Steuern und Regeln für Maschinenbau und Mechatronik

Bibliothek des technischen Wissens
Steuern und Regeln
für Maschinenbau und
Mechatronik
14., überarbeitete Auflage
Die beigefügte CD enthält die Bilder des Buches und
die Lösungen zu den Aufgaben und ein Repetitorium.
Bearbeitet von Lehrern und Ingenieuren (s. Rückseite)
Lektorat: Prof. Dr.-Ing. Dietmar Schmid, Essingen
VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL • Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG
Düsselberger Straße 23 • 42781 Haan-Gruiten
Europa-Nr.: 10021
Titelei 001-006.indd 1
13.08.14 09:52
2
Die Verfasser des Buches
Schmid, Dietmar
Dr.-Ing., Professor
Essingen
Kaufmann, Hans
Dipl.-Ing. (FH), Studiendirektor
Aalen
Pflug, Alexander
Dipl.-Ing., Studienrat
Schwäbisch Gmünd
Zippel, Bernhard
Dipl.-Ing., Studiendirektor
Stuttgart
Lektorat und Leitung des Arbeitskreises
Prof. Dr.-Ing. Dietmar Schmid, Essingen
Bildbearbeitung
Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, Ostfildern
Grafische Produktionen Jürgen Neumann, 97222 Rimpar
Wie in Lehrbüchern üblich, werden etwa bestehende Patente, Gebrauchsmuster oder Warenzeichen
nicht erwähnt. Fehlt ein solcher Hinweis, dann heißt das nicht, dass die behandelten Gegenstände
davon frei sind.
14. Auflage 2014
Druck 5 4 3 2 1
Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Korrektur von Druckfehlern untereinander
unverändert sind.
ISBN 978-3-8085-1187-9
Umschlaggestaltung unter Verwendung eines Fotos des Lektors.
Alle Rechte vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der gesetzlich
geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden.
© 2014 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruiten
http://www.europa-lehrmittel.de
Satz: Grafische Produktionen Jürgen Neumann, 97222 Rimpar
Druck: Konrad Triltsch, Print und digitale Medien GmbH, 97199 Ochsenfurt-Hohestadt
Titelei 001-006.indd 2
13.08.14 09:52
Vorwort
3
Vorwort zur 14. Auflage
Steuern und Regeln für Maschinenbau und Mechatronik führt die Bausteine der Mechanik, der Pneumatik, der Hydraulik, der Elektrotechnik, der Elektronik und der Kommunikations- und Computertechnik
zusammen zu einem aktuellen Wissensgebiet, nämlich dem der Mechatronik. Die 14. Auflage wurde
neu strukturiert und in allen Kapiteln aktualisiert. Waren Motoren und SPS meist ohne Kenntnisse
der Regelungstechnik und der Sensortechnik verständlich darstellbar, so gilt das heute nicht mehr.
Wir haben daher die Regelungstechnik und die Sensortechnik im Buch vorgezogen. Die elektrische
Antriebstechnik folgt jetzt auf das SPS-Kapitel. Außer den vielen Text- und Bilderneuerungen wurde die
Montagetechnik deutlich aufgestockt. Die Montagetechnik hat sich stark von der manuellen Montage
hin zur automatisierten Montage entwickelt. So wurde vor allem die automatisierte Schraubmontage
erweitert. Hinzugekommen ist ein Repetitorium auf der CD. Die Fragen zur Wiederholung und Vertiefung erfassen nun alle Kapitel. Sie stehen einerseits am Ende der Abschnitte im Bildteil der CD
und bilden andererseits das Repetitorium. Die Fragen sind so gewählt, dass man die zugehörigen
Antworten im angegebenen Seitenbereich des Buches findet.
Das praxisbezogene Lehrbuch richtet sich an alle, die sich in der Steuerungs- und Regelungstechnik
in Verbindung mit moderner Informations- und Kommunikationstechnik ausbilden und weiterbilden
wollen.
Es ist geeignet sowohl für Auszubildende zur Vertiefung ihres Wissens als auch für Meister- und
Technikerschüler, für den Unterricht im Technischen Gymnasium und im Berufskolleg, aber auch als
praktische Ergänzung für Studierende an Hochschulen. Ebenso wird das Buch Praktikern, die sich mit
Steuerungs- und Überwachungsaufgaben sowie mit Qualitätsmanagement befassen, eine wertvolle
Hilfe sein.
Das Buch ist gegliedert in die Lehr- und Lernbereiche:
• Steuern, Regeln, Leiten
(Begriffsbestimmungen),
• Montagetechnik,
• Qualitätsmanagement,
• Mechanische Steuerungen,
• Elektrische und elektronische Steuerungen,
• Pneumatik,
• Instandhaltung und Energieeffizienz,
• Geschäftsprozesse,
• Hydraulik,
• Arbeitsgestaltung und Arbeitsschutz,
• Regelungstechnik,
• Informations- und Kommunikationstechnik,
• Speicherprogrammierte Steuerungen (SPS),
• Aufgaben und Übungen,
• Elektrische Antriebe,
• Fachwörterbuch Deutsch-Englisch, Sachwortverzeichnis.
• Computergesteuerte Maschinen,
Die einzelnen Kapitel des Buches sind weitgehend in sich abgerundet und können auch in anderer
Reihenfolge erarbeitet bzw. unterrichtet werden. Damit ergibt sich ein großer Spielraum bei der Stoffauswahl und in der inhaltlichen Schwerpunktsetzung für den Unterricht.
Die Autoren sind Ingenieure und Lehrer, die ihre fachlichen und methodischen Erfahrungen in das Buch
eingebracht haben. Die Autoren und der Verlag sind für Anregungen und Verbesserungsvorschläge aus
dem Kreis der Benutzer dieses Fachbuchs dankbar.
Sommer 2014
Titelei 001-006.indd 3
Dietmar Schmid
13.08.14 09:52
4
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.2
1.3
2
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.3
2.4
3
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.2
3.3
3.3.1
3.3.1.1
3.3.1.2
3.3.1.3
3.3.1.4
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
3.3.6
2.3.6.1
3.3.6.2
3.3.6.3
3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.4.4
3.5
3.6
3.6.1
3.6.2
3.6.2.1
3.6.2.2
3.6.2.3
3.6.2.4
3.6.2.5
3.6.3
3.6.4
3.6.4.1
3.6.4.2
3.6.4.3
3.7
Steuern, Regeln, Leiten
Steuern, Steuerung
Analoge, binäre und digitale Steuerungen
Verknüpfungssteuerungen und
Ablaufsteuerungen
Verbindungsprogrammierte Steuerungen
und speicherprogrammierte Steuerungen
Regeln, Regelung
Leiten, Leitung
7
7
9
10
10
11
Mechanische Steuerungen
Allgemeines
Verstellbare Getriebe
Stufengetriebe
Stufenlos verstellbare Getriebe
Getriebe mit ungleichmäßiger
Übersetzung
Getriebe mit aussetzender
Bewegung
12
13
13
14
17
19
Elektrische und elektronische
Steuerungen
Elektrische Kontaktsteuerungen
Bauelemente und Betriebsmittel
Darstellung und Schaltpläne
Grundschaltungen
Elektronische Bauelemente
Binäre und digitale Steuerungen
Codierungen
Dualcode
BCD-Codes
Barcodes
2D-Codes
Digitale Speicher
Binäre Verknüpfungen
Schaltalgebra
Kombinatorische Steuerungen
Ablaufsteuerungen
Elektromechanische Ablaufsteuerungen
Ablaufsteuerungen mit Kippgliedern
(Flipflops)
Zähler
GRAFCET
Schritte
Aktionen
Transitionen und Ablaufstrukturen
Beispiel zu GRAFCET
Wegdiagramm und
Zustandsdiagramm
Sensoren
Allgemeines
Analoge Sensoren
Wege, Winkel, Abstände und Dicken
Geschwindigkeiten und Drehzahlen
Dehnungen, Kräfte, Drehmomente
und Drücke
Beschleunigungen
Temperaturen
Binäre Sensoren
Digitale Sensoren
Inkrementale Sensoren
Codemaßstäbe und Winkelcodierer
Drehmelder (Resolver)
Titelei 001-006.indd 4
20
20
32
33
35
39
39
39
40
40
40
41
45
48
49
54
55
55
58
61
62
63
64
66
71
68
68
69
69
76
77
79
80
82
83
83
85
86
3.7.1
3.7.2
3.7.3
3.7.4
4
4.1
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.3.5
4.3.5.1
4.3.5.2
4.3.5.3
4.3.5.4
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.2.1
4.4.2.2
4.4.2.3
4.4.2.4
4.4.2.5
4.5
4.5.1
4.5.2
4.5.2.1
4.5.2.2
4.6
4.6.1
4.6.2
4.7
4.8
4.8.1
4.8.2
4.9
4.9.1
4.9.2
4.9.3
4.9.4
4.9.5
4.9.6
5
Gefährdungen und
