Skip to main content
Disciplines
Automotive Business IT + Informatics Construction + Real Estate Electrical Engineering + Electronics Energy + Sustainability Insurance + Risk Finance + Banking Management + Leadership Marketing + Sales Mechanical Engineering + Materials
Events
DE
EN
Books
Journals
Topic Page
Marketing
Start single access now
Access for companies
EXTENDED SEARCH
Log in
Top

2008 | Book

Übersicht Read chapter Read first chapter

Mechatronik

Grundlagen und Anwendungen technischer Systeme

Author: Horst Czichos

Publisher: Vieweg+Teubner

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

Login to get access
insite
SEARCH

Table of Contents

Frontmatter

Grundlagen

1. Übersicht
Auszug
Der Ende der 1960er Jahre in Japan geprägte Begriff Mechatronik hat sich in den letzten Jahren in der Technik weltweit eingeführt. Er steht aufgrund seiner allgemeinen Bedeutung heute mit folgender Definition im Brockhaus: Mechatronik: Interdisziplinäres Gebiet der Ingenieurwissenschaften, das auf Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik aufbaut. Im Vordergrund steht die Ergänzung und Erweiterung mechanischer Systeme durch Sensoren und Mikrorechner zur Realisierung teilintelligenter Produkte und Systeme.
2. Einführung in die systemtechnische Methodik
Auszug
Der fachliche Gegenstand der Mechatronik sind technische Systeme:
  • • Maschinen als primär energieumsetzende technische Gebilde
  • • Apparate als primär stoffoder materieumsetzende technische Gebilde
  • • Geräte als primär signalumsetzende technische Gebilde.
3. Modellbildung mechatronischer Systeme
Auszug
Mechatronische Systeme haben die Aufgabe, mit Sensorik, Prozessorik, Aktorik und Elementen der Mechanik, Elektronik und Informatik (sowie anderer funktionell erforderlichen Technologien) Energie, Stoff und/oder Information umzuwandeln, zu transportieren und/oder zu speichern. Ihre allgemeinen Systemmerkmale sind in Bild 3.1 dargestellt.
4. Regelung und Steuerung
Auszug
Die Wissenschaftsgebiete Regelung und Steuerung sind heute Teilgebiete der Kybernetik, einer formalen fachübergreifenden Wissenschaft, die sich mit der mathematischen Beschreibung und modellartigen Erklärung dynamischer (komplexer) Systeme befasst und damit auch von grundlegender Bedeutung für die Mechatronik ist. Im Hinblick auf technische Anwendungen können die Regelungstechnik und die Steuerungstechnik in einer allgemeinen Übersicht wie folgt beschrieben werden: Regelungstechnik
  • • Die Regelungstechnik hat die Aufgabe, in technischen Systemen physikalische Größen (Regelgrößen) trotz des Einflusses äußerer Störungen (Störgrößen) konstant zu halten oder den zeitlichen Verlauf vorgegebener Größen (Führungsgrößen) möglichst genau nachzuführen.
  • • Die Regelungstechnik arbeitet mit dem Prinzip der Rückführung (feed-back), wofür die Prozess- und Störgrößen durch Sensoren zu erfassen sind.
  • • Die Regelungstechnik führt die Vielfalt geregelter technischer Systeme auf die Grundform des Regelkreises mit zwei Baugliedern zurück: - die Regelstrecke, die von der vorgegebenen technischen Anlage gebildet wird, und - den Regler, der das Zeitverhalten der Strecke kontrolliert und auf sie korrigierend einwirkt.
  • • Bindeglied zwischen Regler und Regelstrecke ist das Stellglied (Aktor), das je nach Steuersignal unmittelbar den zu regulierenden Stoff-, Energieoder Informationsstrom beeinflusst.
5. Sensorik
Auszug
Die Sensorik steht gemäß der Definition der Mechatronik im Vordergrund bei der Erweiterung mechanischer Systeme zu mechatronischen Systemen. Sensoren sind als Wandler von zentraler Bedeutung für die gesamte Mechatronik. Sie haben die Aufgabe, auf ihrer Eingangsseite nichtelektrische Funktionsgrößen aufzunehmen und sie auf der Ausgangsseite als elektrische Größen auszugeben, ggf. auch unter Nutzung magnetischer, optischer oder anderer Wandlereffekte. Die Sensorik für die Mechatronik lässt sich nach technischen Input-Funktionsklassen gliedern:
  • • Sensorik geometrischer Größen — Längenmesstechnik — Form- und Maßsensorik — Dehnungssensorik mechanisch oder thermisch beanspruchter Bauteile
  • Sensorik kinematischer Größen — Positionssensorik (Wege, Winkel) — Geschwindigkeitssensorik — Drehzahlsensorik — Beschleunigungssensorik
  • Sensorik dynamischer Größen — Kraftsensorik — Drehmomentsensorik — Drucksensorik
  • • Sensorik von Einflussgrößen — Temperatursensorik — Feuchtesensorik.
6. Aktorik
Auszug
Aktoren haben in der Mechatronik die Aufgabe, mit steuerungs- und regelungstechnischen Funktionsprinzipien Bewegungen zu erzeugen, Kräfte auszuüben oder mechanische Arbeit zu leisten. Sie können auch zum impulsförmigen Stofftransport eingesetzt werden, wie z.B. in Einspritzmotoren oder Tintenstrahldruckern. Tabelle 6.1 gibt eine Übersicht über die hauptsächlichen Aktortypen und ihre Funktionsprinzipien

Anwendungen

7. Maschinenbau
Auszug
Die interdisziplinäre Entwicklung des Maschinenbaus und die Bedeutung mechatronischer Systeme werden im Standardwerk des Maschinenbaus, dem DUBBEL, Taschenbuch für den Maschinenbau, wie folgt beschrieben: Waren früher Maschinen und feinwerktechnische Geräte dadurch gekennzeichnet, dass sie hauptsächlich aus mechanischen Komponenten bestanden, so zeigt sich heute, dass durch das Zusammenwirken mechanischer, elektrischer und elektronischer Komponenten die Leistungsfähigkeit technischer Systeme erheblich gesteigert werden kann.
8. Positionierungstechnik und Robotik
Auszug
Die Positionierungstechnik hat die Aufgabe, technische Objekte (Bauteile) mit Aktorik, Sensorik, Steuer/Regelungstechnik in definierten Koordinatensystemen zu bewegen, in Soll-Positionen zu bringen, Ist-Positionen zu bestimmen und das Positionierungsergebnis zu kontrollieren. Die Seriell-Kinematik operiert mit separaten Aktorfunktionen. Bei der Parallel-Kinematik erfolgt die Positionierung in allen Freiheitsgraden durch Simultansteuerung von sechs Aktoren. Hierzu sind die Eckpunkte zweier, um 60° horizontal gedrehter Dreiecke auf Basis und Effektor durch Aktoren mit zwei Eckpunkten des jeweils anderen Dreiecks verbunden. Bild 8.1 und Bild 8.2 zeigen die Grundlagen.
9. Produktionstechnik
Auszug
Produktion ist die Erzeugung von Sachgütern und nutzbarer Energie sowie die Erbringung von Dienstleistungen durch Kombination von Produktionsfaktoren. Produktionsfaktoren sind alle zur Erzeugung verwendeten Güter und Dienste. Aus volkswirtschaftlicher Sicht besteht der Zweck der Produktion im Überwinden der Knappheit von Gütern und Diensten zur Befriedigung menschlicher Bedürfnisse. Die Produktion steht als Erzeugungssystem der Konsumtion als Verbrauchersystem gegenüber (Günter Spur).
10. Feinwerktechnik
Auszug
Die Mechatronik in der Feinwerktechnik (engl. Precision Engineering) wird einleitend in Bild 10.1 durch ein technisches System im öffentlichen Verkehrswesen illustriert, das sämtliche Merkmale mechatronischer Systeme feinwerktechnisch konkretisiert.
11. Audio-Video-Technik
Auszug
Als Audio-Video-Technik wird die Gesamtheit der Technologien und Verfahren bezeichnet, die es gestattet, Ton- und Bildsignale aufzunehmen, zu speichern und wiederzugeben. Das Prinzip der Audio-Video-Technik basiert auf der Kombination informationstechnischer mit optisch-mechanisch-magnetisch-elektronischen Aufnahme-, Speicher- und Wiedergabetechnologien. Bild 11.1 zeigt die elementare Aufnahme/-Wiedergabe-Kette und nennt die gebräuchlichen Speichertechnologien in einer vergleichenden Speicherkapazität/Zugriffszeit/Kosten-Graphik.
12. Computertechnik
Auszug
In der Computertechnik, die heute magnetische Speichermedien verwendet, sind für die Datenaufzeichnung und Datenwiedergabe mechanische Bewegungsvorgänge zwischen dem Speichermedium und der Schreib/Leseeinheit erforderlich. Damit hat das mechatronische System Festplattenlaufwerk (hard disc drive, HDD) eine bedeutende Funktion in der Computerarchitektur, siehe Bild 12.1.
13. Fahrzeugtechnik
Auszug
Bei Anwendungen der Mechatronik in der Fahrzeugtechnik muss die mechatronische Technik im Zusammenwirken mit Mensch und Umwelt gesehen werden. Dementsprechend ist in der Fahrdynamik das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs allgemein als das Gesamtverhalten des Systems Fahrer — Fahrzeug — Umwelt definiert. Der Fahrer als erstes Glied dieses „virtuellen Regelkreises“ beurteilt aufgrund der Summe seiner subjektiven Eindrücke die Güte des Fahrverhaltens. Die elementaren Funktionen des mechatronischen Systems Kraftfahrzeug als Teil dieses virtuellen Regelkreises sind nach der plakativen Darstellung von Bild 13.1
14. Bauliche Anlagen
Auszug
Bauliche Anlagen sind immobile Konstruktionen und werden allgemein als Bauwerke bezeichnet, Bild 14.1 illustriert das Gesamtsystem. Gebäude sind eine technische Kategorie der Bauwerke. Die Muster-Bauordnung kennzeichnet sie folgendermaßen: Gebäude sind selbstständig benutzbare, überdeckte bauliche Anlagen, die von Menschen betreten werden können und geeignet oder bestimmt sind, dem Schutz von Menschen, Tieren oder Sachen zu dienen. Sie müssen folgende gesetzliche Anforderungen erfüllen: Standsicherheit, Verkehrssicherheit, Brandschutz, Wärme-, Schall- und Erschütterungsschutz sowie Schutz gegen schädliche Einflüsse durch Wasser, Feuchtigkeit, pflanzliche und tierische Schädlinge oder andere chemische, physikalische oder biologische Beeinträchtigungen.
15. Medizintechnik
Auszug
Medizintechnik ist die Anwendung der Prinzipien, Methoden und Verfahren der Ingenieurwissenschaften auf die Medizin. Der technische Gegenstand der Medizintechnik sind Medizinprodukte. Sie sind nach der für die Medizintechnik geltenden Europäischen Medizinprodukterichtlinie (93/42/EWG, April 1993) wie folgt definiert: Medizinprodukte: Instrumente, Apparate, Vorrichtungen, Stoffe oder andere Gegenstände, die zur Erkennung (Diagnostik), Verhütung (Prävention), Überwachung (Monitoring)) und Behandlung (Therapie) von Erkrankungen beim Menschen oder zur Wiederherstellung der Gesundheit (Rehabilitation) bestimmt sind.
Backmatter
Metadata
Title
Mechatronik
Author
Horst Czichos
Copyright Year
2008
Publisher
Vieweg+Teubner
Electronic ISBN
978-3-8348-9480-9
Print ISBN
978-3-8348-0373-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-8348-9480-9