Verfügbarkeit: Funktionseinheiten der Automatisierungstechnik

Funktionseinheiten der Automatisierungstechnik: elektrisch, pneumatisch, hydraulisch

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Düsseldorf VDI-Verl. 1977
Ausgabe:	1. Aufl.
Schlagworte:	Automatisierungstechnik Steuerungstechnik Informationsverarbeitung Elektrizitätsversorgung Hydraulik Wandler Automation Pneumatik Regelungstechnik Bauelement
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	540 S. Ill.
ISBN:	318419048X

Internformat

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EINHEITSSIGNALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.6.2. GEFAESSSYSTEME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . ZUVERLAESSIGKEIT VON FUNKTIONSEINHEITEN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK ............ 1.1. METHODEN DER ZUVERLAESSIGKEITSARBEIT FUER DIE AUTOMATISIERUNGSTECHNIK . . . . . . . . . . . 1.2. MATHEMATISCH ORIENTIERTE ZUVERLAESSIGKEITSMETHODEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1. REALES UND IDEALES AUSFALLVERHALTEN BEI ELEMENTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2. ZUVERLAESSIGKEIT VON SYSTEMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2.1. SERIENSTRUKTUREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2.2. PARALLELSTRUKTUREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2.3. GEMISCHTE STRUKTUREN REALER AUTOMATISIERUNGSEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . 1.2.3. PRAKTISCHE ANLEITUNG FUER DIE AUSFALLRATENANALYSE ...................... . 1.3. INGENIEURTECHNISCH ORIENTIERTE ZUVERLAESSIGKEITSMETHODEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1. UEBERSICHT UND WIRKUNGSBEREICH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.2. ZUVERLAESSIGKEITSTESTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.3. ANALYSEN DES MOEGLICHEN STOERUNGS- UND AUSFALLGESCHEHENS . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.4. METHODE DER CHECKLISTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.5. ERFASSUNG UND AUSWERTUNG VON AUSFALLINFORMATIONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.6. INSTANDHALTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3.7. METHODE DER INTEGRIERTEN SCHADENSBEKAEMPFUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. SCHLUSSBEMERKUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . FUNKTIONSEINHEITEN OHNE HIIFSENERGIE ......................................... . 2.1. OBERBLICK ZU MSR-GERAETEN OHNE HILFSENERGIE ................................ . 2.1 . 1. GERAETEBEISPIELE MIT ANWENDUNGEN .................................. . 2.1.2. DEFINITION UND ABGRENZUNG ........................................ . 2.1.3. GRUNDSTMKTUREN ................................................. . IMAGE 2 8 INHALTSVERZEICHNIS TYPISCHE FUNKTIONSEINHEITEN ................................................ 65 2.2.1. MESSEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.2.2. VERZWEIGUNGSSTELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.2.3. MISCHSTELLEN UND VERGLEICHER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.2.4. EINRICHTUNGEN ZUR SOLLWERT-VORGABE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.2.5. STETIGE REGLER UND STELLEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.2.6. UNSTETIGE REGLER UND STELLEINRICHTUNGEN .............................. 70 H R S I C H T ZUM GERAETESORTIMENT UND ZU ANWENDUNGSGEBIETEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 PERSPEKTIVE VON MSR-GERAETEN OHNE HILFSENERGIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 PNEUMATISCHE FUNKTIONSEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 EIGENSCHAFTEN UND EINSCHAETZUNG DER PNEUMATIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 BAUGRUPPEN UND GRUNDELEMENTE DER PNEUMATIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.2.1. GRUNDELEMENTE .................................................... 76 3.2.2. ARBEITSPRINZIPIEN DER BAUGRUPPEN UND GRUNDELEMENTE ................. 79 3.2.3. BERECHNUNGSGRUNDLAGEN ............................................ 80 3.2.4. BESCHREIBUNG VON STROEMUNGSWIDERSTAENDEN ............................ 82 3.2.4.1. EINZELWIDERSTAENDE ................................................. 83 3.2.4.2. WIDERSTAENDE IN SCHALTUNGEN ........................................ 87 3.2.5. DRUCKTEILERSCHALTUNGEN ............................................. 88 3.2.5.1. SYSTEM DUESE-PRALLPLATTE ............................................ 89 3.2.5.2. SYSTEM DUESE-PRALLPLATTE MIT EJEKTORWIRKUNG .......................... 90 3.2.5.3. SYSTEM EINLASSDUEKE-AUSLASSDUESE ...................................... 91 3.2.5.4. SYSTEM DUESE-KUGEL ............................................... 93 3.2.5.5. BEMERKUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.2.6. STRAHLDUESE-FANGDUESE .............................................. 93 3.2.6.1. STRAHLDUESE-FANGDUESE ALS WEG-DRUCK-WANDLER ........................ 93 3.2.6.2. STRAHLDUESE-FANGDUESE ALS D&-DRUCK-WANDLER ....................... 95 3.2.7. WIRBELKAMMERELEMENTE ............................................. 97 3.2.8. SPEICHERELEMENTE (KAPAZITAETEN) ..................................... 98 3.2.8.1. STARRER SPEICHER ................................................... 99 3.2.8.2. ELASTISCHER SPEICHER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.2.9. WIDERSTAND-SPEICHER-KOMBINATIONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.2.10. INDUKTIVITAETEN UND LEITUNGEN ....................................... 101 3.2.10.1. ERMITTLUNG DER LEITUNGSPARARNETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.2.10.2. UEBERTRAGUNG ANALOGER SIGNALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.2.10.3. OBERTRAGUNG DISKRETER SIGNALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.2.1 1 . ELASTISCHE UEBERTRAGUNGSELEMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.2.11.1. MEMBRANEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.2.11.2. METALLFALTENBAELGE (WELLROHRE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.2.12. PNEUMATISCHE SCHALTELEMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.2.12.1. ALLGEMEINES ...................................................... 112 3.2.12.2. SCHALTELEMENTE MIT BEWEGTEN BAUTEILEN ............................... 113 3.2.12.3. SCHALTELEMENTE OHNE BEWEGTE BAUTEILE - STRAHLELEMENTE ................. 117 INFORMATIONSVERARBEITUNG DURCH PNEUMATISCH-ANALOGE FUNKTIONSEINHEITEN .. : ...... 121 3.3.1. ARBEITSPRINZIPIEN ANALOGER FUNKTIONSEINHEITEN ........................ 121 3.3.1.1. AUSSCHLAGVERFAHREN ................................................ 122 3.3.1 . 2 KOMPENSATIONSVERFAHREN ........................................... 122 IMAGE 3 INHALTSVERZEICHNIS 9 3.3.2. ANALOGE FUNKTIONSEINHEITEN MIT BEWEGTEN BAUTEILEN .................... 