Schutzmaßnahmen
Berührungsschutz
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
Elektrostatische Entladungen (ESD)
Arbeitsschutzmaßnahmen im Rahmen
der Fachaufsicht
87
87
88
90
90
Pneumatik
Aufbau einer Pneumatikanlage
Drucklufterzeugung
Verdichter (Kompressioren)
Druckluftnetze
Druckluftaufbereitung
Antriebsglieder
Druckluftmotoren
Pneumatischer Muskel
Balgantrieb
Dreh- und Schwenkantrieb
Druckluftzylinder
Standardzylinder
Sonderbauarten
Zylinderkennwerte
Zylinderberechnungen
Ventile und Grundsteuerungen
Darstellung der Ventile
Einteilung der Ventile
Wegeventile
Stromventile
Sperrventile
Druckventile und Absperrventile
Ventilinseln
Grafische Darstellung
Aufbau eines Schaltplans
Funktionsdiagramme
Wegdiagramm
Zustandsdiagramm
Proportionaltechnik
Proportional-Druckregelventile
Proportional-Wegeventile
Pneumatische Positioniersysteme
Beispiele pneumatischer Steuerungen
Wegplansteuerung einer
Biegevorrichtung
Taktstufensteuerung
Elektropneumatische Steuerungen
Elektropneumatische Betriebsmittel
Direkte und indirekte Steuerung
Selbsthalteschaltung
Darstellung
Stetigantrieb
Ablaufsteuerung
92
94
94
97
98
99
99
101
101
102
102
102
105
106
106
108
108
110
110
112
113
115
116
117
117
119
120
120
123
123
124
124
126
126
127
129
129
130
131
131
132
132
Hydraulik
5.1
5.2
5.2.1
5.2.2
5.3
Allgemeines
Physikalische Grundlagen
Hydrostatik
Hydrodynamik
Hydraulikflüssigkeiten
134
134
134
136
137
5.4
5.4.1
5.4.1.1
5.4.1.2
5.4.1.3
Aufbau hydraulischer Steuerungen
Hydraulikpumpen
Zahnradpumpen
Kolbenpumpen
Flügelzellenpumpe
139
140
140
141
141
13.08.14 09:52
Inhaltsverzeichnis
5.6
5.7
5.7.1
5.7.2
5.8
5.8.1
5.8.2
5.8.3
5.8.4
5.8.5
5.8.6
5.8.6.1
5.8.6.2
5.8.7
5.8.8
5.8.9
6
6.1
6.2
6.3
6.3.1
6.3.2
6.3.3
6.3.4
6.3.5
6.3.6
6.3.7
6.4
6.4.1
6.4.2
6.4.3
6.4.3.1
6.4.3.2
6.4.4
6.4.5
6.4.6
6.4.7
7
7.1
7.2
7.2.1
7.2.2
7.3
7.3.1
7.3.2
7.3.3
7.3.4
7.3.5
7.3.6
7.3.7
7.3.8
7.3.9
7.4
7.4.1
7.4.2
7.4.3
7.4.4
7.4.5
7.4.6
7.4.7
7.4.8
Hydraulikspeicher
Antriebselemente
Hydraulikzylinder
Hydraulikmotoren
Hydraulikventile
Allgemeines
Druckventile
Wegeventile
Sperrventile
Stromventile
Ventilaufbauarten
Blockbauweise
Patronentechnik
Stetigventile
Proportionalventiltechnik
Servoventile
5
142
144
144
145
147
147
148
151
152
153
156
156
157
158
159
165
Regelungstechnik
Grundbegiffe
Regelungsarten
Regelkreisglieder
Proportionalglied ohne Verzögerung
(P-Glied)
Proportionalglied mit Verzögerung
1. Ordnung (P-T1 -Glied)
Proportionalglied mit Verzögerung
2. Ordnung (P-T2 -Glied)
Integralglied (I-Glied)
Differenzierglied (D-Glied)
Totzeitglied (Tt -Glied)
Zusammenwirken mehrerer
Regelkreisglieder
Regler und Regelkreise
Schaltende Regler
Analoge Regler
Digitale Regler (Software-Regler)
Digitalisierung und Signalabtastung
Regelungsalgorithmus
Regelung von P-Strecken
Regelung von I-Strecken
Einstellen eines Reglers
Selbstoptimierende Regler
167
168
170
170
171
172
175
176
176
178
179
179
180
182
182
183
186
187
188
189
Speicherprogrammierbare Steuerungen
(SPS)
Aufbau und Funktionsweise
Programmierung
Programmiersprachen
Programmaufbau
Funktionen und Operationen
Grundfunktionen
Binäre Abfragen und Verknüpfungen
SR/RS-Speicherfunktionen
Flankenauswertung
Zeitfunktionen
Zählfunktionen
Arithmetische und numerische
Funktionen
Übertragungsfunktionen und
Programmsteuerungsfunktionen
Digitale Operationen
Ablaufsteuerungen
Gliederung und Darstellung
Beispiel für eine Ablaufsteuerung
Programmierung in Ablaufsprache
Betriebsartensignale
Funktionsbaustein für Betriebsarten
Funktionsbaustein für Schrittketten
Funktionsbaustein für die Befehlsausgabe
Zustandsautomaten
Titelei 001-006.indd 5
190
193
193
196
200
200
200
203
205
206
208
210
210
211
213
213
214
217
219
220
221
222
222
7.5
7.6
7.6.1
7.6.2
7.6.3
7.7
7.8
8
8.1
8.2
8.3
8.4
8.4.1
8.4.2
8.4.3
8.4.4
8.4.5
8.4.6
8.4.7
8.4.7.1
8.4.7.2
8.4.7.3
8.5
8.5.1
8.5.2
8.5.2.1
8.5.2.2
8.6
8.7
8.7.1
8.7.2
8.7.3
9
9.1
9.1.1
9.1.2
9.1.3
9.1.3.1
9.1.3.2
9.1.4
9.1.5
9.1.6
9.2
9.2.1
9.2.2
4.2.2.1
5.2.2.2
6.2.2.3
7.2.2.4
8.2.2.5
9.2.2.6
9.2.3
9.3
9.3.1
9.3.2
9.3.3
9.3.4
9.3.5
9.3.5.1
9.3.5.2
9.3.6
9.3.6.1
9.3.6.2
9.3.6.3
Analogwertverarbeitung
Programmieren mit strukturiertem Text
(ST)
Digitale Regelung
Zweipunktregler
PID-Reglerbaustein
Bedienen und Beobachten von
Fertigungsprozessen
Schnelle Zählvorgänge
224
227
227
228
229
231
232
Elektrische Antriebe
Einführung
Rechnerische Grundlagen
Gleichstrommotoren (DC-Motoren)
Drehstromasynchronmotor
Aufbau des Kurzschlussläufers
Das Drehfeld
Funktionsweise
Anlasssteuerungen
Drehrichtungsumkehr
Betriebsarten und Fahrprofile
Drehzahlsteuerung und Drehzahlregelung
Allgemeines und Einteilung
U/f-Steuerung
Vektorregelung
Drehstromsynchronmotor
Servoantriebe
Direktantriebe
Torquemotoren
Linearmotoren
Schrittmotoren
Lageregelung (Positionsitionierantriebe)
Kaskadenregelung
Geschwindigkeitsvorsteuerung
Analoger und digitaler Drehzahlregelkreis
234
236
239
241
241
242
243
244
245
245
246
246
247
248
250
250
251
251
253
253
254
254
255
256
Computergesteuerte Maschinen
CNC-Werkzeugmaschinen
Der Produktionsprozess
NC-Achsen und deren Steuerung
CNC-Programmierung
DIN-Programmierung
Werkstattorientiertes Produzieren (WOP)
Interpolation
Leistungsfähigkeit
Offene CNC-Steuerung
Additive Fertigungsverfahren/3D-Druck
Allgemeines
AM-Verfahren
Stereolithography (SL)
3D Printing (3DP)
Selective Laser Sintering (SLS)
und Selective Laser Melting (SLM)
Selective Mask Sintering (SMS)
Fused Deposition Melting (FDM)
Laser Laminated Manufacturing (LLM)
Die Informations- und Prozesskette
Robotertechnik
Einteilung
Der kinematische Aufbau
Roboterantriebe
Greifer
Roboterprogrammierung
Programmierverfahren
Koordinatensysteme
Robotersteuerung
Die Bewegungserzeugung
Achsstellungen
Interpolation
257
257
260
262
262
272
274
276
278
279
279
280
280
280
281
281
281
282
282
283
283
285
288
289
290
290
293
295
295
296
297
13.08.14 09:52
6
Inhaltsverzeichnis
9.3.6.4
9.3.6.5
9.3.7
10
10.1
10.2
10.2.1
10.2.2
10.2.3
10.2.4
10.2.5
10.2.5.1
10.2.5.2
10.2.5.3
10.2.5.4
10.2.5.5
10.3
10.3.1
10.3.2
10.3.3
10.3.4
10.3.5
10.3.6
10.3.7
10.4
10.4.1
10.4.2
10.5
10.5.1
10.5.2
10.6
10.7
Überschleifen und Pendeln
Robotersensorführung
Schutzmaßnahmen
298
299
302
13
Montagetechnik
Grundlagen
Der Materialfluss
Lagern
Puffern
Bunkern
Magazinieren
Fördersysteme
Transporttische und Rutschen
Rollenförderer
Bandförderer
Hängeförderer
Fahrerlose Transportsysteme (FTS)
Fügen in der Montage
Fügestrukturen
Schrauben
Umformen
Kleben, Abdichten (Sealen)
Schweißen und Löten
Zusammenlegen
Schrumpfen
Montageplätze
Manuelle Montage
Maschinelle Montage
Montageorganisation
Topologie
Montageablauf
Erzeugnisgliederung und Montagefolge
Taktbindung
12.3.2
12.3.3
12.4
303
306
306
307
308
309
310
310
310
311
311
312
313
313
313
317
318
319
321
321
322
322
323
324
324
324
326
328
Managementaufgaben
Prozessmanagement
Produkt-Daten-Management
Gestaltungsmethoden für Prozessketten
Projektmanagement
Informationsmanagement
Planungsinstrumente
Moderation
Präsentation
Inhalt und visuelle Darstellung
Präsentationsgrafik mit PowerPoint
14
Arbeitsgestaltung und Arbeitsschutz
14.1
14.2
14.3
14.3.1
14.3.2
14.4
14.4.1
14.4.2
14.5
11.1
11.1.1
11.1.2
11.2
11.3
11.4
11.5
11.5.1
11.5.2
11.5.3
11.5.4
