Sensoren in der Pneumatik

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1 I Sensoren in der Pneumatik Arbeitsbuch TP 240 Mit CD-ROM 1 G U 4 2 I ma mm s Festo Didactic de

2 Bestell-Nr.: Stand: 11/2009 Autoren: Frank Ebel, Markus Pany Grafik: Doris Schwarzenberger Layout: 11/2009, Frank Ebel Festo Didactic GmbH & Co. KG, Denkendorf, 2013 Internet: Der Käufer erhält ein einfaches, nicht-ausschließliches, zeitlich unbeschränktes und geografisch nur auf die Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt. Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei Schulen/Hochschulen und Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer und Studenten des Standortes für den Unterricht. Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in Intranet- und Internet- sowie LMS-Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer Vielzahl von Nutzern auch außerhalb des Standortes des Käufers ermöglichen. Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen, unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic GmbH & Co. KG. Hinweis Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem besseren Verständnis der Formulierungen.

3 Inhalt Bestimmungsgemäße Verwendung IV Vorwort V Einleitung VII Arbeits- und Sicherheitshinweise VIII Trainingspaket Sensoren in der Pneumatik (TP 240) X Lernziele XI Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben XII Gerätesatz XIV Zuordnung von Komponenten und Aufgaben XVI Hilfen für den Ausbilder XVII Struktur der Aufgaben XIX Bezeichnung der Komponenten XIX Inhalte der CD-ROM XX Aufgaben und Lösungen Aufgabe 1: Automatisieren einer Vereinzelungseinrichtung 1 Aufgabe 2: Instand setzen einer Umsetzvorrichtung 7 Aufgabe 3: In Betrieb nehmen einer Prüfvorrichtung 15 Aufgabe 4: Spannen eines Gurtbands 26 Aufgabe 5: Stanzen von Bauteilen 34 Aufgabe 6: Spannen von Brettern 44 Aufgabe 7: Prüfen von Kunststoffflaschen 52 Aufgabe 8: Umsetzen von Getränkeflaschen 60 Aufgabe 9: Messen der Durchflusskennlinie eines Drossel-Rückschlagventils 66 Aufgabe 10: Ansaugkontrolle für Linsen 72 Festo Didactic GmbH & Co. KG III

4 Bestimmungsgemäße Verwendung Das Trainingspaket Sensoren in der Pneumatik ist nur zu benutzen: für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen. Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten. Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht. IV Festo Didactic GmbH & Co. KG

5 Vorwort Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des Lernsystems: Technologieorientierte Trainingspakete Mechatronik und Fabrikautomation Prozessautomation und Regelungstechnik Robotino Lernen und forschen mit mobilen Robotern Hybride Lernfabriken Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik, Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik und elektrischen Antrieben. Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Pakete hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen Antrieben möglich. Festo Didactic GmbH & Co. KG V

6 Alle Lernpakete besitzen eine identische Struktur: Hardware Teachware Software Seminare Die Hardware setzt sich aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und Systemen zusammen. Die didaktisch-methodische Aufbereitung der Teachware ist auf die Trainings-Hardware abgestimmt. Die Teachware umfasst: Lehrbücher (mit Übungen und Beispielen) Arbeitsbücher (mit praktischen Aufgaben, ergänzenden Hinweisen und Lösungen) Aufgabensammlungen (mit praktischen Aufgaben und ergänzenden Hinweisen) Transparentfolien und Videos (zur lebendigen Unterrichtsgestaltung) Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet. Aus dem Bereich Software werden Computer-Lernprogramme, Simulations-, Visualisierungs-, Projektierungs-, Konstruktions- und Programmiersoftware bereitgestellt. Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und Weiterbildung ab. Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch? Dann senden Sie eine an: Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung. VI Festo Didactic GmbH & Co. KG

