know-how.

Permalloy findet breite Anwendung in magnetischen Abschirmungen, Messinstrumenten, Magnetköpfen, Audiogeräten und Kommunikationskabeln und wird je nach Anwendung in einer Vielzahl von Formen verarbeitet und verwendet, darunter zylindrische Formen, Platten, Ringe, Drähte und Folien.

Was ist ein Widerstandsschweißgerät?

Widerstandsschweißgeräte sind Maschinen, die zum Schweißen von Metallen verwendet werden.

Das zu schweißende Metall wird zwischen Elektroden gehalten, und es wird Druck auf das Metall ausgeübt, während es mit Strom versorgt wird. Da sie die durch den Widerstand des zu schweißenden Metalls erzeugte Joule-Wärme nutzen, gibt es eine Vielzahl von Typen, darunter Inverter-, Transistor- und Kondensatortypen, je nach Art des Stromflusses. Je nach Art des Stromflusses lassen sie sich auch in die Typen Direktpunkt, Indirektpunkt, Serienpunkt und Doppelpunkt unterteilen.

Aufgrund ihrer Bauweise werden Widerstandsschweißgeräte hauptsächlich zum Schweißen von flachen Gegenständen wie Blechen und Rohren verwendet. Sie können für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, z. B. für Karosseriebleche und Baustahlrahmen. Widerstandsschweißgeräte schweißen blitzschnell, haben eine hohe Schweißgeschwindigkeit und eine hohe Festigkeit. Widerstandsschweißgeräte eignen sich jedoch nicht für bestimmte Werkstoffe, die geschweißt werden sollen.

So lassen sich Aluminium und Edelstahl aufgrund ihrer geringen Widerstandswerte nur schwer effizient schweißen. Außerdem kann die beim Schweißen entstehende Hitze zu Verformungen führen. Daher ist auch eine genaue Steuerung der Erwärmung erforderlich.

Anwendungen von Widerstandsschweißgeräten

Widerstandsschweißgeräte werden vor allem in Produktionslinien in Fabriken eingesetzt, in denen geschweißt werden muss. Sie werden z. B. zum Schweißen von Karosserieteilen und zum Zusammenfügen von Gehäusen von Haushaltsgeräten verwendet. Sie werden auch auf Baustellen eingesetzt, um Stahlrahmen für Konstruktionen zu schweißen, und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt.

Widerstandsschweißgeräte zeichnen sich durch hohe Schweißgeschwindigkeiten und wenige Verschleißteile aus. Dadurch lassen sie sich in der Massenproduktion leicht automatisieren und werden häufig in Massenproduktionslinien eingesetzt. In den letzten Jahren wurden Widerstandsschweißgeräte für die Automatisierung entwickelt und werden nun auch bei der Herstellung von Automobilen und Haushaltsgeräten eingesetzt.

Bei der Auswahl eines Widerstandsschweißgeräts müssen Kostenaspekte wie Stromverbrauch, Strom- und Gerätekosten, die Auswirkungen auf andere elektrische Geräte, die Art und Dicke des zu schweißenden Metalls und die Qualität der Schweißnaht berücksichtigt werden. Darüber hinaus können die Genauigkeit und die Geschwindigkeit des Schweißens sowie der Bereich, in dem geschweißt werden kann, je nach Installationsmethode variieren, so dass das richtige Widerstandsschweißgerät für die jeweilige Anwendung ausgewählt werden muss.

Funktionsweise der Widerstandsschweißgeräte

Widerstandsschweißgeräte bestehen aus vier Elementen: der Stromquelle, dem Transformator, dem Druckregler und der Elektrode. Der von der Stromquelle gelieferte Strom wird durch den Transformator in einen hohen Strom umgewandelt und fließt zur Elektrode. Die Elektrode wird durch den Druckregler gegen das Metall gepresst, und der durch das Metall fließende Strom erzeugt Joule-Wärme, die eine Metall-Metall-Schweißung ermöglicht.