11.6
11.6.1
11.6.2
11.6.3
12
12.1
12.1.1
12.1.2
12.1.3
12.1.4
12.1.5
12.1.6
12.1.7
12.2
12.3
12.3.1
Qualitätsmanagement
Qualität
Qualitätsmerkmale
Fehler
Ziele des Qualitätsmanagements
TQM – Total Quality Management
Qualitätskreis und Qualitätspyramide
Aufbau und Elemente eines
Qualtätsmanagementsystems
Aufbauorganisation
Ablauforganisation
DIN ISO 9000
Zertifizierung
Statistische Qualitätslenkung
Prozessanalyse
Qualitätsregelkarten
Maschinen- und Prozessfähigkeit
329
330
330
331
331
332
333
333
334
334
336
336
337
339
340
Instandhaltung und Energieeffizienz
Instandhaltung
Begriffe
Wartung
Inspektion
Instandsetzung
Inbetriebnahme
Fehlersuche
Reparatur
Condition-Monitoring
(Zustandsbedingte Instandhaltung)
Energieeffizienz
Energie-Monitoring
Titelei 001-006.indd 6
341
341
344
348
350
351
353
354
355
359
359
15.1
15.1.1
15.1.2
15.1.3
15.2
15.2.1
15.2.2
15.2.3
15.2.4
15.2.4.1
15.2.4.2
15.2.4.3
15.2.5
16
16.1
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16.7
359
360
361
Geschäftsprozesse
13.1
13.2
13.3
13.4
13.5
13.6
13.7
13.8
13.9
13.9.1
13.9.2
15
11
Energiewertstrom
Lastmanagement
Energieeffiziente Geräte und Anlagen
Der Mensch ist das Maß
Arbeitsgestaltung
Arbeitsbelastungen
Belastungen durch die Art der Arbeit
Belastungen durch die
Arbeitsorganisation
EU-Maschinenrichtlinie
Sicherheit und Gesundheitsschutz
Kennzeichnung und Betriebsanleitung
Europäische Sicherheitsnormen
362
363
364
366
368
369
371
377
377
378
379
380
381
385
385
386
388
388
390
391
Informations- und
Kommunikationstechnik
Computertechnik
Der PC
Objektorientierte Software
Steuern mit dem PC
Kommunikationstechnik
Lokale Kommunikation
Internet und Intranet
Lokale Netze (LAN)
Feldbussysteme
CAN-Bus
PROFIBUS, PROFIBUS-DP
Aktor-Sensor-Interface (AS-i)
Serielle Schnittstelle (V.24)
392
392
395
398
403
403
404
407
409
409
410
411
412
Aufgaben und Übungen
Aufgaben und Übungen zur Pneumatik
Aufgaben und Übungen zur Hydraulik
Aufgaben und Übungen zu GRAFCET
Aufgaben und Übungen zur SPS
Aufgaben und Übungen zur
Regelungstechnik
Aufgaben und Übungen zu elektrischen
Antrieben
Aufgaben und Übungen zur CNC-Technik
413
418
420
421
434
436
437
Fachwörterbuch Deutsch-Englisch,
Sachwortverzeichnis
438
Quellenverzeichnis
448
13.08.14 09:52
1 Steuern, Regeln, Leiten
1
Steuern, Regeln, Leiten
Damit Maschinen und Anlagen selbsttätig, also
automatisch, arbeiten können, werden sie mit
Steuerungs-, Regelungs- und Leittechniken ausgerüstet. Diese Einrichtungen sind mechanische,
elektrische, pneumatische und hydraulische Antriebe und Steuerungselemente. Mit Computern
steuert man komplexe Fertigungseinrichtungen
und Produktionsanlagen. Mikroprozessoren und
Mikrocomputer und Industrie-PC sind heute häufig Bestandteil auch kleinster Steuerungsbaugruppen. Die Begriffe der Leittechnik, Steuerungstechnik und Regelungstechnik sind in DIN IEC
60 050-351 „Internationales Elektrotechnisches
Wörterbuch – Teil 351: Leittechnik“ festgelegt
(Gesamtumfang 194 Seiten).
1.1
7
Beispiel. Der Bewegungszyklus eines Maschinentisches soll über eine Kurvenscheibe gesteuert
werden (Bild 2). Die zu steuernde Größe ist der
Weg s des Maschinentisches. Er wird unter Berücksichtigung des Getriebes auf den entsprechenden Radius der Kurvenscheibe umgerechnet. Der Radius der Kurvenscheibe ist analog zur
Steuergröße, dem Weg s. Wird die Kurvenscheibe
gedreht, bewegt sich der Maschinentisch zyklisch
vorwärts und rückwärts.
Die wichtigsten Bauelemente analoger Steuerungen
sind Kurvenscheiben, Getriebe, Ventile, Motoren,
analoge Sensoren und Operationsverstärker.
Wirkungsplan
Steuern, Steuerung
Steuergröße
Stellsignal
Das Steuern ist ein Vorgang, bei dem eine Anlage
oder ein Gerät durch Steuersignale beeinflusst
wird. Kennzeichnend für das Steuern ist der
offene Wirkungsweg der Signale.
Die Steuersignale wirken von dem Steuergerät
auf die Anlage oder Maschine ohne ein fortlaufendes Erfassen und Korrigieren des Steuerungsvorgangs (Bild 1). Bei einer Vorschubsteuerung
wird der Maschinentisch über einen Antrieb bewegt. Stellsignal ist die Motorspannung U M für
den Vorschubmotor. Dieser bildet zusammen mit
dem Maschinentisch die Steuerstrecke. Steuergröße ist der Vorschubweg s, den der Maschinentisch zurücklegt.
Der Begriff Steuerung wird auch für die Gesamtanlage verwendet, in der der Vorgang des Steuerns stattfindet. Im Wirkungsplan wird das Zusammenwirken der einzelnen Steuerungsbaugruppen mit Blocksymbolen und Wirkungslinien
dargestellt. Die Wirkungsrichtung kennzeichnet
man mit Pfeilen.
1.1.1
Steuereinrichtung
Steuerstrecke
Steuergröße
Stellsignal
Weg s
Steuerspannung
Steuereinrichtung
UM
n
Tisch
Motor
Spindel
Bild 1: Prinzip einer Steuerung am Beispiel einer
Vorschubeinrichtung
Weg
Maschinentisch
Analoge, binäre und digitale
Steuerungen
Nach der Art der Signaldarstellung unterscheidet
man analoge Steuerungen, binäre Steuerungen
und digitale Steuerungen.
Bei analogen Steuerungen steuert man überwiegend mit stetig wirkenden Signalen, die ein analoges Abbild der Steuergröße sind.
Kapitel 1 007-011.indd 7
Wechselräder
Kurvenscheibe
Bild 2: Analoge Steuerung eines Maschinentisches
13.08.14 10:03
8
1 Steuern, Regeln, Leiten
Bei binären Steuerungen steuert man mit binären,
d. h. zweiwertigen Signalen.
nach rechts
nach links
L+
Binäre Signale werden durch zwei verschiedene
Werte oder Zustände dargestellt, z. B. durch EIN
und AUS, durch SCHWARZ und WEISS oder
STROMLEITEND und STROMNICHTLEITEND oder
einfach durch 0 und 1. Die meisten Steuerungen
arbeiten mit Schaltsignalen und sind somit binäre
Steuerungen.
Beispiel. Der Vorschubtisch einer Schleifmaschine
soll ständig hin- und herfahren (Bild 1). Über einen
Umschalter kann durch eine positive Motorspannung der Tisch nach rechts gesteuert werden.
Trifft der am Tisch befestigte Nocken 2 auf den
Umschalter, wird der Tisch über die negative Motorspannung nach links bewegt, bis der Nocken 1
wieder auf die Gegenbewegung umschaltet.
Die wichtigsten Bauelemente binärer Steuerungen sind Relais, Schaltventile, Dioden und
binäre elektronische Schaltkreise.
L–
Nocken 2
Nocken 1
Motor
Bild 1: Binäre Steuerung eines Vorschubantriebs
(Pendeln)
Weg
Schrittimpuls
Digitale
Steuerung
vorwärts
Schrittmotor
rückwärts
Bei digitalen Steuerungen steuert man mit Zahlen.
Die Steuersignale sind meist binär verschlüsselt
(codiert). Die einfachste Codierung ist der Zählcode. Dabei werden entsprechend der darzustellenden Zahl Impulse erzeugt und beim Empfänger
gezählt.
Beispiel. Ein Vorschubtisch soll um einen durch
Zahlen bestimmbaren Weg zyklisch vor und zurück bewegt werden. Die digitale Steuerung
erzeugt abgezählt und abwechselnd Impulse
zur Rechtsdrehung und zur Linksdrehung eines
Schrittmotors (Bild 2). Die Impulszahl und damit
der Verfahrweg kann an einem Vorwahlschalter
eingestellt werden (Bild 3). Mit jedem Impuls wird
der Schrittmotor genau um einen Winkelschritt
(Inkrement) gedreht und damit der Maschinentisch um einen Wegschritt weiterbewegt. Ein
solcher Wegschritt ist die kleinste ausführbare
Bewegung und entspricht dem niederwertigsten
Ziffernschritt am Vorwahlschalter. Je nach Wahl
des Getriebes, des Schrittmotors und der Spindelsteigung entspricht ein solcher Wegschritt z. B.