7 Einleitung Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und Weiterbildung. Das Trainingspaket TP 240 behandelt das Thema Sensoren in der Pneumatik. Die Themen Drucksensoren, Durchflusssensoren, analoge Positionstransmitter für Pneumatikzylinder, Signalwandler und Sensoren für die Vakuumtechnik werden umfassend behandelt. Voraussetzung für den Aufbau der Steuerungen ist ein fester Arbeitsplatz ausgestattet mit einer Festo Didactic Profilplatte. Die Profilplatte hat 14 parallele T Nuten im Abstand von je 50 mm. Als Gleichspannungsquelle dient ein kurzschlusssicheres Netzgerät (Eingang: 230 V, 50 Hz, Ausgang: 24 V, max. 5 A). Zur Druckluftversorgung kann ein mobiler, schallgedämpfter Verdichter (230 V, ca. 50 l/min, maximal 800 kpa = 8 bar) verwendet werden. Der Arbeitsdruck soll maximal p = 600 kpa = 6 bar betragen. Eine optimale Ablaufsicherheit erreichen Sie, wenn die Steuerung bei einem Arbeitsdruck von p = 500 kpa = 5 bar ölfrei betrieben wird. Zur praktischen Durchführung der 10 Aufgabenstellungen benötigen Sie zusätzlich zum Gerätesatz TP 240 Komponenten aus dem Gerätesatz TP 201. Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Zylinder, Sensoren usw.) zur Verfügung. Unterrichtsmaterial Auf dieses Arbeitsbuch abgestimmt erhalten Sie als Unterrichtsmaterial für Auszubildende und Schüler die Aufgabensammlung Sensoren in der Pneumatik, Bestell-Nr Die Aufgabensammlung kann unabhängig vom Arbeitsbuch bestellt werden. So können die Arbeitsblätter für Auszubildende und Schüler ohne Aufwand bereitgestellt werden. Festo Didactic GmbH & Co. KG VII

8 Arbeits- und Sicherheitshinweise Allgemein Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen arbeiten. Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit! Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt werden und sind umgehend zu beseitigen. Mechanik Greifen Sie nur bei Stillstand in den Aufbau. Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte. Beachten Sie Angaben zur Platzierung der Komponenten. Elektrik Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 24 V DC. Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Anschlüssen nur in spannungslosem Zustand! Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern. Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den Leitungen. Pneumatik Überschreiten Sie nicht den zulässigen Druck von 600 kpa (6 bar). Schalten Sie die Druckluft erst ein, wenn Sie alle Schlauchverbindungen hergestellt und gesichert haben. Entkuppeln Sie keine Schläuche unter Druck. Verletzungsgefahr beim Einschalten von Druckluft! Zylinder können selbsttätig aus- und einfahren. Unfallgefahr durch abspringende Schläuche! Verwenden Sie kürzest mögliche Schlauchverbindungen. Tragen Sie eine Schutzbrille. Beim Abspringen von Schläuchen: Schalten Sie die Druckluftzufuhr sofort ab. Pneumatischer Schaltungsaufbau: Verbinden Sie die Geräte mit dem Kunststoffschlauch mit 4 mm oder 6 mm Außendurchmesser. Stecken Sie dabei den Schlauch bis zum Anschlag in die Steckverbindung. Schalten Sie vor dem Schaltungsabbau die Druckluftversorgung ab. Pneumatischer Schaltungsabbau: Drücken Sie den blauen Lösungsring nieder, der Schlauch kann abgezogen werden. VIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

9 Befestigungstechnik Die Trägerplatten der Geräte sind mit der Befestigungsvariante A, B oder C ausgestattet: Variante A, Rastsystem Leichte nicht belastbare Geräte (z.b. Wege-Ventile, Sensoren). Geräte einfach in die Nut der Profilplatte einklipsen. Lösen der Geräte durch Betätigung des blauen Hebels. Variante B, Drehsystem Mittelschwere belastbare Geräte (z.b. Pneumatikzylinder). Diese Geräte werden durch Hammerschrauben auf die Profilplatte gespannt. Das Spannen bzw. Lösen erfolgt über die blaue Griffmutter. Variante C, Schraubsystem Für schwer belastbare Geräte bzw. Geräte die selten von der Profilplatte gelöst werden (z.b. Einschaltventil mit Filterregelventil). Die Geräte werden mit Zylinderschrauben und Hammermutter befestigt. Empfohlenes Zubehör Zur Auswertung der aufgebauten Schaltungen wird ein Digital-Multimeter benötigt. Mit dem Digital-Multimeter werden: Betriebsspannungen, Ausgangsspannungen und Ausgangsströme gemessen. Festo Didactic GmbH & Co. KG IX

