月: 2023年6月

Was ist ein lüfterloser Computer?

Ein lüfterloser Computer ist ein PC ohne einen angeschlossenen Lüfter zur Kühlung.

Er wird auch als Embedded PC, FAPC (Factory Automation PC), Embedded Computer, Industrie-PC oder IPC (Industrial PC) bezeichnet. Im Vergleich zu Consumer-PCs sind lüfterlose PCs zuverlässiger und umweltverträglicher und verfügen über Funktionen wie die Analyse und Reaktion auf Störungen.

Anwendungen von lüfterlosen Computern

Lüfterlose Computer werden hauptsächlich in industriellen Anwendungen eingesetzt. Zu den spezifischen Anwendungen gehören die Automatisierungssteuerung in Fabriken, die Vibrationen und Staub ausgesetzt sind, Leitsysteme, die einen ständigen Betrieb erfordern, und Empfangsterminals. Das Betriebssystem (OS) ist flexibel, und die Hardwarekonfiguration muss entsprechend der Installationsumgebung und den Eigenschaften des Steuerungsziels ausgewählt und angepasst werden.

Funktionsweise der lüfterlosen Computer

Lüfterlose Computer basieren auf der x86-Architektur, der Architektur herkömmlicher PCs. Ihr Hauptmerkmal ist das Fehlen von Lüftern zur Kühlung, z. B. in der Stromversorgungseinheit. Lüfterlose Computer sind häufig so konzipiert, dass der PC durch natürliche Wärmeabgabe gekühlt werden kann, da die Lager in den Lüftern mit der Zeit verschleißen können, was zu Ausfallzeiten und möglichen thermischen Störungen führt. Darüber hinaus werden die Qualität und die langfristige Verfügbarkeit von Bauteilen verbessert.

Weitere Informationen zu lüfterlosen Computern

1. Betriebssystem von lüfterlosen Computern

Da lüfterlose Computer auf der x86-Architektur basieren, können sie mit verschiedenen Betriebssystemen für unterschiedliche Anwendungen ausgestattet werden.

Windows 10 IoT Unternehmen
Es basiert auf dem hoch skalierbaren Windows und ist mit Funktionen ausgestattet, die eine detaillierte Steuerung des Verhaltens ermöglichen. Dazu gehören zum Beispiel Funktionen wie die Begrenzung der Software, die gestartet werden kann, und die Beschränkung des Zugriffs auf USB-Geräte. Da es auf dem weit verbreiteten Windows basiert, hat es den Vorteil, dass es einfach zu warten und zu verwalten ist.

Linux
Es verfügt über eine ausgezeichnete Flexibilität bei der Anpassung und kann kostenlos für kommerzielle Zwecke genutzt werden, solange es in Übereinstimmung mit den Lizenzbestimmungen verwendet wird. Linux für eingebettete Anwendungen verfügt über eine große Auswahl an Middleware und Gerätetreibern, die eine flexible Systemgestaltung ermöglichen. Auch die Wahl des Dateisystems ist möglich, so dass je nach Anwendung der Schwerpunkt auf Schreibleistung und Fehlertoleranz gelegt werden kann. Ein weiterer großer Vorteil ist, dass die für die Entwicklung von eingebetteten Systemen erforderliche Entwicklungsumgebung kostenlos zur Verfügung gestellt wird.

PMC T-Kernel
Der PMC T-Kernel ist ein Echtzeit-Betriebssystem, das häufig in Industrierobotern eingesetzt wird, die eine detaillierte Steuerung erfordern, und das auf der Architektur von lüfterlosen Computern verwendet werden kann.

2. Lüfterlose Laptop-Computer

Laptop-Computer sind bequem zu transportieren und in hohem Maße tragbar.

Die Kühlung der von der CPU, dem Netzteil und anderen Komponenten eines Notebook-PCs erzeugten Wärme erfolgt in der Regel durch die Ableitung der Wärme mithilfe eines Lüfters. Dies war einer der Faktoren, die es schwierig machten, Größe und Dicke zu reduzieren, und außerdem eine Geräuschquelle. In den letzten Jahren, als die Wärmeentwicklung der Komponenten reduziert und die Wärmeableitungstechnologie weiterentwickelt wurde, sind viele lüfterlose Notebook-PCs auf den Markt gekommen, die kompakt, dünn und leicht sind und über hervorragende Designmerkmale verfügen.

Energiesparende Technologien wie die Miniaturisierung des Herstellungsprozesses für CPUs haben zu stromsparenden Typen geführt, die die Leistung ausgleichen und jetzt für mobile Geräte und Notebooks erhältlich sind. Bei den Speichergeräten werden HDDs durch SSDs ersetzt, was zu einem leisen Betrieb beiträgt. Die Technologie zur Wärmeableitung (Kühlung), die die Lüfter ersetzt, basiert im Allgemeinen auf einem ausgeklügelten Gehäusedesign und einer natürlichen Luftkühlung durch Kühlkörper. Als fortschrittliche Technologie wird der Einsatz von im Weltraum entwickelten Technologien wie der Flüssigkeitskühlung über Wärmerohre in Betracht gezogen.

3. Industrie-PC-Markt

Der Markt für Industrie-PCs, bei denen es auf Haltbarkeit und Stabilität ankommt, die einen langen Supportzeitraum und eine lange Lebensdauer haben, hat sich in den letzten Jahren kaum verändert. In den letzten Jahren wurden die Fabriken im Zuge des Trends zu höherer Produktionseffizienz und Arbeitseinsparungen zunehmend automatisiert. In Fabriken und Produktionsstätten wird die Einführung von Datenerfassung und -analyse durch IoT-Verknüpfungen und den Einsatz von KI unter Verwendung von Industrie-PCs in Betracht gezogen.
Industrie-PCs werden außerdem immer leistungsfähiger und zeichnen sich durch eine höhere Zuverlässigkeit und Haltbarkeit aus. Es wird erwartet, dass Server eine Rolle beim Edge Computing spielen werden, bei dem Informationen von Geräten in Echtzeit an Produktionsstandorten gesammelt, analysiert und verarbeitet werden können.