125 3.3.3. ANALOGE FUNKTIONSEINHEITEN OHNE BEWEGTE BAUTEILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3.4. INFORMATIONSVERARBEITUNG DURCH PNEUMATISCH-DIGITALE FUNKTIONSEINHEITEN ......... 139 3.4.1. ALLGEMEINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 3.4.2. DIGITALE FUNKTIONSEINHEITEN MIT BEWEGTEN BAUTEILEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 3.4.3. DIGITALE FUNKTIONSEINHEITEN OHNE BEWEGTE BAUTEILE ..................... 141 3.5. INFORMATIONSGEWIMUNG DURCH PNEUMATISCH-ANALOGE UND DIGITALE FUNKTIONSEINHEITEN 144 3.5.1. ALLGEMEINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 3.5.2. MESSURNFORMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 3.5.3. FLUIDISCHE SENSOREN UND MESSWANDLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 3.6. EINGABE-/AUSGABEEINHEITEN - PERIPHERE GERAETE ................................ 152 3.6.1. ALLGEMEINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 3.6.2. FUNKTIONSEINHEITEN ZUR INFORMATIONSEINGABE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 3.6.3. FUNKTIONSEINHEITEN ZUR INFORMATIONSAUSGABE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 3.6.4. FUNKTIONSEINHEITEN ZUR SIGNALUMSETZUNG (A/D, DIA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 3.7. PNEUMATISCHE STELLEINRICHTUNGEN ............................................. 158 3.7.1. ALLGEMEINES ZU EINRICHTUNGEN DER INFORMATIONSNUTMNG . . . . . . . . . . . . . . . . 158 3.7.1.1. AUFGABEN DER STELLEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 3.7.1.2. KLASSIFIZIERUNG DER STELLEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 3.7.1.3. ANFORDERUNGEN AN STELLEINRICHTUNGEN FUER STOFFSTROEME ................... 161 3.7.2. ANALOGE STELLGLIEDER FUER STOFFSTROEME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 3.7.2.1. GRUNDLAGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 3.7.2.2. AUFBAU VON STELLVENTILEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 3.7.2.3. STATISCHES UND DYNAMISCHES VERHALTEN VON STELLVENTILEN . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 3.7.2.4. STELLKLAPPEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 3.7.2.5. SPEZIELLE AUSFUEHRUNGSFORMEN ANALOGER STELLGLIEDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 3.7.3. STELLGLIEDER MIT ZWEIPUNKTVERHALTEN (AUF/ZU-STELLGLIEDER) . . . . . . . . . . . . . . . 181 3.7.4. DIGITALE STELLGLIEDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 3.7.5. ANALOGE PNEUMATISCHE STELLANTRIEBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 3.7.5.1. GRUNDLAGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 3.7.5.2. KONSTRUKTIVE AUSFUEHRUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 3.7.5.3. POSITIONIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 3.7.5.4. ZUSATZEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 3.7.6. DISKRETE PNEUMATISCHE STELLANTRIEBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 4 . HYDRAULISCHE FUNKTIONSEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 4.1. HYDRAULIK IN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 4.2. GRUNDSAETZLICHER AUF BAU EINES HYDRAULIKANTRIEBES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 4.3. HYDRAULIKOEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 4.4. BESCHREIBUNG WICHTIGER GRUNDELEMENTE ....................................... 194 4.4.1. ABWEICHUNGEN GEGENUEBER DER PNEUMATIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 4.4.2. STROEMUNGSWIDERSTAENDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 4.4.2.1. WIDERSTAENDE DER UEBERTRAGUNGSLEITUNG ................................ 195 4.4.2.2. WIDERSTAENDE ALS FOLGE VON LECKSPALTEN ............................... 196 4.4.2.3. STROEMUNGSWIDERSTAENDE ZUR STEUERUNG VON DWCK UND DURCHFLUSS . . . . . . . . . 196 4.4.2.4. STROEMUNGSWIDERSTAENDE IN SCHALTUNGEN ................................ 197 IMAGE 4 10 INHALTSVERZEICHNIS 4.4.3. HYDRAULISCHE KAPAZITAETEN (SPEICHERWIRKUNGEN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 4.4.4. HYDRAULISCHE INDUKTIVITAETEN (MASSEWIRKUNGEN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 4.4.5. ZUSAMMENSCHALTUNG VON GRUNDELEMENTEN, MATHEMATISCHE MODELLIERUNG . . . 205 4.5. HYDRAULISCHE BAUGRUPPEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 4.5.1. DRUCKSTROMERZEUGER (PUMPEN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 4.5.2. DRUCKSTROMVERBRAUCHER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 4.5.2.1. HYDROMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 4.5.2.2. ARBEITSZYLINDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 4.5.3. BAUGRUPPEN ZUR BEEINFLUSSUNG VON DRUCK UND OELSTROM (VENTILE) . . . . . . . . 213 4.5.3.1. WEGEVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.5.3.2. SERVOVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.5.3.3. DRUCKVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 4.5.3.4. STROMVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 4.5.3.5. SPERRVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 4.5.3.6. VERSCHALTUNGSARTEN HYDRAULISCHER VENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 4.6. HYDRAULISCHE KREISLAEUFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 DRUCKOELQUELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 GRUNDKONZEPTIONEN HYDRAULISCHER KREISLAEUFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 SCHALTUNGEN VON DRUCKOELQUELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 HYDRAULISCHE GRUNDSCHALTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 SCHALTUNGEN BEI FORDERUNGEN AN DIE LAGE (POSITION) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 SCHALTUNGEN BEI FORDERUNGEN AN DIE GESCHWINDIGKEIT .................. 227 GLEICHLAUFSCHALTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 SCHALTUNGEN BEI FORDERUNGEN AN DIE ABTRIEBSKRAFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 PNEUMOHYDRAULISCHE ANTRIEBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 4.7. ENTWURF UND DIMENSIONIERUNG HYDRAULISCHER ANTRIEBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 4.7.1. DIMENSIONIERUNG UNTER STATISCHEN GESICHTSPUNKTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 4.7.2. BEDEUTUNG UND KOMPLIZIERTHEIT DER UNTERSUCHUNG DES DYNAMISCHEN VER- HALTENS ........................................................... 237 4.7.3. BEISPIELE ZUR STATISCHEN UND DYNAMISCHEN BERECHNUNG HYDRAULISCHER KREIS- LAEUFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 4.7.3.1. TEILAUTOMATISIERTE NIETEINRICHTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 4.7.3.2. UBERGANGSVORGAENGE VON WEGEVENTILGESTEUERTEN VERBRAUCHERN . . . . . . . . . . . . 242 4.8. ENTWICKLUNGSTENDENZEN .................................................... 