0,1 mm. Im Unterschied zur analogen Steuerung
sind Stell- und Steuergröße unstetig.
Bild 2: Digitale Vorschubsteuerung mit Schrittmotor
Schaltfinger am
10-teiligen Schaltstern
gedruckte Schaltung
Bild 3: Vorwahlschalter
FPGA
SMDBauteile
Die wichtigsten Bausteine digitaler Steuerungen
sind Mikrocontroller, programmierbare Schaltkreise (FPGAs1, Bild 4), digitale Sensorsysteme
und digitale Netze.
1
FPGA, Kunstwort für Field Programmable Gate Array = programmierbare logische Schaltung
Kapitel 1 007-011.indd 8
Bild 4: Digitalbaugruppe mit FPGA
13.08.14 10:03
1 Steuern, Regeln, Leiten
1.1.2
9
Verknüpfungssteuerungen und Ablaufsteuerungen
Nach Art der Signalverarbeitung unterscheidet
man Verknüpfungssteuerungen (kombinatorische
Steuerungen) und Ablaufsteuerungen (sequentielle Steuerungen).
Bei Verknüpfungssteuerungen entsteht die
Steuergröße durch Verknüpfung (Kombination)
mehrerer Signale.
Bei z. B. unerwartet stark belastetem Drehstrommotor wird erst dann in die Dreieckschaltung umgeschaltet, wenn eine hinreichend hohe Drehzahl
erreicht ist.
Schutztüre geschlossen
&
Startvoraussetzung
Z. B. darf eine Drehmaschine nur anlaufen, wenn
die Schutztüre geschlossen ist UND das Werkstück im Spannfutter gespannt ist (Bild 1).
Verknüpfungssteuerungen sind binäre Steuerungen. Man entwickelt sie mit Hilfe der
Schaltalgebra. Die Darstellung erfolgt durch
schaltalgebraische Gleichungen, Kontaktpläne,
Funktionstabellen und Funktionspläne.
Bei Ablaufsteuerungen werden die Steuerungsvorgänge schrittweise ausgelöst. Das Weiterschalten von einem Schritt zum nächsten erfolgt
entweder zeitabhängig oder prozessabhängig.
UND
Bild 1: Beispiel einer Verknüpfungssteuerung
Schritt
Bei prozessabhängigen Ablaufsteuerungen wird
das Weiterschalten von einem Schritt zum nächsten durch den Prozess selbst ausgelöst. Im Falle
einer Anlassschaltung für Drehstrommotoren benötigt man einen Sensor für den Betriebszustand
„Leerlaufdrehzahl erreicht“. Ist die Leerlaufdrehzahl erreicht, wird automatisch auf Dreieckschaltung umgeschaltet (Bild 3). Ablaufsteuerungen
stellt man mit Funktionsplänen bzw. Programmablaufplänen (GRAFCET, EN 60 848) oder aber
mit Zustandsdiagrammen (VDI 3260) dar, wenn
das Weiterschalten von einem Weg abhängt.
Schritt
Kapitel 1 007-011.indd 9
„Grundschritt”
„Taster S1 = EIN”
S1
1
Transition
M
3 s / X1
2
Transition
M
„Schritt 1 schaltet Motor
in Sternschaltung”
„Nach Ablauf von 3 s
wird Schritt 2 aktiviert
und Schritt 1 deaktiviert”
„Schritt 2 schaltet Motor
in Dreieckschaltung”
„Taster S2 = AUS”
S2
Transition = Übergangsbedingung
Bild 2: Funktionsplan einer zeitabhängigen
Anlassschaltung
Schritt
0
Transition
Schritt
Schritt
„Grundschritt”
„Taster S1 = EIN”
S1
1
Transition
Transition
Prozessabhängige Ablaufsteuerungen sind grundsätzlich zeitabhängigen Ablaufsteuerungen vorzuziehen, da bei Störungen der Ablauf unterbrochen
wird oder funktionsgerecht langsamer weiterläuft.
0
Transition
Schritt
Bei zeitabhängigen Ablaufsteuerungen steuern
Taktgeber, Zeitschaltuhren oder Zeitrelais den Ablauf. Ein einfaches Beispiel für eine zeitabhängige
Ablaufsteuerung ist die Steuerung für den automatischen Anlauf von Drehstrommotoren über
eine Stern-Dreieck-Anlassschaltung. Zunächst
wird der Motor in Sternschaltung hochgefahren
und nach Ablauf der geschätzten Hochlaufzeit
zuzüglich einer Zeitreserve in Dreieckschaltung
umgesteuert. Danach ist der Motor betriebsbereit
(Bild 2). Dargestellt werden Ablaufsteuerungen in
Form von Funktionsplänen.
für Drehmaschine
Spannfutter zu
M
B1
2
M
S2
„Schritt 1 schaltet Motor
in Sternschaltung”
„Drehzahlsensor B1
meldet Leerlaufdrehzahl n 0 erreicht”
„Schritt 2 schaltet Motor
in Dreieckschaltung”
„Taster S2 = AUS”
Bild 3: Funktionsplan einer prozessabhängigen
Schaltung
13.08.14 10:03
10
1.1.3
1 Steuern, Regeln, Leiten
Verbindungsprogrammierte
Steuerungen und speicherprogrammierte Steuerungen
Steuerungen werden auch nach der Art der
Programmverwirklichung eingeteilt. Man unterscheidet verbindungsprogrammierte Steuerungen
(VPS) und speicherprogrammierte Steuerungen
(SPS) (Tabelle 1).
Bei verbindungsprogrammierten Steuerungen
(VPS) bestimmen die Leitungsverbindungen,
z. B. die Verdrahtung, den Programmablauf.
Wenn keine Programmänderungen vorgesehen
sind, nennt man diese Steuerungen festprogrammiert, sonst umprogrammierbar. Das Umprogrammieren kann z. B. durch den Tausch von
Programmsteckern (mit anderer Verdrahtung)
erfolgen.
Speicherprogrammierte Steuerungen (SPS) enthalten einen elektronischen Programmspeicher,
der frei programmiert werden kann.
Das Programm kann über einen PC erstellt und
in die Steuerung übertragen werden. Die Programme sind austauschbar und können schnell
geändert werden. SPS sind meist bei Maschinensteuerungen eingesetzt. Es werden z. B. bei
Transferstraßen die Zustellbewegungen einzelner Maschinen mit SPS gesteuert. SPS sind als
Mehrprozessorsteuerungen mit hochleistungsfähigen Mikroprozessoren aufgebaut. Über digitale Netze können SPS zusammengeschlossen
werden und Daten austauschen. Über Kommunikationsschnittstellen können SPS aus der Ferne,
z. B. über das Internet, beobachtet und mit neuer
Software ausgestattet werden.
1.2
Regeln, Regelung
Das Regeln bzw. die Regelung ist ein Vorgang,
bei dem die zu regelnde Größe (Regelgröße) fortlaufend erfasst und so beeinflusst wird, dass sie
sich der gewünschten Größe (Führungsgröße)
angleicht.
Man unterscheidet Festwertregelungen und Folgeregelungen.
Beispiel für eine Festwertregelung. In einem
Härteofen soll die Temperatur auf einem gleichbleibenden Wert (Festwert) gehalten werden
(Bild 1). Dieser Wert ist die Führungsgröße. Die
Temperatur ist die Regelgröße. Zur Regelung
kann ein Dehnstab verwendet werden, der sich
je nach Höhe der Ofentemperatur verlängert
oder verkürzt. Dieser Dehnstab ist über eine Stellschraube mit dem Schieber fest verbunden. Mit
der Stellschraube kann die Stellung des Schiebers
in Bezug auf den Dehnstab verändert werden.
Wird der Härteofen angefahren, verlängert sich
der Dehnstab mit steigender Temperatur und der
Schieber drosselt die Brenngaszufuhr. Sinkt die
Ofentemperatur, verkürzt sich der Dehnstab und
der Schieber öffnet die Brenngaszufuhr, damit die
Ofentemperatur wieder steigt.
a) Schematische
Darstellung
Härteofen
Regelstrecke
Temperatur
Regelgröße
Stellschraube
Schieberöffnung
Stellgröße
Schieber
Stellglied
Dehnstab
Tabelle 1: Programmverwirklichung
Art
Verbindungsprogrammiert
VPS
Speicherprogrammiert
SPS
1
Beispiel
festprogrammiert Relaissteuerung
umprogrammierbar
austauschprogrammierbar
freiprogrammierbar
Programmsteuerung mit
Steckerfeld
SPS mit EPROM1
EEPROM2
SPS mit
oder RAM3
EPROM von Erasable Programmable Read Only Memory = löschbarer Nur-Lese-Speicher
2 EEPROM von Eletrically EPROM = elektrisch löschbarer Nur-LeseSpeicher
3 RAM von Random Access Memory = Speicher mit wahlfreiem
Zugriff
Kapitel 1 007-011.indd 10
b) Wirkungsplan
Vergleichsstelle
Stellgröße y
Regelgröße x
z.B. Stellschraube
u. Schieber
z.B. Schieberöffnung
z.B. Temperatur
Sollwert +
z.B. Stellung –
der Stellschraube
Signalverzweigung
Regeleinrichtung
Regelstrecke
z.B. Dehnstab
u. Schieber
z.B. Härteofen
Bild 1: Historische Regelung eines Härteofens
13.08.14 10:03
1 Steuern, Regeln, Leiten
Die Ofentemperatur, die durch diese Einrichtung
konstant gehalten wird, ist die Regelgröße. Der
Ofen selbst wird als Regelstrecke bezeichnet. Die
Schieberöffnung, mit der die Brenngasmenge beeinflusst wird, nennt man wie bei der Steuerung
Stellgröße.
