Blogeintrag November 2016

Transformator

Ein Transformator ist in fast jedem elektrischen Gerät vorhanden. Vom kleinen Ladegerät für ein Handy über einen Trafo in einer Steuerung bis hin zu einem riesigen Kraftwerkstrafo. Ohne dieses elektrische Bauteil könnte man weder ein elektrisches Gerät betreiben noch überhaupt irgendwelche Elektrizität im Haus haben. 

Ein Transformator oder auch Trafo genannt besteht aus zwei oder noch mehr Spulen welche sich auf einem gemeinsamen Eisenkern befinden. Die Wicklungen der Spulen bestehen aus isoliertem Kupferdraht. Der Trafo funktioniert ausserdem ausschliesslich mit Wechselspannung. Er wandelt also eine Eingangswechselspannung, die an einer der Spulen angelegt ist, in eine Ausgangswechselspannung um, die an der anderen Spule abgegriffen werden kann.

Dabei entspricht das Verhältnis von Eingangsspannung und Ausgangsspannung dem Verhältnis der Windungszahlen der beiden Spulen. So wird zum Beispiel bei einem Windungsverhältnis von 20 zu 1 eine Eingangsspannung von 240 Volt in eine Ausgangsspannung von 12 Volt transformiert.

Elektrogeräte

 In Elektrogeräten, die nicht direkt mit Netzspannung arbeiten, wandeln Transformatoren die an der Steckdose anliegende Netzwechselspannung von typischerweise 230 V auf die Betriebsspannung des Elektrogeräts um. Netzteile von Elektrogeräten enthalten entweder einen konventionellen Netztransformator, welcher mit Netzfrequenz und primärseitig (prinzipiell) direkt am Stromnetz betrieben wird, oder ein Schaltnetzteil, welches den Transformator mit einer höheren Frequenz als der Netzfrequenz betreibt. 

Idealer Transformator

Unter einem idealen Transformator versteht man einen in der Praxis nicht realisierbaren, verlustfreien Transformator. Diese Modellvorstellung ist hilfreich bei der Funktionsbeschreibung. In der Praxis treten mehr oder weniger große Abweichungen auf, die Gesetzmäßigkeiten gelten also nur näherungsweise. Beim idealen Transformator sind die Spannungen an den Wicklungen aufgrund der elektromagnetischen Induktion proportional zur Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses und zur Windungszahl der Wicklung. Daraus folgt, dass sich die Spannungen so zueinander verhalten wie die Windungszahlen. Ausserdem verhalten sich die Ströme genau umgekehrt proportional da man davon ausgeht, dass beide Leistungen (P_primär und P_sekundär) genau gleich gross sind.

Realer Transformator

Ideale Transformatoren sind praktisch nicht realisierbar. Ein realer Transformator unterscheidet sich folgendermaßen vom idealen Transformator:

• Die Wicklungen der Spulen haben einen Widerstand.
• In dem Eisenkern des Trafos treten Wirbelstromverluste in Form von Wärme auf.
• Ausserdem benötigt die Ummagnetisierung des Kerns Energie.
• Die Permeabilität des Kerns hängt von der Frequenz und der Stärke des Magnetflusses ab.

Die Widerstände der Wicklungen, die Ummagnetisierung und die Wirbelströme führen zu Energieverlusten: Die Verluste aufgrund der Widerstände der Wicklungen nennt man Kupferverluste, die Verluste durch die Ummagnetisierung heißen Hystereseverluste und die Verluste aufgrund von Wirbelströmen heißen Wirbelstromverluste. Hystereseverluste und Wirbelstromverluste werden unter dem Begriff Eisenverluste zusammengefasst. 

Blogeintrag Oktober 2016

Elektropneumatik

Bei einer elektropneumatischen Steuerung geht es hauptsächlich darum, pneumatisch Elemente mit elektrischem Strom anzusteuern.

Magnetventil

Dies geschieht indem man sogenannte Magnetventile ansteuert. Diese sind im Grunde gleich aufgebaut wie pneumatische Ventile, jedoch werden sie nicht durch Druckluft betätigt, sondern durch einen Elektromagneten.

In der Elektropneumatik kann dann jede Art von elektrischer Steuerung verwendet werden, wie z.B. Relaistechnik oder LOGO.

Die Vorteile einer elektropneumatischen Schaltung werden sind fast gänzlich dieselben wie bei einer pneumatischen Steuerung, allerdings kann man - da es auch möglich ist, eine Anlage mit SPS zu steuern - wesentlich mehr machen, was z.B. Zeitverzögerung, Abläufe und Bedienung angeht.

Da bei der Elektropneumatik Elektrische und Pneumatische Steuerungen gemischt werden, werden auch 2 verschiedene Schaltpläne erstellt. Zum einen der Pneumatische Schaltplan, welcher normalerweise relativ simpel ausfällt, da der grösste Teil der Steuerung elektrisch verrichtet wird und nur die Arbeit Pneumatisch. Zum anderen der Elektrische Schaltplan, welcher die ganze Steuerung beinhaltet. Das Bindeglied beider Pläne bildet das Magnetventil hier Y1 und Y2.