Was ist ein Bereichssensor?

Bereichssensoren sind Sensoren, die Personen oder Objekte innerhalb eines vordefinierten Bereichs erkennen.

Sie erkennen Objekte, indem sie Licht- oder Schallwellen aussenden und deren Reflexion oder Übertragung erfassen. Sicherheitslichtvorhänge sind eine weitere Art von Bereichssensoren.

In den letzten Jahren sind Sensoren auf den Markt gekommen, die nicht nur zweidimensionale Oberflächen, sondern auch dreidimensionale Räume erfassen.

Anwendungen von Bereichssensoren

Bereichssensoren werden für industrielle oder sicherheitstechnische Anwendungen eingesetzt. Nachfolgend einige Beispiele für Anwendungen von Bereichssensoren:

1. Erkennung von Eindringlingen in Anlagen

Viele industrielle Maschinen und Anlagen arbeiten unter Druck und Drehmoment, die den menschlichen Körper leicht zerstören können. Beispiele hierfür sind industrielle Müllpressen und Förderbänder für Kohlebrennstoffe. Wenn Arbeiter oder Passanten versehentlich in die Nähe solcher Anlagen kommen, besteht die Gefahr von Personenschäden.

Es ist gängige Praxis, die Anlagen mit Lochblech oder Handläufen zu umgeben, um eine leichte Berührung zu verhindern. Es ist jedoch unpraktisch, Bereiche vollständig abzudecken, in denen Personen die Anlagen häufig betreten und verlassen oder in denen eine regelmäßige Wartung erforderlich ist. In solchen Bereichen können Bereichssensoren installiert werden, so dass sich die Geräte abschalten, wenn Personen sie betreten. Bereichssensoren für solche Sicherheitsanwendungen werden auch als Sicherheitslichtvorhänge bezeichnet.

2. Zur Objekterkennung in unbemannten Fahrzeugen

In Fabriken und automatisierten Lagern werden AGVs (Automated Guided Vehicles) für den automatischen Transport von Waren eingesetzt, um Arbeitskräfte zu sparen und Kosten zu senken. In vielen Fällen werden Bereichssensoren verwendet, um Objekte in der Fahrtrichtung des AGVs und in der Umgebung zu erkennen. Bereichssensoren, wie sie bei AGVs eingesetzt werden, sind auch als Sicherheitslichttaster bekannt.

3. Personenerkennung

Sensoren werden manchmal zur Erkennung von Personen eingesetzt, um automatische Türen zu öffnen und zu schließen oder die Torbeleuchtung einzuschalten. Sensoren, die Personen erkennen, werden speziell als Bewegungssensoren bezeichnet.

Sie können auch eingesetzt werden, um unbefugte Eindringlinge bei Nacht zu erkennen. Sie werden an Sicherheitskameras angebracht und zoomen heran oder lösen einen Alarm aus, wenn sie eine Person erkennen. Sie werden oft als Sicherheitssensorleuchte in Kombination mit Beleuchtungskörpern verkauft.

Funktionsweise der Bereichssensoren

Als Detektionsmedien für Bereichssensoren werden Infrarot, Ultraschall und sichtbares Licht verwendet.

1. Infrarotlicht

Infrarotlicht ist ein Lichtstrahl mit einer längeren Wellenlänge als sichtbares Licht. Es ist ein Erkennungsmedium, das in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt wird, von allgemeinen Sicherheitseinrichtungen bis hin zu industriellen Anwendungen, da es unsichtbar ist und die Landschaft nicht beschädigt. Für die Detektion wird im Allgemeinen Licht mit Wellenlängen zwischen 1 und 1000 µm verwendet.

Infrarotstrahlung hat die Eigenschaft, dass sie von Objekten mit einer höheren Temperatur als die der Außenluft abgestrahlt wird. Diese Eigenschaft macht sie ideal für die Erkennung menschlicher Körper mit Körperwärme und wird für Tor- und Sicherheitsbeleuchtungen verwendet. Eine Erkennungsmethode, die auf der Erfassung von Temperaturunterschieden beruht, kann auch zum Öffnen und Schließen von Wasserhähnen verwendet werden, wobei ein Mechanismus zum Einsatz kommt, der Temperaturunterschiede innerhalb des Erfassungsbereichs erfasst und diese dann in elektrische Signale umwandelt.

2. Ultraschallwellen

Schallwellen mit Wellenlängen, die kürzer sind als der für den Menschen hörbare Bereich, werden als Ultraschallwellen bezeichnet. Ultraschallwellen werden manchmal in Bereichssensoren verwendet, da sie für das menschliche Ohr unhörbar sind und umliegende Objekte anhand ihrer Reflexionsgeschwindigkeit erkennen können. Sensoren, die Ultraschallwellen zur Erkennung von Objekten verwenden, werden auch als Ultraschallsensoren bezeichnet.

Nach der Messung der Zeit, die der Schall braucht, um zurückgeworfen zu werden, wird er in ein elektrisches Signal umgewandelt, und die Entfernung zum Objekt wird ermittelt.

3. Sichtbares Licht

Sensoren, die Objekte durch sichtbares Licht erkennen, werden als photoelektrische Sensoren bezeichnet. Es gibt auch Bereichssensoren, die nach dem gleichen Prinzip wie Lichtschranken arbeiten. Sie bestehen aus einem lichtemittierenden Projektor und einem lichtempfangenden Empfänger. Der lichtemittierende Projektor erkennt das Auffangen oder die Reflexion des Lichts durch den lichtempfangenden Empfänger und erkennt das Objekt.