10 Trainingspaket Sensoren in der Pneumatik (TP 240) Das Trainingspaket TP 240 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln. Gegenstand dieses Paketes sind Sensoren in der Pneumatik. Einzelne Komponenten aus dem Trainingspaket TP 240 können auch Bestandteil anderer Pakete sein. Wichtige Komponenten des TP 240 Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte Gerätesätze oder Einzelkomponenten (z.b. Sensoren, Signalwandler, Pneumatikzylinder) Komplette Laboreinrichtungen Medien Die Teachware zum Trainingspaket TP 240 besteht aus einem Lehrbuch, einem Arbeitsbuch und einer Aufgabensammlung. Das Lehrbuch vermittelt die physikalischen und technischen Grundlagen der Sensoren. Das Arbeitsbuch enthält zu jeder der 10 Aufgaben die Lösungen zu jedem einzelnen Aufgabenblatt, die Aufgabenblätter der Aufgabensammlung und eine CD-ROM. Die Aufgabensammlung besteht aus einem Satz gebrauchsfertiger Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe. Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Trainingspaket und auf der CD-ROM zur Verfügung gestellt. Medien Lehrbuch Arbeitsbuch Aufgabensammlung Foliensammlung Digitales Lernprogramm Näherungsschalter Sensoren in der Pneumatik Sensoren in der Pneumatik Sensorik WBT Sensorik 1 Sensoren in der Pneumatik Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 240 Als Software zum Trainingspaket TP 240 steht das digitale Lernprogramm (WBT) Sensorik 1 Sensoren in der Pneumatik zur Verfügung. Dieses Lernprogramm beschäftigt sich ausführlich mit Sensoren in pneumatischen Steuerungen in automatisierten Anlagen. Anhand eines komplexen Beispiels aus der industriellen Praxis erarbeitet der Lernende die Grundlagen der Sensortechnik und kann geeignete Sensoren auswählen. Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren Katalogen und im Internet. Das Lernsystem Automatisierung und Technik wird laufend aktualisiert und erweitert. Die Foliensätze, die Filme, CD-ROMs, DVDs und Lernprogramme sowie die weitere Teachware werden in mehreren Sprachen angeboten. X Festo Didactic GmbH & Co. KG

11 Lernziele Magnetische Näherungsschalter Sie kennen Aufbau und Funktion eines magnetischen Näherungsschalters. Sie kennen Näherungsschalter, mit denen die Endlage eines Zylinders erfasst werden kann. Sie kennen Begriffe aus dem Gebiet der Näherungsschalter. Sie kennen verschiedene Bauarten von Näherungsschaltern. Sie kennen den Aufbau und die Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters. Sie kennen Schaltzeichen von Näherungsschaltern. Sie können Näherungsschalter zur Endlagenkontrolle von Zylindern auswählen. Sie können einen magnetischen Näherungsschalter einbauen und justieren. Positionstransmitter Sie kennen die Funktion und das Schaltzeichen eines Positionstransmitters. Sie können die Kennlinie des Positionstransmitters aufnehmen und auswerten. Sie kennen Einsatzmöglichkeiten eines Positionstransmitters. Sie kennen die Funktionsweise eines Signalwandlers. Sie können einen Signalwandler zur Erfassung und Auswertung einsetzen. Drucksensoren Sie kennen Aufbau und Funktion eines pneumatisch-elektrischen Wandlers. Sie können Drucksensoren nach ihrer Messmethode einteilen. Sie können die Funktion eines Drucksensors beschreiben. Sie können die pneumatischen und elektrischen Anschlüsse eines Analog-Drucksensors zuordnen. Sie können einen Drucksensor einstellen. Sie können die Kennlinie eines Drucksensors aufnehmen. Sie kennen Aufbau und Funktion von Drucksensoren. Sie kennen Begriffe, die das Schaltverhalten von Sensoren beschreiben. Sie können einen Drucksensor zur Leckagekontrolle einsetzen. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Vakuumschalters. Sie können einen Vakuumschalter für eine Anwendung auswählen und einstellen. Durchflusssensoren Sie kennen Aufbau und Funktion eines Durchflusssensors. Sie können die Kennlinie eines Drossel-Rückschlagventils aufnehmen. Sie können die Kennlinie eines Durchflusssensors aufnehmen. Sie kennen Einsatzmöglichkeiten von Durchflusssensoren. Festo Didactic GmbH & Co. KG XI

