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2012 | Book

Einleitung Read chapter Read first chapter

Einführung in die Mechatronik

Author: Werner Roddeck

Publisher: Vieweg+Teubner Verlag

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

In den letzten Jahren hat die immer stärker werdende Durchdringung von Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik zur Bildung einer neuen Disziplin, der Mechatronik geführt. In diesem interdisziplinären Arbeitsgebiet der Ingenieurwissenschaften fließen selbstständige Fachgebiete wie Konstruktionstechnik, technische Dynamik, Modellbildung, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, Antriebstechnik, Mikrorechnertechnik und Informatik zusammen. Nach einer Übersicht über die betroffenen Teilgebiete dieser Disziplinen wird die Verzahnung der Gebiete in typischen mechatronischen Produkten anhand von Beispielen dargestellt. Durch die Diskussion mit Kollegen und Lesern konnte die aktuelle Auflage noch klarer strukturiert, aktualisiert und den Erfordernissen des Studiums angepasst werden.

Table of Contents

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Der Begriff Mechatronik (engl. Mechatronics) ist ein Kunstwort und wurde vor ca. 40 Jahren in Japan von einem Entwickler aus dem Bereich der Robotertechnik geprägt. Es setzt sich aus den beiden Namen der bekannten Disziplinen der Ingenieurwissen – schaften – 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. In Japan legt man den Begriff Mechatronics sehr weit aus. In Europa wurde eine eher enge Definition geprägt, die den Eindruck nahelegt, es handele sich bei dem Begriff um eine neue Wissenschaftsdiziplin.
Werner Roddeck
2. Modellbildung technischer Systeme
Zusammenfassung
In Kapitel 1 wurde bereits kurz auf die Modellbildung technischer Systeme am Beispiel eines einfachen mechanischen und eines elektrischen Systems eingegangen. Um die Kinematik und die Dynamik eines komplexen Systems anschließend behandeln zu können und darauf aufbauend ein Steuerungs- und Regelungskonzept des Systems zu entwickeln, ist immer zuerst eine solche Modellbildung erforderlich, d. h. letztendlich die Bildung eines Satzes mathematischer Beschreibungen des Systemverhaltens (Bild 2–1).
Werner Roddeck
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
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
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.
Werner Roddeck
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.
Werner Roddeck
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
8. 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 regelungstechnisches Simulationssystem) oder auch zur Simulation statischer Belastungen (Beispiel Finite-Element-System). Weitere Simulationssysteme befassen sich mit der Simulation des elektrischen Verhaltens von Schaltungen und Bewegungssystemen.
Werner Roddeck
9. 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
Metadata
Title
Einführung in die Mechatronik
Author
Werner Roddeck
Copyright Year
2012
Publisher
Vieweg+Teubner Verlag
Electronic ISBN
978-3-8348-8626-2
Print ISBN
978-3-8348-1622-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-8348-8626-2