Es gibt drei Arten von Widerstandsschweißgeräten: Einphasen-Wechselstrom, Inverter und Kondensator. Einphasige Wechselstromgeräte sind für allgemeine Zwecke weit verbreitet, da die Geräte einfach und kostengünstig sind. Der Invertertyp hingegen wandelt mit Hilfe eines Inverters Wechselstrom in Gleichstrom zum Schweißen um, was ein qualitativ hochwertiges Schweißen ermöglicht und zum Schweißen von Aluminium und beschichteten Stahlblechen verwendet wird. Der Kondensatortyp speichert Strom in einem Kondensator und gibt ihn auf einmal frei, so dass ein großer Strom fließen kann. Sie eignen sich für kurzzeitiges Schweißen, aber nicht für Dauerschweißen, da die Speicherung des Stroms Zeit benötigt.

Weitere Informationen zu Widerstandsschweißgeräten

Verwendung von Widerstandsschweißgeräten

Das zu schweißende Metall wird zwischen Anode und Kathode gelegt und entladen, während mit Hilfe eines Fußschalters oder Druckschalters Druck zwischen den Elektroden ausgeübt wird. Die Entladungszeit muss im Voraus je nach Art und Dicke des zu schweißenden Metalls eingestellt werden.

Beim Probeschweißen werden Stromstärke und Zeit so eingestellt, dass die Schweißkraft ausreichend ist und die Schweißnaht nicht zu stark verbrennt. Im Allgemeinen sind Kupfer und Aluminium, die sich mit elektrischem Strom leicht schweißen lassen, schwer zu schweißen, so dass die Stromstärke erhöht und die Zeit länger eingestellt werden sollte.

Chromdraht und Stahlblech sind aufgrund ihres höheren Widerstands leichter zu schweißen und können in kürzerer Zeit geschweißt werden.

Was ist ein Reinigungssystem?

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

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

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

Anwendungen von Reinigungssystemen

Beispiele für spezifische Anwendungen von Reinigungssystemen sind:

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

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

Funktionsweise der Reinigungssysteme

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

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

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

1. Ultraschall-Reinigungssysteme

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

2. Spritzreinigungssysteme

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

3. Bürsten-Reinigungssysteme

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

4. Trockene Reinigungssysteme

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

5. Lösungsmittel-Reinigungssysteme

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

Aufbau von Reinigungssystemen

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

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

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

Weitere Informationen zu Reinigungssystemen

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

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

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

Was ist ein Encoder?

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

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

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

Anwendungen von Encodern

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

1. Schrittmotoren

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

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

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

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

2. Servomotoren

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

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

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

Funktionsweise des Encoders

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

1. Optische Encoder

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

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

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

2. Magnetische Encoder

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

3. Elektromagnetischer Induktions-Encoder

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

Weitere Informationen zu Encodern

1. Auflösung des Encoders

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

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

2. Kommunikation zwischen Encoder und Servoverstärker

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

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

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

3. Beispiele für den Einsatz von Encodern

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

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

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

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

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

Was ist ein Beleuchtungsstärke-Sensor?

Ein Beleuchtungsstärke-Sensor ist eine Art Sensor zur Erkennung von Umgebungslicht und Dunkelheit.

Er hat die Funktion, sich automatisch einzuschalten, wenn die Umgebung dunkel ist, und sich automatisch auszuschalten, wenn die Umgebung hell ist, und die Helligkeit des Displays auf ein für den Menschen geeignetes Niveau einzustellen. Beleuchtungsstärke-Sensoren lassen sich grob in drei Typen einteilen: solche mit Fototransistoren, solche mit Fotodioden und solche mit einer Verstärkerschaltung, die der Fotodiode hinzugefügt wird.

Beleuchtungsstärke-Sensoren sind eine Technologie, die dazu beitragen kann, den Stromverbrauch elektronischer Geräte zu senken und die Bildqualität von Bildschirmen zu verbessern.