12 Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben Lernziel Aufgabe Sie kennen Aufbau und Funktion eines magnetischen Näherungsschalters. Sie kennen Näherungsschalter, mit denen die Endlage eines Zylinders erfasst werden kann. Sie kennen Begriffe aus dem Gebiet der Näherungsschalter. Sie kennen verschiedene Bauarten von Näherungsschaltern. Sie kennen den Aufbau und die Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters. Sie kennen Schaltzeichen von Näherungsschaltern. Sie können Näherungsschalter zur Endlagenkontrolle von Zylindern auswählen. Sie können einen magnetischen Näherungsschalter einbauen und justieren. Sie kennen die Funktion und das Schaltzeichen eines Positionstransmitters. Sie können die Kennlinie des Positionstransmitters aufnehmen und auswerten. Sie kennen Einsatzmöglichkeiten eines Positionstransmitters. Sie kennen die Funktionsweise eines Signalwandlers. Sie können einen Signalwandler zur Erfassung und Auswertung einsetzen. Sie kennen Aufbau und Funktion eines pneumatisch-elektrischen Wandlers. Sie können Drucksensoren nach ihrer Messmethode einteilen. Sie können die Funktion eines Drucksensors beschreiben. Sie können die pneumatischen und elektrischen Anschlüsse eines Analog-Drucksensors zuordnen. Sie können einen Drucksensor einstellen. XII Festo Didactic GmbH & Co. KG

13 Aufgabe Lernziel Sie können die Kennlinie eines Drucksensors aufnehmen. Sie kennen Aufbau und Funktion von Drucksensoren. Sie kennen Begriffe, die das Schaltverhalten von Sensoren beschreiben. Sie können einen Drucksensor zur Leckagekontrolle einsetzen. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Vakuumschalters. Sie können einen Vakuumschalter für eine Anwendung auswählen und einstellen. Sie kennen Aufbau und Funktion eines Durchflusssensors. Sie können die Kennlinie eines Drossel- Rückschlagventils aufnehmen. Sie können die Kennlinie eines Durchflusssensors aufnehmen. Sie kennen Einsatzmöglichkeiten von Durchflusssensoren. Festo Didactic GmbH & Co. KG XIII

14 Gerätesatz Mit dem Gerätesatz TP 240 erweitern Sie die Lerninhalte des Trainingspakets TP 201 um das Thema Sensoren in der Pneumatik. Von Inhalten wie dem Einsatz von Druck- und Durchflusssensoren über die Anwendung von analogen Positionstransmittern inklusive der Einbindung von Signalwandlern bis zu Sensoren für die Vakuumtechnik. Für die Durchführung der Projekte werden Komponenten aus dem TP 201 vorausgesetzt. Gerätesatz Sensoren in der Pneumatik (TP 240), Bestell-Nr Komponente Bestell-Nr. Menge Druckregelventil mit Druckmessgerät Signalwandler für Positionstransmitter Elektronischer Drucksensor, 0 10 bar Druckschalter, 0-1 bar Durchflusssensor, -1 1 l/min, analog Durchflusssensor, 0,5 10 l/min, analog Vakuumsaugdüse Anschlag, einstellbar Doppeltwirkender Profilzylinder Positionstransmitter, 0 50 mm, analog Sauggreifer, 10 mm Durchmesser Drossel-Rückschlagventil XIV Festo Didactic GmbH & Co. KG

15 Grafische Symbole des Gerätesatzes Komponente Grafisches Symbol Komponente Grafisches Symbol Druckregelventil mit Druckmessgerät ISO Elektronischer Drucksensor, 0 10 bar EN p1 p ISO p1 p2 p 2 Vakuumsaugdüse ISO Druckschalter, 0-1 bar EN p 1 4 Doppeltwirkender Profilzylinder ISO ISO p Sauggreifer, ISO mm Durchmesser Drossel-Rückschlagventil ISO Durchflusssensor, -1 1 l/min, analog EN q ISO U q 1 Signalwandler für Positionstransmitter EN U S Durchflusssensor, 0,5 10 l/min, analog EN q 1 U Positionstransmitter, 0 50 mm, analog EN G U 4 2 I ISO q 2 3 Festo Didactic GmbH & Co. KG XV

