WING - Sensoren und Aktoren

COULOMB: Körper mit gleicher elektrischer Ladung stossen sich ab (FI-Schutzschalter)

BIOT-SAVARD: Stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld erfahren eine Kraft (Elektromotor)

CURIE: Asymmetrien im Kristallgitter bestimmter Kristalle führen bei Anlegen äusserer Spannungsfelder zu Verschiebungen (umkehrbar und reversibel, Piezo-Aktoren)

JOULE: Ausgewählte Legierungen (z.B. Eisen / Nickel) verspannen sich im Magnetfeld und ändern ihre Abmessungen (Wurm-Motor)

HERON: Körper dehnen sich bei Erwärmung aus (Bodenheizunsaktoren)

OULOMB:

• resistiv
• elektrochemisch
• Magnetoelastisch
• Optoelektronisch
• Piezoelektrisch
• piezoresistiv
• kapazitiv
• induktiv
• magnetfeld

• Messaufgabe: Messbereich und Genauigkeit
• Störungen: Beeinflussung durch andere Messgrössen
• Zeitliches Verhalten: Lebensdauer und Verschleiss
• Kosten: Einzelkosten und Wartungskosten
• Systemintegration: Weiterverarbeitung des Signals, Anzeige, Bedienung, Konfiguration)

• Mechanisch
• Thermisch
• Optisch
• Chemisch
• Akustisch

• erfasste physikalische Grösse
• Aufgabe
• physikalisches Wirkprinzip 
• Informationsträger des Ausgangssignals (analog / digital)

betätigen

stellen

bewegen

Ein Aktor setzt elektrische Signale in mechanische oder physische Bewegung um. Wird auch als Macher/Stellglied bezeichnet. Durch den Aktor wird die physikalische Grösse verändert, indem der Aktor in den Prozess eingreift.

- Erfassen

- Überwachen

- Dokumentieren

Erfasst physikalische Grösse und liefert entsprechende Informationen in Form von elektrischen Signalen.

Die IoT-Geräte sind intelligent und liefern ihre Informationen an eine Cloud weiter. Dies geschieht über das Edge Computing, wodurch eine dezentrale Verarbeitung in physischer Nähe zum Gerät realisiert werden kann. Edge Computing hat zum Ziel, bei grossen Datenmengen das Ethernet nicht zu überlasten, indem leichte Funktionen zentral geschehen und ressourcenschwere Algorithmen in der Cloud ausgeführt werden.

• Applikationsschicht: Nutzer hat Zugriff auf das System
• Cloud Schicht: Daten werden über Cloud verwaltet
• Edge Schicht: Transport der Daten
• Sensoren Schicht: Daten werden durch Sensoren erfasst.

- die Industrieautomation (Fertigungs-/Prozessautomation)

- die Gebäudeautomation,

- die Netzleittechnik,

- Geräteautomation.

Leitebene

Zellebene

Feldebene

Industriegeräte werden zukünftig noch mehr miteinander kommunizieren. Im Zeitalter von Industrie 4.0 wird die Kommunikationsschnittstelle zur Schlüsselfunktion. Die Herausforderung für Gerätehersteller liegt insbesondere darin, alle Kommunikationsfunktionen über eine einzige leistungsfähige Kommunikationsschnittstelle abzuwickeln, um die Forderungen für die Zukunft mit Industrie 4.0 und dem industriellen Internet der Dinge zu erfüllen.

Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0

Gemäss Automatisierungspyramide ist der Informationsfluss hierarchisch aufgeteilt, Informationen werden von oben nach unten und von unten nach oben weitergegeben, bzw. in der jeweiligen Ebene weiterverarbeitet.

In einem CPS der Zukunft kommunizieren Gegenstände – Werkstücke, Werkzeuge, Maschinen usw. – untereinander und mit ihrem Dirigenten, dem Menschen. Im Prinzip kann jeder auf jede Information zugreifen.

Cyber-physisches System

In CPPS werden Dienste und Funktionen gehalten, abgerufen und ausgeführt, wo es im Sinne einer flexiblen, effizienten Entwicklung und Produktion den größten Vorteil bringt.

Ziel ist die Selbstorganisation der Produktion

Hohe Winkelschrittauflösung

Hohes Drehmoment im Vergleich zu Masse

kein Kommutator

Geringe Umkehrlose

erweiterte Umweltbedingungen

• Wartungsfreier Antrieb, da kein Bürstenverschleiss
• Hohe Lebensdauer
• Geringe Laufgeräusche und kein Bürstenfunken
• Hohe Drehzahlen und schnelle Richtungswechsel

Die elektronische Kommutierung schaltet die Wicklungsströme in einem bestimmten Zyklus Ein/Aus, somit entsteht ein schrittweises fortgeschaltetes Drehfeld im Luftspalt.

Im Gegensatz zum konventionellen GSM ist die Ankerwicklung mit mehreren Spulensträngen fest im Stator angeordnet, während das magnetische Erregerfeld von einem Permanentmagneten im Rotor erzeugt wird.

Bürstenloser Gleichstrommotor (Brushless) 

Beim Wechselstrommotor wird Wechselstrom verwendet, beim Gleichstrommotor wird Gleichstrom verwendet.

Gleichstrommotoren sind in der Regel einfacher aufgebaut und haben eine geringere Anzahl beweglicher Teile.

Ein weiterer Unterschied liegt in der Regelung. Gleichstrommotoren lassen sich leichter in Bezug auf Drehzahl und Drehmoment regeln, indem man die Spannung oder den Strom anpasst.

• Gleichstrommotor
• Asynchronmotor
• Synchronmaschinen

• Anheben von Lasten
• Auslöser für Stromsicherungsautomaten (FI-Schalter)
• Relais

Ein Hubmagnet

Das sind spezielle Flüssigkeiten, die im Einfluss von elektrischen bzw. magnetischenFeldern eine

Veränderung ihrer Viskosität zeigen.

• steuerbare Ventile,
• Stoßdämpfer,
• Kupplungen,
• Motorlager,
• Haptische Rückmeldung