Arten von Bereichssensoren

Aufgrund von Unterschieden in den oben genannten Prinzipien gibt es folgende Arten von Bereichssensoren:

1. Lichtvorhänge und Sicherheitslichtvorhänge

Produkte mit mehreren fotoelektrischen Sensoren, die zur flächigen Erfassung aneinandergereiht sind, werden als Lichtvorhänge bezeichnet, während Produkte, die speziell für Sicherheitsmaßnahmen konzipiert sind, als Sicherheitslichtvorhänge bezeichnet werden. Im Allgemeinen wird diese Art von Sensoren oft als Bereichssensoren bezeichnet.

2. Infrarotsensoren und Bewegungsmelder

Dies sind Sensoren, die Infrarotstrahlung erkennen und häufig zur Erkennung von Personen eingesetzt werden. Sie dienen der Verbrechensverhütung und der Sicherheit.

3. Laser-Scanner

Laserscanner sind Sensoren, die umliegende Objekte erkennen, indem sie Lichtstrahlen fächerförmig aussenden. Ein großer, auf den Sensor zentrierter Bereich kann dreidimensional erfasst werden. Laserscanner, die speziell für Sicherheitsanwendungen eingesetzt werden, werden als Sicherheitslaserscanner bezeichnet.

In den letzten Jahren wurden sie aufgrund ihres großen Erfassungsbereichs aktiv als Fahrzeugsensoren entwickelt.

Was ist ein Röntgenmikroskop?

Ein Röntgenmikroskop ist ein Mikroskop, das Röntgenstrahlen als Lichtquelle nutzt, um die Struktur eines Objekts zu beobachten.

Röntgenmikroskope verwenden Transmissions- (Absorptions-) und Fluoreszenz-Röntgenstrahlen, die sehr durchdringend sind und kontrastreiche Bilder erzeugen können, indem sie die intrinsische Dämpfungsreaktion der inneren Struktur, Dicke und Zusammensetzung des Materials beim Durchgang nutzen. Die Röntgenstrahlen können zur Gewinnung kontrastreicher Bilder verwendet werden.

Wenn die Bilder kontinuierlich aufgenommen werden, während die Probe gedreht wird, können sie in 3D konstruiert werden, um ein Querschnittsbild zu erzeugen (sogenannte CT). Im Allgemeinen hängt die räumliche Auflösung von Mikroskopen, die elektromagnetische Wellen verwenden, von deren Wellenlänge ab: Röntgenstrahlen haben eine 100- bis 10.000-mal kürzere Wellenlänge als sichtbares Licht und können daher sehr detaillierte Bilder liefern.

Anwendungen der Röntgenmikroskope

Röntgenmikroskope werden vor allem in der industriellen Forschung und Entwicklung sowie bei Inspektionen in Produktionsstätten eingesetzt und dienen häufig der Prüfung von Teilen auf Fehler und Eigenschaften, da Röntgenstrahlen eine berührungslose, zerstörungsfreie Prüfung ermöglichen. Sie können auch zur Bewertung der Struktur von Gesteinen und anderen Materialien verwendet werden, um Parameter für die Charakterisierung dieser Materialien als neue Rohstoffe zu erhalten.

Im Bereich der Halbleiterherstellung werden sie zunehmend zur Charakterisierung von Produkten mit ultrafeiner Verarbeitung eingesetzt. Bei der Betrachtung von biologischen Proben mit hohem Wassergehalt können durch die Verwendung von Röntgenwellenlängenbereichen mit geringer Wasserabsorption kontrastreiche Bilder erzielt werden.

Funktionsweise von Röntgenmikroskopen

Röntgenmikroskope bestrahlen eine Probe mit Röntgenstrahlen und nutzen die transmittierten (absorbierten) und fluoreszierenden Röntgensignale des Materials, um ein Bild zu erhalten oder seine Bestandteile zu analysieren. Die Wellenlängen der verwendeten Röntgenstrahlen werden oft als weiche Röntgenstrahlen (1-10 nm) bezeichnet. Insbesondere der Bereich von 2,3-4,3 nm wird aufgrund der extrem geringen Absorption von Wasser als „Wasserfenster“ bezeichnet und für die Beobachtung biologischer Proben verwendet.

Es gibt zwei Arten von Röntgenmikroskopen: solche, die die Röntgentransmission als Kontrast für die Bildaufnahme nutzen, sowie solche, die durch Röntgenbestrahlung erzeugte fluoreszierende Röntgenstrahlen erkennen. Röntgenfluoreszenz ist ein Signal, das durch die Emission von Röntgenstrahlen erzeugt wird, die dem Energieunterschied zwischen der inneren und der äußeren Schale entsprechen, wenn Elektronen der äußeren Schale zu Löchern relaxieren, die durch die Anregung von Elektronen der inneren Schale in einem Material durch Röntgenstrahlung entstehen.

Die Röntgenfluoreszenz hat eine für jedes Atom spezifische Wellenlänge und kann daher für die Elementaranalyse verwendet werden. Röntgenmikroskope lassen sich grob in zwei Arten von optischen Systemen einteilen, je nachdem, ob sie optische Elemente verwenden oder nicht. Röntgenmikroskope ohne optische Elemente verwenden die Projektionsvergrößerungsmethode und die Kontaktmethode zur Beobachtung.

Da die Röntgenbildwelle nicht durch eine Linse vergrößert werden kann, wird sie vergrößert und projiziert, indem die Probe physisch von der Abbildungsfläche getrennt wird. Die Abbildungsmethode mit optischen Elementen wird durch die Verwendung von Zonenplatten mit Lichtkommentar oder durch die Verwendung von Spiegeln mit Total- oder Mehrschichtreflexion erreicht.

Röntgenmikroskopie

1. Unterschied zwischen Röntgenmikroskopen und Elektronenmikroskopen

Röntgenmikroskope verwenden Röntgenstrahlen als Lichtquelle, während Elektronenmikroskope einen Elektronenstrahl auf die Probe richten, um das Bild zu vergrößern. Ein Elektronenstrahl ist ein schneller Strom von Elektronen. Ein Atom besteht aus einem Kern, der aus Protonen und Neutronen besteht, und Elektronen, die ihn umkreisen. Wenn Protonen, Neutronen und Elektronen in einem Gerät, das als Beschleuniger bezeichnet wird, auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden, werden sie zu Strahlen in Form von Protonen-, Neutronen- und Elektronenbündeln.