246 5 . FUNKTIONSEINHEITEN ZUR ELEKTRISCHEN INFORMATIONSGEWINNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 5.1. ALLGEMEINE PROBLEME BEI MESSEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 5.1.1. BEDEUTUNG DER INFORMATIONSGEWINNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 5.1.2. MESSKETTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 5.1.3. STATISCHES UND DYNAMISCHES VERHALTEN VON WANDLERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 5.2. ELEKTRISCH-ANALOGE INFORRNATIONSGEWINNUNG ................................... 258 5.2.1. INFORMATIONSWANDLUNG DURCH MESSWERTGEBER ........................... 261 5.2.1.1. WANDLER MIT DEN ELEKTRISCHEN SIGNALTRAEGEM STROM UND SPANNUNG AM AUS- GANG (AKTIVE WANDLER) ............................................. 261 5.2.1.2. WANDLER MIT STROM- UND SPANNUNGSLOSEN ELEKTRISCHEN SIGNALTRAEGERN AM AUSGANG (PASSIVE WANDLER) ......................................... 269 IMAGE 5 INHALTSVERZEICHNIS 11 5.2.2. INFORMATIONSWANDLUNG DURCH MESSSCHALTUNGEN UND INDUSTRIELLE MESSUMFORMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 5.2.2.1. MESSSCHALTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 5.2.2.2. MESSUMFORMER NACH AUSSCHLAG- UND KOMPENSATIONSVERFAHREN . . . . . . . . . . . 291 5.2.2.3. INDUSTRIELLE MESSUMFORMER NACH AUSSCHLAGVERFAHREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 5.2.2.4. MESSUMFORMER NACH KOMPENSATIONSVERFAHREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 5.2.3. UBERTRAGUNG ELEKTRISCH-ANALOGER MESSINFORMATIONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 5.2.3.1. MESSINFORMATIONSUEBERTRAGUNG ZWISCHEN MESSFUHLER UND MESSSCHALTUNG BZW . MESSUMFORMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 5.2.3.2. MESSINFORMATIONSUEBERTRAGUNG VON BEWEGTEN MESSOBJEKTEN . . . . . . . . . . . . . . . 306 5.3. DISKRETE INFORMATIONSGEWINNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 5.3.1. MERKMALE DER DISKRETEN INFORMATIONSGEWINNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 5.3.2. MESSUNG VON ZAEHLGROESSEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 5.3.2.1. INFORMATIONSGEWINNUNG MITTELS INITIATOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 5.3.2.2. IMPULSZAEHLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 5.3.2.3. FREQUENZ- UND PERIODENDAUERMESSUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 5.3.2.4. ANWENDUNGSFAELLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 5.3.3. ANALOG-DIGITAL-UMSETZUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 5.3.3.1. PRINZIPIEN DER UMSETZUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 5.3.3.2. UMSETZER FUER ELEKTRISCHE SPANNUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 5.3.3.3. UMSETZER FUER GEOMETRISCHE GROESSEN (WEG ODER WINKEL) . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 5.4. ELEKTRISCH-ANALOGE UND ELEKTRISCH-DISKRETE ANZEIGE- UND REGISTRIERTECHNIK . . . . . . . . . 325 5.4.1. ANZEIGEEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 5.4.2. REGISTRIEREINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 5.4.2.1. ANALOGE REGISTRIERGERAETE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 5.4.2.2. DISKRETE REGISTRIERGERAETE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 6 . ELEKTRISCH-ANALOGE FUNKTIONSEINHEITEN ZUR INFORMATIONSVEMRBEITUNG ............... 334 6.1. PROBLEMORIENTIERUNG UND UBERSICHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 6.2. ALLGEMEINES ZU SIGNALVERSTAERKERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 6.2.1. EINTEILUNG UND FORDERUNGEN ........................................ 336 6.2.2. VERSTAERKERGRUNDTYPEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 6.2.3. GEGENKOPPLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 6.2.4. DYNAMISCHE STABILITAET .............................................. 342 6.3. EINFACHE VERSTAERKERSTUFEN .................................................. 344 6.3.1. SCHALTUNGEN MIT EINEM EINGANG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 6.3.2. DIFFERENZVERSTAERKER ................................................ 345 6.3.3. KOPPLUNG ZWISCHEN ZWEI STUFEN ..................................... 358 6.4. LEISTUNGSSTUFEN (LEISTUNGSVERSTAERKER) ........................................ 358 6.4.1. UNSTETIGE LEISTUNGSSTUFEN ........................................... 359 6.4.2. STETIGE LEISTUNGSSTUFEN ............................................. 360 6.5. OPERATIONSVERSTAERKER ....................................................... 361 6.5.1. KENNGROESSEN UND GRUNDSCHALTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 6.5.2. DIREKTGEKOPPELTE GLEICHSPAMUNGSVERSTAERKER .......................... 368 6.5.3. MODULATIONSVERSTAERKER .............................................. 368 IMAGE 6 12 INHALTSVERZEICHNIS 6.5.4. VERSTAERKER MIT DRIFTKORREKTUR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 6.5.5. WEITERE ENTWICKLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 6.6. LINEARE FUNKTIONSEINHEITEN MIT OPERATIONSVERSTAERKERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 6.6.1. VERSTAERKER, SPANNUNGS- UND STROMQUELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 6.6.2. RECHEN- UND REGLEREINHEITEN ........................................ 378 6.7. NICHTLINEARE FUNKTIONSEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 6.7.1. VERSTAERKER. BEGRENZER. BETRAGSBILDNER. GLEICHRICHTER. ANALOGE TORSCHALTUNGEN 381 6.7.2. FUNKTIONSGENERATOREN .............................................. 382 6.7.3. GRENZWERTMELDER (KOMPARATOREN). EXTREMWERTAUSWAHL. TOTZONE ........ 383 6.7.4. ZWEIPUNKT- UND DREIPUNKTREGLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 6.7.5. MULTIPLIZIERER. QUADRIERER. DIVIDIERER. RADIZIERER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 6.8. MULTIPLEXER FUER ANALOGE SIGNALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 6.9. ANALOGE SPEICHER. HALTEGLIEDER .............................................. 389 6.10. GENERATOREN FUER SINUSSCHWINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 . 6.1 1 PHASENREGELKREIS (PLL) ..................................................... 391 6.12. STROMVERSORGUNG .......................................................... 392 6.12.1. NETZTRANSFORMATOR UND GLEICHRICHTER ................................. 393 6.12.2. STABILISIERUNGSSCHAITUNGEN .......................................... 395 6.12.2.1. SCHALTUNGEN OHNE REGELUNG ......................................... 395 6.12.2.2. SCHALTUNGEN MIT STETIGER REGELUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R ........... 396 6.12.2.3. UNSTETIGE REGELUNG (SCHALTREGLER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 6.12.2.4. HRLASTUNGSSCHUTZ ................................................ 398 6.12.3. WECHSELRICHTER UND GLEICHSPANNUNGSWANDLER .......................... 