16 Zuordnung von Komponenten und Aufgaben Hinweis Die Aufgabe 1 ist eine theoretische Aufgabe, für die keine Komponenten benötigt werden. Gerätesatz TP 240 Aufgabe Komponente Druckregelventil mit Druckmessgerät Signalwandler für Positionstransmitter 1 Elektronischer Drucksensor, 0 10 bar Druckschalter, 0-1 bar 1 Durchflusssensor, -1 1 l/min, analog 1 Durchflusssensor, 0,5 10 l/min, analog 1 Vakuumsaugdüse 1 1 Anschlag, einstellbar 1 1 Doppeltwirkender Profilzylinder Positionstransmitter, 0 50 mm, analog 1 1 Sauggreifer, 10 mm Durchmesser 1 1 Drossel-Rückschlagventil 1 1 Gerätesatz TP 201 Aufgaben Geräte Drossel-Rückschlagventil Näherungsschalter, elektronisch 2 1 5/2-Wege-Magnetventil mit LED Drucksensor mit Anzeige 1 1 Signaleingabe, elektrisch Relais, 3-fach Verteilerblock Einschaltventil mit Filtereregelventil XVI Festo Didactic GmbH & Co. KG

17 Optionale Komponenten Aufgaben Geräte Digital-Multimeter Lineal 1 Netzgerät 24 V DC Hilfen für den Ausbilder Lernziele Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Kennenlernen von Sensoren in der Pneumatik sowie der praktische Aufbau der Schaltungen auf der Profilplatte. Durch diese direkte Wechselwirkung von Theorie und Praxis ist ein schneller und nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in der Matrix dokumentiert. Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet. Richtzeit Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab. Auszubildende im Metall- oder Elektrobereich: ca. 2 Wochen. Mit Facharbeiterausbildung: ca. 1 Woche. Komponenten des Gerätesatzes Arbeitsbuch, Aufgabensammlung und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle 10 Aufgaben benötigen Sie Komponenten eines Gerätesatzes TP 240. Zusätzlich benötigen Sie einige Komponenten des Gerätesatzes TP 201. Jede Aufgabe kann auf einer Profilplatte mit mindestens 350 mm Breite aufgebaut werden. Normen Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet: DIN ISO : Fluidtechnik, Graphische Symbole und Schaltpläne EN : Graphische Symbole für Schaltpläne EN : Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte; Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung Kennzeichnungen im Arbeitsbuch Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt. Festo Didactic GmbH & Co. KG XVII

18 Kennzeichnungen in der Aufgabensammlung Zu ergänzende Texte sind durch Schreiblinien oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet. Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt. Hinweise für den Unterricht Hier werden zusätzliche Informationen zu den einzelnen Näherungsschaltern gegeben. Diese Hinweise sind in der Aufgabensammlung nicht enthalten. Lösungen Die in diesem Arbeitsbuch angegebenen Lösungen sind Ergebnisse von Testmessungen. Die Resultate Ihrer Messungen können von diesen Daten abweichen. Lernfelder Im Folgenden ist eine Zuordnung der Lernfelder der Berufsschule auf das Ausbildungsthema Sensoren zur Objekterkennung für ausgewählte Ausbildungsberufe dargestellt. Ausbildungsberuf Lernfeld Thema Elektroniker/in für Automatisierungstechnik 3 Steuerungen analysieren und anpassen 6 Anlagen analysieren und deren Sicherheit prüfen 7 Steuerungen für Anlagen programmieren und realisieren 8 Antriebssysteme auswählen und integrieren 10 Automatisierungssysteme in Betrieb nehmen und übergeben 11 Automatisierungssysteme in Stand halten und optimieren Mechatroniker/in 7 Realisieren mechatronischer Teilsysteme 11 Inbetriebnahme, Fehlersuche und Instandsetzung Industriemechaniker 6 Installieren und in Betrieb nehmen steuerungstechnischer Systeme XVIII Festo Didactic GmbH & Co. KG