Im Gegensatz zu Röntgenstrahlen sind Elektronenstrahlen Teilchenstrahlen und haben daher eine begrenzte Durchschlagskraft. Die Durchschlagskraft eines Elektronenstrahls wird durch die Beschleunigungsspannung bestimmt: je höher die Beschleunigungsspannung, desto tiefer dringen die Elektronen ein, und je geringer die Dichte des bestrahlten Objekts, desto tiefer dringen sie ein.

Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
Eine Dünnschichtprobe wird mit einem Elektronenstrahl bestrahlt, der eine Elektronenlinse durchläuft und ein vergrößertes Bild auf einer vom Elektronenstrahl beleuchteten Fluoreszenzplatte erzeugt. Die Elektronenlinse biegt den Elektronenstrahl mit Hilfe eines elektrischen oder magnetischen Feldes ab, um ein Bild zu erzeugen.

Rasterelektronenmikroskop (SEM)
Ein eng gebündelter Elektronenstrahl wird in einem Vakuum eingestrahlt und über die Oberfläche einer Probe gescannt, um Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen, die von der Probe emittiert werden, zu erkennen. Sekundäre Elektronen werden durch den Elektronenstrahl emittiert, der andere Elektronen in der Probe ausstößt, während reflektierte Elektronen die von den bestrahlten Elektronen emittierten und von der Oberfläche der Probe reflektierten Elektronen sind.

Wenn ein Rasterelektronenmikroskop mit einem Röntgendetektor ausgestattet ist, kann es auch als Röntgenanalysator verwendet werden, um die Art und Menge der in der Probe enthaltenen Elemente zu bestimmen.

2. Röntgenmikroskop

Eine Art Röntgenmikroskop, das harte Röntgenstrahlen als Sonde verwendet. Harte Röntgenstrahlen haben eine kurze Wellenlänge von etwa 0,1 nm, was im Prinzip eine hohe Auflösung ermöglicht. Neben Transmission (Absorption), Brechung und Reflexion umfassen die Wechselwirkungen mit Materialien auch Photoelektronen, fluoreszierende Röntgenstrahlen, elastische Streuung, inelastische Streuung, magnetische Absorption und Streuung.

Außerdem ermöglicht ihre hohe Durchlässigkeit eine zerstörungsfreie Beobachtung und sie werden für atmosphärische Messungen eingesetzt. Röntgenmikroskope bestehen aus einem fokussierten Röntgenstrahl, einem Tisch zur Abtastung der Probe und einem Detektor. Sie führen Röntgenanalysen (transmittierte, fluoreszierende oder gestreute Röntgenstrahlen) durch, während sie die Probe abtasten, um verschiedene Arten von Informationen sichtbar zu machen.

Was ist eine Reibschweißmaschine?

Eine Reibschweißmaschine ist eine Maschine, die zwei Gegenstände durch Reibungswärme erhitzt und durch Druck verbindet.

Sie wird zum Verbinden von metallischen Werkstoffen und Harzen verwendet, gilt aber als schwierig für nichtmetallische Werkstoffe wie Titan und Molybdän. Das Reibschweißen eignet sich zum Verbinden unterschiedlicher Metalle, da sie in festem Zustand miteinander verbunden werden. Es kann auch zum Verbinden von Metallen verwendet werden, die sich durch Schweißen nur schwer verbinden lassen, z. B. Kupfer und Aluminium oder Aluminium und rostfreier Stahl.

Es ist außerdem ein umweltfreundliches Fügeverfahren, da keine Schweißdrähte, kein Flussmittel und keine Wärmequelle wie beim Lichtbogen- oder Argonschweißen erforderlich sind und keine Gase oder Spritzer entstehen.

Anwendungen von Reibschweißmaschinen

Reibschweißmaschinen wurden ursprünglich zum Pressschweißen in der Automobilindustrie eingesetzt, werden aber inzwischen auch für Flugzeug- und Maschinenteile, Sportartikel und in der Weltraumforschung verwendet.

In der Automobilindustrie werden sie unter anderem für Lenkwellen, Motorventile und Frontantriebskomponenten eingesetzt. In der Werkzeugindustrie werden Reibschweißmaschinen für die Herstellung von Elektrobohrern, Bohrern und Ratschenschlüsseln zum Schneiden von Werkzeugkomponenten verwendet.

Bei Maschinenteilen werden sie für die Herstellung von Kolbenstangen und Kugelumlaufspindeln für Hydraulikzylinder verwendet. Weitere Anwendungen sind die Bearbeitung von Verbindungsstellen in hydraulischen und pneumatischen Rohrleitungskomponenten, Differenzialtransformatoren in elektrischen Verkabelungskomponenten und die Bearbeitung von Golfschlägerköpfen.

Reibschweißmaschinen werden auch bei der Herstellung von Walzen für Druck- und Kopiergeräte, der Verbindung von Kupfer- und Aluminiumrohren in Wärmetauschern, Griffen für Bohrmaschinen und Klemmen für Umspannwerke eingesetzt.

Funktionsweise der Reibschweißmaschinen

Zwei zu verschweißende Gegenstände werden aneinander gepresst, wobei durch Druck und Drehbewegung Reibungswärme erzeugt wird. Nach Erreichen der Schweißtemperatur wird die Bewegung abrupt gestoppt und Druck ausgeübt, um die Schweißung zu ermöglichen. Die Reibschweißmaschine führt diesen Vorgang durch.

Wichtig ist, dass die Drehbewegung schnell gestoppt und der Stauchdruck sofort aufgebracht wird. Dies ist wichtig, um Torsionsschäden aufgrund der Rotationsverzögerung der Pressschweißnaht zu vermeiden und um hohe Temperaturen während des Stauchvorgangs aufrechtzuerhalten.