398 6.12.4. PUFFERBETRIEB, FUNKENTSTOERUNG ....................................... 399 6.12.5. WEITERER TREND .................................................... 400 7 . ELEKTRISCHDIGITALE FUNKTIONSEINHEITEN ZUR INFORMATIONSVENUBEITUNG ................ 401 7.1. PROBLEMORIENTIERUNG UND TIBERSICHT .......................................... 401 7.1.1. AUFGABEN DIGITALER FUNKTIONSEINHEITEN IN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK . . . 401 7.1.2. VERDRAHTUNGS- UND SPEICHERPROGRARNRNIERTE SIGNALVERARBEITUNG . . . . . . . . . . . 402 7.1.3. SCHAL TUNGSINTEGRATION .............................................. 403 7.1.4. STOEREMPIINDLICHKEIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 7.1.5. KONSTRUKTIVE GESTALTUNG UND WEITERE ENTWICKLUNG ..................... 405 7.1.6. GENERATIONEN VON KONTAKTLOSEN DIGITALEN BAUSTEINSYSTEMEN . . . . . . . . . . . . . . 406 7.1.7. VERKNIIPFUNGS- UND ARBEITSPRINZIPIEN DIGITALER SCHALTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . 407 7.2. LOGISCHE GNINDSCHALTUNGEN (GATTER) ......................................... 408 7.3. SCHALTKREISFAMILIEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 7.3.1. UEBERBLICK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 7.3.2. TTL-SCHALTKREISE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 7.3.3. MOS-SCHALTKREISE ................................................. 417 7.3.3.1. STATISCHE SCHALTUNGEN (EINKANAL-MOS; CMOS) ........................ 417 7.3.3.2. DYNAMISCHE SCHALTUNGEN ........................................... 418 7.3.4. INTERFACE-SCHALTUNGEN .............................................. 419 7.4. SPEICHERELEMENTE (KIPPSCHALTUNGEN) ......................................... 421 7.4.1. SCHRNITT-TRIGGER ................................................... 421 IMAGE 7 13 INHALTSVERZEICHNIS 7.4.2. FLIPFLOP-STUFEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 7.4.2.1. ALLGEMEINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 7.4.2.2. SYSTEMATIK DER FLIPFLOP-STUFEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 7.4.3. UNIVIBRATOREN (MONOFLOPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 7.4.4. MULTIVIBRATOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 7.4.5. SPERRSCHWINGER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 7.5. ZAEHLER UND FREQUENZTEILER .................................................. 433 7.5.1. FREQUENZTEILER .................................................... 434 7.5.2. ZAEHLER ........... : ............................................... 436 7.5.2.1. SCHALTUNGSAUF BAU .................................................. 436 7.5.2.2. ANZEIGE DES ZAEHLERGEBNISSES ......................................... 437 7.6. SPEICHEREINHEITEN .......................................................... 439 7.6.1. FERRITKERNSPEICHER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 7.6.2. HALBLEITERSPEICHER ................................................. 441 7.6.2.1. PARALLELREGISTER UND SCHIEBEREGISTER (UMLAUFSPEICHER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 7.6.2.2. MATRIXSPEICHER ALS SCHREIB/LESESPEICHER (RAM) ....................... 443 7.6.2.3. MATRIXSPEICHER ALS FESTWERTSPEICHER (ROM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 7.6.2.4. VERGLEICH UND WEITERE ENTWICKLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 7.7. DEKODIERER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 7.8. MULTIPLEXER FUER DIGITALE SIGNALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 7.9. DIGITALE KOMPARATOREN UND RECHENEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449 7.10. DIGITAL-ANALOG-UMSETZER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 7.11.MIKROPROZESSORSYSTEME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 7.1 1.1. MIKROPROZESSOREN ALS DIGITALE LSI-SCHALTKREISE ........................ 451 7.1 1.2. AUF BAU VON MIKROPROZESSORSYSTEMEN ................................ 451 7.11.3. EINSATZRNOEGLICHKEITEN ALS AUTOMATISIERUNGSMITTEL ...................... 454 7.1 1.3.1. MIKROPROZESSOREN FUER DISKRETE STEUERUNGSEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 7.1 1.3.2. MIKROPROZESSOREN ALS UNIVERSELLE REGLER .............................. 455 7.1 2 . PROZESSPERIPHERIE DIGITALER PROZESSRECHNERSYSTEME ............................... 456 7.12.1. PROZESSRECHNERSYSTEME ZUR DIGITALEN INFORMATIONSVERARBEITUNG . . . . . . . . . . . . 456 7.12.2. SYSTEMAUF BAU EINER PROZESSPERIPHERIE ................................. 457 7.12.3. AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE EINES INTERFACE ........................... 458 7.12.3.1. GRUNDSAETZE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458 7.12.3.2. FUNKTIONELLE BEDINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 7.12.3.3. ELEKTRISCHE BEDINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 7.12.4. FUNKTIONSBLOECKE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 7.12.4.1. ANALOGEINGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 7.12.4.2. DIGITALEINGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464 7.12.4.3. DIGITALAUSGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 7.12.4.4. ANALOGAUSGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467 8 . ELEKTRISCHE FUNKTIONSEINHEITEN ZUR INFORMATIONSNUTZUNG . : ........................ 468 8.1. ALLGEMEINE GRUNDLAGEN UND UBERSICHT UEBER ELEKTROMECHANISCHE BAUGLIEDER ZUR INFORMATIONSNUTZUNG ...................................................... 468 8.1.1. INDUKTIONSGESETZ ................................................... 468 8.1.2. KRAFTGESETZ ....................................................... 468 IMAGE 8 14 INHALTSVERZEICHNIS GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT ERREGERWICKLUNG . . . . . . . . . . . . . . . 471 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT PERMANENTMAGNETEN . . . . . . . . . . . . 474 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT SCHEIBENLAEUFER . . . . . . . . . . . . . . . . . 474 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT SCHLANKANKER . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT EISENLOSEM LAEUFER . . . . . . . . . . . . . . 475 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT ELEKTRONISCHER KOMMUTIERUNG . . . 476 GLEICHSTROM-REIHENSCHLUSSMASCHINEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 8.3. WECHSELSTROM-XLEINMASCHINEN MIT REIHENSCHLUSSCHARAKTERISTIK (UNIVERSALMOTOREN) . . 