Blogeintrag September 2016

Pneumatik

In der Pneumatik wird ein technischer Vorgang mithilfe von Luftdruck verrichtet.
Dies hat gewisse Vorteile, zum Beispiel entsteht bei einem pneumatischen Vorgang kein Funken, wie es bei einem elektrischen der Fall wäre (bei der Schliessung eines Kontakts springt kurz vor der Berührung der Leiter ein Funken über, da zu dem Zeitpunkt der Widerstand der Luft gering genug ist). Ein anderer Vorteil ist bei einer pneumatischen Anlage der Preis, welcher wesentlich geringer ausfällt als bei elektrischen Anlagen.

Symbol Wartungseinheit

Bei jeder pneumatischen Anlage muss als erstes die Druckluft aufbereitet werden, dazu gehört:

Reinigung
Die Luft wird von den Verschmutzungen (z.B. Staub) befreit wie auch von Feuchtigkeit.

Druckregelung
Ein Druckregelventil sorgt für einen konstanten Luftdruck im gesamten Pneumatik System.

Wartungseinheit

Druckanzeige
Dies geschieht durch ein Manometer. Normalerweise beträgt der Druck in einem Pneumatik System 7bar.

Schmierung
Immer seltener gehört zu der Wartungseinheit ein Öler, welcher den Schmierstoff in die Luft mischt.

In den meisten Fällen wird in einem pneumatischen System ein Pneumatik Zylinder angesteuert, dieser fährt aus oder ein und verrichtet so eine Arbeit.

Man unterscheidet hauptsächlich zwischen einfach wirkenden Zylindern (federrückgestellt) und doppelwirkenden Zylindern.
Einfachwirkende Zylinder fahren bei anstehendem Luftdruck aus, und werden bei Abfall des Drucks durch eine Feder wieder zurückgestellt.

Pneumatik Zylinder

Blogeintrag August 2016

Kathodenstrahl Oszilloskop

Das Oszilloskop ist ein elektronisches Messgerät für elektrische Spannungen.

Es zeigt auf einem Bildschirm den zeitlichen Verlauf einer oder mehrerer Spannungen an.

Das geschieht bei analogen Oszilloskopen mithilfe eines Kathodenstrahles. Dieser macht das ganze Gerät sehr lang, und Messwerte können nicht oder nur temporär abgespeichert werden. Deshalb werden heutzutage vermehrt digitale Oszilloskope verwendet.

Kathodenstrahl

Die Kathodenstrahlröhre, welche es schon seit 1897 gibt, ist folgendermaßen aufgebaut:

Aufgrund magnetischer Einwirkung auf die Kathode im Zusammenspiel mit der Heizung werden einige Elektronen nach vorne gezogen. Die Elektronen werden danach mit weiteren Anoden beschleunigt und zentriert, bis sie schlussendlich bei den Ablenkplatten angelangen. Bei den Ablenkplatten wird der Elektronenstrahl durch verschiedene Spannungen an den Platten -und somit verschiedenen magnetischen Feldern- in der y- und x-Achse angepasst (die x-Achse stellt normalerweise die Zeitachse dar und die y-Achse die Spannungsachse). Somit kann der Strahl an jede beliebige Position auf der Leuchtschicht fahren.

Diese sogenannten Oszylogramme bestehen nur aus einem Punkt, der sehr schnell seine Position verändert und für das menschliche Auge somit eine Linie darstellt.

Blogeintrag Juli 2016

Digitaltechnik / LOGO!

Der Blogeintrag vom Juli handelt von der Programmierung des Siemens LOGO!.

Siemens LOGO! v8

Das Siemens LOGO! ist eine kleine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Die Grundausführung, welche über 8 digitale Eingänge und 4 digitale Ausgänge verfügt, kann mit Erweiterungsmodulen auf bis zu 24 digitale Eingänge und 20 digitale Ausgänge wie auch 8 analoge Eingänge und 8 analoge Ausgänge erweitert werden.

Die Programmierung kann auf zwei verschiedene Arten realisiert werden, zum einen per Funktionsplan (FUP), zum anderen per Kontaktplan (KOP).

Kontaktplan (KOP)

KOP ist eine grafische Programmiersprache, welche an herkömmliche Stromlaufpläne angelehnt ist.

Stromlaufplan

Kontaktplan

Funktionsplan (FUP)

FUP ist ebenfalls eine grafische Programmiersprache, welche für Anfänger durch die relativ leicht zu verstehenden Bausteine sehr geeignet ist. In den meisten Programmen können diese Bausteine einfach per Drag'n'Drop verschoben und positioniert werden.

Funktionsbaustein "and" in verschiedenen Darstellungsarten

Vergleich FUP/KOP

Alle Funktionsbausteine aus einem Funktionsplan können in einem Kontaktplan einfach nachgebaut werden:

"or" Baustein KOP

"or" Baustein FUP

Blogeintrag Juni 2016

Sanftanlauf

Dieser Blogeintrag vom Juni 2016 handelt vom Thema Sanftanlauf beziehungsweise Softstarter.