Zwei typische Methoden des Pressschweißens mit Reibschweißmaschinen sind folgende:

1. Das Reibschweißverfahren mit konstanter Geschwindigkeit

Bei der Reibschweißmethode mit konstanter Geschwindigkeit werden zwei zu verschweißende Objekte stumpf aneinandergeschweißt und unter Druck gesetzt, und eines oder beide werden gedreht, um Reibungswärme zu erzeugen, und dann wird die Verbindung durch abruptes Anhalten und Stauchen hergestellt.

2. Statisches Reibschweißverfahren

Beim statischen Reibschweißverfahren wird die Rotationsenergie im Federrad gespeichert, das als Drehachse dient. Diese Energie wird dann durch Reibung verbraucht und die Verbindung wird beim Anhalten des Rades druckgeschweißt. Es ist kein Bremsmechanismus vorgesehen.

Das reibgeschweißte Teil hat eine höhere Zugfestigkeit als das ursprüngliche Materialteil. Dieses Phänomen wird als atomare Anziehung bezeichnet. Die Entgratung erfolgt mit dem biaxialen Rotationsreibschweißverfahren, bei dem die beiden zu verschweißenden Objekte in Rotation versetzt werden und eine Klinge in den Bereich der Graterzeugung gebracht wird, wobei ein Hochtemperaturschneidesystem während der Erzeugung von Reibung zum Einsatz kommt.

Weitere Informationen zu Reibschweißmaschinen

1. Vorteile des Reibschweißens

Im Gegensatz zu anderen Schweißverfahren wie dem Lichtbogen- oder Laserschweißen hat das Reibschweißen den Vorteil, dass keine Schweißfehler wie Lunker oder Lunker in der Verbindung auftreten können und dass es außerdem sehr reproduzierbar ist. Sobald die richtigen Verarbeitungsbedingungen festgelegt sind, können daher gleichbleibend hochwertige Verbindungen hergestellt werden.

Zu den Gründen, warum beim Reibschweißen nur selten Defekte auftreten, gehört die Tatsache, dass die Verbindung grundsätzlich in einem festen Zustand unterhalb des Schmelzpunkts des Materials hergestellt wird, so dass es kaum thermische Verformungen wie Erstarrungsschrumpfung gibt und keine Verunreinigungen wie Schutzgas oder Flussmittel eingeschlossen werden.

Weitere Vorteile sind die hohe Festigkeit der Verbindung und die kurze Verarbeitungszeit, was zu Kostensenkungen und Produktivitätssteigerungen führt.

2. Nachteile des Reibschweißens

Reibschweißmaschinen haben nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile.

Begrenzte Geometrie
Einfache Formen wie z. B. Zylinder sind für das Reibschweißen wünschenswert. Für komplexe Formen mit vielen Ecken oder asymmetrischen Formen sollten andere Fügeverfahren in Betracht gezogen werden.

Hohe Belastungen
Die verfügbaren Werkstoffe sind nur begrenzt in der Lage, hohen Belastungen standzuhalten, die durch die hohe Reibungswärme und den Druck der Verbindung entstehen. Es ist Vorsicht geboten, da im Falle eines Bruchs die Gefahr besteht, dass Trümmerteile umherfliegen und die Ausrüstung zerstören oder die Arbeiter verletzen.

Nachbearbeitung erforderlich
Im Bereich des Reibschweißens entstehen Grate, die in einem nachfolgenden Prozess entfernt werden müssen.

3. Verbinden unterschiedlicher Metalle mit Reibschweißmaschinen

Reibschweißmaschinen können ungleiche Metalle wie Stahl und Aluminiumlegierungen verbinden, was beim Schmelzschweißen schwierig wäre. Neben Stahl- und Aluminiumlegierungen kann eine Vielzahl von Metallwerkstoffen verbunden werden, darunter Edelstahl, Kupfer und Titanlegierungen.

Der Vorteil des Verbindens unterschiedlicher Metalle besteht darin, dass die richtige Leistung für das richtige Teil an der richtigen Stelle erbracht werden kann. So kann beispielsweise Stahl für Teile verwendet werden, bei denen Festigkeit erforderlich ist, und Aluminiumlegierungen für andere Teile, wodurch das Gesamtgewicht reduziert wird. Es gibt auch eine Möglichkeit, Spezialwerkstoffe zu verwenden, um die Kosten zu senken, indem die Menge der verwendeten Spezialwerkstoffe reduziert wird.

Was ist ein Reinstwassersystem?

Reinstwassersysteme sind Anlagen zur Herstellung von Reinstwasser. Natürliches und Leitungswasser enthält verschiedene Salze und organische Substanzen. In der Forschung und Entwicklung können diese Verunreinigungen die Ergebnisse von Experimenten beeinträchtigen. In der Produktion können Verunreinigungen im Wasser die Produktqualität beeinträchtigen. In diesen Bereichen wird daher Reinstwasser verwendet, das von Verunreinigungen befreit wurde.

Unter den reinen Wässern ist Reinstwasser das am stärksten gereinigte Wasser. Die Reinheit des Wassers wird auf der Grundlage des elektrischen Widerstands gemessen. Theoretisch hat reines Wasser einen Wert von 18,24 MΩ-cm. Im allgemeinen Sprachgebrauch ist Reinstwasser Wasser, das 18 MΩ-cm erreicht hat.

Anwendungen von Reinstwassersystemen

Reinstwasser wird in der Forschung und Entwicklung sowie in der Halbleiterfertigung verwendet. Im Bereich der Forschung und Entwicklung wird es häufig für biotechnologische Experimente und klinische Versuche mit Arzneimitteln verwendet. In der Halbleiterindustrie wird es für die Reinigung von Halbleiterkomponenten und Präzisionsgeräten verwendet.