478 * 8.4. WECHSELSTROM-KLEINMASCHINEN MIT ASYNCHRONCHARAKTERISTIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480 8.4.1. KONDENSATORMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482 8.4.2. SPALTPOLMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 8.4.3. FERRARISMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 8.5. WECHSELSTROM-KLEINMASCHINEN MIT SYNCHRONCHARAKTERISTIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 8.5.1. SYNCHRONMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 8.5.2. DREHMELDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486 8.6. SCHRITTMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487 8.7. ELEKTRONISCHE ANSTEUERUNG VON KLEINMASCHINEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 8.8. ELEKTRISCHE STELLANTRIEBE FUER STOFFSTROM-STELLGLIEDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 8.8.1. UBERSICHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 8.8.2. STELLMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 8.8.3. ANPASSUNGSGETRIEBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492 8.8.4. EINRICHTUNG ZUR ANSTEUERUNG DER MOTOREN, POSITIONIERUNG . . . . . . . . . . . . . . 496 8.8.5. ZUSATZEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 8.8.6. STELLANTRIEBE MIT SCHRITTMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 8.8.7. MAGNETVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500 8.8.8. GEGENUEBERSTELLUNG PNEUMATISCHER, ELEKTRISCHER UND HYDRAULISCHER STELLANTRIEBE FUER STOFFSTROM-STELLGLIEDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503 9 . SYSTEMWANDLER FUER SIGNALTRAEGER VERSCHIEDENER ENERGIEFORMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 9.1. ARTEN DER SYSTEMWANDLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 9.2. WANDLER FUER ANALOGE SIGNALTRAEGER (UMFORMER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 9.3. DISKRETEWANDLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 10 . PROBLEME ZUR AUSWAHL VERSCHIEDENER TECHNIKEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511 SACHWOERTERVERZEICHNIS ........................................................... 536
adam_txt	IMAGE 1 INHALTSVERZEICHNIS FORMELZEICHENVERZEICHNIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 . AUTOMATISIERUNGSMITTEL . FORDERUNGEN. QUERSCHNITTSPROHLEME. REALISIERUNGSASPEKTE . . . 0.1. MITTEL ZUR REALISIERUNG VON AUTOMATISIERUNGSAUFGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.2. GRUNDBESTANDTEILE DER AUTOMATISIERUNGSMITTEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.3. EINSATZBEDINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.4. SYSTEMLOESUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.5. GENERATIONSPROBLEME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.6. BEDINGUNGEN FUER KOPPELBARKEIT VON EINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.6.1. EINHEITSSIGNALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.6.2. GEFAESSSYSTEME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . ZUVERLAESSIGKEIT VON FUNKTIONSEINHEITEN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK . 1.1. METHODEN DER ZUVERLAESSIGKEITSARBEIT FUER DIE AUTOMATISIERUNGSTECHNIK . . . . . . . . . . . 1.2. MATHEMATISCH ORIENTIERTE ZUVERLAESSIGKEITSMETHODEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1. REALES UND IDEALES AUSFALLVERHALTEN BEI ELEMENTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2. ZUVERLAESSIGKEIT VON SYSTEMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2.1. SERIENSTRUKTUREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2.2. PARALLELSTRUKTUREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2.3. GEMISCHTE STRUKTUREN REALER AUTOMATISIERUNGSEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . 1.2.3. PRAKTISCHE ANLEITUNG FUER DIE AUSFALLRATENANALYSE . . 1.3. INGENIEURTECHNISCH ORIENTIERTE ZUVERLAESSIGKEITSMETHODEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1. UEBERSICHT UND WIRKUNGSBEREICH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.2. ZUVERLAESSIGKEITSTESTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.3. ANALYSEN DES MOEGLICHEN STOERUNGS- UND AUSFALLGESCHEHENS . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.4. METHODE DER CHECKLISTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.5. ERFASSUNG UND AUSWERTUNG VON AUSFALLINFORMATIONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.6. INSTANDHALTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1'3.7. METHODE DER INTEGRIERTEN SCHADENSBEKAEMPFUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. SCHLUSSBEMERKUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 . FUNKTIONSEINHEITEN OHNE HIIFSENERGIE . . 2.1. OBERBLICK ZU MSR-GERAETEN OHNE HILFSENERGIE . . 2.1 . 1. GERAETEBEISPIELE MIT ANWENDUNGEN . . 2.1.2. DEFINITION UND ABGRENZUNG . . 2.1.3. GRUNDSTMKTUREN . . IMAGE 2 8 INHALTSVERZEICHNIS TYPISCHE FUNKTIONSEINHEITEN . 65 2.2.1. MESSEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.2.2. VERZWEIGUNGSSTELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.2.3. MISCHSTELLEN UND VERGLEICHER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.2.4. EINRICHTUNGEN ZUR SOLLWERT-VORGABE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.2.5. STETIGE REGLER UND STELLEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.2.6. UNSTETIGE REGLER UND STELLEINRICHTUNGEN . 70 H R S I C H T ZUM GERAETESORTIMENT UND ZU ANWENDUNGSGEBIETEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 PERSPEKTIVE VON MSR-GERAETEN OHNE HILFSENERGIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 PNEUMATISCHE FUNKTIONSEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 EIGENSCHAFTEN UND EINSCHAETZUNG DER PNEUMATIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 BAUGRUPPEN UND GRUNDELEMENTE DER PNEUMATIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 3.2.1. GRUNDELEMENTE . 76 3.2.2. ARBEITSPRINZIPIEN DER BAUGRUPPEN UND GRUNDELEMENTE . 79 3.2.3. BERECHNUNGSGRUNDLAGEN . 80 3.2.4. BESCHREIBUNG VON STROEMUNGSWIDERSTAENDEN . 82 3.2.4.1. EINZELWIDERSTAENDE . 83 3.2.4.2. WIDERSTAENDE IN SCHALTUNGEN . 87 3.2.5. DRUCKTEILERSCHALTUNGEN . 88 3.2.5.1. SYSTEM DUESE-PRALLPLATTE . 89 3.2.5.2. SYSTEM DUESE-PRALLPLATTE MIT EJEKTORWIRKUNG . 90 3.2.5.3. SYSTEM EINLASSDUEKE-AUSLASSDUESE . 91 3.2.5.4. SYSTEM DUESE-KUGEL . 93 3.2.5.5. BEMERKUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.2.6. STRAHLDUESE-FANGDUESE . 93 3.2.6.1. STRAHLDUESE-FANGDUESE ALS WEG-DRUCK-WANDLER . 93 3.2.6.2. STRAHLDUESE-FANGDUESE ALS D&-DRUCK-WANDLER . 95 3.2.7. WIRBELKAMMERELEMENTE . 97 3.2.8. SPEICHERELEMENTE (KAPAZITAETEN) . 98 3.2.8.1. STARRER SPEICHER . 99 3.2.8.2. ELASTISCHER SPEICHER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.2.9. WIDERSTAND-SPEICHER-KOMBINATIONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 3.2.10. INDUKTIVITAETEN UND LEITUNGEN . 