Der Softstarter ist eine Maßnahme zur Leistungsbegrenzung beim Einschalten eines elektrischen Gerätes und wird für die stufenlose Einschaltung von beispielsweise Elektromotoren verwendet. Dies ist notwendig, da -abhängig von der Qualität des Netzes- schnelle Änderungen des Verbraucherstromes, wie dies bei einem Motoranlauf der Fall ist, Spannungseinbrüche verursachen können,  die vom gleichen Netz gespiesene Geräte betreffen können.




Abgesehen vom kleineren Einschaltstrom, werden auch die von einem Motor angetriebenen mechanischen Elemente vor grossen Beschleunigungen und Drehmomenten geschützt.

Funktion

Eine Einschaltstrombegrenzung kann durch einen in Reihe zum Verbraucher geschalteten Widerstand erreicht werden. Im falle eines ohmschen Widerstandes darf er nur beim Einschalten in der Stromleitung liegen, und muss später im Normalbetrieb durch ein Relais, einen Thyristor oder einen Triac überbrückt werden.

Bei Netzteilen wird als Einschaltstrombegrenzer meist ein Heißleiter (NTC-Widerstand) verwendet, der in Serie zum Verbraucher geschaltet wird.
Nach dem Ausschalten des Geräts muss eine gewisse Zeit (oft mehrere Minuten) gewartet werden, bis der Heißleiter wieder abgekühlt ist, ansonsten wird beim erneuten Einschalten der Strom nicht mehr ausreichend begrenzt.

Blogeintrag Mai 2016

Bürki Electric AG

Der Blogeintrag im Mai handelt von meinem Praktikum bei der Bürki Electric AG.

Die Bürki Electric AG ist ein Betrieb mit ca. 30 Mitarbeitern, davon 4 Lernende. Die Ausbildungsberufe sind Automatiker EFZ und Automatikmonteur EFZ. Zurzeit sind 3 lernende Automatiker und 1 lernender Automatikmonteur bei Bürki angestellt.
Bürki Electric bietet regelmäßig Praktikumsstellen in ihrer Firma an, bei welchen man den mechanischen Aufbau, wie auch das Verdrahten und das montieren eines Schaltschranks besser kennenlernen kann.
Mein Praktikum hat 6 Wochen gedauert, vom 11. April bis zum 20. Mai.

Tagesablauf

Bei der Bürki Electric AG hatte ich am Morgen Gleitzeit Das heißt, dass ich in dem Zeitraum von 6:00 Uhr bis 8:00 Uhr dort sein musste. Bei Bürki gibt es ein zentrales Stempelsystem, bei dem ich direkt auf den jeweiligen Auftrag, welchen ich bearbeiten wollte, stempeln konnte.

Anschließend konnte ich, falls nicht alles abgeschlossen war, an die Arbeit, die ich am Tag zuvor angefangen hatte.

Immer am Montag um 8:00 kamen alle zusammen, damit wichtige Mitteilungen und Neuigkeiten kommuniziert werden konnten. Dort wurde auch in meiner ersten Woche bekanntgegeben, dass wegen vieler Aufträge eine 45 h Woche eingeschoben wurde.

Um 9:00 war jeweils Pause bis 9:15.

Am Abend konnte ich von Montag bis Donnerstag um 16:00 Uhr gehen, am Freitag und vor Feiertagen schon um 15:00 Uhr.

Auftragsablauf

Zu jedem Auftrag, welcher bei Bürki verarbeitet wird, gibt es ein Dossier mit allen Unterlagen und den Blättern zum beispiel Schemas oder Anleitungen die mitgeliefert werden. In dem Dossier waren auch Schema und Disposition, was für mich eigentlich am relevantesten war. Auch konnte ich in dem Dossier zu Beginn eines Auftrags die Litzen art (PVC, halogenfrei, Multinorm) oder auch die Grund-ausmasse des Schranks nachschlagen und prüfen.

Alle Sachen zur Bestückung eines Auftrags konnte ich jeweils im Lager finden.

Wenn ich dann alle Befestigungsschienen zugeschnitten und angebracht hatte und die Komponenten bestückt waren, konnte ich mit dem Verdrahten starten.

Nachdem alles fertig war, musste ich das Ganze noch kurz putzen und aussaugen.
Zuletzt musste ich jeweils noch im Dossier visieren, welche schritte ich an dem jeweiligen Auftrag durchgeführt hatte.

Ich konnte auch zweimal mit einem anderen Mitarbeiter auf Montage gehen.
Das Spezielle an dieser Arbeit war, dass man alles Werkzeug und Material dabei haben musste, da das Lager nicht gerade in der Nähe war.

Abschließend kann ich sagen, dass das Praktikum bei Bürki sehr spannend und auch lehrreich war.