Reinstwasser kann jedoch nicht in Glasbehältern oder Polyethylentanks gelagert werden. Das liegt daran, dass sein Lösevermögen viel höher ist als das von Leitungswasser und Behälter in kleinsten Mengen auflöst. Reinstwasser wird daher in Reinstwassersystemen hergestellt und nur bei Bedarf und in der erforderlichen Menge verwendet.

Funktionsweise der Reinstwassersysteme

Reinstwassersysteme reinigen Leitungswasser, um ultrareines Wasser zu erzeugen. In diesem Abschnitt wird die Funktionsweise am Beispiel einer Anlage zur Herstellung von Reinstwasser mit Umkehrosmose-Membran und Ionenaustausch erläutert. Dieses Gerät stellt Reinstwassersysteme in drei Schritten her: Filtration, Umkehrosmose und Ionenaustausch.

1. Filtration

Ein pulverförmiger Aktivkohlefilter filtert Verunreinigungen wie Restchlor und große Verunreinigungen aus dem Leitungswasser.

2. Umkehrosmose

Gefiltertes Leitungswasser wird durch Umkehrosmose gereinigt. Wenn wässrige Lösungen unterschiedlicher Konzentration durch eine halbdurchlässige Membran getrennt werden, wandern normalerweise Wassermoleküle von der Lösung mit der niedrigeren Konzentration zur Lösung mit der höheren Konzentration. Dies wird als Osmose bezeichnet.

Bei der Bewegung der Wassermoleküle wird eine Kraft, der so genannte osmotische Druck, erzeugt, der schließlich mit der Gravitationskraft auf das bewegte Wasservolumen ins Gleichgewicht kommt. Wird dagegen ein höherer Druck als der osmotische Druck ausgeübt, können Wassermoleküle von einer wässrigen Lösung mit höherer Konzentration in eine wässrige Lösung mit niedrigerer Konzentration verschoben werden. Dieses Phänomen wird als Umkehrosmose bezeichnet.

In Reinstwassersystemen wird Leitungswasser mit hohem Druck beaufschlagt, um reines Wasser zu erzeugen, indem Wassermoleküle, die keine Verunreinigungen enthalten, übertragen werden. Eine osmotische Membran, die Wassermoleküle durch dieses Phänomen der Umkehrosmose reinigen kann, wird als Umkehrosmosemembran bezeichnet. Das hier gereinigte Wasser ist bereits rein genug, um als reines Wasser bezeichnet zu werden.

3. Ionenaustausch

Die bereits erwähnten anorganischen Ionen, die in Spuren im reinen Wasser enthalten sind, werden durch Ionenaustausch entfernt. Der Ionenaustausch ist eine Methode zur Verbesserung der Reinheit mit Hilfe von Ionenaustauschharzen. Reines Wasser, das durch Umkehrosmose gewonnen wird, enthält Spuren von Calcium- und Chlorionen. Durch Filtern dieses reinen Wassers durch ein Ionenaustauscherharz werden die Verunreinigungsionen vom Harz absorbiert und zu Reinstwasser.

Dies ist das Hauptprinzip von Reinstwassersystemen. Es gibt auch Reinstwassersysteme mit einem Ultraviolett-Sterilisationssystem nach dem Ionenaustausch. Es gibt auch verschiedene Arten von Produkten, die Ionenaustauschmembranen wiederverwenden oder Leitungswasser destillieren.

Weitere Informationen zu Reinstwassersystemen

1. Industrielle Anwendungen von Reinstwassersystemen

Zu den industriellen Anwendungen von Reinstwassersystemen gehört, wie bereits erwähnt, der Einsatz im Reinigungsprozess von Halbleitergeräten. Wenn das Reinigungswasser mikroskopisch kleine Verunreinigungen enthält, besteht die Gefahr von Kurzschlüssen. Reinstwassersysteme sind daher ein wesentlicher Bestandteil der Halbleiterfertigungstechnologie.

Weitere Verwendungszwecke sind Wasser für Dampferzeuger in Dampfturbinengeneratoren und für Befeuchtungswasser in Fabriken. 

2. Vorsichtsmaßnahmen bei der Anwendung von Reinstwassersystemen

Reinstwassersysteme sind empfindliche Geräte, und es müssen mehrere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um hochreines Reinstwasser zu erhalten. In der Regel sollte das Wasser ad hoc entnommen und der erste Durchfluss abgelassen werden. Der Grund dafür ist die Gefahr der Kontamination des Wasserentnahmebereichs durch die Luft. Um Verunreinigungen aus der Umwelt zu vermeiden, ist es außerdem notwendig, den Wasserentnahmeeinlass sauber zu halten und Schaumbildung bei der Probenahme zu vermeiden.

Reinstwasser wird auch als hungriges Wasser bezeichnet. Der Name leitet sich von seiner Eigenschaft ab, Stoffe aufzunehmen. Aufgrund dieser Eigenschaft nimmt sein elektrischer Widerstand mit der Zeit ab. Ultrareines Wasser muss daher so schnell wie möglich nach der Entnahme verwendet werden.

Was ist ein Kanonenbohrer

Ein Kanonenbohrer ist ein Bohrer, der zum Bohren tiefer Löcher verwendet wird.

Der Name Kanonenbohrer rührt daher, dass er ursprünglich zum Bohren von Löchern in Jagdgewehren und Handfeuerwaffen entwickelt wurde. Beim Bohren wird aus der Spitze des Bohrers unter hohem Druck Schneidöl gespritzt. Das Schneidöl bläst die Späne beim Bohren ab und ermöglicht es, in einem einzigen Arbeitsgang tiefe oder feine Löcher zu bohren.

Kanonenbohrer zeichnen sich durch eine hervorragende Linearität aus und ermöglichen Tief- und Feinbohrungen auch in schwer zu bohrenden Werkstoffen, wie z. B. in hochharten Materialien, rostfreiem Stahl und hitzebeständigem Stahl. Bei der Bearbeitung mit einem Reihenbohrer ist es wichtig, die Drehzahl und den Vorschub im Voraus festzulegen, und die Bedingungen für die Vorbearbeitung und die Schnittbedingungen müssen gut definiert sein.