101 3.2.10.1. ERMITTLUNG DER LEITUNGSPARARNETER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.2.10.2. UEBERTRAGUNG ANALOGER SIGNALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 3.2.10.3. OBERTRAGUNG DISKRETER SIGNALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.2.1 1 . ELASTISCHE UEBERTRAGUNGSELEMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.2.11.1. MEMBRANEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 3.2.11.2. METALLFALTENBAELGE (WELLROHRE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.2.12. PNEUMATISCHE SCHALTELEMENTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.2.12.1. ALLGEMEINES . 112 3.2.12.2. SCHALTELEMENTE MIT BEWEGTEN BAUTEILEN . 113 3.2.12.3. SCHALTELEMENTE OHNE BEWEGTE BAUTEILE - STRAHLELEMENTE . 117 INFORMATIONSVERARBEITUNG DURCH PNEUMATISCH-ANALOGE FUNKTIONSEINHEITEN . : . 121 3.3.1. ARBEITSPRINZIPIEN ANALOGER FUNKTIONSEINHEITEN . 121 3.3.1.1. AUSSCHLAGVERFAHREN . 122 3.3.1 . 2 KOMPENSATIONSVERFAHREN . 122 IMAGE 3 INHALTSVERZEICHNIS 9 3.3.2. ANALOGE FUNKTIONSEINHEITEN MIT BEWEGTEN BAUTEILEN . 125 3.3.3. ANALOGE FUNKTIONSEINHEITEN OHNE BEWEGTE BAUTEILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 3.4. INFORMATIONSVERARBEITUNG DURCH PNEUMATISCH-DIGITALE FUNKTIONSEINHEITEN . 139 3.4.1. ALLGEMEINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 3.4.2. DIGITALE FUNKTIONSEINHEITEN MIT BEWEGTEN BAUTEILEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 3.4.3. DIGITALE FUNKTIONSEINHEITEN OHNE BEWEGTE BAUTEILE . 141 3.5. INFORMATIONSGEWIMUNG DURCH PNEUMATISCH-ANALOGE UND DIGITALE FUNKTIONSEINHEITEN 144 3.5.1. ALLGEMEINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 3.5.2. MESSURNFORMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 3.5.3. FLUIDISCHE SENSOREN UND MESSWANDLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 3.6. EINGABE-/AUSGABEEINHEITEN - PERIPHERE GERAETE . 152 3.6.1. ALLGEMEINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 3.6.2. FUNKTIONSEINHEITEN ZUR INFORMATIONSEINGABE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 3.6.3. FUNKTIONSEINHEITEN ZUR INFORMATIONSAUSGABE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 3.6.4. FUNKTIONSEINHEITEN ZUR SIGNALUMSETZUNG (A/D, DIA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 3.7. PNEUMATISCHE STELLEINRICHTUNGEN . 158 3.7.1. ALLGEMEINES ZU EINRICHTUNGEN DER INFORMATIONSNUTMNG . . . . . . . . . . . . . . . . 158 3.7.1.1. AUFGABEN DER STELLEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 3.7.1.2. KLASSIFIZIERUNG DER STELLEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 3.7.1.3. ANFORDERUNGEN AN STELLEINRICHTUNGEN FUER STOFFSTROEME . 161 3.7.2. ANALOGE STELLGLIEDER FUER STOFFSTROEME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 3.7.2.1. GRUNDLAGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 3.7.2.2. AUFBAU VON STELLVENTILEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 3.7.2.3. STATISCHES UND DYNAMISCHES VERHALTEN VON STELLVENTILEN . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 3.7.2.4. STELLKLAPPEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 3.7.2.5. SPEZIELLE AUSFUEHRUNGSFORMEN ANALOGER STELLGLIEDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 3.7.3. STELLGLIEDER MIT ZWEIPUNKTVERHALTEN (AUF/ZU-STELLGLIEDER) . . . . . . . . . . . . . . . 181 3.7.4. DIGITALE STELLGLIEDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 3.7.5. ANALOGE PNEUMATISCHE STELLANTRIEBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 3.7.5.1. GRUNDLAGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 3.7.5.2. KONSTRUKTIVE AUSFUEHRUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 3.7.5.3. POSITIONIERUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 3.7.5.4. ZUSATZEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 3.7.6. DISKRETE PNEUMATISCHE STELLANTRIEBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 4 . HYDRAULISCHE FUNKTIONSEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 4.1. HYDRAULIK IN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 4.2. GRUNDSAETZLICHER AUF BAU EINES HYDRAULIKANTRIEBES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 4.3. HYDRAULIKOEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 4.4. BESCHREIBUNG WICHTIGER GRUNDELEMENTE . 194 4.4.1. ABWEICHUNGEN GEGENUEBER DER PNEUMATIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 4.4.2. STROEMUNGSWIDERSTAENDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 4.4.2.1. WIDERSTAENDE DER UEBERTRAGUNGSLEITUNG . 195 4.4.2.2. WIDERSTAENDE ALS FOLGE VON LECKSPALTEN . 196 4.4.2.3. STROEMUNGSWIDERSTAENDE ZUR STEUERUNG VON DWCK UND DURCHFLUSS . . . . . . . . . 196 4.4.2.4. STROEMUNGSWIDERSTAENDE IN SCHALTUNGEN . 197 IMAGE 4 10 INHALTSVERZEICHNIS 4.4.3. HYDRAULISCHE KAPAZITAETEN (SPEICHERWIRKUNGEN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 4.4.4. HYDRAULISCHE INDUKTIVITAETEN (MASSEWIRKUNGEN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 4.4.5. ZUSAMMENSCHALTUNG VON GRUNDELEMENTEN, MATHEMATISCHE MODELLIERUNG . . . 205 4.5. HYDRAULISCHE BAUGRUPPEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 4.5.1. DRUCKSTROMERZEUGER (PUMPEN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 4.5.2. DRUCKSTROMVERBRAUCHER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 4.5.2.1. HYDROMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 4.5.2.2. ARBEITSZYLINDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 4.5.3. BAUGRUPPEN ZUR BEEINFLUSSUNG VON DRUCK UND OELSTROM (VENTILE) . . . . . . . . 213 4.5.3.1. WEGEVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.5.3.2. SERVOVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 4.5.3.3. DRUCKVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 4.5.3.4. STROMVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 4.5.3.5. SPERRVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 4.5.3.6. VERSCHALTUNGSARTEN HYDRAULISCHER VENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 4.6. HYDRAULISCHE KREISLAEUFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 DRUCKOELQUELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 GRUNDKONZEPTIONEN HYDRAULISCHER KREISLAEUFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 SCHALTUNGEN VON DRUCKOELQUELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 HYDRAULISCHE GRUNDSCHALTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 SCHALTUNGEN BEI FORDERUNGEN AN DIE LAGE (POSITION) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 SCHALTUNGEN BEI FORDERUNGEN AN DIE GESCHWINDIGKEIT . 227 GLEICHLAUFSCHALTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 SCHALTUNGEN BEI FORDERUNGEN AN DIE ABTRIEBSKRAFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 PNEUMOHYDRAULISCHE ANTRIEBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 4.7. ENTWURF UND DIMENSIONIERUNG HYDRAULISCHER ANTRIEBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 4.7.1. DIMENSIONIERUNG UNTER STATISCHEN GESICHTSPUNKTEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 4.7.2. BEDEUTUNG UND KOMPLIZIERTHEIT DER UNTERSUCHUNG DES DYNAMISCHEN VER- HALTENS . 