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2019 | Buch

Einleitung Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Einführung in die Mechatronik

verfasst von: Prof. Dr. Werner Roddeck

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch zeigt sehr ausführlich die Grundlagen dieses interdisziplinären Arbeitsgebietes der Ingenieurwissenschaften. Sehr gelungen ist die Darstellung der Verzahnung der Gebiete in typischen mechatronischen Produkten anhand von Praxisbeispielen. Die vorliegende Auflage wurde noch klarer strukturiert, den Erfordernissen des Studiums angepasst und die Prozessdatenverarbeitung erweitert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Der Begriff Mechatronik (engl. Mechatronics) ist ein Kunstwort und wurde vor ca. 50 Jahren in Japan von einem Entwickler aus dem Bereich der Robotertechnik geprägt. Es setzt sich aus den beiden Namen der bekannten Disziplinen der Ingenieurwissenschaften - Mechanik oder Maschinenwesen (engl. Mechanics) und Elektronik (engl. Electronics) - zusammen. Damit ist dieser Name bereits ein Programm und deutet an, dass die Mechatronik Inhalte der beiden oben genannten Disziplinen zusammenfügt.
Werner Roddeck
Kapitel 2. Modellbildung technischer Systeme
Zusammenfassung
An den Anfängen der Technik sammelte der Mensch durch Ausprobieren Erfahrungen, die anfangs mündlich und auch schon in der Antike schriftlich weitergegeben wurden. Dabei wurden beispielsweise massive Bauwerke so ausgelegt, dass ihre Haltbarkeit über Jahrhunderte gewährleistet war. Da ein Gebäude ein so genanntes statisches Objekt darstellt, waren zeitlich veränderliche Eigenschaften (außer einer fortschreitenden Verwitterung), nicht zu erwarten. Je weiter das Wissen voranschritt und je umfangreicher die technischen Konstruktionen wurden, umso größer wurde der Wunsch, deren dynamisches Verhalten zu erfassen.
Werner Roddeck
Kapitel 3. Dynamik mechanischer Systeme
Zusammenfassung
Hat man ein Modell für das mechatronische System aufgestellt, so muss man die in ihm ablaufenden Bewegungen mathematisch beschreiben. Dazu gehören die Beschreibung der Lage und der Orientierung der einzelnen Körper zueinander und die Bestimmung der Geschwindigkeiten und Beschleunigungen. Die Kinematik beschäftigt sich mit den Bewegungen, ohne die Ursachen der Bewegungen, nämlich Kräfte oder Momente, in die Betrachtung mit einzubeziehen. Die Kinetik wiederum untersucht die Wechselwirkung zwischen den Ursachen und den Bewegungen von Massen.
Werner Roddeck
Kapitel 4. Schwingungen
Zusammenfassung
Für viele mechanische Strukturen ist das einfachste Modell der Einmassenschwinger, so wie er in Bild 4-1 dargestellt ist. Er besteht aus einer Masse, einer Feder und einem Dämpfungselement. Dieses Modell geht davon aus, dass alle Massen der Anordnung in der Masse m konzentriert sind und somit die Feder und der Dämpfer masselos sind. Die aus Gründen der besseren Darstellbarkeit räumlich gezeichnete Masse muss man sich als Punktmasse denken.
Werner Roddeck
Kapitel 5. Sensoren
Zusammenfassung
Um solche und andere Signale, wie sie im letzten Kapitel dargestellt wurden, erfassen zu können und daraus Informationen über die Umwelt und den inneren Zustand des mechatronischen Systems zu gewinnen, benötigt man Sensoren. Schauen wir uns das schon mehrfach behandelte Strukturbild eines mechatronischen Systems in Bild 1-24 an, so finden wir die in diesem Kapitel zu behandelnden Sensoren oder Messwertaufnehmer an zwei Stellen. Zum einen dienen sie dazu, dem System Informationen über physikalische Größen (Kräfte, Temperaturen, Magnetfelder usw.) aus der Umwelt zu verschaffen und zum anderen finden sie sich als Aufnehmer für Rückmeldungen aus den systemeigenen Bewegungssystemen.
Werner Roddeck
Kapitel 6. Aktoren
Zusammenfassung