Anwendungen von Kanonenbohrern

Kanonenbohrer eignen sich für Tieflochbohrungen mit einer Tiefe von mehr als dem Fünffachen des Durchmessers, insbesondere für relativ kleine Löcher von ø 3-30 mm. Beim Bohren tiefer Löcher können Späne das Innere des Lochs beschädigen, aber Kanonenbohrer können die Späne beim Bohren abblasen. Dies ermöglicht ein äußerst effizientes und genaues Tieflochbohren.

Beispiele für den Einsatz von Kanonenbohrern sind:

• Lebensmittelmaschinen
  Flüssigkeitsabfüllmaschinen, Kühlerteile, Melkmaschinen, Teile für Lebensmittelproduktionsmaschinen
• Transportausrüstung
  Teile für Automobile, Schienenfahrzeuge und Flugzeuge
• Industrielle Maschinen
  Spindeln, Wellen, Zylinder, Einspritzdüsen, hydraulische Ausrüstung, Untersetzungsgetriebe
• Elektrotechnik
  Teile für elektrische und elektronische Geräte, Wärmeplatten für Halbleiter, Teile für Flüssigkristallherstellungsanlagen

Funktionsweise von Kanonenbohrern

Kanonenbohrer sind Bohrer, die während des Schneidens mit Hilfe einer Pumpe Schneidöl unter hohem Druck einspritzen. Das Innere des Kanonenbohrers ist daher hohl, damit das Schneidöl zirkulieren kann. Die Schneidflüssigkeit, einschließlich der Späne, wird durch eine V-förmige Nut auf der Bohreroberfläche (Schaft) nach außen gedrückt, und die Späne werden durch einen Spänekasten auf der Rückseite herausgefiltert, so dass die Schneidflüssigkeit wieder zirkulieren kann.

Es gibt eine Vielzahl von Bohrerlöchern, darunter Nieren- und Zweilochbohrer, und je nach Form variieren die Ölmenge und die Steifigkeit des Kopfes, so dass die Wahl je nach Einsatzzweck getroffen werden sollte. Kanonenbohrer haben lange Schäfte und erfordern zur Erhöhung der Biegesteifigkeit den Einbau einer Bohrbuchse an der Bearbeitungsstelle.

Diese unterstützt die radialen Schnittkräfte des Kopfes, was zu einem sehr geringen Versatz und einer hohen Geradheit führt: Bei einer Tiefe von 50 cm kann ein Versatz von etwa 0,3 mm erreicht werden.

Weitere Informationen zu Kanonenbohrern

1. Kanonenbohrer

Die Bearbeitung mit Kanonenbohrern wird auf speziellen Kanonenbohrmaschinen durchgeführt. Kanonenbohrmaschinen sind eine Art Drehmaschine und sind Bearbeitungsmaschinen, die speziell für das Bohren von Löchern mit Kanonenbohrern ausgelegt sind. Während allgemeine Drehmaschinen das Material drehen, erfolgt das Bohren mit Tieflochbohrern durch Rotation der Bohrer.

Zu den Problemen beim Tieflochbohren gehören verstopfte Löcher, die durch die bei der Bearbeitung entstehenden Späne verursacht werden, und Schäden am Bohrer, die durch die Beeinträchtigung der Drehung des Bohrers entstehen. Als Gegenmaßnahme wird von der Spitze des Bohrers kontinuierlich Schneidöl eingespritzt, um einen Schneidölstrom im Loch zu erzeugen, der die Späne nach hinten aus dem Loch drückt. Kanonenbohrer haben an der Basis des Bohrers ein Halteteil, den sogenannten Mitnehmer, der in das rotierende Spannfutter der Kanonenbohrmaschine eingespannt werden kann.

Die Schneidflüssigkeit wird von der Rückseite des Treibers zugeführt, läuft durch den Schaft des Kanonenbohrers und wird aus dem Schneidenteil an der Spitze des Bohrers gespritzt. Aus diesem Grund sind Kanonenbohrmaschinen mit einer Kühlmittelzufuhr in der Mitte des Teils, der den Bohrer aufnimmt, ausgestattet.

Kanonenbohrer können um ein Vielfaches länger sein als ihr Durchmesser. Je nach Bearbeitungstiefe kommt es zu einem Rundlauf des Kanonenbohrer-Schaftes, weshalb die Kanonenbohrmaschine mit mehreren Führungen ausgestattet ist, um dies zu kontrollieren. Die Führungen können so verschoben werden, dass sie die Bearbeitung nicht behindern.

2. Kanonenbohrer mit Bearbeitungszentren

Kanonenbohrungen mit einer Bohrungstiefe bis etwa zum 40-fachen des Bohrungsdurchmessers können nicht nur auf speziellen Kanonenbohrern, sondern auch auf allgemeinen Bearbeitungszentren, NC-Fräsmaschinen oder NC-Drehmaschinen durchgeführt werden. In diesem Fall ist eine Mittendurch-Kühlmittel-Funktion vorgesehen.

Aufgrund der Form der Schneide hat ein Kanonenbohrer nicht die Zentripetalkraft eines normalen Spiralbohrers, so dass vor dem Kanonenbohren eine Pilotbohrung erforderlich ist. Die Pilotbohrungen werden mit einem Schaftfräser oder Bohrer, dessen Bohrungsdurchmesser mit den Spezifikationen des Kanonenbohrers übereinstimmt, mit der in den Bearbeitungsspezifikationen angegebenen Tiefe und mit einer vorgegebenen Genauigkeit gebohrt.

Was ist ein Lötroboter?

Ein Lötroboter ist eine Vorrichtung, bei der ein Lötkolben an einem Roboter zum automatischen Löten angebracht ist.