Der Dehnstab gibt durch seine Länge die vorhandene Ofentemperatur, den Istwert der Regelgröße, an, während über die Stellschraube die
gewünschte Temperatur, der Sollwert der Regelgröße, eingestellt werden kann. Bei einer Differenz des Istwertes zum Sollwert, der Regeldifferenz, z. B. bei einer Temperaturabsenkung öffnet
der Schieber die Zuleitung und der Ofen wird beheizt, um den Sollwert wieder zu erreichen. Die
Ofentemperatur sinkt immer, wenn die Ofentür
zur Neubeschickung oder Entnahme der Werkstücke geöffnet wird. Die dadurch auftretende
Abkühlung bezeichnet man als Störgröße.
Die Aufgabe der Regelung ist es, eine Größe, z. B.
die Temperatur, konstant zu halten. Regelungen
dieser Art nennt man Festwertregelungen.
Beispiel für eine Folgeregelung. Zum Härten von
Stahl soll die Temperatur im Härteofen langsam
bis auf etwa 700 °C erhöht und dann schnell auf
Härtetemperatur gebracht werden. Die Ofentemperatur soll einem bestimmten Temperaturprofil folgen. Dabei wird die Führungsgröße für
die Temperatur z. B. mit einer sich gleichmäßig
drehenden, auf der Achse Dehnstab-Schieber
beweglichen Kurvenscheibe vorgegeben (Bild 1).
Schieber und Dehnstab sind mit Rollen versehen,
die in der Nut der Kurvenscheibe abrollen. Durch
die Form der Kurvenscheibe (Führungsgröße)
wird der Werteverlauf der Härtetemperatur (Regelgröße) gesteuert.
11
1.3
Leiten, Leitung
Den Steuer- und Regeleinrichtungen sind bei
komplexen Anlagen, z. B. bei Kraftwerken,
Transferstraßen und Verkehrsanlagen, Leiteinrichtungen bzw. Leitwarten übergeordnet.
Das Leiten ist die Gesamtheit aller Maßnahmen,
die bewirken, dass der gewünschte Prozessverlauf erreicht wird. Dabei ist meist auch eine Mitwirkung des Menschen vorgesehen.
Neben dem Messen, Steuern und Regeln sind die
wichtigsten Leitaufgaben: Überwachen, Schützen vor Gefahren, Auswerten, Anzeigen, Melden,
Aufzeichnen, Eingreifen, Datenerfassen, Dateneingeben, Datenverarbeiten, Datenübertragen und
Datenausgeben. Leiteinrichtungen sind Computer,
Betriebsdatenerfassungsgeräte und die Datennetze zur Verbindung der Leiteinrichtung mit den
dezentralen Steuerungs-, Regelungs- und Messeinrichtungen einer Anlage.
Kurvenscheibe
Temperatur
Führungsgröße
Regelgröße
Schieber
Stellglied
Dehnstab
Sensor
Härteofen
Regelstrecke
Bild 1: Historische Folgeregelung der Härtetemperatur
In der gezeichneten Stellung der Kurvenscheibe (maximale Härtetemperatur) ist der Schieber
(Stellglied) ganz geöffnet und die Brenngaszufuhr
entsprechend erhöht. Die Temperatur (Regelgröße) steigt an. Mit zunehmender Temperatur
dehnt sich der Dehnstab und schließt den Schieber wieder soweit, dass die gewünschte Härtetemperatur nicht überschritten wird. Ein solches
Ausregeln des jeweiligen Temperaturbereichs geschieht bei jeder Kurvenscheibenstellung.
Regelungen unterscheidet man auch nach der
Art der Signalverarbeitung: Erfolgt die Signalverarbeitung in der Regeleinrichtung überwiegend
durch analoge Signale, spricht man von analoger
Regelung, bei überwiegend binären Signalen von
binärer Regelung und bei überwiegend digitaler
Signalverarbeitung von digitaler Regelung.
Kapitel 1 007-011.indd 11
© ZF Friedrichshafen AG
Bild 2: Leitwarte für Getriebeprüfstand
13.08.14 10:03
12
2
2 Mechanische Steuerungen
Mechanische Steuerungen
2.1 Allgemeines
Mechanische Steuereinrichtungen können mit
großen Stellgeschwindigkeiten genaue Verstellwege fahren. Durch Nockenwellen werden z. B.
die Ventile von Motoren gesteuert. Rundschalttische werden mit Hilfe von Malteserkreuzgetrieben positioniert oder an Drehautomaten werden
Vorschübe mit Kurvenscheiben gefahren. Mechanische Steuerelemente sind genau, wirken direkt
ohne Verzögerung und haben eine hohe Lebensdauer. Sie sind aber nur mit großem Aufwand
herzustellen.
Abtriebswelle des verstellbaren Getriebes steht
eine gesteuerte Rotationsenergie zur Verfügung.
Muss die Drehbewegung jedoch in eine geradlinige Bewegung umgewandelt werden, wie z. B.
beim Vorschub des Werkzeugschlittens einer
Drehmaschine, kann dies mit einem ZahnradZahnstangengetriebe geschehen.
Steuersignale
AntriebsEnergie
AbtriebsEnergie
Mechanisches Getriebe
Untersetzungsgetriebe
Mechanische Steuerungen1 bestehen aus Getrieben, Kurvenscheiben, Hebeln, Kupplungen und
anderen mechanischen Bauteilen (Bild 1).
Kurventrommel
Antriebswelle
Antriebswelle
Stellglied
Kupplung
Beispiel. Ein Elektromotor treibt z. B. die Antriebswelle an, die über eine Kupplung mit dem Zahnradpaar der Abtriebswelle verbunden werden kann.
Die Kupplung ist das Stellglied der Steuerung und
erhält die Steuersignale über einen Hebel von der
Kurventrommel. Die Kurventrommel sitzt auf einer
Steuerwelle, die über ein Untersetzungsgetriebe
ebenfalls vom Elektromotor angetrieben wird. Die
Signalgabe für die Betätigung der Kupplung wird
durch die Form der Kurventrommel bestimmt.
Steuerstrecke
Antriebsenergie
Verstellbares
Getriebe
Signalgabe
mechanisch
stufenlos
pneumatisch
gestuft
hydraulisch
Kupplung
Drehende
Bewegung
elektrisch
Geradlinige
Bewegung
Aussetzende
Bewegung
z.B. Malteserkreuzgetriebe
Kapitel 2 012-019.indd 12
Stop
Bild 1: Beispiel einer mechanischen Steuerung
Die gesamte Steuereinrichtung besteht aus Steuerwelle, Kupplung, Kurventrommel, Hebel und Feder, während die Abtriebswelle die Steuerstrecke
darstellt.
Bei Stufengetrieben erfolgt die Signalgabe über
Kupplungen, bei stufenlos verstellbaren Getrieben über besondere Stelleinrichtungen. An der
Start
Steuereinrichtung
Führt die sich drehende Kurvennut in der sich
drehenden Kurventrommel nach rechts, wird die
Kupplung durch den Hebel geschlossen und die
Abtriebswelle eingeschaltet (Start). Führt die Nut
nach links, wird die Kupplung geöffnet und die
Antriebswelle bleibt stehen (Stopp). Die Signalfolge für Start und Stopp wiederholt sich nach jeder
Steuerwellenumdrehung und bildet in diesem Fall
das Programm der Steuerung.
Die Merkmale mechanischer Steuerungen können folgendermaßen zusammengefasst werden
(Bild 2): Die Antriebsenergie gelangt über einen
Elektromotor in ein verstellbares Getriebe, durch
das die Drehzahl, die Drehrichtung und die Drehdauer (Start-Stopp) über mechanische, pneumatische, hydraulische oder elektrische Signale verstellt werden können.
Steuerwelle
Gleichförmig
z.B. Kugelspindelgetriebe
Ungleichförmig
z.B.
Kurventrieb
Bild 2: Aufbau mechanischer Steuerungen
1
Mechanische Steuerungen sind „aus der Mode“ gekommen. Dies gilt
vor allem für Steuerungen bei Maschinen und Geräten. Es gibt aber
bei vielen Aufgaben, insbesondere, wenn gleichzeitig Bewegungen
zu steuern sind, mechanische Lösungen, die wegen der Einfachheit,
Robustheit, Zuverlässigkeit und Schnelligkeit elektronisch nicht oder
nur sehr teuer erreichbar sind. Beispiele sind: die Ventilsteuerungen
durch Nocken und die Lenkungen an Kraftfahrzeugen. Für beides gibt
es grundsätzlich auch elektronische Varianten.
13.08.14 10:15
2 Mechanische Steuerungen
700
Ablesebeispiel:
M1 = 200 Nm n1 = 1500 min–1
M2 = 100 Nm n2 = 3000 min–1
Nm
600
500
Drehmoment M
Bei reibungsarmen Antrieben werden Kugelgewindetriebe zur Erzeugung der gleichförmigen,
geradlinigen Bewegung eingesetzt. Soll die geradlinige Bewegung ungleichförmig verlaufen,
um z. B. eine schnelle Zustellbewegung von einer
langsamen Arbeitsbewegung zu trennen, verwendet man Kurbel- und Kurvengetriebe. Kurvengetriebe werden auch zur Signalerzeugung eingesetzt. Für Transporteinrichtungen werden oft
Schrittbewegungen benötigt. Ein Rundschalttisch
einer Presse muss z. B. nach jedem Arbeitshub
des Presswerkzeugs um einen Teilschritt gedreht
werden und dann wieder stillstehen. Dies kann
durch die Unterbrechung der stetigen Drehbewegung eines verstellbaren Getriebes mit Hilfe
eines nachfolgenden aussetzenden Getriebes
erreicht werden.