237 4.7.3. BEISPIELE ZUR STATISCHEN UND DYNAMISCHEN BERECHNUNG HYDRAULISCHER KREIS- LAEUFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 4.7.3.1. TEILAUTOMATISIERTE NIETEINRICHTUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 4.7.3.2. UBERGANGSVORGAENGE VON WEGEVENTILGESTEUERTEN VERBRAUCHERN . . . . . . . . . . . . 242 4.8. ENTWICKLUNGSTENDENZEN . 246 5 . FUNKTIONSEINHEITEN ZUR ELEKTRISCHEN INFORMATIONSGEWINNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 5.1. ALLGEMEINE PROBLEME BEI MESSEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 5.1.1. BEDEUTUNG DER INFORMATIONSGEWINNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 5.1.2. MESSKETTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 5.1.3. STATISCHES UND DYNAMISCHES VERHALTEN VON WANDLERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 5.2. ELEKTRISCH-ANALOGE INFORRNATIONSGEWINNUNG . 258 5.2.1. INFORMATIONSWANDLUNG DURCH MESSWERTGEBER . 261 5.2.1.1. WANDLER MIT DEN ELEKTRISCHEN SIGNALTRAEGEM STROM UND SPANNUNG AM AUS- GANG (AKTIVE WANDLER) . 261 5.2.1.2. WANDLER MIT STROM- UND SPANNUNGSLOSEN ELEKTRISCHEN SIGNALTRAEGERN AM AUSGANG (PASSIVE WANDLER) . 269 IMAGE 5 INHALTSVERZEICHNIS 11 5.2.2. INFORMATIONSWANDLUNG DURCH MESSSCHALTUNGEN UND INDUSTRIELLE MESSUMFORMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 5.2.2.1. MESSSCHALTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 5.2.2.2. MESSUMFORMER NACH AUSSCHLAG- UND KOMPENSATIONSVERFAHREN . . . . . . . . . . . 291 5.2.2.3. INDUSTRIELLE MESSUMFORMER NACH AUSSCHLAGVERFAHREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 5.2.2.4. MESSUMFORMER NACH KOMPENSATIONSVERFAHREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 5.2.3. UBERTRAGUNG ELEKTRISCH-ANALOGER MESSINFORMATIONEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 5.2.3.1. MESSINFORMATIONSUEBERTRAGUNG ZWISCHEN MESSFUHLER UND MESSSCHALTUNG BZW . MESSUMFORMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 5.2.3.2. MESSINFORMATIONSUEBERTRAGUNG VON BEWEGTEN MESSOBJEKTEN . . . . . . . . . . . . . . . 306 5.3. DISKRETE INFORMATIONSGEWINNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 5.3.1. MERKMALE DER DISKRETEN INFORMATIONSGEWINNUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 5.3.2. MESSUNG VON ZAEHLGROESSEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 5.3.2.1. INFORMATIONSGEWINNUNG MITTELS INITIATOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 5.3.2.2. IMPULSZAEHLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312 5.3.2.3. FREQUENZ- UND PERIODENDAUERMESSUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 5.3.2.4. ANWENDUNGSFAELLE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 5.3.3. ANALOG-DIGITAL-UMSETZUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 5.3.3.1. PRINZIPIEN DER UMSETZUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 5.3.3.2. UMSETZER FUER ELEKTRISCHE SPANNUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 5.3.3.3. UMSETZER FUER GEOMETRISCHE GROESSEN (WEG ODER WINKEL) . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 5.4. ELEKTRISCH-ANALOGE UND ELEKTRISCH-DISKRETE ANZEIGE- UND REGISTRIERTECHNIK . . . . . . . . . 325 5.4.1. ANZEIGEEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 5.4.2. REGISTRIEREINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 5.4.2.1. ANALOGE REGISTRIERGERAETE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 5.4.2.2. DISKRETE REGISTRIERGERAETE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 6 . ELEKTRISCH-ANALOGE FUNKTIONSEINHEITEN ZUR INFORMATIONSVEMRBEITUNG . 334 6.1. PROBLEMORIENTIERUNG UND UBERSICHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 6.2. ALLGEMEINES ZU SIGNALVERSTAERKERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 6.2.1. EINTEILUNG UND FORDERUNGEN . 336 6.2.2. VERSTAERKERGRUNDTYPEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 6.2.3. GEGENKOPPLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 6.2.4. DYNAMISCHE STABILITAET . 342 6.3. EINFACHE VERSTAERKERSTUFEN . 344 6.3.1. SCHALTUNGEN MIT EINEM EINGANG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 6.3.2. DIFFERENZVERSTAERKER . 345 6.3.3. KOPPLUNG ZWISCHEN ZWEI STUFEN . 358 6.4. LEISTUNGSSTUFEN (LEISTUNGSVERSTAERKER) . 358 6.4.1. UNSTETIGE LEISTUNGSSTUFEN . 359 6.4.2. STETIGE LEISTUNGSSTUFEN . 360 6.5. OPERATIONSVERSTAERKER . 361 6.5.1. KENNGROESSEN UND GRUNDSCHALTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 6.5.2. DIREKTGEKOPPELTE GLEICHSPAMUNGSVERSTAERKER . 368 6.5.3. MODULATIONSVERSTAERKER . 368 IMAGE 6 12 INHALTSVERZEICHNIS 6.5.4. VERSTAERKER MIT DRIFTKORREKTUR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 6.5.5. WEITERE ENTWICKLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 6.6. LINEARE FUNKTIONSEINHEITEN MIT OPERATIONSVERSTAERKERN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 6.6.1. VERSTAERKER, SPANNUNGS- UND STROMQUELLEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 6.6.2. RECHEN- UND REGLEREINHEITEN . 378 6.7. NICHTLINEARE FUNKTIONSEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381 6.7.1. VERSTAERKER. BEGRENZER. BETRAGSBILDNER. GLEICHRICHTER. ANALOGE TORSCHALTUNGEN 381 6.7.2. FUNKTIONSGENERATOREN . 382 6.7.3. GRENZWERTMELDER (KOMPARATOREN). EXTREMWERTAUSWAHL. TOTZONE . 383 6.7.4. ZWEIPUNKT- UND DREIPUNKTREGLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 6.7.5. MULTIPLIZIERER. QUADRIERER. DIVIDIERER. RADIZIERER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 6.8. MULTIPLEXER FUER ANALOGE SIGNALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 6.9. ANALOGE SPEICHER. HALTEGLIEDER . 389 6.10. GENERATOREN FUER SINUSSCHWINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 . 6.1 1 PHASENREGELKREIS (PLL) . 391 6.12. STROMVERSORGUNG . 392 6.12.1. NETZTRANSFORMATOR UND GLEICHRICHTER . 393 6.12.2. STABILISIERUNGSSCHAITUNGEN . 395 6.12.2.1. SCHALTUNGEN OHNE REGELUNG . 395 6.12.2.2. SCHALTUNGEN MIT STETIGER REGELUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R . 396 6.12.2.3. UNSTETIGE REGELUNG (SCHALTREGLER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 6.12.2.4. HRLASTUNGSSCHUTZ . 398 6.12.3. WECHSELRICHTER UND GLEICHSPANNUNGSWANDLER . 398 6.12.4. PUFFERBETRIEB, FUNKENTSTOERUNG . 399 6.12.5. WEITERER TREND . 400 7 . ELEKTRISCHDIGITALE FUNKTIONSEINHEITEN ZUR INFORMATIONSVENUBEITUNG . 401 7.1. PROBLEMORIENTIERUNG UND TIBERSICHT . 401 7.1.1. AUFGABEN DIGITALER FUNKTIONSEINHEITEN IN DER AUTOMATISIERUNGSTECHNIK . . . 401 7.1.2. VERDRAHTUNGS- UND SPEICHERPROGRARNRNIERTE SIGNALVERARBEITUNG . . . . . . . . . . . 402 7.1.3. SCHAL TUNGSINTEGRATION . 403 7.1.4. STOEREMPIINDLICHKEIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 7.1.5. KONSTRUKTIVE GESTALTUNG UND WEITERE ENTWICKLUNG . 