19 Struktur der Aufgaben Alle 10 Aufgaben haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in: Titel Lernziele Problemstellung Lageplan Projektauftrag Arbeitshilfen Arbeitsblätter Das Arbeitsbuch enthält die Lösungen zu jedem Arbeitsblatt aller 10 Aufgaben. Bezeichnung der Komponenten Die Bezeichnung der Elemente erfolgt in den Schaltplänen nach Norm DIN-ISO Alle Bauteile eines Schaltkreises besitzen dieselbe Hauptkennziffer. In Abhängigkeit des Bauteiles werden Buchstaben vergeben. Mehrere Bauteile innerhalb eines Schaltkreises werden durchnummeriert. Druckstränge erhalten die Bezeichnung P und werden getrennt durchnummeriert. Zylinder: 1A1, 2A1, 2A2,... Ventile: 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1,... Sensoren: 1B1, 1B2,... Signaleingabe: 1S1, 1S2,... Zubehör: 0Z1, 0Z2, 1Z1,... Festo Didactic GmbH & Co. KG XIX

20 Inhalte der CD-ROM Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM Ihnen ergänzende Medien zur Verfügung. Die CD-ROM enthält folgende Ordner: Bedienungsanleitungen Bilder Datenblätter Präsentationen Produktinformationen Bedienungsanleitungen Bedienungsanleitungen für verschiedene Komponenten des Trainingspakets stehen zur Verfügung. Diese Anleitungen helfen bei Einsatz und Inbetriebnahme der Komponenten. Bilder Fotos und Grafiken von Komponenten und industrieller Anwendungen werden bereitgestellt. Hiermit können eigene Aufgabenstellungen illustriert werden. Auch Projektpräsentationen können durch den Einsatz dieser Abbildungen ergänzt werden. Datenblätter Die Datenblätter der Komponenten des Trainingspakets werden zusammen mit dem Gerätesatz geliefert und stehen zusätzlich als pdf-dateien zur Verfügung. Präsentationen Kurzpräsentationen für Komponenten des Trainingspakets sind in diesem Verzeichnis gespeichert. Diese Präsentationen können z.b. bei der Erstellung von Projektpräsentationen verwendet werden. Produktinformationen Für ausgesuchte Komponenten erhalten Sie Produktinformationen des Herstellers. Die Darstellung und Beschreibung der Komponenten in dieser Form soll zeigen, wie diese Komponenten in einem industriellen Katalog dargestellt sind. Zusätzlich finden Sie hier ergänzende Informationen zu den Komponenten. XX Festo Didactic GmbH & Co. KG

21 Aufgabe 1 Automatisieren einer Vereinzelungseinrichtung Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben kennen Sie Aufbau und Funktion eines magnetischen Näherungsschalters kennen Sie Näherungsschalter, mit denen die Endlage eines Zylinders erfasst werden kann kennen Sie Begriffe aus dem Gebiet der Näherungsschalter kennen Sie verschiedene Bauarten von Näherungsschaltern Problemstellung Werkstücke werden auf einem Band zu einer Bearbeitungseinrichtung transportiert. Vor der Bearbeitungseinrichtung müssen die Werkstücke vereinzelt werden. Die Endlagenabfrage des Vereinzelungszylinders erfolgt mit magnetischen Näherungsschaltern. Lageplan Vereinzelungseinrichtung Festo Didactic GmbH & Co. KG

22 Aufgabe 1 Automatisieren einer Vereinzelungseinrichtung Projektauftrag 1. Beschreiben Sie die Funktion eines magnetischen Näherungsschalters. 2. Wählen Sie einen Näherungsschalter zum Erfassen der Endlage eines Zylinders aus. 3. Erklären Sie Begriffe aus dem Gebiet der Näherungsschalter. 4. Prüfen sie, ob ein Magnetventil direkt von einem Näherungsschalter geschaltet werden kann. 5. Beschreiben Sie Bauarten von Näherungsschaltern. Arbeitshilfen Datenblätter 2 Festo Didactic GmbH & Co. KG