13
400
300
gestuft
200
stufenlos
100
0
0
1000
min–1
5000
Drehzahl n
2.2
Verstellbare Getriebe
Mit verstellbaren mechanischen Getrieben werden die Drehrichtung, Drehzahlen und Drehmomente gesteuert.
Bild 1: Kennlinie eines verstellbaren Getriebes
Die Eingangsleistung an der Antriebswelle des
Getriebes ist in vielen Fällen konstant, sodass sich
mit der Änderung der Drehzahl auch das Drehmoment verändert. Bei konstanter Leistung steht
das Drehmoment M in umgekehrtem Verhältnis
zur Drehzahl n: M f 1/n (Bild 1). Die Kennlinie
ist eine Hyperbel. Bei den schlupffreien, stufenlos verstellbaren Getrieben ist die Kennlinie ein
geschlossener Kurvenzug, bei Stufengetrieben
werden entsprechend der Zahl der Drehzahlstufen nur einige Punkte der Hyperbel belegt.
2.2.1
Stufengetriebe
Bremse
3
Kupplung 1
4
Abtrieb
Kupplung 2
Antrieb
2
1
Keilriemenscheiben
Stufengetriebe teilt man in Stufenscheibengetriebe und Stufenrädergetriebe ein.
Stufenscheibengetriebe besitzen zur Kraftübertragung Riemenscheiben und Riemen. Die Kraftübertragung bei Stufenrädergetrieben erfolgt direkt über Zahnräder. Drehrichtung und Drehzahl
werden bei automatischen Stufengetrieben durch
Kupplungen und Bremsen verstellt.
Beispiel. Mit einem Keilriemengetriebe können
z. B. zwei Drehzahlen gesteuert werden, ohne
dass die Riemenlage verändert werden muss
(Bild 2).
Die Signalgabe für den Drehzahlwechsel erfolgt
elektrisch über zwei Elektromagnet-Kupplungen
Kapitel 2 012-019.indd 13
Bild 2: Drehzahlsteuerung eines Stufenscheibengetriebes
und eine Bremse. Wenn die ElektromagnetKupplung 2 geschaltet ist, erfolgt der Abtrieb über
die Riemenscheibe 4 und der Langsamgang des
Getriebes ist angesteuert. Gleichzeitig muss die
Kupplung 1 offen sein, damit die Riemenscheibe
3 auf der Welle frei umlaufen kann.
Beim Umschalten auf den Schnellgang wird die
Elektromagnet-Kupplung 2 geöffnet und die
Bremse für die Abtriebswelle angesteuert. Dann
kann die Kupplung 1 mit der Riemenscheibe verbunden werden und den Abtrieb auf den Schnellgang beschleunigen.
13.08.14 10:15
14
2 Mechanische Steuerungen
Beispiel. Bei dem mechanisch gesteuerten
Stufenrädergetriebe können zwei Drehzahlen und
beide Drehrichtungen gesteuert werden (Bild 1).
Ein Elektromotor treibt die untere Welle an. Für
den Schnellgang der Arbeitsspindel wird die
Kupplung K2 geschlossen.
Für den Langsamgang wird die obere Welle, die
wegen der Zahnraduntersetzung eine langsamere
Drehzahl als die untere Welle ausführt, durch die
Kupplung K1 und die beiden Kettentriebe mit den
Schalen K4 und K3 verbunden. Der Schaltzeitpunkt
für die mechanische Signalgabe zur Betätigung
der beiden Kupplungen K1 und K2 wird durch die
Steuerwellendrehzahl und die Form der rechten
Kurventrommel bestimmt. Die linke Kurventrommel dient zur Steuerung des Richtungswechsels.
Beim Linkslauf wird die Kupplung K4 geschlossen,
beim Rechtslauf die Kupplung K3.
Solche über Steuerwellen und Kurventrommeln
gesteuerten Stufenrädergetriebe verwendet man
z. B. bei Drehautomaten zum Antrieb der Arbeitsspindel. Die Formen der Kurventrommeln sind
auf ein bestimmtes Werkstück abgestimmt, das
bei sehr großen Stückzahlen preiswert hergestellt
werden kann.
2.2.2
Stufenlos verstellbare Getriebe
K4
Kupplungsschalen
K3
Spindel
Kurventrommel für
Richtungswechsel
Steuerwelle
Kettentrieb
Kurventrommel
für Geschwindigkeitswechsel
K1
Antriebsmotor
K2
Kupplungen im Eingriff für
Rechtslauf
Linkslauf
schnell
K3 UND K2
K4 UND K2
langsam
K3 UND K1
K4 UND K1
Bild 1: Drehzahl- und Drehrichtungssteuerung
eines Stufenrädergetriebes
Stufenlos verstellbare Getriebe sind Umschlingungsgetriebe, Reibradgetriebe und Wälzgetriebe.
Umschlingungsgetriebe
Umschlingungsgetriebe sind Stufenscheibengetriebe, bei denen mindestens eine Scheibe aus
zwei kegelförmigen Teilen besteht. Diese kegelförmigen Teile lassen sich axial auf ihrer Welle
verschieben, wodurch die Laufradien für die Keilriemen oder Stahlketten verstellt werden. So lassen sich die Abtriebsdrehzahl und das Drehmoment des Getriebes steuern (Bild 2).
Für trocken laufende Umschlingungsgetriebe
werden meist Breitkeilriemen als Zugmittel verwendet. Mit ihnen erreicht man einen besonders
ruhigen, beinahe schlupffreien Lauf.
Für große Zugkräfte und wenn eine lange Lebensdauer des Getriebes gefordert ist, setzt man als
Zugmittel Stahlketten ein. Bei Stahlketten, die in
einem Ölbad laufen, unterscheidet man je nach
Kettengeschwindigkeit und zu übertragender
Leistung Lamellenketten, Rollenketten und Wiegedruckstück-Ketten.
Kapitel 2 012-019.indd 14
a)
Kegelförmige Scheiben
b)
Verstelleinrichtung
Keilriemen
c)
Bild 2: Umschlingungsgetriebe
13.08.14 10:15
2 Mechanische Steuerungen
Die Drehzahl der Breitkeilriemengetriebe wird
entweder durch Verstellen des Achsabstands
oder durch Verstellen der beiden Teile der Kegelscheiben gesteuert (Bild 1).
15
Abtrieb
Um die Keilriemen dabei unter Spannung zu halten, werden die beiden Hälften eines Kegelrades
durch eine konstante Federkraft oder durch eine
drehmomentabhängige Anpresseinrichtung zusammengedrückt. Die beiden Teile des AntriebsKegelrades können z. B. durch ein Handrad auseinander- oder zusammengeschoben werden (Bild 1).
Bei dem Abtriebs-Kegelrad sorgt eine Anpressfeder für den notwendigen Spanndruck und die
Einstellung des Laufradius.
Breitkeilriemen
Verstellung des
Scheibenabstandes
Antrieb
Getriebe mit Stahlketten als Zugmittel werden
meist über eine Verstellspindel und ein Hebelsystem verstellt (Bild 2, vorhergehende Seite).
Die Ansteuerung der Umschlingungsgetriebe
erfolgt durch Handverstellung, elektrisch oder
durch Pneumatik- bzw. Hydraulikzylinder. Elektrische Stelleinrichtungen oder hydraulische
Servoantriebe werden besonders dann benötigt,
wenn die Getriebe als Stellglieder in Regelkreisen
eingesetzt werden.
Gewindespindel
Handrad
Bild 1: Drehzahlsteuerung durch Verstellen
der Kegelscheiben
Andrückmuffe, axial auf
der Welle verschiebbar
Abtrieb
Kegelscheibe
Antrieb
Reibradgetriebe
Bei stufenlos verstellbaren Reibradgetrieben wird
das Drehmoment durch ein Reibrad und eine
Kegelscheibe übertragen (Bild 2). Dabei wird die
auf der Motorwelle sitzende Kegelscheibe während der Kraftübertragung gegen das Reibrad
gedrückt. Zur Steuerung der Abtriebsdrehzahl werden Motor und Kegelrad senkrecht zur
Motorachse verschoben.
Die Kennlinie des Reibradgetriebes verläuft nahezu linear und besitzt wegen des auftretenden
Schlupfes an der Reibstelle eine minimale und
eine maximale Grenzdrehzahl (Bild 3).
Kapitel 2 012-019.indd 15
Drehmoment
Anpressdruck
Bild 2: Reibradgetriebe mit Anpresseinrichtung
Mmax
Drehmoment
Drehmoment M
Der Anpressdruck des Reibrades wird der jeweiligen Drehmomentbelastung angepasst, um den
Verschleiß möglichst klein zu halten. Die Anpresseinrichtung besteht im Wesentlichen aus einer
Andrückmuffe und einer Feder. Die axial auf einer
Nutwelle verschiebbare Andrückmuffe hat die
Form eines Doppelnockens, der in das entsprechend geformte Gegenstück am Reibring eingreift
und das Drehmoment von der Antriebsseite zur
Abtriebsseite hin überträgt. Wird die Abtriebswelle belastet, gleitet die Andrückmuffe auf den
schrägen Nockenflächen aus dem Gegenstück und
spannt dadurch die Feder. Die entstehende Federkraft presst den Reibring gegen das Kegelrad und
zwar umso stärker, je größer das Drehmoment ist.