Durch den Einsatz eines Roboterarms o.ä. kann das Löten in engeren Räumen als mit herkömmlichen automatisierten Lötgeräten wie Montagegeräten und Lötanlagen durchgeführt werden. Traditionell konnte das Löten in engen Räumen nur manuell von Menschen durchgeführt werden.

Anwendungen von Lötrobotern

Lötroboter werden zum Löten eingesetzt, eignen sich aber eher für die Herstellung kleiner Mengen einer Vielzahl von Produkten als für Massenprodukte. Sie eignen sich auch für feine, präzise Arbeiten, die traditionell von Menschen ausgeführt werden, wie z. B. örtlich begrenztes Löten und Löten an Teilen mit niedriger Hitzebeständigkeitstemperatur. Dies bedeutet jedoch, dass die Arbeit länger dauert als bei anderen automatisierten Lötsystemen.

Das Löten der Verstärkerplatinen von Smart-Fiber-Sensoren beispielsweise wird mit der Einführung von Robotern nach dem Schieberlötverfahren durchgeführt. Der Roboter ist für das Löten in präzisen Bereichen mit einer Stegbreite von 0,5 mm und einem Abstand von 1 mm zuständig, wodurch die Arbeitseffizienz verbessert wird.

Funktionsweise von Lötrobotern

Der Lötroboter besteht aus einem Roboter mit einem Arm, einem Lötkolben, einer Steuerung und einem Programmiergerät zur Einstellung der Bedingungen. Einige sind mit einem Stickstoffgasgenerator ausgestattet, um die Oxidation der Lötkolbenspitze und der Lötoberfläche zu verhindern.

Zu den Robotertypen gehören kleine Tischroboter, SCARA-Roboter und kartesische Roboter, je nach Art des Roboterarms. Sie können eingesetzt werden, indem man die Lötbedingungen von einem Programmiergerät aus eingibt und sie die vorgeschriebenen Lötarbeiten ausführen lässt.

Arten von Lötrobotern

Zu den Lötrobotern gehören Tischroboter, SCARA-Roboter und kartesische Roboter. Andere Typen werden nach dem Lötverfahren eingeteilt. Die gängigsten Lötverfahren sind das Lötkolbenverfahren und das Laserverfahren. Die Lötkolbenmethode ist auch heute noch weit verbreitet.

1. Bügelmethode

Bei der Lötkolbenmethode wird der Lötkolben auf fast 350 °C erhitzt und das Lot aus der Spitze des Kolbens gegossen, um das Metall zu verbinden. Im Vergleich zum Reflow-Lötverfahren, bei dem Cremelot aufgetragen und dann erhitzt und geschmolzen wird, um eine Verbindung herzustellen, zeichnet sich dieses Verfahren dadurch aus, dass keine Wärme direkt auf die elektronischen Bauteile einwirkt. Dies bedeutet, dass thermische Schäden minimiert werden und eine hohe Qualität der Lötung erreicht werden kann.

2. Laserverfahren

Beim Laserverfahren wird das Lot durch einen Laserstrahl geschmolzen. Bei diesem Verfahren wird die Tatsache genutzt, dass ein Laserstrahl durch eine Linse oder einen Spiegel fokussiert werden kann, um einen Strahl mit hoher Dichte zu bilden, der das Objekt auf eine hohe Temperatur erhitzt. Bauteile und Lot werden in dem Bereich platziert, in dem der Durchmesser des Laserstrahls auftrifft, und dann gelötet. Diese Lasermethode eignet sich für enge und feine Bearbeitungen, da der Lötprozess berührungslos erfolgt.

Weitere Informationen zu Lötrobotern

1. Vorteile der Einführung von Lötrobotern

Die Vorteile des Einsatzes von Lötrobotern liegen in der erhöhten Automatisierung, Geschwindigkeit und Genauigkeit der Arbeit. Ein guter Lötvorgang hängt von Faktoren wie der Temperatur des Lötkolbens, der Kontaktzeit und der Kontaktfläche mit der Leiterplatte ab.

Wenn diese Faktoren nicht richtig kontrolliert werden, kann es aufgrund einer zu niedrigen Temperatur oder einer zu kurzen Kontaktzeit zu Lötfluss kommen. Imitiertes Lot führt zu einer schwachen und spröden Verbindung. Das Gleiche gilt für verbranntes Lot, das durch unzureichende Wärmeleitung verursacht wird. Diese Situation tritt besonders häufig auf Baustellen auf, auf denen es viele unerfahrene Anfänger gibt, was die Ausschussrate erhöht und die Produktionseffizienz verringert.

In solchen Fällen ist es sinnvoll, Lötroboter auf der Baustelle einzusetzen, die die gleichen Aufgaben wie erfahrene Mitarbeiter übernehmen. Die meisten Lötroboter sind in der Lage, die Positionierung in 0,1-mm-Schritten zu steuern und haben eine hohe Positionswiederholgenauigkeit (Arbeitsgenauigkeit). Darüber hinaus ist ein motorisierter Hochgeschwindigkeitsbetrieb möglich, der schneller ist als der menschliche Betrieb und menschliche Fehler aufgrund von Ermüdung verhindert.

2. Systematisierung von Lötrobotern

Die meisten Lötroboter können relativ einfach systematisiert werden. Bei der Integration von Robotern in Produktionslinien sind in der Regel komplexe Programmierarbeiten erforderlich. Bei vertikalen Knickarmrobotern beispielsweise müssen die vom Roboter auszuführenden Aufgaben in einer speziellen Robotersprache programmiert und eingegeben werden.

Steht die vom Roboter auszuführende Aufgabe jedoch bereits fest, wie es bei Lötrobotern der Fall ist, wird die Programmierung häufig vom Roboterentwickler vorgenommen. Der Anwender muss also nach der Installation nur noch Parameter wie Lötpositionsangaben und Heizzeit einstellen und der Roboter kann in die Produktionslinie integriert werden.