Für die Erzeugung von Bewegungen, oder das Aufbringen von Kräften und Momenten, werden in mechatronischen Systemen Antriebe (Aktoren oder Aktuatoren) benötigt. Da sie häufig in lagegeregelten Antriebssystemen (Servosystemen) eingesetzt werden, kommen hier im wesentlichen drehzahl- oder geschwindigkeitsregelbare Antriebe in Frage. Diese Anforderung erfüllen die meisten elektrischen oder fluidischen Antriebe, auf denen das Hauptaugenmerk dieses Kapitels liegen wird. Der Begriff Aktor geht aber über den Begriff Antrieb (engl. actuator) hinaus und umfasst alle Arten von Ausgabeelementen für Bewegungen, Kräfte und Momente, die sowohl analog als auch binär wirken können.
Werner Roddeck
Kapitel 7. Automatisierungstechnik
Zusammenfassung
Schaut man sich die bereits mehrfach angesprochene Grundstruktur eines mechatronischen Systems in Bild 7-1 an, so sieht man, dass die Beschreibung des Verhaltens eines Teils der Systemkomponenten bereits in den vorausgegangenen Kapiteln erfolgt ist. Die dunkelgrau unterlegten Systemteile sind mechanische Systeme, deren mathematische Behandlung in den Kapiteln 3 und 4 ausführlich vorgestellt wurde. Die hellgrau unterlegten Systemteile sind die Sensoren und Aktoren, welche ebenfalls in den Kapiteln 5 und 6 behandelt wurden.
Werner Roddeck
Kapitel 8. Steuerungs– und Prozessrechentechnik
Zusammenfassung
Wie bereits in Kapitel 7 gesagt wurde, dient eine Steuerung dazu, automatisierten Einrichtungen eine Zielgröße vorzugeben. Dabei unterscheidet sich die Steuerung von einer Regelung dadurch, dass sie innerhalb einer offenen Wirkkette eingesetzt wird und dass der aktuelle Zustand der Steuergröße nicht überwacht wird. Daher werden bei unerwünschten Abweichungen vom Sollzustand keine automatischen Änderungen vorgenommen. Es war ebenfalls erwähnt worden, dass aus diesem Grund Steuerungen vor allem dort eingesetzt werden können, wo das Modell der zu steuernden Einrichtung vollständig bekannt ist und der Einfluss von Störgrößen weitgehend vernachlässigt werden kann.
Werner Roddeck
Kapitel 9. Regelungstechnik
Zusammenfassung
Im Kapitel 2 waren bereits die Begriffe des Systems und der Modellbildung behandelt worden. Mit diesen Begriffen und Methoden arbeitet die Regelungstechnik schon seit langem und hat mathematische Methoden zur Beschreibung des Systemverhaltens und für die Auslegung entwickelt. Hier sollen nun diese Methoden umfassender behandelt werden.
Werner Roddeck
Kapitel 10. Simulation
Zusammenfassung
In der Entwicklungs- oder Planungsphase von komplexen Bewegungssystemen mit unübersichtlichen Bewegungsvorgängen ist es heute vielfach üblich, solche Systeme nicht an körperlich vorhandenen Prototypeneinrichtungen zu erproben und zu optimieren, sondern sie auf einem Digitalrechner zu simulieren. Die dazu erforderliche Software wird als Simulationssystem bezeichnet. Solche Simulationssysteme gibt es zur Simulation der Kinematik (Beispiel Robotersimulationssystem), zur Simulation dynamischer Vorgänge (Beispiel blockorientiertes regelungstechnisches Simulationssystem) oder auch zur Simulation statischer Belastungen (Beispiel Finite-Element-System).
Werner Roddeck
Kapitel 11. Mechatronische Systeme
Zusammenfassung
In diesem abschließenden Kapitel werden nun einige Systeme vorgestellt, die typischerweise in der Mechatronik behandelt werden. Anhand der Beispiele soll nochmals aufgezeigt werden, wie die Prinzipien und Methoden, die in den vorhergehenden Kapiteln erläutert wurden, zur Anwendung kommen und bei realen technischen Produkten zu verbesserten Problemlösungen führen.
Werner Roddeck
Backmatter
Metadaten
Titel
Einführung in die Mechatronik
verfasst von
Prof. Dr. Werner Roddeck
Copyright-Jahr
2019
Electronic ISBN
978-3-658-27775-8
Print ISBN
978-3-658-27774-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-27775-8

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