Anwendungen von Beleuchtungsstärke-Sensoren

Beleuchtungsstärke-Sensoren werden häufig eingesetzt, um die Helligkeit von Displays und LCD-Bildschirmen zu erfassen und die Umgebungshelligkeit zu messen, um das Ein- und Ausschalten der Beleuchtung zu automatisieren.

In Mobiltelefonen und Smartphones tragen sie beispielsweise zu einer besseren Sichtbarkeit und einem geringeren Stromverbrauch von LCD-Bildschirmen bei, indem sie die Helligkeit der LCD-Hintergrundbeleuchtung in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit steuern können. Wenn sie auf einem Display angebracht sind, kann die Sichtbarkeit automatisch angepasst werden.

Es handelt sich auch um eine Technologie mit wachsender Nachfrage, die in einer Vielzahl von Bereichen wie Kameras und optische Kommunikation eingesetzt wird.

Funktionsweise des Beleuchtungsstärke-Sensors

Beleuchtungsstärke-Sensoren verwenden Fotodioden und Fototransistoren, die die Beleuchtungsstärke des auf den lichtempfangenden Teil einfallenden Lichts in einen elektrischen Strom umwandeln, der erfasst wird, indem die tatsächliche Helligkeit des Lichts mit Hilfe einer Schaltung, die den Ausgangsstrom auf einen Stromwert verstärkt, der als Sensorfunktion verwendet werden kann, in einen elektrischen Wert umgewandelt wird.

Mit anderen Worten, der Strom, der durch den Fototransistor fließt, ändert sich je nach Helligkeit, was dazu führt, dass an den beiden Enden des in der Schaltung eingebauten Widerstands eine der Helligkeit entsprechende Spannung auftritt, wodurch Licht erfasst wird.

Die Fotodiode muss auch eine geringe Empfindlichkeitscharakteristik in demselben Wellenlängenbereich aufweisen, der vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann. Die üblicherweise in Lichtempfängern verwendeten Fotodioden sind jedoch auch außerhalb des für das menschliche Auge unsichtbaren Infrarotbereichs empfindlich, so dass ein Ausgleich erforderlich ist.

Durch den Einbau einer Sub-Fotodiode mit einer spektralen Spitzenempfindlichkeit im Infrarotbereich wird die Sub-Fotodiode von der Haupt-Fotodiode subtrahiert. Mit diesem Mechanismus lassen sich spektrale Empfindlichkeitseigenschaften erzielen, die der visuellen Empfindlichkeit des menschlichen Auges nahe kommen.

Weitere Informationen zu Beleuchtungsstärke-Sensoren

1. Ausgangskonfiguration von Beleuchtungsstärke-Sensoren

Es gibt verschiedene Arten von Beleuchtungsstärke-Sensoren mit unterschiedlichen Konfigurationen, von sehr einfachen, die den Ausgangsstrom der Fotodiode oder des Fototransistors im lichtempfangenden Teil mit Hilfe einer analogen Schaltung in einen Spannungswert umwandeln und diesen ausgeben, bis hin zu anspruchsvolleren Typen mit einer Analog-Digital-Wandlereinheit, einer darüber hinausgehenden digitalen Steuereinheit und einer seriellen Schnittstelle wie SPI. Je nach Marktanwendung gibt es eine Vielzahl von Beleuchtungsstärke-Sensoren, von sehr einfachen, die den Ausgangsstrom einer Diode oder eines Fototransistors in einen Spannungswert umwandeln und ausgeben, bis hin zu anspruchsvolleren Typen, die über einen Analog-Digital-Wandler, eine darüber hinausgehende digitale Steuereinheit und eine serielle Schnittstelle wie SPI verfügen.

Mit einer SPI-Schnittstelle ist die Steuerung durch einen Mikrocontroller oder ein ähnliches Gerät relativ einfach und softwarekompatibel, so dass eine fein abgestimmte Anwendungssteuerung erfolgen kann. In der Regel werden in solchen Fällen kleine, dedizierte ICs verwendet, die in Sensor-ASICs umgewandelt wurden, um kompakte, hochfunktionale Beleuchtungsstärke-Sensoren zu realisieren.

2. Beleuchtungsstärke-Sensoren-Schalter

Ein angewandtes Produkt, das Beleuchtungsstärke-Sensoren verwendet, ist der Beleuchtungsstärke-Sensor-Schalter. Mit diesem Schalter lässt sich die Raumbeleuchtung in Abhängigkeit von der Außenhelligkeit automatisch ein- und ausschalten. In großen Büros beispielsweise gibt es in der Regel für jeden Beleuchtungsbereich einen Schalter, mit dem die Beleuchtung ein- und ausgeschaltet wird, so dass die Installation eines Beleuchtungssensors diese Aufgaben automatisieren kann.

Der Vorteil der Installation von Beleuchtungssensorschaltern besteht nicht nur darin, dass sie das automatische Ein- und Ausschalten der Beleuchtung in Abhängigkeit von der Außenhelligkeit ermöglichen. Leistungsstarke Beleuchtungsstärke-Sensoren können auch dazu verwendet werden, die Beleuchtung entsprechend der Beleuchtungsstärke zu dimmen. Diese Funktionen können über einen separat vom Beleuchtungsstärke-Sensor installierten Controller eingestellt werden.

Vom Steuergerät aus kann eingestellt werden, bei welcher Beleuchtungsstärke das Licht ein- und ausgeschaltet wird und an welchen Wochentagen und zu welchen Tageszeiten die Funktion aktiviert wird. Es gibt auch Beleuchtungsstärke-Sensoren, mit denen die Beleuchtungsstärke je nach Jahreszeit eingestellt werden kann.

Durch die Installation solcher Beleuchtungsstärke-Sensoren in Büros und an anderen Orten kann die Beleuchtungsstärke in verschiedenen Teilen des Innenraums je nach Tages- und Jahreszeit sowie den Wetterbedingungen draußen angemessen gesteuert werden. Solche Bemühungen können zu Energieeinsparungen führen.

Was ist ein Rauschunterdrückungs-Transformator?

Ein Rauschunterdrückungs-Transformator (englisch: noise cut transformer, special isolation transformer) ist ein Element zur Lärmvermeidung, das zur Verhinderung von Lärmbelästigungen dient.

Er ist eine 1960 von DENKEN SEIKI K.K. entwickelte Marke und wird auch als Rauschunterdrückungs-Transformator bezeichnet, obwohl seine gebräuchlichen Bezeichnungen Fehlerwellen-Isolationstransformator und Rauschunterdrückungs-Transformator lauten. Der Rauschunterdrückungs-Transformator ist eine praktische Anwendung eines transformatorischen Rauschverhinderungselements.

Sie zeichnen sich durch eine hohe Schutzwirkung aus, da sie die Geräuschquelle und den Stromkreis auf der Seite, die durch das Geräusch gestört wird, trennen und isolieren. Da es sich um eine getrennte Isolierung handelt, kann sie auch in ungünstigen elektromagnetischen Umgebungen funktionieren.

Anwendungen für Rauschunterdrückungs-Transformatoren

Viele moderne Geräte sind schnell und multifunktional, was unser Leben bequemer macht. Da diese Geräte mit Kleinstspannungen betrieben werden, können sie aufgrund von Störungen, die von außen eindringen, ausfallen.

Blitze, Amateurfunk, Autos, Entladungsgeräte, Haushaltsgeräte und medizinische Geräte sind alle von externen Störungen betroffen. Der Einsatz eines Rauschunterdrückungs-Transformators verhindert, dass diese Geräusche und das von ihm selbst emittierte Rauschen in externe Schaltkreise gelangen.

Das Prinzip von Rauschunterdrückungs-Transformatoren

Rauschunterdrückungs-Transformatoren verhindern, dass Rauschen auf die Sekundärseite gelangt. Es gibt zwei Arten von Rauschen: Gleichtakt und Normalmodus.

1. Gleichtakt

Beim Gleichtaktrauschen kann niederfrequentes Rauschen (um einige 10 kHz) durch Trenntransformatoren etwas abgeschwächt werden. Mit steigender Frequenz des Rauschens nimmt jedoch das Eindringen des Rauschens in die Sekundärseite aufgrund der Kapazität zwischen der Primär- und der Sekundärseite des Transformators zu.

In diesem Fall kann das Eindringen von Rauschen verhindert werden, indem eine elektrostatische Abschirmung zwischen der Primär- und der Sekundärspule angebracht und im Rauschunterdrückungs-Transformatoren geerdet wird.

2. Normalbetrieb

Im Normalbetrieb wird das Rauschen ohnehin auf der Sekundärseite ausgegeben, so dass der Transformator selbst keine inhärente Unterdrückungswirkung hat. Die Frequenz des durch Blitzschlag verursachten Rauschens ist zum Beispiel sehr hoch im Vergleich zur Frequenz der Stromversorgung für allgemeine Geräte (50/60 Hz).

Daher kann das Rauschen im Normalbetrieb durch einen Filter unterdrückt werden, der die niedrigen Frequenzen der Stromversorgung durchlässt und die hohen Frequenzen abschwächt.

Aufbau eines Rauschunterdrückungs-Transformators

Zusätzlich zum Aufbau eines herkömmlichen Trenntransformators besteht der Aufbau eines Rauschunterdrückungs-Transformators aus mehreren umlaufenden elektromagnetischen Abschirmplatten um den Umfang des Spulentransformators. Darüber hinaus sind die Spulenanordnung, das Kernmaterial und die Form so gestaltet, dass sich der magnetische Fluss des hochfrequenten Rauschens nicht ineinander verhakt. Dadurch wird die Übertragung von Geräuschen durch kapazitive Kopplung und elektromagnetische Induktion verhindert, so dass diese Transformatoren sehr gut zur Geräuschabschirmung geeignet sind.

Wenn das Rauschen unterdrückt werden soll, besteht die Maßnahme im Allgemeinen darin, die Rauschquelle zu isolieren. Die eigentliche Isolationsmaßnahme ist fast immer ein Optokoppler in der Schaltung. Wenn kein Optokoppler verwendet wird, ist die entsprechende Methode ein Trenntransformator.

Aus Kosten- und Platzgründen wird ein Optokoppler auf der Platine bevorzugt, aber wenn eine Platine nicht zur Verfügung steht, wird ein Trenntransformator verwendet. Allerdings sind Trenntransformatoren kein Allheilmittel, und die Sekundärwicklung wird ebenfalls durch das Rauschen der Primärwicklung beeinflusst. Durch den Einsatz von Rauschunterdrückungs-Transformatoren kann dieses Problem gelöst werden.

Weitere Informationen über Rauschunterdrückungs-Transformatoren

Erdung von Rauschunterdrückungs-Transformatoren

Es gibt Maßnahmen zur Vermeidung von Rauschen zwischen der Erde und der Erde eines Stromkreises, auch wenn die Potenziale unterschiedlich sind oder die Erde nicht erdbar ist. Der erste Schritt ist die Installation eines Rauschunterdrückungs-Transformators.

Ist dies immer noch unwirksam, sollte der Bereich, in dem der Rauschunterdrückungs-Transformator installiert ist, so großflächig wie möglich mit der Erde in Kontakt gebracht werden. Eine weitere wirksame Methode besteht darin, die Eingangs- und Ausgangskabel mit abgeschirmten Kabeln zu versehen, die das Rauschen abschirmen können, und diese abgeschirmten Kabel und das Gehäuse des Rauschunterdrückungs-Transformators großflächig zu installieren. Dies führt zu einer verbesserten Rauschunterdrückung.