Reibring
Drehzahlsteuerung durch
Verstellen der
Kegelscheibe
Mmin
nmin
nmax
Abtriebs-Drehzahl n
Bild 3: Kennlinie eines Reibradgetriebes
13.08.14 10:15
16
2 Mechanische Steuerungen
Wälzgetriebe
Planetenscheibe
Bei verstellbaren Wälzgetrieben wird das Drehmoment über kugel- oder kegelförmige Wälzkörper übertragen.
Die Wellen der rotierenden Planetenscheiben sind
in Gleitschuhen in der Abtriebswelle gelagert und
lassen sich radial verschieben. Über die Planetenwellen wird das Drehmoment auf die Abtriebswelle übertragen.
Soll z. B. die Abtriebsdrehzahl erhöht werden,
müssen die Planetenscheiben nach innen zur
Drehachse hin verschoben werden. Dies erfolgt
durch Krafteinwirkung über die beiden Außenringe. Die Planetenscheiben wandern wegen ihrer Kegelform aus den Außenringen heraus und
dringen tiefer in die Flanschklemmung ein. Dabei
verkleinern sich die Abwälzradien. Die Planetenscheiben rollen schneller auf dem Antriebsflansch
ab und erhöhen die Drehzahl der Abtriebswelle.
Wird die Axialkraft auf die Außenringe verkleinert,
wandern die Planetenscheiben durch die Wirkung
der Federkraft wieder nach außen und rollen langsamer ab. Die Abtriebsdrehzahl sinkt. Die Kennlinie des Planetenverstell-Getriebes gleicht der
Kennlinie des Reibradgetriebes (Bild 2).
Abtrieb
Antrieb
Außenringe
Flansch
Bild 1: Planetenverstell-Getriebe
Mmax
Drehmoment M
Die Wälzkörper sind z. B. beim PlanetenverstellGetriebe kegelförmige Scheiben, die sich um die
Antriebswelle drehen (Bild 1). Sie werden auf
einer Seite vom Flansch der Antriebswelle und
einem mitlaufenden Klemmring durch die Kraft
einer Feder festgepresst und in Eigendrehung
versetzt. Damit sie nicht aus der Klemmeinrichtung herauswandern, werden sie an der gegenüberliegenden Seite von zwei feststehenden Außenringen eingeklemmt.
Verstellkraft
Gleitschuh
Drehmoment
Mmin
nmin
nmax
Abtriebs-Drehzahl n
Bild 2: Kennlinie des Planetenverstell-Getriebes
Zahnrad
Gewindemutter
Für die Umwandlung der Drehbewegung in eine
geradlinige Bewegung, wie sie bei vielen Arbeitsmaschinen verlangt wird, müssen zusätzliche
Getriebe verwendet werden (Bild 3). Bei automatisch gesteuerten Werkzeugmaschinen muss
der geradlinige Antrieb möglichst reibungsarm
und spielfrei sein. Ein Kugelgewindetrieb erfüllt
diese Anforderungen (Bild 4). Zwischen der Spindel und der Mutter tritt wegen der eingelagerten
Kugeln nur Rollreibung auf. Durch Verspannen
einer zweiteiligen Mutter kann ein Gewindespiel
vollständig vermieden werden.
Kapitel 2 012-019.indd 16
Zahnstange
Alternativ: Zahnstange ortsfest,
Zahnrad linearbewegt
Erzeugung geradliniger Bewegungen
Mit verstellbaren Getrieben lassen sich Drehzahl
und Drehrichtung mechanisch steuern.
Zugmittel
Schiene
Gewindespindel
Alternativ: Gewindespindel fixiert,
Gewindemutter linearbewegt
Bild 3: Umwandlung einer Drehbewegung in eine
geradlinige Bewegung
Bild 4: Kugelgewindetrieb
13.08.14 10:15
2 Mechanische Steuerungen
2.3
17
Getriebe mit ungleichförmiger Übersetzung
Kurbelschwinge
Kurbelschleife
Koppel
Kurbel
Schwinge
Zu den ungleichförmig übersetzenden Getrieben
gehören die Kurbel- und Kurvengetriebe.
Kurbel
Koppel
Kurbelgetriebe bestehen aus einer Kurbel, die angetrieben wird, einer Schwinge und einer Koppel.
Die Kurbel, die am Maschinentisch befestigt ist,
treibt die Koppel und damit die Schwinge an. Das
einfachste Kurbelgetriebe ist die Kurbelschwinge
(Bild 1).
Andere Kurbelgetriebe sind ähnlich aufgebaut.
Ist ein Gelenk als Schubkurbel ausgebildet, heißt
das Getriebe Kurbelschleife oder Schubkurbel.
Bei zwei Schubgelenken wird es Kreuzschubkurbel genannt. Schubkurbelgetriebe werden
meist als Kraftgetriebe zur Umwandlung von
Dreh- in Längsbewegungen verwendet, wie z. B.
bei Senkrecht- oder Waagrechtstoßmaschinen
und bei Pressen. Auch beim Verbrennungsmotor
wird die geradlinige Bewegung der Kolben mit
Hilfe eines Schubkurbelgetriebes in eine Drehbewegung umgewandelt.
Schwinge
Maschinengestell
Schubkurbel
Maschinengestell
Kurbel
Kreuzschubkurbel
Koppel
Kurbel
Maschinengestell
Koppel
Schwinge
Maschinengestell
Schwinge
Bild 1: Kurbelgetriebe
Kurvengetriebe
Sinusförmiger Übergang
Kurvengetriebe verwendet man bei ungleichförmigen Bewegungen, die bei Zustell- und
Vorschubbewegungen an Werkzeugmaschinen
auftreten können.
Schubkurvengetriebe können streckenweise eine
gleichförmige Bewegung ausführen, wenn die
Kurvenscheibe eine gleichmäßig ansteigende
Form erhält (Archimedische1 Spirale). Die Form
der Kurven richtet sich nach den Wegen, die mit
dem Getriebe gefahren werden sollen (Bild 2).
Zur Ermittlung der Kurvenform für einen gleichförmigen Hub wird der Grundkreis der Kurvenscheibe
abgewickelt. Für den Anfang der Hubbewegung
legt man den Winkel 0° am Kreis und an der Abwicklung fest. Dann trägt man den Winkel ein, bei
dem der Hub seinen höchsten Punkt erreichen soll,
z. B. 240°. Den Zwischenraum zwischen den beiden
Winkeln 0° und 240° teilt man in beliebig viele glei1
2
3
4
5
6
7
60°
120°
180°
240°
300°
360°
0°
Abgewickelter Umfang
des Grundkreises
Stößel
6
Strahlen
1
7
300
°
360°
0°
Hilfskreis
60°
°
240
180°
Bestehen die Getriebe aus einem sich drehenden
Kurventräger und einem geradlinig geführten
Abtriebsteil, spricht man von einem Schubkurvengetriebe. Bei einem Kurventräger mit nachfolgendem drehbarem Hebel nennt man das Getriebe eine Kurvenschwinge.
1
120
°
2
Grundkreis
Rollenmittelpunkte
3
5
4
Umhüllungslinie =
Kurvenendform
Kurvenscheibe
Bild 2: Schubkurvengetriebe
che Teile ein, z. B. in vier. Auf der Kurvenscheibe
werden die Teilungsstrahlen, von 0° beginnend,
entgegen der Drehrichtung der Kurvenscheibe, in
gleichen Abständen eingezeichnet. Denkt man sich
die Kurvenscheibe festgehalten, während der Stößel um die Scheibe herumgeführt wird, kann der
jeweilige Hub aus der Abwicklung auf den Grundkreis der Kurvenscheibe übertragen werden.
Archimedes, Mechaniker und Mathematiker des Altertums, gest. 212 v. Chr. bei der Eroberung von Syrakus durch die Römer.
Kapitel 2 012-019.indd 17
13.08.14 10:15
18
Bei der Kurvenschwinge wird die Kurve für die
Erzeugung eines gleichförmigen Anstiegs in ähnlicher Weise gezeichnet (Bild 1). Auch hier denkt
man sich den Hebel um die Kurvenscheibe bewegt, während die Scheibe selbst festgehalten
wird. Die Strahlen, auf denen sich der Rollenmittelpunkt des Hebels in jedem Moment der Bewegung befinden kann, werden jetzt durch Kreise
mit der Länge des Hebelarms als Radius ersetzt.
Der Drehpunkt des Hebelarms bewegt sich auf
einem Hilfskreis um die Kurvenscheibe mit dem
Abstand Kurvenmittelpunkt zu Hebeldrehpunkt
als Radius.
Teilt man den Gesamthub und den Winkel, über
den der Hub erfolgen soll, in gleiche Teile ein,
kann man jedem Strahl einen Hub aus der Abwicklung zuordnen (Nummerierung). Die Bahn
der Rollenmittelpunkte erhält man, wenn man die
gefundenen Schnittpunkte der Strahlen und die
Hubstrecken mit einem Kurvenlineal verbindet.
Man zeichnet wieder beliebig viele Rollenkreise
ein und ermittelt die Kurve als Umhüllende der
Rollenkreise.
1
2
3
4
5
6
7
Strahlen
Größter Hub in vier
gleiche Teile zerlegt
7
1
6
rp
Für den ersten Strahl durch den Winkel 0° ist
die Hubhöhe Null. Für den zweiten Strahl wird
der entsprechende Wert der Hubhöhe aus der
Abwicklung entnommen und vom Hilfskreis aus
angetragen. Das gleiche wird auch für die Strahlen 3 und 4 gemacht. Die auf den Strahlen gefundenen Schnittpunkte werden anschließend mit
dem Kurvenlineal verbunden. Man erhält so die
Linie, auf der die Rollenmittelpunkte liegen. Mit
dem Zirkel können jetzt beliebig viele Rollenkreise
gezeichnet werden. Die innere Umhüllungslinie
der Rollenkreise stellt die gesuchte Kurve für den
gleichförmigen Anstieg des Stößels dar, die dann
als äußere Kurvenscheibe ausgeführt wird. Die
Genauigkeit der Kurve wird durch eine feinere
Teilung verbessert. Um Kurvenübergänge möglichst stoßfrei zu gestalten, werden die Ecken der
abgewickelten Hublinie z. B. sinusförmig abgerundet.
2 Mechanische Steuerungen
45
123
2
5
Umhüllungs- 4
linie = Kurvenendform
3
Grundkreis
Rollenmittelpunkte
Bild 1: Kurvenschwinge
Stangenmaterial
Spanneinrichtung
Spindelantrieb
Feststehende
Führung
Spindelstock
Drehmeißel 1
Wippe
Spindelstockkurve
Drehmeißel 2
Nockenscheibe
Steuerwellenantrieb
Wippenkurve
Steuerwelle
Kurvenscheiben als Programmspeicher
Bild 2: Mechanische Steuerung einer Drehmaschine
Kurvenscheiben sind mechanische Programmspeicher (Informationsspeicher).
Durch die Kurvenform ist der Bewegungsablauf
des Stößels oder des Hebels festgelegt. Bei einer
Umdrehung der Kurve wird dann eine bestimmte
Folge von Einzelbewegungen (Programm) ausgeführt. In gleicher Weise werden Nockenscheiben
oder Schalttrommeln verwendet, um mechanische, pneumatische, hydraulische oder elektrische Steuerungselemente zu betätigen.
Kapitel 2 012-019.indd 18
Mechanisch gesteuerte Drehautomaten werden
über Kurvenscheiben als Programmgeber gesteuert. Die Kurvenscheiben befinden sich meist
auf einer Steuerwelle, die sich während des Fertigungsablaufs eines Werkstücks einmal um ihre
Achse dreht (Bild 2). Die wichtigste Aufgabe erfüllt dabei die Spindelstockkurve, mit der die Vorschubbewegungen in Richtung der Drehachse
ausgeführt werden.
13.08.14 10:15
2 Mechanische Steuerungen
2.4
19
Getriebe mit aussetzender
Bewegung
Getriebe mit aussetzender Bewegung werden
für schrittweise Antriebe von Transportbändern,
Rundschalttischen und Werkzeugrevolvern verwendet.
Malteserkreuzrad
Das bekannteste aussetzende Getriebe ist das
Malteserkreuzgetriebe1 (Bild 1).
Es besteht aus einer sich mit gleichbleibender
Geschwindigkeit drehenden Scheibe und dem
Malteserkreuzrad, das hier vier Haltestationen besitzt. An der treibenden Scheibe befindet sich eine
Rolle, die jeweils bei einer Umdrehung in einen
Schlitz des Malteserkreuzrades eingreift und das
Rad eine Viertelumdrehung mitnimmt. Die Rolle
auf der treibenden Scheibe muss leichtgängig
sein. Verwendet man statt der Rolle nur einen
Stift, so unterliegt dieser einem erheblichen Verschleiß.
Treibende
Scheibe
Rolle
Bild 1: Malteserkreuzgetriebe mit vier Stationen
4
Für ganze oder halbe Umdrehungen mit nachfolgendem Stillstand werden Sternradgetriebe
verwendet.
Beim Sternradgetriebe bewegt sich das größere
Rad mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, das
kleinere Sternrad wird dabei in Sperrstellung gehalten (Bild 2). Sobald die Rollen des treibenden
Rades in die Zahnlücken des Sternrades eingreifen, wird dieses eine ganze Umdrehung mitgenommen. In der übrigen Zeit bleibt das Sternrad
stehen. Durch verschiedene Anordnung der Rollen und Zähne können sehr viele Kombinationen
von Umlaufzeit zu Stillstandzeit erzielt werden.
5
3
6
2
7
1
8
Sternrad
Treibendes
Rad
1
8
2
7
3
4
5
6
Rollen
Bild 2: Sternradgetriebe
Beim aussetzenden Getriebe mit sich kreuzenden Wellen ist das treibende Rad eine Kurventrommel, die am Umfang eine Rippe mit trapezförmigem Querschnitt besitzt (Bild 3).
Diese Rippe liegt genau senkrecht zur Drehachse des Rollenrades und verhindert damit dessen Bewegung (Sperrstellung). Über ein Drittel
des Trommelumfangs gehen die beiden Rippen
gewindeartig auseinander, so dass zwischen
den zwei Enden der Rippen gerade soviel Platz
entsteht, um eine Rolle des getriebenen Rades
hindurchzulassen. Das Rollenrad dreht sich dann
um einen Rollenabstand weiter.
1
benannt nach dem achtspitzigen Kreuz des Malteserordens bzw.
Johanniterordens.
Kapitel 2 012-019.indd 19
Rippe
Trommel
Rollenrad
Bild 3: Aussetzendes Getriebe mit sich kreuzenden
Wellen
13.08.14 10:15
20
3
3 Elektrische und elektronische Steuerungen
Elektrische und elektronische Steuerungen
Elektrische Steuerungen bestehen aus elektrischen Steuereinrichtungen und elektrisch betätigten Stellgliedern. Die einfachste elektrische
Steuereinrichtung ist ein Schalter, mit dem z. B.
ein Elektromotor als Stellglied für den Vorschubantrieb einer Werkzeugmaschine ein- und ausgeschaltet wird. Zu einer Steuereinrichtung gehören
noch Sicherheits- und Anzeigegeräte, wie z. B.
Temperaturwächter und Signallampen. Geschieht
das Steuern durch Schalten elektrischer Kontakte,
spricht man von Kontaktsteuerungen, sonst von
kontaktlosen Steuerungen oder elektronischen
Steuerungen.
3.1
3.1.1
Wahlschalter
Leuchttaster
EIN/AUSTastschalter
Hauptschalter
Nockenschalter
mit Rolle
Bild 1: Schalter
Taste
Schaltstücke
Rückstellfeder
Betätigungsrichtung
Elektrische
Kontaktsteuerungen
Anschlüsse
Öffner Schließer
Bauelemente und Betriebsmittel
Die wichtigsten Bauelemente elektrischer Kontaktsteuerungen sind: Schaltgeräte, Steckvorrichtungen, Leitungsverbindungen und Anzeigegeräte
(Bild 1). Schaltpläne dienen der übersichtlichen
Darstellung einer elektrischen Steuerung. In ihnen wird die Funktion der Bauelemente durch genormte Sinnbilder, die man Schaltzeichen nennt,
wiedergegeben. Die Schaltzeichen geben grundsätzlich den Zustand des unbetätigten Schaltgerätes an. Schaltkontakte werden z. B. von Hand,
durch Nocken oder durch Fernbedienung betätigt.
Die Fernbedienung erfolgt meist durch elektromagnetische Kraft, wie beim Relais, Schütz und
Schrittschaltwerk.
Bei den Schaltkontakten gibt es Schließer, die
bei Betätigung des Schalters einen Stromkreis
schließen, und Öffner, die einen Stromkreis
unterbrechen.
Nach Art der Schalterbetätigung unterscheidet
man Tastschalter, Stellschalter und Schlossschalter.
Tastschalter
Druckknopftastschalter, kurz Taster genannt, wie
z. B. ein Klingelknopf, wirken nur während der
Dauer ihrer Betätigung. Die Kontaktgabe oder
Unterbrechung erfolgt über bewegliche Schaltstücke, die z. B. von Hand betätigt werden (Bild 2).
Taster enthalten oft mehrere Kontakte, z. B. 3
Schließer und 3 Öffner. Eine Feder, die bei Betätigung gespannt wird, bringt die Schaltstücke
in ihre Ausgangslage, wenn die Betätigung aufhört. Die Taster dienen oft gleichzeitig als Leucht-
Kapitel 3 020-090.indd 20
Schaltzeichen
Bild 2: Druckknopftastschalter (Taster)
Stößel
Schaltzeichen
Bewegliches Schaltstück
Anschlusszungen
Bild 3: Positionsschalter (Grenztaster)
melder (Signal-Lampe). Tastschalter mit großer,
roter, pilzförmiger Kappe auf gelbem Untergrund
verwendet man als NOT-AUS-Taster.
NOT-AUS-Taster sind immer Tastschalter mit
Öffner, da man Notsituationen immer durch Ausschalten, also durch Unterbrechen des Stromkreises, begegnen muss.
Mit Positionsschaltern (Grenztastern), die über
Nocken betätigt werden, wird das Erreichen von
Grenz- und Endlagen beweglicher Maschinenteile, z. B. von Werkzeugmaschinenschlitten, signalisiert. Die Positionsschalter sind mit Sprungschaltern (Mikroschalter) ausgestattet, damit man
auch bei sehr langsamer Betätigung eine plötzliche Kontaktgabe oder Kontaktunterbrechung
erhält (Bild 3).
13.08.14 10:19