405 7.1.6. GENERATIONEN VON KONTAKTLOSEN DIGITALEN BAUSTEINSYSTEMEN . . . . . . . . . . . . . . 406 7.1.7. VERKNIIPFUNGS- UND ARBEITSPRINZIPIEN DIGITALER SCHALTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . 407 7.2. LOGISCHE GNINDSCHALTUNGEN (GATTER) . 408 7.3. SCHALTKREISFAMILIEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 7.3.1. UEBERBLICK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412 7.3.2. TTL-SCHALTKREISE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 7.3.3. MOS-SCHALTKREISE . 417 7.3.3.1. STATISCHE SCHALTUNGEN (EINKANAL-MOS; CMOS) . 417 7.3.3.2. DYNAMISCHE SCHALTUNGEN . 418 7.3.4. INTERFACE-SCHALTUNGEN . 419 7.4. SPEICHERELEMENTE (KIPPSCHALTUNGEN) . 421 7.4.1. SCHRNITT-TRIGGER . 421 IMAGE 7 13 INHALTSVERZEICHNIS 7.4.2. FLIPFLOP-STUFEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 7.4.2.1. ALLGEMEINES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 7.4.2.2. SYSTEMATIK DER FLIPFLOP-STUFEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425 7.4.3. UNIVIBRATOREN (MONOFLOPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427 7.4.4. MULTIVIBRATOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 7.4.5. SPERRSCHWINGER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 7.5. ZAEHLER UND FREQUENZTEILER . 433 7.5.1. FREQUENZTEILER . 434 7.5.2. ZAEHLER . : . 436 7.5.2.1. SCHALTUNGSAUF BAU . 436 7.5.2.2. ANZEIGE DES ZAEHLERGEBNISSES . 437 7.6. SPEICHEREINHEITEN . 439 7.6.1. FERRITKERNSPEICHER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 7.6.2. HALBLEITERSPEICHER . 441 7.6.2.1. PARALLELREGISTER UND SCHIEBEREGISTER (UMLAUFSPEICHER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 7.6.2.2. MATRIXSPEICHER ALS SCHREIB/LESESPEICHER (RAM) . 443 7.6.2.3. MATRIXSPEICHER ALS FESTWERTSPEICHER (ROM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445 7.6.2.4. VERGLEICH UND WEITERE ENTWICKLUNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 7.7. DEKODIERER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 7.8. MULTIPLEXER FUER DIGITALE SIGNALE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 7.9. DIGITALE KOMPARATOREN UND RECHENEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449 7.10. DIGITAL-ANALOG-UMSETZER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 7.11.MIKROPROZESSORSYSTEME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 7.1 1.1. MIKROPROZESSOREN ALS DIGITALE LSI-SCHALTKREISE . 451 7.1 1.2. AUF BAU VON MIKROPROZESSORSYSTEMEN . 451 7.11.3. EINSATZRNOEGLICHKEITEN ALS AUTOMATISIERUNGSMITTEL . 454 7.1 1.3.1. MIKROPROZESSOREN FUER DISKRETE STEUERUNGSEINHEITEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454 7.1 1.3.2. MIKROPROZESSOREN ALS UNIVERSELLE REGLER . 455 7.1 2 . PROZESSPERIPHERIE DIGITALER PROZESSRECHNERSYSTEME . 456 7.12.1. PROZESSRECHNERSYSTEME ZUR DIGITALEN INFORMATIONSVERARBEITUNG . . . . . . . . . . . . 456 7.12.2. SYSTEMAUF BAU EINER PROZESSPERIPHERIE . 457 7.12.3. AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE EINES INTERFACE . 458 7.12.3.1. GRUNDSAETZE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458 7.12.3.2. FUNKTIONELLE BEDINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459 7.12.3.3. ELEKTRISCHE BEDINGUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 7.12.4. FUNKTIONSBLOECKE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 7.12.4.1. ANALOGEINGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 7.12.4.2. DIGITALEINGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464 7.12.4.3. DIGITALAUSGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 7.12.4.4. ANALOGAUSGABEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467 8 . ELEKTRISCHE FUNKTIONSEINHEITEN ZUR INFORMATIONSNUTZUNG . : . 468 8.1. ALLGEMEINE GRUNDLAGEN UND UBERSICHT UEBER ELEKTROMECHANISCHE BAUGLIEDER ZUR INFORMATIONSNUTZUNG . 468 8.1.1. INDUKTIONSGESETZ . 468 8.1.2. KRAFTGESETZ . 468 IMAGE 8 14 INHALTSVERZEICHNIS GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT ERREGERWICKLUNG . . . . . . . . . . . . . . . 471 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT PERMANENTMAGNETEN . . . . . . . . . . . . 474 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT SCHEIBENLAEUFER . . . . . . . . . . . . . . . . . 474 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT SCHLANKANKER . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT EISENLOSEM LAEUFER . . . . . . . . . . . . . . 475 GLEICHSTROM-NEBENSCHLUSSMASCHINEN MIT ELEKTRONISCHER KOMMUTIERUNG . . . 476 GLEICHSTROM-REIHENSCHLUSSMASCHINEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 477 8.3. WECHSELSTROM-XLEINMASCHINEN MIT REIHENSCHLUSSCHARAKTERISTIK (UNIVERSALMOTOREN) . . 478 * 8.4. WECHSELSTROM-KLEINMASCHINEN MIT ASYNCHRONCHARAKTERISTIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480 8.4.1. KONDENSATORMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482 8.4.2. SPALTPOLMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 8.4.3. FERRARISMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 8.5. WECHSELSTROM-KLEINMASCHINEN MIT SYNCHRONCHARAKTERISTIK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 8.5.1. SYNCHRONMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 8.5.2. DREHMELDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486 8.6. SCHRITTMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487 8.7. ELEKTRONISCHE ANSTEUERUNG VON KLEINMASCHINEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 8.8. ELEKTRISCHE STELLANTRIEBE FUER STOFFSTROM-STELLGLIEDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 8.8.1. UBERSICHT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 8.8.2. STELLMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 8.8.3. ANPASSUNGSGETRIEBE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492 8.8.4. EINRICHTUNG ZUR ANSTEUERUNG DER MOTOREN, POSITIONIERUNG . . . . . . . . . . . . . . 496 8.8.5. ZUSATZEINRICHTUNGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 8.8.6. STELLANTRIEBE MIT SCHRITTMOTOREN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 8.8.7. MAGNETVENTILE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500 8.8.8. GEGENUEBERSTELLUNG PNEUMATISCHER, ELEKTRISCHER UND HYDRAULISCHER STELLANTRIEBE FUER STOFFSTROM-STELLGLIEDER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503 9 . SYSTEMWANDLER FUER SIGNALTRAEGER VERSCHIEDENER ENERGIEFORMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 9.1. ARTEN DER SYSTEMWANDLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 9.2. WANDLER FUER ANALOGE SIGNALTRAEGER (UMFORMER) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 9.3. DISKRETEWANDLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 10 . PROBLEME ZUR AUSWAHL VERSCHIEDENER TECHNIKEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511 SACHWOERTERVERZEICHNIS . 536
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