23 Aufgabe 1 Automatisieren einer Vereinzelungseinrichtung Aufbau und Funktion eines magnetischen Näherungsschalters Beschreiben Sie Aufbau und Funktion eines magnetischen Näherungsschalters (Reedschalter). Reedschalter sind magnetisch betätigte Näherungsschalter. Sie bestehen aus zwei Kontaktzungen, die sich in einem schutzgasgefüllten Glasröhrchen befinden. Durch Einwirkung eines Magneten wird der Kontakt zwischen den beiden Zungen geschlossen, so dass ein elektrischer Strom fließen kann. Bei Reedschaltern, die als Öffner arbeiten, werden die Kontaktzungen mit kleinen Magneten vorgespannt. Diese Vorspannung wird durch den wesentlich stärkeren Schaltmagneten überwunden. Reedschalter weisen eine hohe Lebensdauer und eine geringe Schaltzeit (ca. 0,2 ms) auf. Sie sind wartungsfrei, dürfen aber nicht an Orten mit starken Magnetfeldern (z. B. in der Umgebung von Widerstandsschweißmaschinen) verwendet werden. Erfassen der Endlage eines Pneumatikzylinders Die vordere Endlage eines Zylinderantriebs soll mit einem Näherungsschalter erfasst werden. Das Ausgangssignal des Näherungsschalters soll mit einer Speicherprogrammierbaren Steuerung verarbeitet werden. Zur Auswahl stehen die aufgeführten Näherungsschalter. Wählen Sie geeignete Näherungsschalter aus und begründen Sie, warum die gestellten Anforderungen erfüllt werden. Pneumatischer Näherungsschalter Reed-Näherungsschalter Induktiver Näherungsschalter Ein pneumatischer Grenzschalter liefert ein pneumatisches Ausgangssignal, welches die elektronische Steuerung nicht verarbeiten kann. Näherungsschalter arbeiten berührungslos und ohne mechanische Betätigung. Näherungsschalter sind schmutzunempfindlich. Das Magnetfeld eines Permanentmagneten auf dem Kolben des Pneumatikzylinders kann durch einen Reed-Näherungsschalter abgefragt werden. Da die Kolbenstange bzw. der Schaltnocken aus Metall sind, können induktive Näherungsschalter eingesetzt werden. Festo Didactic GmbH & Co. KG

24 Aufgabe 1 Automatisieren einer Vereinzelungseinrichtung Begriffe aus dem Gebiet der Näherungsschalter Das Schaltverhalten der Ausgänge von Näherungsschaltern wird in Datenblättern häufig mit NO bzw. NC angegeben. Erklären Sie die Bedeutung der beiden Begriffe. NO: Normally open Ein Sensor wird als NO (Normally Open) bezeichnet, wenn er im Normalzustand (kein Objekt erkannt) am Signalausgang das Signal 0 ausgibt (keine Spannung). Erst wenn ein Objekt erkannt wird, liefert der Signalausgang ein 1-Signal an die Steuerung. Damit entspricht dieser Sensor schaltungstechnisch einem Schließer. NC: Normally closed Ein Sensor wird als NC (Normally Closed) bezeichnet, wenn er im Normalzustand (kein Objekt erkannt) am Signalausgang das Signal 1 ausgibt. Wenn ein Objekt erkannt wird, liefert der Signalausgang ein 0-Signal an die Steuerung. Damit entspricht dieser Sensor schaltungstechnisch einem Öffner. Merkmal Betriebsspannungsbereich DC Schaltausgang Schaltelementfunktion Max. Ausgangsstrom Kurzschlussfestigkeit Messprinzip Verpolungsschutz Schaltzustandsanzeige Ein-/Ausschaltzeit Max. Schaltfrequenz Max. Schaltleistung DC Spannungsabfall Reproduzierbarkeit des Schaltwertes Wert V PNP Schließer 200 ma Ja Induktiv Für alle elektrischen Anschlüsse LED gelb 0,5 ms Hz 6 W 1,8 V ± 0,1 mm Datenblatt magnetischer Näherungsschalter (Auszug) Ermitteln Sie das Schaltverhalten des Ausgangs für den magnetischen Näherungsschalter aus dem Datenblatt und tragen Sie diese im Arbeitsblatt ein. Der magnetische Näherungsschalter hat einen PNP-Ausgang und die Ausgangsfunktion Schließer. 4 Festo Didactic GmbH & Co. KG

25 Aufgabe 1 Automatisieren einer Vereinzelungseinrichtung Direktes Ansteuern eines Magnetventils Mit einem magnetischen Näherungsschalter soll ein federrückgestelltes Magnetventil geschaltet werden. Merkmal Ventilfunktion Betätigungsart Normalnenndurchfluss Betriebsdruck Konstruktiver Aufbau Rückstellart Abluftfunktion Handhilfsbetätigung Steuerart Steuerluftversorgung Schaltzeit ein/aus Spulenkennwerte Betriebsmedium Pneumatischer Anschluss Wert 3/2 geschlossen monostabil Elektrisch 500 l/min kpa Kolben-Schieber Pneumatische Feder Nicht drosselbar Rastend Vorgesteuert Intern 20 ms 24 V DC, 1,5 W Getrocknete Luft, geölt oder nicht geölt QS-6 Datenblatt 3/2-Wege-Magnetventil (Auszug) Berechnen Sie den Ausgangsstrom, den der Näherungsschalter liefern muss, damit die Ventilspule schalten kann. Entnehmen Sie die notwendigen Daten dem Datenblatt des Magnetventils. Die Betriebsspannung beträgt 24 V DC. Die Leistungsaufnahme der Spule beträgt 1,5 W. Die Gleichung P = U I wird umgestellt. Der Strom berechnet sich zu I = P U 1,5 W = = 0,0625 A = 62,5 ma 24 V Vergleichen Sie das Ergebnis mit den technischen Daten des magnetischen Näherungsschalters und ergänzen Sie die folgenden Daten. Schaltstrom der Spule: Maximaler Ausgangsstrom des Näherungsschalters: Maximale Schaltleistung des Näherungsschalters: 62,5 ma 200 ma 6 W Festo Didactic GmbH & Co. KG

26 Aufgabe 1 Automatisieren einer Vereinzelungseinrichtung Kann der Näherungsschalter zum direkten Ansteuern des Magnetventils verwendet werden? Welche Maßnahmen müssen beachtet werden? Ja, das 3/2-Wege-Magnetventil kann mit dem magnetischen Näherungsschalter geschaltet werden. Zu prüfen ist, ob der Näherungsschalter ohne Schutzbeschaltung die induktive Last dauerhaft sicher schalten kann. Bauarten von Näherungsschaltern Beschreiben Sie den Unterschied zwischen kontaktlosen und kontaktbehafteten Näherungsschaltern und führen Sie jeweils ein Beispiel an. Kontaktlose Näherungsschalter Bei kontaktlosen Näherungssensoren werden keine beweglichen Kontakte umgeschaltet. Stattdessen wird der Sensorausgang elektronisch entweder mit der Versorgungsspannung verbunden oder auf Masse gelegt (= Ausgangsspannung 0 V) Beispiele: Magnetisch-kontaktlose Näherungsschalter (induktiv-magnetisch, magnetoresistiv), induktive Näherungsschalter, kapazitive Näherungsschalter, optische Näherungsschalter Kontaktbehaftete Näherungsschalter Bei kontaktbehafteten Näherungsschaltern wird z. B. bei Annäherung eines Magneten der Kontakt zwischen zwei Kontaktzungen geschlossen, so dass ein elektrischer Strom fließen kann und der Sensorausgang entweder mit der Versorgungsspannung verbunden oder auf Masse gelegt (= Ausgangsspannung 0 V) wird. Beispiel: Reedschalter Welche Vorteile haben kontaktlose Näherungsschalter gegenüber kontaktbehafteten Näherungsschaltern? Vorteile kontaktloser Näherungsschalter keine Kontaktprobleme, z.b. Prellen zuverlässiges, prellfreies Schaltverhalten ohne Doppelschaltpunkte kein Verschleiß wie bei metallischen Kontakten, daher hohe Lebensdauer unempfindlich gegen Verschmutzungen und Vibrationen 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG