EU-Projekt Nr MINOS, Laufzeit von 2005 bis 2007

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1 Mechatronik Modul 1-8 Grundlagen Interkulturelle Kompetenzen Projektmanagement Fluidtechnik Elektrische Antriebe und Steuerungen Mechatronische Komponenten Mechatronische Systeme und Funktionen Inbetriebnahme, Sicherheit, Teleservice Fernwartung, Diagnose Übungen (Konzept) EU-Projekt Nr MINOS, Laufzeit von 2005 bis 2007 Europäisches Konzept für die Zusatzqualifikation Mechatronik für Fachkräfte in der globalisierten industriellen Produktion. Das Projekt wurde gefördert von der Europäischen Union im Rahmen des Aktionsprogramms der Europäischen Union für die berufliche Bildung Leonardo da Vinci.

2 Mechatronik Modul 1: Grundlagen Übungsbuch (Konzept) Matthias Römer Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse EU-Projekt Nr MINOS, Laufzeit von 2005 bis 2007 Europäisches Konzept für die Zusatzqualifikation Mechatronik für Fachkräfte in der globalisierten industriellen Produktion. Das Projekt wurde gefördert von der Europäischen Union im Rahmen des Aktionsprogramms der Europäischen Union für die berufliche Bildung Leonardo da Vinci.

3 Projektpartner bei der Erarbeitung und Erprobung des Teachwarekonzepts Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Deutschland Projektleitung Corvinus Universität Budapest, Institut für Informationstechnologien, Ungarn Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Schweden Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Polen Henschke Consulting Dresden, Deutschland Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland Neugebauer und Partner OHG Dresden, Deutschland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Polen Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Ungarn Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Ungarn Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Ungarn Teachwearkonzept: Modul 1: Grundlagen Modul 2: Interkulturelle Kompetenzen, Projektmanagement Modul 3: Fluidtechnik Modul 4: Elektrische Antriebe und Steuerungen Modul 5: Mechatronische Komponenten Modul 6: Mechatronische Systeme und Funktionen Modul 7: Inbetriebnahme, Sicherheit, Teleservice Modul 8: Fernwartung, Diagnose Weitere Informationen: Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Reimund Neugebauer Prof. Dr.-Ing. Dieter Weidlich Reichenhainer Straße 70, Chemnitz Tel.: +49(0) Fax: +49(0) Internet: 2

4 Grundlagen Minos 1 Technische Mathematik 1.1 Grundrechenarten Aufgabe 1 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben. Erarbeiten Sie die Lösung zunächst von Hand. Ermitteln Sie danach das Ergebnis durch die Verwendung eines Taschenrechners erneut = 2 ( ) = = ( ) 3 = ( 3 4 ) 2 = ( 9 3 ) + 4 = ( ) = 5 ( ) + 4 = Aufgabe 2 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben = 7 + ( 25 ) = 7 ( 25 ) = 35 ( 18 ) ( + 12 ) = 43 ( + 17 ) + ( 13 ) ( 8 ) = 3

5 Minos Grundlagen Aufgabe 3 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben. 5 ( ) = 5 + ( ) = ( ) = 4 5 ( 8 3 ) = ( 6 2 ) ( 3 7 ) = ( ) = Aufgabe 4 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben. 15 ( 4 ) = 8 ( 3 ) = 16 : ( 4 ) = 50 : 5 = Aufgabe 5 Lösen Sie die folgenden Aufgaben, so dass keine Klammer mehr vorhanden ist. 4 ( a + b ) = a ( 8b 5c ) = ( x y ) 5x ( 2 + y ) = ( 4x + 5y ) ( 2a + 3b ) = ( 4x + 5y ) ( 2a 3b ) = ( 4x 5y ) ( 2a 3b ) = 4

6 Grundlagen Minos 1.2 Rechnen mit Brüchen Aufgabe 6 Kürzen Sie folgende Brüche so weit wie möglich. Rechnen Sie dabei das Ergebnis des Bruches nicht aus = = = = Aufgabe 7 Berechnen Sie folgende Brüche. Kürzen Sie die Brüche soweit wie möglich, berechnen Sie aber nicht das Ergebnis des Bruches = = = = 5

7 Minos Grundlagen Aufgabe 8 Berechnen Sie die folgenden Brüche = 28 8 = 3 13 = = Aufgabe 9 Berechnen Sie die folgenden Brüche : 12 = 3 21 : 11 7 = : 2 = 5 1 : 6 3 = 6

8 Grundlagen Minos 1.3 Höhere Rechenarten Aufgabe 10 Berechnen Sie die folgenden Potenzen. 3 2 = 5 3 = 2 4 = 4 3 = 2-3 = 5-2 = Aufgabe 11 Stellen Sie die folgenden Zahlen als Zehnerpotenz dar. Der Zahlenwert sollte einstellig sein = = 0,001 = 500 = = 0,18 = 0, = 7

9 Minos Grundlagen Aufgabe 12 Stellen Sie die nachfolgenden Zahlen in ausführlicher Schreibweise dar = = = = 1, = Aufgabe 13 Berechnen Sie die folgenden Potenzen. Stellen Sie das Ergebnis aber ebenfalls in der Potenzschreibweise dar = = = ,001 = = = = = 4 4 8

10 Grundlagen Minos Aufgabe 14 Berechnen Sie die folgenden Wurzeln. Benutzen Sie dazu den Taschenrechner. 16 = 64 = 256 = 1849 = 32,785 = 0,057 = 1.4 Dualzahlen Aufgabe 15 Rechnen Sie die folgenden dezimalen Zahlen in Dualzahlen um. 21 = 45 = 63 = 128 = 213 = 9

11 Minos Grundlagen Aufgabe 16 Rechnen Sie die folgenden dualen Zahlen in Dezimalzahlen um = 1010 = 1111 = = = 1.5 Rechnen mit Variablen Aufgabe 17 Stellen Sie die folgenden Formeln nach x um. 9 + x = b 3x = 3a + 3b 4x + 3a 2x + 5a = 8x 7a + 5x + 8b 5ax + 8bx = 10a + 16b 1 x = 5 10

12 Grundlagen Minos 1 x-8 = Prozentrechnung Aufgabe 18 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben. Wieviel sind 3 % von 400 Euro? Wieviel sind 75 % von 230 kg? 11

13 Minos Grundlagen Die Mehrwertsteuer beträgt 16 %. Was kostet eine Ware ohne Mehrwertsteuer, wenn sie inclusive Mehrwertsteuer genau 100 Euro kostet? Ein Geschäft verspricht im Rahmen einer Werbeaktion die Mehrwertsteuer auf ein Produkt zu erlassen. Wie hoch ist die Ersparnis bei einer Ware im Gesamtwert von 150 Euro absolut und prozentual? 12

14 Grundlagen Minos Zinsrechnung Aufgabe 19 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben. Ein Geldbetrag von 5000 Euro wird für 15 Jahre mit einem Zins von 5 % angelegt. Welche Summe ergibt sich inclusive der Zinseszinsen nach Ablauf der Zeitspanne? Wie hoch wäre der Endbetrag, wenn die Zinsen nicht verzinst würden? 13

15 Minos Grundlagen Viereck Aufgabe 20 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben. Eine 2-Zimmer-Wohnung soll angemietet werden. Das erste Zimmer ist 4 m lang und 3 m breit. Das zweite Zimmer dagegen ist 5 m lang und 4 m breit. Wie groß ist die Fläche der beiden Räume und der gesamten Wohnung? Wie hoch ist die Miete bei einem Preis von 8 Euro/m 2? Eine andere Wohnung besteht aus zwei Zimmern mit einer Länge von 5 m und einer Breite von 3 m sowie einer Länge von 6m und einer Breite von 4 m. Wie groß ist die Grundfläche dieser Wohnung? Die Miete dieser Wohnung beträgt nur 6 Euro/m 2. Ist diese Wohnung teurer oder billiger als die erste Wohnung? 14

16 Grundlagen Minos Ein Raum mit einer Länge von 5 m und einer Breite von 4 m ist 3 m hoch. Die vier Wände sollen mit Tapete beklebt werden. Wieviel Quadratmeter Tapete sind erforderlich, wenn Türen und Fenster vernachlässigt werden? Dreieck Aufgabe 21 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben. Die zwei kürzeren Seiten eines rechtwinkligen Dreiecks sind 15 m und 20 m lang. Wie lang ist die dritte Seite? An eine 8 m hohe Hauswand wird eine 9 m lange Leiter gestellt. Das untere Ende der Leiter ist 3 m von der Hauswand entfernt. Reicht die Leiter bis zum oberen Ende der Hauswand? 15

17 Minos Grundlagen Ein 20 m hoher Antennenmast wird mit drei Seilen abgespannt. Die Seile sind 13 m vom Mast entfernt am Boden befestigt und reichen bis zur Spitze. Wieveil Seil wird insgesamt benötigt wenn zusätzlich 3 % Zugabe für die Befestigung gerechnet werden? Aufgabe 22 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben. Bei einem rechtwinkligen Dreieck ist die Seite c=12 cm lang und die Seite b=4 cm. Wie groß sind die Winkel und die dritte Seite? Die dritte Seite wird bei einem rechtwinkligen Dreieck nach dem Satz des Pythagoras berechnet: 16

18 Grundlagen Minos Die Berechnung der Winkel erfolgt mit Hilfe der Winkelfunktionen: 17

19 Minos Grundlagen Eine Straße hat eine Steigung von 8 %. Auf einer Länge von 100 m steigt sie also um 8 m an. Wie groß ist der Winkel der Steigung? Aufgabe 23 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben. Ein Faß hat einen Durchmesser von 60 cm. Außen soll zur Verstärkung ein Stahlband um das Faß angebracht werden. Wie lang muß das Stahlband sein? Um die Erde soll ein Band gelegt werden. Der Radius der Erde wird dabei mit 6370 km angenommen. Wie lang muß das Band sein? Wie lang muß das Band sein wenn es einen Meter vom Boden entfernt sein soll? 18

20 Grundlagen Minos Der Durchmesser eines Rades beträgt 70 cm. Mit dem Rad wird eine Strecke von 500 m zurückgelegt. Wie oft dreht sich dabei das Rad? Aus einer quadratischen Platte mit einer Fläche von 1 m 2 soll ein Kreis mit einem Durchmesser von 90 cm ausgeschnitten werden. Wie groß ist die Fläche des Kreises? Wie groß ist die Fläche der restlichen Platte? Wieviel Prozent der Platte werden für den Kreis genutzt? 19

21 Minos Grundlagen Aufgabe 24 Berechnen Sie die folgenden Aufgaben. Eine Konservendose hat einen Durchmesser von 9 cm und eine Höhe von 11 cm. Wieviel Blech wird für diese Dose benötigt? Wie groß ist der Inhalt der Dose? 20

22 Grundlagen Minos Eine Steinkugel hat einen Durchmesser von 80 cm. Wie groß ist das Volumen der Kugel? Was wiegt die Kugel, wenn die Dichte 2800 kg/m 3 beträgt? Ein Behälter besteht aus einem Zylinder mit einem Durchmesser von 2 m und einer Höhe von 4 m. An beiden Seiten ist der Zylinder von halbkugelförmigen Enden abgeschlossen. Wie groß ist das Gesamtvolumen des Behälters? Können in diesen Behälter 12 t Benzin gefüllt werden, wenn die Dichte des Benzins 750 kg/m 3 beträgt? 21

23 Minos Grundlagen 22

24 Grundlagen Minos 2 Technische Physik 2.1 Physikalische Grundlagen Aufgabe 25 Rechnen Sie folgende Größen um. 15 km = m 75 mm = m 2150 mm = km 125 kw = W 3,7 MW = kw 675 ma = A 12,25 A = ma g = t 0,137 g = mg Stellen Sie die Werte in sinnvolleren Größen dar! g = 0,00012 MW = 0,002 A = mm = 0,125 kg = 23

25 Minos Grundlagen Zerlegen von Kräften Aufgabe 26 Bestimmen Sie grafisch die Anteile der Kräfte in X-Richtung und in Y- Richtung. Messen Sie mit einem Lineal die Länge der Kraftvektoren. Gehen Sie davon aus, dass ein Millimeter einer Kraft von 10 Newton entspricht. Wie groß sind die Kräfte? Runden Sie die Werte. F 1X = F 1Y = F 1 = F 2X = F 2Y = F 2 = Y-Achse Y-Achse F 1 F 2 X-Achse X-Achse 24

26 Grundlagen Minos Aufgabe 27 In einem Motor wirkt eine Kraft von 600 N auf den Kolben. Es soll die Kraft, die auf die Pleuelstange wirkt, grafisch eingetragen werden. Die Größe der Kraft ist abzuschätzen. Die Kraft auf den Kolben wirkt senkrecht nach unten. Durch die schräge Position der Pleuelstange wirkt eine weitere Kraft seitwärts. Die Pleuelstange muss beide Kräfte aufnehmen. Berechnen Sie die Größe der Kraft, die auf die Pleuelstange wirkt. F = 600 N F Pl 60 mm 20 mm 25

27 Minos Grundlagen 2.3 Drehmoment Aufgabe 28 Die Räder eines Motorrades haben einen Durchmesser von 50 cm. Beim Beschleunigen wirkt vom Reifen auf die Straße eine Kraft von 200 N. Wie groß muß das Drehmoment an der Achse sein, um die Kraft zum Beschleunigen aufzubringen? Der Radius des Rades beträgt... M = M = M = M F 26

28 Grundlagen Minos Aufgabe 29 Eine Seiltrommel hat einen Durchmesser von 20 cm. Mit dem Antriebsmotor wird ein Drehmoment von 12 Nm erzeugt. Wie groß kann die Gewichtskraft der Last sein, die maximal gehoben werden kann? Das Seil wird beim Aufwickeln auf die Seiltrommel in mehreren Lagen abgelegt. Mit jeder Lage erhöht sich der Radius der Seiltrommel um einen Zentimeter. In welcher Lage bringt die Seiltrommel noch genügend Kraft auf um eine Last mit einer Gewichtskraft von 95 N heben? F = F = F = M F 27

29 Minos Grundlagen Aufgabe 30 Auf einem Riesenrad sitzen in verschiedenen Gondeln mehrere Menschen. Auf einer Seite sitzen 2 Menschen in einer Gondel, die 5 m vom Mittelpunkt des Rades entfernt ist. In einer anderen Gondel sitzen 3 Menschen. Diese Gondel ist nur 3 m vom Mittelpunkt entfernt. Auf der Gegenseite befinden sich vier Menschen in einer Gondel, die 6 m vom Mittelpunkt des Rades entfernt ist. Jeder Mensch bringt eine Gewichtskraft von 750 N auf. Wie groß ist das Gesamtdrehmoment? M 1 = M 2 = M 3 = F 2 F 3 F 1 28

30 Grundlagen Minos 2.5 Hebelgesetz Aufgabe 31 Auf einer Wippe sitzen drei Kinder. Das erste Kind bringt eine Gewichtskraft von 400 N auf. Es sitzt 2,5 m vom Drehpunkt entfernt. Das zweite Kind sitzt auf der gleichen Seite wie das erste Kind. Es hat eine Gewichtskraft von 250 N und sitzt nur 2 m vom Drehpunkt entfernt. Das dritte Kind soll auf der gegenüber liegenden Seite der Wippe sitzen. Die Gewichtskraft des dritten Kindes beträgt 500 N. Wie weit vom Drehpunkt entfernt muss es sitzen, damit die Wippe waagerecht im Gleichgewicht steht? Das erste Kind erzeugt folgendes Drehmoment: M 1 = M 1 = M 1 = Das Drehmoment durch das zweite Kind beträgt: M 2 = M 2 = M 2 = 29

31 Minos Grundlagen 2.6 Druck Aufgabe 32 Ein Fahrradreifen soll mit einer Luftpumpe aufgepumpt werden. Es soll ein Druck von 0,5 MPa erreicht werden. Die Luftpumpe hat einen Kolbendurchmesser von 20 mm. Mit welcher Kraft muss der Kolben betätigt werden, damit die Luft in den Reifen gedrückt wird? A = π / 4 d 2 A = Aufgabe 33 In einem Verbrennungsmotor treten kurzzeitig Drücke von 12 MPa auf. Der Durchmesser des Kolbens beträgt 85 mm. Wie groß ist in diesem Moment die Kraft, die auf den Kolben einwirkt? A = π / 4 d 2 A = 30

32 Grundlagen Minos Druckübersetzung Aufgabe 34 Ein Hydraulikzylinder mit einer Kolbenstange wird auf der Kolbenbodenseite mit einem Druck von 60 bar beaufschlagt. Zum Ausfahren des Zylinders muss das Hydrauliköl auf der Kolbenstangenseite aus dem Zylinder gedrückt werden. Durch ein geschlossenes Ventil wird dies verhindert. Die Kolbenfläche beträgt 19,6 cm 2, wegen der Kolbenstange ist die Ringfläche der Kolbenstangenseite des Kolbens nur halb so groß. Wie groß ist der Druck im Kolbenstangenraum? Was ist in Bezug auf die Schlauchleitungen zu beachten, die für einen Druck bis 100 bar ausgelegt sind? Die Kraft auf den Kolben beträgt: F = p A F = 31

33 Minos Grundlagen 2.8 Reibung Aufgabe 35 Ein Greifer soll ein würfelförmiges Teil aus Eisen mit einer Masse von 1 kg seitlich fassen und anheben. Die Backen sind ebenfalls aus Eisen, so dass eine Reibzahl von 0,15 zur Berechnung verwendet werden kann. Beim Anheben nach oben tritt zusätzlich zur Schwerkraft eine Beschleunigung vom fünffachen der Erdbeschleunigung auf. Die Schwerebeschleunigung kann auf 10 m/s 2 gerundet werden. Mit welcher Kraft müssen die Backen des Greifers auf das Werkstück drücken, damit es beim Anheben nicht aus dem Greifer rutscht? F = m a F = 32

34 Grundlagen Minos Gleichförmige Bewegung Aufgabe 36 Der Vorschub einer Drehmaschine beträgt im Schnellgang 30 m/min. Wie groß ist die Geschwindigkeit in m/s und in km/h? Wie lange braucht die Maschine um eine Strecke von 250 mm zurückzulegen? v = s / t v = 33

35 Minos Grundlagen Beschleunigte Bewegung Aufgabe 37 Ein PKW fährt mit einer Geschwindigkeit von 108 km/h. Aus dieser Geschwindigkeit bremst der Fahrer bis zum Stillstand ab. Dafür benötigt das Fahrzeug 5 Sekunden. Wie groß ist die Beschleunigung, wenn eine gleichmäßige Beschleunigung angenommen wird? In welcher Zeit würde der PKW seine Geschwindigkeit von 80 km/h auf 120 km/h erhöhen, wenn dafür die gleiche, aber positive Beschleunigung möglich wäre? 34

36 Grundlagen Minos Aufgabe 38 Ein Fallschirmspringer springt aus einem Flugzeug. Welchen Weg hat er nach 10 Sekunden zurückgelegt, wenn der Luftwiderstand vernachlässigt wird? Aus welcher Höhe müsste der Fallschirmspringer mindestens abspringen, wenn für das Öffnen des Fallschirmes und das sichere Landen 200 m eingeplant sind und der freie Fall 5 Sekunden dauern soll? Für diese Berechnung ist der Wert der Schwerebeschleunigung auf 10 m/s 2 zu runden. s = 1/2 a t 2 s = 35

37 Minos Grundlagen Kräfte an bewegten Körpern Aufgabe 39 Ein Raumfahrer hat mit seiner Ausrüstung zusammen eine Masse von 120 kg. Beim Starten wirkt insgesamt die vierfache Schwerebeschleunigung auf ihn ein. Mit welcher Kraft wird der Raumfahrer in seinen Sitz gedrückt? Welche Gewichtskraft wirkt auf den Raumfahrer auf dem Mond ein? Die Schwerebeschleunigung der Erde kann mit 10 m/s 2 angenommen werden. Für die Schwerebeschleunigung des Mondes ist der Wert 1,6 m/s 2 zu verwenden. 36

38 Grundlagen Minos 2.10 Rotation Aufgabe 40 Rechnen Sie die folgenden Angaben von Grad in rad um! 10 Grad = 36 Grad = 45 Grad = 180 Grad = 720 Grad = 1000 Grad = Rechnen Sie die folgenden Angaben von rad in Grad um! π rad = 5 π rad = 7,5 rad = 0,25 rad = 0,1 rad = 37

39 Minos Grundlagen Winkelbeschleunigung Aufgabe 41 Bei einer Drehmaschine soll die Spindel mit dem Werkstück in 10 Sekunden auf eine Drehzahl von 1200 Umdrehungen pro Minute gebracht werden. Wie groß ist die erforderliche Winkelbeschleunigung? Berechnen Sie das Ergebnis in 1/s 2 und rad/s 2. 38

40 Grundlagen Minos Arbeit Aufgabe 42 Die Kugel einer Kanone hat eine Masse von 5 kg. Sie wird beim Abfeuern auf eine Geschwindigkeit von 900 km/h beschleunigt. Welche Arbeit wird dabei verrichtet? Geben Sie den Wert in Joule und Wattstunden an. Auf welche Geschwindigkeit könnte man mit dieser Arbeit einen PKW mit einer Masse von 1000 kg beschleunigen? 39

41 Minos Grundlagen Energie Aufgabe 43 Ein Stein mit einer Masse von 10 kg wird auf eine Höhe von 5 m gehoben. Wie groß ist seine potentielle Energie? Wie groß ist die Geschwindigkeit des Steines, wenn er aus einer Höhe von 5 m fallengelassen wird, zum Zeitpunkt des Aufschlagens? Stellen Sie dazu die Formel s = 1/2 v 2 /a passend um. Wie groß ist die kinetische Energie beim Aufschlag? Vergleichen Sie den Wert mit der potentiellen Energie. Die Schwerebeschleunigung kann mit 10 m/s 2 angenommen werden. 40

42 Grundlagen Minos Leistung Aufgabe 44 Ein Aufzug mit einer Masse von 500 kg soll in 30 Sekunden in eine Höhe von 30 m gefahren werden. Welche Leistung wird dafür benötigt, wenn die Beschleunigung vernachlässigt wird? Die Schwerebeschleunigung kann mit 10 m/s 2 angenommen werden. 41

43 Minos Grundlagen Wärmeenergie und Wärmekapazität Aufgabe 45 Ein PKW mit einer Masse von 1000 kg wird von einer Geschwindigkeit von 90 km/h auf Stillstand abgebremst. Die Bremsscheiben und Bremsbeläge setzen die Bewegungsenergie in Wärme um. Sie haben zusammen eine Masse von 10 kg. Es wird für die Bremsscheiben und Beläge insgesamt die spezifische Wärmekapazität von Eisen mit c = 460 J/kgK angenommen. Um wieviel Grad erwärmen sich die Scheiben und Beläge? Berechnen Sie dazu zuerst die kinetische Energie und setzen Sie diesen Wert in die Berechnung der Wärmekapazität ein. Wieviel Wasser könnte man mit dieser Energie von 20 C auf 95 C erwärmen? 42

44 Grundlagen Minos 3 Technisches Zeichnen 3.1 Grundlagen des technischen Zeichnens Aufgabe 46 Welche Funktion erfüllt eine technische Zeichnung hauptsächlich? Warum ist die Normung in der Technik so wichtig? Wofür stehen die Abkürzungen DIN und ISO? Wieviele Blatt vom Format A4 lassen sich aus einem Blatt mit den Format A0 erzeugen? Handelsübliches Standard-Kopierpapier hat häufig eine Masse von 80 g/m 2. Wieviel wiegt ein einziges Blatt? 43

45 Minos Grundlagen Numerisch gesteuerte Maschinen Aufgabe 47 Erstellen Sie eine Koordinatentabelle nach der Zeichnung. Alle Eckpunkte sollen vom Koordinatensystem 1 aus bestimmt werden, die Bohrungen und Gewinde dagegen von dem Koordinatensystem 2 aus. P3 P4 P2 P9 P11 P14 P5 P8 Y1 P7 P10 Y2 X2 P12 P13 0 P1 X1 P mm Koordinaten- Nullpunkt Koordinatentabelle (Maße in mm) Pos. Nr. X Y Bohrung Gewinde 44

46 Grundlagen Minos Aufgabe 48 Erstellen Sie eine Zeichnung nach der Koordinatentabelle. Alle Eckpunkte sind vom Koordinatensystem 1 aus bestimmt, die Positionen der Bohrungen und Gewinde dagegen von dem Koordinatensystem 2. Y2 Y1 X2 0 X mm Koordinaten- Nullpunkt Pos. Nr. 1 P1 1 P2 1 P3 1 P4 1 P5 2 P6 Koordinatentabelle (Maße in mm) X Y Bohrung Gewinde M12 2 P P P M8 2 P

47 Minos Grundlagen 46

48 Mechatronik Modul 2: Sozialverhalten, (Teil1) Interkulturelle Kompetenzen Übungsbuch (Konzept) Christian Stöhr Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland EU-Projekt Nr MINOS, Laufzeit von 2005 bis 2007 Europäisches Konzept für die Zusatzqualifikation Mechatronik für Fachkräfte in der globalisierten industriellen Produktion. Das Projekt wurde gefördert von der Europäischen Union im Rahmen des Aktionsprogramms der Europäischen Union für die berufliche Bildung Leonardo da Vinci.

50 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos Übung 1 Cultural-Awareness-Test Teil A Beantworten Sie die folgenden Fragen schnell und so gut wie möglich. 1. Werte sind eine sichtbare Eigenschaft von Kultur. Wahr Falsch 2. Die Verwendung von schriftlichen Verträgen bei Geschäften ist für die USA charakteristischer als für China. Wahr Falsch 3. Verbale Kommunikation umfasst 20% der aller Kommunikation. Wahr Falsch 4. Welche der folgenden Eigenschaften wird am häufigsten mit Amerikanern (von Nicht-Amerikanern) in Verbindung gebracht? A. Ehrlich B. Freundlich C. Tatkräftig D. Unhöflich 5. Welcher Prozentsatz der Venezueler sagt, dass sie unter Eid für einen Freund lügen würden, der zu schnell fuhr und einen leichten Unfall verursachte? A. 73 % B. 55 % C. 34 % D. 17 % 6. Moslems können ebenso Mohammedaner genannt werden. Wahr Falsch 7. Japaner senden Geld zu trauernden Freunden, um ihr Beileid zu bekunden. Wahr Falsch 8. Türkische Frauen betiteln ältere Freundinnen mit abla (Schwester). Wahr Falsch 3

51 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz 9. Die Eigeninitiative eines Angestellten zu belohnen, ist in Polen üblicher als in Österreich. Wahr Falsch 10. In amerikanischen Restaurants muss man am Eingang warten, bis der Kellner einen Stuhl anbietet. Wahr Falsch 11. In Japan erhält jeder Manager sein eigenes Büro. Wahr Falsch 12. In Saudi-Arabien isst man nicht mit der linken Hand. Wahr Falsch 13. In Russland wird Wodka in Gramm bestellt. Wahr Falsch 14. Zu einem Geschäftstermin in Südamerkika sollten Sie pünktlich sein. Wahr Falsch 4

52 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos Übung 2 Cultural-Awareness-Test Teil B In dem ersten Teil des Cultural-Awareness-Tests haben Sie einige Fragen zu Unterschieden zwischen Kulturen beantwortet. Finden Sie nun weitere kulturelle Unterschiede, die Sie kennen und entwickeln Sie Ihren eigenen Cultural-Awareness-Test als Gruppenarbeit. Tauschen Sie die Ergebnisse im Anschluss mit einer anderen Gruppe aus und beantworten Sie deren Test

53 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Übung 3 Das Eisberg-Modell Oft wird Kultur in der Hinsicht mit einem Eisberg verglichen, dass nicht alle Eigenschaften der Kultur eines Menschen sichtbar sind. Die wahrnehmbaren Dinge sind der sichtbare Teil des Eisberges - seine Spitze. Die anderen Dinge, die nicht so offensichtlich oder sogar versteckt sind, verkörpern dann an den Teil des Eisberges, der unter Wasser liegt. Diese unsichtbaren Dinge stellen oft die Grundlage für jene Elemente dar, die auf der Oberfläche schwimmen. Unten sehen Sie eine Liste mit kultureller Aspekten, von denen sich einige oberhalb der Wasseroberfläche und andere unterhalb befinden würden. Ordnen Sie richtig zu: Auf der Unter der Öberfläche Oberfläche - Die Stellung der Zeit - Musik - Die Konzeption von Schönheit - Literatur - Die Natur der Freundschaft - Die Wahrnehmung des Selbst - Essgewohnheiten - Religiöse Praktiken - Mimik - Das Verständnis der Natur - Die Konzeption von Führung - Vorstellungen von Bescheidenheit - Arbeitsethik - Kleidungsstil - Urlaubsgewohnheiten - Ansichten über Kindeserziehung - Das allgemeine Weltbild - Werte - Malerei - Das Konzept von Gerechtigkeit - Gesten - Essen - Religiöse Überzeugungen - Das Konzept der Privatsphäre - Regeln sozialer Etikette - Verhandlungsstil - Anpassungsfähigkeit - Die Wichtigkeit von Beziehungen 6

54 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos Übung 4 Europäische Stereotypen Im Folgenden finden Sie mehrere Aussagen. Ihre Aufgabe ist es, die Lücken mit solchen europäischen Nationalitäten zu vervollständigen, welche am besten in diesen Kontext passen. Nutzen Sie für beide Absätze dieselben Nationalitäten: Der Himmel ist dort, wo: Die Polizei...ist. Die Köche...sind. Die Mechaniker...sind. Die Liebenden...sind. Und alles von...organisiert wird. Die Hölle ist dort, wo: Die Polizei...ist. Die Köche...sind. Die Mechaniker...sind. Die Liebenden...sind. Und alles von...organisiert wird. 7

55 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Übung 5 Hofstede s kultureller Dimensionen-Fragebogen Bitte denken Sie an eine ideale berufliche Tätigkeit - Ihre gegenwärtige berufliche Tätigkeit, falls Sie berufstätig sind, außer Acht gelassen. Wie wichtig ist es für Sie bei der Auswahl einer beruflichen Tätigkeit, dass... (bitte bei jeder Aussage nur eine Antwort ankreuzen): 1 = äußerst wichtig 2 = sehr wichtig 3 = einigermaßen wichtig 4 = nicht so wichtig 5 = (überhaupt) nicht wichtig 1. Sie genügend Zeit für sich persönlich oder für Ihr Familienleben haben Sie gute Arbeitsbedingungen haben (gute Be-und Entlüftung und gutes Licht, angemessener Arbeitsplatz usw.) Sie eine gute Arbeitsbeziehung zu Ihrer/m direkten Vorgesetzten haben Sie einen stabilen Arbeitsplatz haben Sie mit Menschen arbeiten, die gut miteinander kooperieren können Sie von Ihrer/m direkten Vorgesetzten bei ihren/seinen Entscheidungen konsultiert werden Sie Aufstiegsmöglichkeiten zu einer beruflichen Tätigkeit auf höherem Niveau haben Ihre berufliche Tätigkeit Abwechslung und Abenteuer enthält Wie wichtig ist in Ihrem Privatleben Folgendes für Sie? (bitte bei jeder Aussage nur eine Antwort ankreuzen): 9. Persönliche Stetigkeit und Stabilität Sparsamkeit Ausdauer (Beharrlichkeit) Respekt für Tradition

56 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos 13. Wie oft fühlen Sie sich bei der Arbeit nervös oder angespannt? 1. nie 2. selten 3. manchmal 4. gewöhnlich 5. immer 14. Wie häufig haben Ihrer Erfahrung nach Personen Angst, ihren Vorgesetzten gegenüber zum Ausdruck zu bringen, dass sie ihnen nicht zustimmen? 1. sehr selten 2. selten 3. manchmal 4. häufig 5. sehr häufig Inwieweit stimmen Sie folgenden Aussagen zu oder nicht zu? (bitte bei jeder Aussage nur eine Antwort ankreuzen): 1 = absolut gleicher Meinung 2 = gleicher Meinung 3 = unentschieden 4 = nicht gleicher Meinung 5 = absolut nicht gleicher Meinung 15. Den meisten Menschen kann man trauen Man kann ein guter Manager sein, auch ohne auf alle Fragen, die untergeordnete Mitarbeiter bezüglich ihrer Arbeit haben, genaue Antworten geben zu können Die Organisationsstruktur, bei der bestimmte Beschäftigte zwei Vorgesetzte haben, sollte auf alle Fälle vermieden werden Konkurrenz unter Beschäftigten schadet mehr, als sie nützt Die Regeln einer Firma oder einer Organisation sollten immer eingehalten werden, auch dann, wenn der Beschäftigte denkt, sie liegen nicht im Interesse der Firma Wenn jemand im Leben gescheitert ist, ist es oft durch eigene Schuld

57 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Übung 5 Individualistische und kollektivistische Werte und Verhalten Weiter unten werden Sie zahlreiche Aussagen über Werte und Verhaltensweisen vorfinden. Entscheiden Sie für jede Aussage, ob sie eher den Individualismus (IND) oder den Kollektivismus (KOL) repräsentiert. Vermerken Sie ebenfalls, ob Sie der Auffassung eher zustimmend (ZUS) oder ablehnend (ABL) gegenüberstehen. IND KOL ZUS ABL 1. Der Einzelkämpfer verdient unsere Bewunderung. 2. Der Individualist entdeckt am ehesten neue Wege in die Zukunft. 3. In jeder Gruppe sollte es einen Leiter geben, der die Verantwortung trägt und Entscheidungen trifft - auch, wenn er gegen den Willen von Gruppenmitgliedern entscheidet. 4. Die interessantesten Forschungsobjekte liegen im Inneren jedes Menschen. 5. Es sollte Gleichheit für alle geben, da wir alle menschliche Wesen sind. 6. Um die Gruppenharmonie aufrechtzuerhalten, sollten gute Teammitglieder mit Kritik an ihrer Meinung umgehen können, ohne gleich einen Streit zu entfachen. 7. Selbsthilfebücher sind populär. 8. Die Zukunft hängt davon ab, was man tut und weniger von dem, was man fühlt oder denkt. 9. Für Geschäfte werden häufig Verträge verwendet. 10. Individuelle Autonomie ist wichtig. 11. Die Leute melden sich am Telefon mit dem Namen der Firma. 12. Konflikte reinigen die Luft. 13. Himmel und Hölle sind nur Produkte der menschlichen Einbildung. 14. Lasst uns die Zeit genießen, morgen sind wir tot. 15. Ein Teenager sollte die meisten Entscheidungen für sich selbst treffen können. 16. Ein erfülltes Leben erfordert den Gebrauch von Muskeln und Abenteuergeist. 17. Die Leute wechseln häufig ihren Arbeitsplatz. 10

58 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos IND KOL ZUS ABL 18. Die Menschen geben Cocktailpartys. 19. Die Menschen sollten genügend Zeit für sich selbst haben. 20. Die Rivalität zwischen Gruppen ist stark. 21. Freundschaft und Geschäftliches vertragen sich nicht. 22. Mitarbeiter-des-Jahres-Preise werden vergeben. 23. Man trifft sich zum Abendessen und jeder bringt eine Speise mit. 24. Keine Zeit ist besser genutzt als jene, in der wir über den Sinn des Lebens nachzudenken. 25. Die Sprache hat einen Begriff für den Bruder der Mutter und einen anderen für den Bruder des Vaters. 26. In jeder Gruppe muss es eine gute Gruppendynamik geben, sonst ist sie nicht effektiv genug. 27. Entscheidungen muss man alleine fällen. 28. Die Menschen halten an Traditionen fest. 29. Wenn eine Frau heiraten will, sollte sie vor allem darauf achten, dass es ihrem künftigen Mann nicht an Ehrgeiz fehlt. 30. In kleinen Gruppen sollte jeder die gleichen Rechte haben. 31. Sich für einen Freund aufzuopfern, ist bewundernswert. 32. Es gibt ein Verlangen nach Zugehörigkeit. 33. Ehen werden arrangiert. 34. Es ist ok, aus der Masse hervorzustechen Wir sind auf der Welt, um zu lieben. 36. Entscheidungen sollten aufgrund von Konsens getroffen werden. 37. Man sollte an übernatürliche Dinge glauben. 38. Die Vergangenheit ist tot! Wir sollten uns lieber um die Zukunft kümmern. 39. Man wird aufgrund von Leistung und Resultaten befördert. 40. Man sollte niemanden die Meinung direkt ins Gesicht sagen, ganz gleich, was er/sie getan hat. 11

59 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Übung 6 Machtdifferenzverhalten Teil A NMD HMD ZUS ABL Im Anschluss werden Sie mehrere Aussagen über Werte und Verhaltensweisen vorfinden. Entscheiden Sie, welche Aussagen typisch für ein Land mit einer niedrigen Machtdifferenz (NMD) sind und welche für ein Land mit einer hohen Machtdifferenz (HMD). Vermerken Sie außerdem, ob Sie der Aussage eher zustimmend (ZUS) oder ablehnend (ABL) gegenüberstehen. 1. Es ist unwahrscheinlich, dass der Chef hinterfragt wird. 2. Elite-Denken ist die Regel. 3. Schüler hinterfragen Lehrer. 4. Meinungsfreiheit wird gefördert. 5. Menschen mit Macht haben besondere Privilegien. 6. Die Befehlskette existiert mehr theoretisch. 7. Große Unterschiede zwischen Managern und Angestellten sind die Normalität und akzeptabel. 8. Arbeitnehmer bevorzugen präzise Instruktionen von Vorgesetzten. 9. Die Interaktion zwischen Untergebenen und Vorgesetzten ist eher locker. 10. Arbeitnehmer und Chefs sind beide ziemlich unabhängig. 11. Chefs sind unabhängig; Angestellte sind abhängig. 12. Freie Meinungsäußerung könnte Sie in Schwierigkeiten bringen. 13. Es ist in Ordnung, den Chef zu hinterfragen. 14. Geringe soziale Mobilität ist die Norm. 15. Die Befehlkette ist heilig. 16. Die Hackordnung ist klar festgelegt. 17. Der Führungsstil ist autoritär und patriarchialisch. 18. Der Führungsstil ist beratend und demokratisch. 19. Die Interaktion zwischen Vorgesetzten und Angestellten ist förmlich. 12

60 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos Übung 7 Machtdifferenzverhalten Teil B Es folgen vier kurze Dialoge zwischen einem englischen Mechatroniker, der nach Polen geschickt wurde und einem polnischen Arbeiter. Jeder Dialog ist ein Beispiel für ein mögliches kulturelles Missverständnis, wenn Machtunterschiede nicht auf die gleiche Weise verstanden werden. Lesen Sie jeden Dialog und vermerken Sie die Unterschiede in der Interpretation, die Ihnen aufgefallen sind. Dialog 1: Mechatroniker: Arbeiter: Mechatroniker: Arbeiter: Mechatroniker: Arbeiter: Mechatroniker: Was hat der Geschäftsführer entschieden? Er sagte, dass wir den Plan jetzt umsetzen sollen. Er ist aber noch nicht fertig. Ich weiß, aber er muss seine Gründe haben. Ich denke nicht, dass er das durchdacht hat. Vielleicht nicht, aber er ist der Chef. Ich werde mit ihm reden. Ich denke, ich kann seine Meinung ändern. Dialog 2: Mechatroniker: Arbeiter: Mechatroniker: Arbeiter: Mechatroniker: Ich habe letztlich herausgefunden, wie unsere Lagerprobleme lösen können. Wie? Wir können das Lager am Parkplatz ausräumen. Es ist voll mit verrottenden Kisten, die wohl nicht mehr gebraucht werden. Das ist eine großartige Idee. Was hat Herr Plonc gesagt? Der Chef? Ich hab es ihm noch nicht gesagt. Ich will ihn überraschen. 13

61 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Dialog 3: Arbeiter: Mechatroniker: Arbeiter: Mechatroniker: Arbeiter: Mechatroniker: Wo wollen Sie zu Mittag essen? Wie wäre es mit dem Goldenen Löffel? Gut. Ich werde den Abgeordneten der Stadt einladen, der gerade zu Besuch ist. Herr Sadlowski? Der isst nicht mit uns. Er wird mit den Abteilungsleitern essen. Vielleicht möchte er ein etwas ungezwungeneres Essen mit uns normalen Arbeitern. Dialog 4: Arbeiter: Mechatroniker: Arbeiter: Mechatroniker: Arbeiter: Mechatroniker: Arbeiter: Mechatroniker: Haben Sie mit Ihrem Abteilungsleiter gesprochen? Herr Pacholewski? Ich habe darüber nachgedacht, aber es ist hoffnungslos mit ihm. Ich weiß. Er hat den Job durch Beziehungen bekommen. Ich werde direkt zum stellvertretenden Vorstandsvorsitzenden gehen. Endlich gibt es jemanden, der etwas bewegt. Das wird Pacholewski vielleicht eine Lehre sein. Was meinen Sie? Wenn man seine Arbeit nicht erledigt, dann wird man übergangen. 14

62 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos Übung 8 Unsicherheitsvermeidung HUV NUV ZUS ABL Entscheiden Sie für jede Aussage, ob Sie die Unsicherheitsvermeidung als hoch (HUV) oder niedrig (NUV) einschätzen. Vermerken Sie weiterhin, ob Sie eher zustimmen (ZUS) oder das Statement eher ablehnen (ABL). 1. Pünktlichkeit wird hoch geschätzt. 2. Die Menschen sollten ihre Emotionen unter Kontrolle haben. 3. Fremdes ist gefährlich. 4. Die Menschen wechseln häufig ihren Arbeitsplatz. 5. Die Menschen erwarten bei Interaktionen mehr Förmlichkeit. 6. Die Menschen akzepieren leichter andere Meinungen. 7. Nimm die Dinge, wie sie kommen. 8. Menschen sollten ihre Emotionen herauslassen. 9. Die Befehlskette sollte niemals umgangen werden. 10. Konflikt in Organisationen ist etwas natürliches und nichts, was man fürchten muss. 11. Die Menschen glauben weniger an den gesunden Menschenverstand. 12. Konflikte in Organisationen sollten beseitigt werden. 13. Fremdes ist kurios. 14. Die Menschen wechseln selten ihre Arbeit. 15. Es herrscht ein allgemeines Gefühl von Besorgnis. 16. Es herrscht ein allgemeines Gefühl von Wohlbefinden. 17. Autorität wird leichter akzeptiert; Autorität wirkt beruhigend. 18. Autorität wird ungern akzeptiert; Autorität wirkt beschränkend. 19. Regeln sollten nicht gebrochen werden. 20. Regeln können gebrochen werden, wenn es Sinn macht. 21. Risiken sollten vermieden werden. 22. Risiken sind Möglichkeiten. 15

63 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Übung 9 Maskulinität versus Femininität MAS FEM ZUS ABL 16 Entscheiden Sie für jede Aussage, ob sie mehr maskulin (MAS) oder feminin (FEM) ist. Vermekren Sie sich außerdem für jede Aussage, ob Sie eher zustimmen (ZUS) oder dazu tendieren, sie abzulehnen (ABL). 1. Sich um andere Menschen zu kümmern, ist wichtig. 2. Jeder ist gleich. 3. Konflikte werden gelöst, indem man sie ausfechtet. 4. Man sollte bestrebt sein, der Beste zu sein. 5. Jeder sollte bescheiden sein. 6. Es dreht sich alles um Geld. 7. Es ist üblich, mehr als 40 Stunden in der Woche zu arbeiten. 8. Klein und langsam werden als schön empfunden. 9. Frauenbewegungen finden starke Untersützung. 10. Die besten Mitarbeiter sind das Vergleichskriterium. 11. Durch Herausforderungen kann man wachsen. 12. Frauen gehören in die Küche. 13. Beziehungen werden als wichtig erachtet. 14. Manager sind entscheidungsfreudig und durchsetzungsfähig. 15. Man muss die Umwelt schützen. 16. Dozenten ziehen die Leistung durchschnittlicher Studenten als Vergleichsnorm heran. 17. Nur der Stärkste überlebt. 18. Die dominierende Religion fördert Ungleichheit. 19. Groß und schnell gelten als schön. 20. Helfen Sie den Bedürftigen. 21. Konflikte sollten durch Verhandlungen und Kompromisse gelöst werden. 22. Misserfolg ist eine Katastrophe.

64 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos Übung 10 Kulturelle Dimensionen Jede der fünf Dimensionen von Hofstede kann als Kontinuum betrachtet werden. Denken Sie für jede der Dimensionen darüber nach, wo Sie sich in dem Kontinuum plazieren würden und markieren Sie die Stelle mit X. Tragen Sie anschließend die folgenden anderen Personen und Institutionen ein. X - Sie selbst O - Ihren Großvater (für Frauen), Ihre Großmutter (für Männer) I - Ihre Arbeitsstelle W - Ihr Heimatland V - Ein anderes internationales Land (spezifizieren) T - Einen Immigranten in ihrem Land (spezifizieren) Z - Die Person, die neben Ihnen sitzt IndividualismusKollektivismus Geringe Unsicherheits- Hohe Unsicherheitsvermeidung...vermeidung Hohe Macht- Geringe Machtdifferenz...differenz Maskulinität...Femininität 17

65 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Übung 11 Monochrone und polychrone Zeitkonzepte 18 MON POL AGI Zeitkonzepte unterscheiden sich zwischen Menschen und Kulturen. Betrachtet man sie als Kontinuum, so gibt es einen monochronen und einen polychronen Pol. Machen Sie deutlich, welche Aussagen eher ein monochromes (MON) und welche eher ein polychrones (POL) Zeitkonzept widerspiegeln. Markieren Sie für jedes Paar das Statement, das am besten beschreibt, wie Sie agieren (AGI) würden oder wie Sie denken. 1a. Die Menschen sollten immer in einer Schlange stehen, so können sie einer nach dem anderen bedient werden. 1b. Es gibt keinen Grund in einer Schlange zu stehen, die Leute werden bedient, wenn sie vorn sind. 2a. Unterbrechungen können kaum vermieden werden und sind oft hilfreich. 2b. Unterbrechungen sollten wenn möglich vermieden werden. 3a. Es ist effizienter, wenn man eine Sache zu einer Zeit erledigt. 3b. Man kann ebenso viel schaffen, wenn man an zwei oder drei Dingen gleichzeitig arbeitet. 4a. Es ist wichtiger, zu einer Einigung zu gelangen, auch wenn dies mehr Zeit benötigt. 4b. Es ist wichtiger, sich an den Plan zu halten. 5a. Auf unerwartete Dinge kann man sich nur schwer einstellen, deshalb sollten sie vermieden werden, wo es nur möglich ist. 5b. Unerwartete Dinge geschehen die ganze Zeit. Das ist das Leben. 6a. Sie sollten keinen neuen Besucher empfangen, wenn Sie noch mit einer anderen Person reden. 6b. Es wäre unhöflich, einen Besucher zu ignorieren. 7a. Man sollte einen Termin nicht zu genau nehmen. Irgendetwas kann dazwischen kommen. Was ist ein Termin unter Freunden? 7b. Termine sind wie Versprechen. Viele andere Sachen sind davon abhängig und man sollte nicht leichtfertig damit umgehen. 8a. Es ist wichtig, dass man sich in einer Besprechung nicht von Unerwartetem ablenken lässt. Man sollte sich an die Agenda halten. 8b. Ablenkungen sind unvermeidlich. Die Agenda ist nur Papier. 9a. Ich tendiere dazu personen-orientiert zu sein. 9b. Ich tendiere dazu aufgaben-orientiert zu sein und möchte meine Arbeit erledigt haben. 10a. Persönliche Gespräche sind ein Teil der Arbeit. 10b. Persönliche Gespräche sollten nach der Arbeit oder während der Mittagspause getätigt werden.

66 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos Übung 12 Der Umgang mit verschiedenen Zeitkonzepten Auf den folgenden Seiten werden Sie eine Beschreibung von sechs verbreiteten Enttäuschungen finden, die monochron gerichtete Menschen erleben, wenn sie in polychronen Kulturen arbeiten. Denken Sie darüber nach, wie Sie handeln würden, sähen Sie sich einer solchen Situation gegenübergestellt und schreiben Sie ihre Stellungnahme in den Platz unter den Punkten. 1. In Situationen, in denen Sie es eigentlich gewohnt sind, stellen sich die Leute nicht in einer Schlange an. Stattdessen gibt es nur einen Haufen von Menschen, die drängeln und in dem jeder versucht, als erstes bedient zu werden. Sie finden dieses frustrierend und ineffizient. 2. In Meetings halten sich die Leute nicht an die Agenda. 3. In Gesprächen unter vier Augen nehmen die Leute Anrufe entgegen und sprechen mit anderen Personen, die zufällig vorbeikommen. Daraufhin dauert Ihr Meeting viel länger als erwartet. Das hat zur Folge, dass sie an diesem Tag nicht alles schaffen, was Sie sich vorgenommen haben. 19

67 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz 4. Die Leute halten sich nie an Termine. Obwohl Sie einen Termin haben, vergeuden Sie oft eine Stunde oder mehr, weil Sie auf jemanden warten müssen. 5. Die Leute respektieren Fristen nicht. Sie sagen Ihnen, dass sie eine Maschine zu einer bestimmten Zeit verfügbar ist oder dass eine Aufgabe bis zu einem festgelegten Zeitpunkt fertig ist, aber wenn Sie dann auftauchen, ist nichts erledigt. Das frustriert besonders, weil Sie Aufgabe B nicht angehen können, wenn jemand Aufgabe A nicht zum Abschluss gebracht hat, obwohl er versprochen hat, in einer bestimmten Frist fertig zu sein. 6. Einige Leute werden sich über Sie ärgern, weil Sie manchmal zu beschäftigt sind, um sie zu empfangen. Sie erachten das als unhöflich, weil man immer Zeit für Freunde haben sollte. Schließlich - werden sie sagen - haben sie immer Zeit für Sie. 20

68 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos Übung 13 Status Die folgenden Szenarien basieren zum Teil auf kulturellen Unterschieden, einschließlich dem Status; beschreiben Sie in den freien Platz unter dem jeweiligen Szenario, wie Sie in der bestimmten Situation reagieren würden. 1. Sie sind ein schwedischer Mechatroniker und sind in ein anderes Land geschickt worden, um den Lehrlingen dort Mechatronik beizubringen. Als Sie das Klassenzimmer betreten, stehen alle Lehrlinge auf, bis Sie ihnen das Zeichen geben, sich zu setzen. Sie empfinden dieses ehrerbietende Verhalten als unangenehm und sagen den Auszubildenden, dass sie nicht aufstehen müssen, wenn Sie in den Raum kommen. Nach zwei Wochen bittet Sie ein Vorgesetzter um ein Gespräch. Er informiert Sie, dass die einheimischen Lehrer gehört haben, dass in Ihrem Unterricht nicht aufgestanden werden muss und deshalb irritiert sind. Sie halten das für ein Zeichen der Missachtung, von dem sie befürchten, dass es sich auch auf ihren Unterricht ausbreiten könnte. Sie sind außerdem darüber besorgt, dass Sie vielleicht absichtlich versuchen, die Unterscheidung zwischen Lehrer und Lehrling zu untergraben. Was sollten Sie hinsichtlich der Reaktion der Lehrer tun? 2. Sie sind eine deutsche, technische Expertin in einem ausländischen Konstruktionsbüro. Eine Delegation des Ministers kommt nächste Woche, um einen wichtigen Umschwung in der Geschäftspolitik zu erörtern. Sie sind jemand, der einen substanziellen Beitrag zu dieser Diskussion leisten könnte, werden jedoch zur Besprechung nicht eingeladen. Stattdessen nutzt Ihr Chef Ihr Wissen aus und lässt sich von Ihnen alle wichtigen, zu beachtenden Punkte in einen Bericht aufschreiben. Schließlich fragen Sie ihn, warum er Sie nicht einfach zu der Besprechung eingeläd und Sie direkt vor der Delegation sprechen lässt. Er teilt Ihnen mit, dass Sie zu jung sind, um ernst genommen zu werden und außerdem eine Frau sind. Ihre Argumente sind zu wichtig, sagt er und fügt hinzu, dass er vermeiden will, dass sie aufgrund der Quelle unberücksichtigt bleiben. Wie fühlen Sie sich und wie reagieren Sie? 21

69 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz 3. Sie sind Brite und werden gebeten, in einer Diskussion Stellung zu nehmen: Einige Wochen zuvor wurde eine Stelle in der Abteilung des ausländischen Unternehmens frei, in dem Sie tätig sind. Die zwei Bewerber für diese Position, beide Akademiker, waren ein älterer Mann (Herr Safi), der seit 15 Jahren in dem Unternehmen arbeitet und ein jüngerer Mann mit aktuelleren Zeugnissen, einer hervoragenden Ausbildung und zwei Jahren Berufserfahrung in dieser Abteilung. Aus fachlicher Sicht war der jüngere Anwärter der wesentlich bessere Kandidat und zudem der dynamischere Ingenieur. Letztlich wurde er in der Tat vom Abteilungsleiter - einem britischen Auswanderer - ausgewählt. Mr. Safi und viele seiner (und Ihrer) Kollegen waren fassungslos, als sie die Entscheidung erfuhren und sahen das Verhalten als Missachtung seiner jahrelangen Erfahrung und seines Engagements für die Firma an. Herr Safi ist sehr enttäuscht darüber, dass er übergangen worden ist und seitdem nicht mehr in der Firma erschienen. Nun bringen die Kollegen eine Petition in Umlauf, die den Abteilungsleiter dazu bewegen soll, seine Entscheidung noch einmal zu überdenken und Herr Safi die Stelle zu geben, die er verdient hat. Man hat Sie darum gebeten, die Petition zu unterschreiben, die bereits alle anderen unterschrieben haben und aktiv an der Kampagne teilzunehmen. In Wahrheit finden Sie aber, dass es die richtige Entscheidung war und zögern. Sie stehen jedoch unter wachsendem Druck das Richtige zu tun. Was machen Sie? 4. Sie sind ein amerikanischer Mechatroniker, der für eine ausländische Firma arbeitet. Jeden Morgen hält vor ihrem Haus ein Bus, der die ungelernten Arbeiter zur Firma fährt. Ihr Vorgesetzter, ein Ingeneur und ein zweiter Experte sitzen immer vorn im Bus. Sie möchten jedoch lieber hinten sitzen und mit den Arbeitern rumblödeln. Nach einigen Tagen sagt Ihr Chef zu Ihnen, dass Sie die Arbeiter mit Ihrem formlosen Verhalten verwirren und warnt Sie, dass sie den Respekt vor Ihnen verlieren werden, wenn Sie nicht wie ein Experte aggieren. Was antworten SIe? 22

70 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos Übung 14 Kommunikationsstile Lesen Sie die Aussagen und entscheiden Sie, welche typischer für die direkte Kommunikation / dem niedrigen Kontext sind und welche eher die indirekte Kommunikation / den hohen Kontext widerspiegeln. Direkt Indirekt 1. Gute Kommunikation ist wie das Gespräch zwischen Zwillingen. 2. Die Menschen zögern, Nein zu sagen. 3. Sie müssen zwischen den Zeilen lesen. 4. Mittelsmänner oder Dritte kommen häufig zum Einsatz. 5. Häufig wird untertrieben. 6. Das Beste ist es, alles so zu sagen, wie es ist. 7. Es ist ok, Ihrem Chef in einer Besprechung zu widersprechen. 8. Ja meint ja. 9. Ja meint, ich höre Sie. 10. Gute Kommunikation ist wie ein Gespräch zwischen guten Bekannten. 11. Es ist nicht notwendig, zwischen den Zeilen zu lesen. 12. Die Menschen führen zuerst lockere Gespräche und tauschen Neuigkeiten aus, bevor sie zum Geschäftlichen übergehen. 13. Zuerst das Geschäftliche und anschließend ein lockeres Gespräch. 14. Lauwarmer Kaffee bedeutet, dass nicht alles in Ordnung ist. 15. Lauwarmer Kaffee bedeutet, dass der Kaffee kalt geworden ist. 16. Die Menschen müssen bei einem Meeting auf den neuesten Stand gebracht werden. 17. Die Menschen sind bereits auf dem neuesten Stand. 18. Der Rang/Status des Senders einer Nachricht ist genauso wichtig, wie die Nachricht selbst. 19. Die Nachricht ist das Entscheidende, nicht, wer der Bote ist. 20. Die Leute sagen Ihnen, was sie glauben, dass Sie hören möchten. 23

71 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Übung 15 Indirekte Kommunikation Teil A Auf dieser Seite befinden sich acht direkte Aussagen. Während diese Statements in manchen Situationen angebracht sein können, ist es in dieser Besprechung wichtig, dass die Leute ihr Gesicht wahren können. Formulieren Sie die Aussagen so um, dass sie indirekter sind. 1. Ich denke nicht, dass das eine gute Idee ist. 2. Das ist nicht der Punkt. 3. Ich denke, wir sollten Was denken Sie, Herr Lopez? (Die Menschen direkt anzusprechen, ist ihnen manchmal peinlich. Wie ist es möglich herauszufinden, was Herr Lopez denkt, ohne ihn direkt zu fragen?) 5. Diese Zahlen stimmen nicht. 6. Sie machen das falsch. 7. Ich bin nicht einverstanden. 24

72 Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Minos Übung 16 Indirekte Kommunikation Teil B Auf dieser Seite befinden sich indirekte Aussagen. Entschlüsseln Sie sie und erklären Sie mit direktem Wortlaut, was der Sprecher wahrscheinlich meint. 1. Das ist ein sehr interessanter Gesichtspunkt. 2. Dieser Vorschlag verdient weiterer Überlegung. 3. Ich weiß sehr wenig darüber, aber Wir verstehen Ihren Einwand sehr gut. 5. Wir versuchen unser Bestes. 6. Ich habe über dieses Projekt etwas anderes gehört. 7. Können wir zu dem nächsten Thema übergehen? 25

73 Minos Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz Danksagung Sozialverhalten, Interkulturelle Kompetenz ist ein eigenständiges Modul des Seminars Meachatronik, welches innerhalb des MINOS Projektes entwickelt und von der Europäischen Kommission gefördert wurde. Dabei gab es viele Menschen, die zu dieser Arbeit beigetragen haben. Der Autor bedankt sich bei folgenden Personen für ihre Beiträge, Ergänzungen und Durchsichten des Materials. Andre Henschke, Geert Hofstede, Marcus Carson, Tom Burns, Ulrike Gampig, Viola Krynksi. Ich möchte mich ebenso bei den Firmen bedanken, die mir erlaubten, das Material zu testen und durch ihre praktische Erfahrung zu verbessern, dem Peace Corps für ihre intensive Vorarbeit auf dem interkulturellen Sektor und der Europäischen Kommission für Ihren finanziellen Beitrag. 26

74 Mechatronik Modul 2: Projektmanagement und (Teil 2) Organisation Übungsbuch (Konzept) Andre Henschke Henschke Consulting Dresden, Deutschland EU-Projekt Nr MINOS, Laufzeit von 2005 bis 2007 Europäisches Konzept für die Zusatzqualifikation Mechatronik für Fachkräfte in der globalisierten industriellen Produktion. Das Projekt wurde gefördert von der Europäischen Union im Rahmen des Aktionsprogramms der Europäischen Union für die berufliche Bildung Leonardo da Vinci.

76 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos Übungen zum Modul Projektmanagement und Organisation Im Folgenden vertiefen die Übungen das Wissen und die Zusammenhänge des Lehrbuches des MINOS-Moduls Projektmanagement und Organisation, Modul 2. Die Lösungen zu den Übungen befinden sich in der Trainerguideline. Bitte beachten Sie, dass zu vielen Aufgaben keine eineindeutige Lösung existiert, da das Management und die Lösung von komplexen Aufgaben keine einzig richtige Lösung kennt. Sollte der Platz im Übungsbuch nicht zur Beanwtortung der Fragen ausreichen, so verwenden Sie separate eigene Blätter zur Erweiterung. Wir wünschen Ihnen bei der Bearbeitung des Übungsbuches viel Erfolg! ACHTUNG! Die Bearbeitung des Übungsbuches setzt die intensive Bearbeitung des Textbuches und die Erarbeitung aller Fachinhalte voraus! Projektarbeit in der Vergangenheit: Aufgabe 1: Nennen Sie 10 Beispiele bedeutender historischer Projekte:

77 Minos Projektmanagement und Organisation - Übungen 1.4 Die neun Wissensfelder des Projektmanagement Aufgabe 2: Benennen Sie die neun Wissensfelder des Projektmanagement: Aufgabe 3: Differenzieren Sie die Wissensfelder Integrationsmanagement, Risikomanagement und Personalmanagement und zeigen Sie den Zusammenhang der drei Wissensfelder anhand eines selbst gewählten Beispiels auf. Integrationsmanagement:

78 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos Risikomanagement: Personalmanagement: Ein Projekt und seine Merkmale Aufgabe 4: Welche sieben Projekt-Bedingungen kennzeichnen ein Projekt nach DIN 69901?

79 Minos Projektmanagement und Organisation - Übungen Aufgabe 5: Kennzeichnen Sie bei fünf der in Aufgabe 1 benannten historischen Projektbeispiele jeweils mindestens fünf Projekt-Bedingungen nach folgendem Schema. Nutzen Sie zur Darstellung jedes Projektes ein extra Blatt: Projekt 1:... Bedingung 1:... Ausprägung: Bedingung 2:... Ausprägung: Bedingung 3:... Ausprägung: Bedingung 4:... Ausprägung: Bedingung 5:... Ausprägung:

80 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos Aufgabe 6: Benennen Sie die drei Projektarten und skizzieren Sie für jede Projektart jeweils zwei grundsätzliche Eigenschaften Aufgabe 7: Geben Sie für jede Projektart jeweils zwei Beispiele aus Ihrem persönlichen Handlungsfeld und skizzieren Sie an diesen Beispielen die Besonderheiten der jeweiligen Projektart Besonderheiten: Besonderheiten:

81 Minos Projektmanagement und Organisation - Übungen Besonderheiten: Besonderheiten: Besonderheiten: Besonderheiten:... Aufgabe 8: Welche Ziele der Internationalisierung sind Ihnen bekannt?

82 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos Aufgabe 9: Beschreiben Sie anhand eines selbst gewählten Beispiels einer Projektart Ziele der Internationalisierung. Gehen Sie dabei auf die speziellen Eigenschaften der Projektart und die korrespondierenden Ziele der Internationalisierung ein. Verwenden Sie zur Beanwtortung eigenes Papier. Aufgabe 10: Internationale Projekt stehen häufig unter dem Einfluss der internationalen Herkunft der Projektteilnehmer. In welcher Form kann das Wissen um soziologische Besonderheiten internationaler Projektgruppen hilfreich bei der erfolgreichen Umsetzung eines Projektes sein? Nehmen Sie anhand eines selbst gewählten Beispiels dazu Stellung. Verwenden Sie zur Beantwortung eigenes Papier. 4 Planungs- und Zielhorizont des Projektmanagements Aufgabe 11: Welche drei Zielhorizonte des Projektmanagements sind Ihnen bekannt? Geben Sie jeweils zwei praktische Beispiele an!

83 Minos Projektmanagement und Organisation - Übungen 5 Ein Projekt und seine Phasen Aufgabe 12: Nennen Sie neun Phasen einer Projektdurchführung Aufgabe 13: 6 Projektorganisation Als Beispiel soll der Bau einer neuen Fertigungshalle dienen. Der Bau der Halle wird als ein Investitionsprojekt eingestuft. Welche Phasen der Projektdurchführung sind für das genannte Investitionsprojekt relevant, und wie könnten diese nach Ihrer Meinung umgesetzt werden. Verwenden Sie zur Beantwortung der Fragen separates Papier. Aufgabe 14: Welche Arten einer Projektorganisation sind Ihnen bekannt? Skizzieren Sie graphisch die Ihnen bekannten Arten! Verwenden Sie zur Beanwtortung der Frage separates Papier. 10

84 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos Aufgabe 15: Welche Vor- und Nachteile sehen Sie in der Anwendung der einzelnen Arten der Projektorganisation? Aufgabe 16: Welche Art einer Projektorganisation ist für die drei jeweiligen Arten von Projekten (Investitionsprojekt, F-u-E-Projekte, Organisationsprojekte) ratsam? Begründen Sie Ihre Aussage!

85 Minos Projektmanagement und Organisation - Übungen 7 Projektleitung Aufgabe 17: Kennzeichnen Sie sieben Verantwortungsbereiche eines Projektleiters: Aufgabe 18: Kennzeichnen Sie sieben Aufgaben eines Projektleiters:

86 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos Aufgabe 19: Kennzeichnen Sie sieben persönliche Anforderungen, denen ein Projektleiter gerecht werden muss: Aufgabe 20: Ein Organisationsprojekt soll in Form einer Matrixorganisation durchgeführt werden. Dabei sollen zwei Abteilungen eines Produktionsstandortes zusammengelegt werden. Diskutieren Sie anhand Ihnen bekannter Vor- und Nachteile der Matrixorganisation die Spannungsfelder, in denen der Projektleiter tätig sein wird. Gehen Sie dabei auf die Aufgaben Verantwortungsbereiche des Projektleiters ein. Verwenden Sie zur Beantwortung separates Papier. Gruppenübungen: Diese Übung fasst die Kapitel 1 bis 7 zusammen und leitet inhaltlich die Kapitel 9 und 10 her. Im Folgenden soll durch die Erarbeitung eines Projektes durch 5 Gruppenteilnehmer mit verschiedenen Aufgaben die - Planung, - Vorbereitung, - Durchführung und - Nachbreitung eines Projektes vertieft werden. Gehen Sie nach den Ihnen aus den vorangegangenen Übungen bekannten Mustern und Abläufen vor, und prüfen Sie die einzelnen Bestandteile der separaten Projektrealisierungsstufen genau auf ihre Notwendigkeit im folgenden Beispiel. 13

87 Minos Projektmanagement und Organisation - Übungen Ist nach Ihrer Meinung ein Schritt oder eine Umsetzungsstufe nicht notwendig, so begründen Sie dies stichpunktartig. Bei der Verteilung der Rollen des Projektteams stellen Sie bitte dar, warum welcher Teilnehmer gerade die Aufgabe erhalten sollte, die Sie ihm zugedenken. Nutzen Sie dabei Ihre Kenntnisse aus Abschnitt 7 (Projektleiter). Diskutieren Sie erst über die Vergabe der Projektleitung, nachdem Sie gemeinsam über die fachlichen Rahmenbedingungen des Projektes Klarheit erlangt haben. Bei den insgesamt fünf Gruppenübungen soll jeweils ein anderer Projektleiter die Führung des Projektes übernehmen. Nach jeder Projektdurchführung diskutieren Sie die Ergebnisse anhand der Musterlösung, die Ihnen Ihr Trainer/Seminarleiter zur Verfügung stellt. Versuchen Sie anhand evtl. gemachter Fehler bei der folgenden Projektdurchführung exakter zu arbeiten. 1. Gruppenübung: A.) Diskutieren Sie, welche der folgenden Aufgaben als ein Projekt verstanden werden können bzw. müssen und nach welchen Aspekten Sie Ihre Auswahl getroffen haben. Weshalb können einige Aufgaben als Projekt, andere nicht als Projekt verstanden werden? - Neuentwicklung eines Fahrzeugmotors für den ausländischen Markt - Erstellung eines Jahresabschluss - Umstrukturierung einer Vertriebsabteilung in einem Unternehmen - Anschaffung eines neuen Rechnernetzwerkes in einem Unternehmen - Bau einer neuen Fertigungshalle zur Erweiterung der Produktionskapazität im Ausland - Umstellung auf den Einsatz einer alternativen Verwaltungssoftware - Serienmäßige Auslieferung von Produkten an internationale Abnehmer - Bearbeitung von Bestellungen zu einer Stoßzeit (Weihnachten) B.) Teilen Sie die von Ihnen identifizierten Projekte in Ihnen bekannte Projektarten ein und diskutieren Sie, weshalb Sie diese Zuordnung vorgenommen haben. C.) Diskutieren Sie die Zweckmäßigkeit und die Ziele einer internationalen Unternehmensausrichtung anhand von der vorgegebenen Beispiele. D.) Definieren Sie die Planungshorizonte der Projekte. Gleichen Sie Ihre Ergebnisse mit Ihrem Seminarleiter ab. 14

88 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos Folgendes Ergebnis liegt Ihnen nun vor: F+E-Projekt: - Entwicklung eines Fahrzeugmotors (strategisches Projekt) Organisationsprojekt: - Umstrukturierung einer Vertriebsabteilung in einem Unternehmen (taktisches Projekt) - Anschaffung eines neuen Rechnernetzwerkes in einem Unternehmen (operatives Projekt) - Umstellung auf den Einsatz einer alternativen Verwaltungssoftware (operatives Projekt) Investitionsprojekt: - Bau einer neuen Fertigungshalle zur Erweiterung der Produktionskapazität im Ausland (strategisches Projekt) 2. Gruppenübung: Erstellen Sie einen Projektstrukturplan für das Projekt Anschaffung eines neuen Rechnernetzwerkes in einem Unternehmen. Diskutieren Sie die alternative Darstellung des Projektablaufes in Form von Prozessgruppen. Entscheiden Sie nach eigenem Ermessen, welche der Form der Projektstrukturierung geeigneter ist. Leiten Sie ein passendes Modell der Projektorganisation aus Ihren Ergebnissen ab. Bestimmen Sie den Projektleiter Ihres Projektes. Erstellen Sie auf der Basis des Projektstrukturplanes die weiteren Projektpläne. Fassen Sie Ihre Planung in einem Gesamtplan zusammen, in denen: - Methoden, - Projektschritte, - Verantwortlichkeiten, - Zuständigkeiten und - Risiken / kritische Punkte der Projektplanung dargestellt sind. Erstellen Sie diesen Plan auch als Zeitplan (Gantt). 15

89 Minos Projektmanagement und Organisation - Übungen 3. Gruppenübung: Erstellen Sie einen Projektstrukturplan für das Projekt Entwicklung eines Fahrzeugmotors. Diskutieren Sie die alternative Darstellung des Projektablaufes in Form von Prozessgruppen. Welche besonderen Entscheidungen sind besonders bei strategischen Projekten zu berücksichtigen? Welche Unterschiede bei der Aufteilung der Zuständigkeiten sehen Sie? Entscheiden Sie nach eigenem Ermessen, welche der Form der Projektstrukturierung geeigneter ist. Leiten Sie ein passendes Modell der Projektorganisation aus Ihren Ergebnissen ab. Bestimmen Sie den Projektleiter Ihres Projektes. Welche Aufgaben des Projektleiters sind gegenüber der Lösung der ersten Aufgabe hinzugekommen? Erstellen Sie auf der Basis des Projektstrukturplanes die weiteren Projektpläne. Fassen Sie Ihre Planung in einem Gesamtplan zusammen, in denen: - Methoden, - Projektschritte, - Verantwortlichkeiten, - Zuständigkeiten und - Risiken / kritische Punkte der Projektplanung dargestellt sind. Erstellen Sie diesen Plan auch als Zeitplan (Gantt). (Lassen Sie sich bei der Diskussion über die einzelnen Planungsschritte nicht durch technische Details der Motorenentwicklung aufhalten, sondern sehen Sie die Aufgabe als Übung zum Thema Projektmanagement, nicht als Konstruktionsaufgabe an). 16

90 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos 4. Gruppenübung Erstellen Sie einen Projektstrukturplan für das Projekt Umstrukturierung einer Vertriebsabteilung in einem Unternehmen. Diskutieren Sie die alternative Darstellung des Projektablaufes in Form von Prozessgruppen. Entscheiden Sie nach eigenem Ermessen, welche der Form der Projektstrukturierung geeigneter ist. Leiten Sie ein passendes Modell der Projektorganisation aus Ihren Ergebnissen ab. Ein Umstrukturierungsprojekt in einem Unternehmen geht immer mit persönlichen Entscheidungen zugunsten und entgegen Wünschen von Mitarbeitern einher. Welche besonderen Rahmenbedingungen sind im Rahmen einer sensiblen Planung zu sehen, bzw. welchen Einfluss nehmen soziologische Standpunkte in einem solchen Projekt ein. Können oder müssen Projektschritte und Umsetzungsstufen unter der Maßgabe der Akzeptanz im Unternehmen anders umgesetzt werden als im ersten diskutierten Organisationsprojekt? Diskutieren Sie Ihre Meinungen. Bestimmen Sie den Projektleiter Ihres Projektes. Erstellen Sie auf der Basis des Projektstrukturplanes die weiteren Projektpläne. Fassen Sie Ihre Planung in einem Gesamtplan zusammen, in denen: - Methoden, - Projektschritte, - Verantwortlichkeiten, - Zuständigkeiten und - Risiken / kritische Punkte der Projektplanung dargestellt sind. Erstellen Sie diesen Plan auch als Zeitplan (Gantt). Von welchen besonderen Einflussgrößen hängt die erfolgreiche Umsetzung in der Realität ab (d.h. in einem real arbeitenden Unternehmen)? 17

91 Minos Projektmanagement und Organisation - Übungen 5. Gruppenübung Erstellen Sie einen Projektstrukturplan für das Projekt Bau einer neuen Fertigungshalle zur Erweiterung der Produktionskapazität im Ausland. Diskutieren Sie die alternative Darstellung des Projektablaufes in Form von Prozessgruppen. Es handelt sich um ein Investitionsprojekt. Welche Besonderheiten müssen bei einem Bauprojekt beachtet werden im Ausland nach Ihrer Meinung beachtet werden? Entscheiden Sie nach eigenem Ermessen, welche der Form der Projektstrukturierung geeigneter ist. Leiten Sie ein passendes Modell der Projektorganisation aus Ihren Ergebnissen ab. Bestimmen Sie den Projektleiter Ihres Projektes. Erstellen Sie auf der Basis des Projektstrukturplanes die weiteren Projektpläne. Fassen Sie Ihre Planung in einem Gesamtplan zusammen, in denen: - Methoden, - Projektschritte, - Verantwortlichkeiten, - Zuständigkeiten und - Risiken / kritische Punkte der Projektplanung dargestellt sind. Die Produktionsstätte soll im Ausland in das Zuliefersystem der bestehenden Unternehmensstruktur integriert werden. Welche Planungsschritte sind außerhalb des reinen Bauprojektes notwendig, um die Verbindung mit dem Unternehmen herzustellen? Erstellen Sie auch dazu einen Projektstruktur-Kurz-Plan. 6. Gruppenübung Erstellen Sie einen Projektstrukturplan für das Projekt Umstellung auf den Einsatz einer alternativen Verwaltungssoftware. Diskutieren Sie die alternative Darstellung des Projektablaufes in Form von Prozessgruppen. Entscheiden Sie nach eigenem Ermessen, welche der Form der Projektstrukturierung geeigneter ist. 18

92 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos Gehen Sie aus eigener Erfahrung auf Akzeptanzprobleme beim Einsatz einer neuen Software ein. Welche spezifischen Vorbehalte können Sie aus eigener Erfahrung aus dem Einsatz mit neuer Software ableiten? Unter welchen Umständen ist ein Scheitern einer Softwareumstellung in jedem Fall vorauszusehen? Was sind soziologische und interkulturelle Handlungsfelder bei der Einführung einer neuen Software. Leiten Sie ein passendes Modell der Projektorganisation aus Ihren Ergebnissen ab. Bestimmen Sie den Projektleiter Ihres Projektes. Erstellen Sie auf der Basis des Projektstrukturplanes die weiteren Projektpläne. Fassen Sie Ihre Planung in einem Gesamtplan zusammen, in denen: - Methoden, - Projektschritte, - Verantwortlichkeiten, - Zuständigkeiten und - Risiken / kritische Punkte der Projektplanung dargestellt sind. Erstellen Sie diesen Plan auch als Zeitplan (Gantt). Definieren Sie Risiken der Softwareeinführung, die über den reinen Zeitplan der Implementierung hinausgehen, und schätzen Sie mögliche Folgen der einzelnen Risiken ab. 7. Gruppenübung Gleichen Sie die Ergebnisse Ihrer Projektpläne mit den Vorgaben ab. Beurteilen Sie kritisch Ihren Weg sowie den vorgegebenen Weg. Bei einem Projektmanagement führen stets verschiedene Wege zum Ziel. Haben Sie einen alternativen Weg gefunden, der Sie auch zum Ziel geführt hat, und haben Sie bei Ihrer Projektrealisierung keinen grundsätzlichen Fehler gemacht bzw. kein Risiko übersehen, so können Sie auch Ihren Weg als gelungenen Weg ansehen. 19

93 Minos Projektmanagement und Organisation - Übungen Arbeitsblatt 1. 20

94 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos Arbeitsblatt 2. 21

96 Projektmanagement und Organisation - Übungen Minos Arbeitsblatt 4. 23

98 Mechatronik Modul 3: Fluidtechnik Übungsbuch (Konzept) Matthias Römer Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse EU-Projekt Nr MINOS, Laufzeit von 2005 bis 2007 Europäisches Konzept für die Zusatzqualifikation Mechatronik für Fachkräfte in der globalisierten industriellen Produktion. Das Projekt wurde gefördert von der Europäischen Union im Rahmen des Aktionsprogramms der Europäischen Union für die berufliche Bildung Leonardo da Vinci.

100 Fluidtechnik Minos 1 Pneumatik 1.1 Druckluftversorgung Aufgabe 1 Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: Wie ändert sich die Temperatur eines Gases, wenn es verdichtet wird? Welche Verdichtertypen werden häufig eingesetzt? Welche häufig genutzten Möglichkeiten zur Trocknung der Druckluft gibt es? In welcher Reihenfolge werden die einzelnen Bauteile einer Wartungseinheit durchströmt? Was kennzeichnet der Pfeil durch die Feder am Symbol des Druckregelventils? Wozu dient die Entlüftungsöffnung an einem Druckregelventil und was geschieht, wenn diese verschlossen ist? Welche Aufgaben hat ein Druckluftspeicher? 3

101 Minos Fluidtechnik 1.2 Ansteuerung eines einfachwirkenden Zylinders Aufgabe 2 Ein einfachwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und nach Loslassen des Tasters sofort wieder einfahren. Ergänzen Sie den Schaltplan! Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: Wie muß der Schaltplan verändert werden, damit der Zylinder ausgefahren ist und nur auf Tastendruck einfährt? Was ist in diesem Fall beim Wegeventil zu beachten? Warum kann der einfachwirkende Zylinder nur in eine Richtung Arbeit verrichten? Wozu ist die Entlüftungsöffnung am Kolbenstangenraum des einfachwirkenden Zylinders erforderlich? Was ist in Bezug auf die Betätigungskraft bei einem Sitzventil zu beachten, wenn es verschieden hohe Drücke schaltet? 4

102 Fluidtechnik Minos Versuchsdurchführung Die einzelnen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Es ist darauf zu achten, daß die Schläuche fest sitzen. Das Einschalten der Druckluft geschieht an der Wartungseinheit. Der Druck sollte auf etwa 6 bar eingestellt sein. Durch Betätigen des Tasters soll der Zylinder ausfahren. Die Funktion ist zu überprüfen. Der Versuch sollte sowohl mit Sitz- als auch mit Schieberventilen durchgeführt werden. Beim Schieberventil ist zusätzlich zur Aufgabenstellung auch die Durchgangsruhestellung auszuprobieren. Bild 1: Ansteuerung eines einfachwirkenden Zylinders 5

103 Minos Fluidtechnik 1.3 Ansteuerung eines doppeltwirkenden Zylinders Aufgabe 3 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und nach Loslassen des Tasters sofort wieder einfahren. Ergänzen Sie den Schaltplan! Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: Was bewirkt die Endlagendämpfung im Zylinder? Wozu ist ein Magnetring im Kolben erforderlich? Welche Position nimmt ein normaler doppeltwirkender Zylinder ein, wenn beide Anschlüsse mit Druck beaufschlagt werden? Wie hoch ist etwa der Luftverbrauch eines doppeltwirkenden Zylinders gegenüber einem einfachwirkendem Zylinder? Welchen Unterschied bezeichnen einfache und doppelte Pfeile in einem Wegeventil? 6

104 Fluidtechnik Minos Versuchsdurchführung Die einzelnen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Es ist darauf zu achten, daß die Schläuche fest sitzen. Das Einschalten der Druckluft geschieht an der Wartungseinheit. Der Druck sollte auf etwa 6 bar eingestellt sein. Bei nicht betätigtem Taster muß der Zylinder eingefahren sein und erst nach dem Drücken des Tasters ausfahren. Die Funktion ist zu überprüfen. Die Funktion der Endlagendämpfung ist auszuprobieren und nacheinander verschieden stark einzustellen. Bild 2: Ansteuerung eines doppeltwirkenden Zylinders 7

105 Minos Fluidtechnik 1.4 Indirekte Ansteuerung eines Zylinders Aufgabe 4 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und nach Loslassen des Tasters sofort wieder einfahren. Das Wegeventil zur Ansteuerung des Zylinders soll pneumatisch durch einen Taster betätigt werden. Ergänzen Sie den Schaltplan! Bezeichnen Sie alle Anschlüsse der Ventile! Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: In welchen Fällen wird das Ventil, das den Zylinder ansteuert, nicht direkt betätigt? Wie weit darf der Taster maximal von dem anzusteuernden Ventil entfernt sein? Ein pneumatisch betätigtes Wegeventil wird mit Steuerluft mit einem Druck von etwa 1,5 bar beaufschlagt. Warum schaltet es nicht um? Wo befindet sich das 3/2-Wegeventil bei einer Vorsteuerung? Warum wird eine Vorsteuerung eingesetzt? 8

106 Fluidtechnik Minos Versuchsdurchführung Die einzelnen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Falls vorhanden kann für die Steuerleitung ein Schlauch mit einer anderen Farbe verwendet werden.. Das Einschalten der Druckluft geschieht an der Wartungseinheit. Der Druck sollte auf etwa 6 bar eingestellt sein. Bei nicht betätigtem Starttaster soll der Zylinder eingefahren sein. Die Funktion der Schaltung ist zu überprüfen. Durch den Einbau eines Druckregelventils in die Zuleitung zum Starttaster ist zu überprüfen, bei welchen Steuerdrücken das pneumatisch betätigte Wegeventil sicher umgeschaltet wird. Bei Wegeventilen mit Luftfeder ist dieser Versuch bei verschiedenen Betriebsdrücken durchzuführen. Bild 3: Indirekte Ansteuerung eines doppeltwirkenden Zylinders 9

107 Minos Fluidtechnik 1.5 Ansteuerung eines Zylinders mit einem Impulsventil Aufgabe 5 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und nach Loslassen des Tasters ausgefahren bleiben. Erst nach dem Betätigen eines zweiten Tasters soll der Zylinder wieder einfahren. Ergänzen Sie den Schaltplan! Bezeichnen Sie alle Anschlüsse der Ventile! Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: Was geschieht, wenn der zweite Taster gedrückt wird, während der erste noch betätigt ist? In welcher Grundstellung kann das Impulsventil stehen, wenn die Druckluft eingeschaltet wird und noch kein Taster betätigt wurde? Welche Stellung nimmt dann der Zylinder ein? Bei welcher Bauart von Impulsventilen hat ein Steuerluftanschluß Vorrang? Ein einfachwirkender Zylinder soll mit einem Impulsventil angesteuert werden. Es stehen aber nur 5/2-Wegeventile zur Verfügung. Was ist zu tun? 10

108 Fluidtechnik Minos Versuchsdurchführung Die einzelnen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Es ist darauf zu achten, daß die Schläuche fest sitzen. Das Einschalten der Druckluft geschieht an der Wartungseinheit. Der Druck sollte auf etwa 6 bar eingestellt sein. Da das Impulsventil keine definierte Grundstellung hat kann der Zylinder sofort nach dem Einschalten der Druckluft ausfahren. Dies ist beim Einschalten der Druckluft zu beachten. Durch kurzes Betätigen eines der beiden Taster ist der Zylinder zu verfahren. Anschließend soll ein Taster gedrückt und dabei festgehalten werden. Zusätzlich ist der zweite Taster zu betätigen und die Reaktion des Impulsventils und des Zylinders zu beobachten. Dieser Versuch ist in umgekehrter Reihenfolge zu wiederholen. Bild 4: Ansteuerung mit einem Impulsventil 11

109 Minos Fluidtechnik 1.6 Geschwindigkeitssteuerung eines Zylinders Aufgabe 6 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und nach Loslassen des Tasters ausgefahren bleiben. Erst nach dem Betätigen eines zweiten Tasters soll der Zylinder wieder einfahren. Die Ausfahrgeschwindigkeit soll dabei durch ein Drosselrückschlagventil verringert werden. Der Rückhub soll ungedrosselt erfolgen. Ergänzen Sie den Schaltplan! Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: Warum wird das Symbol des Drosselrückschlagventils mit einer Strich- Punktlinie umrahmt? Warum ist häufig die Abluftdrosselung der Zuluftdrosselung vorzuziehen? Wann ist eine Zuluftdrosselung einzusetzen? Mit welchem Bauteil kann die Geschwindigkeit des Zylinders erhöht werden? 12

110 Fluidtechnik Minos Versuchsdurchführung Die einzelnen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Das Drosselrückschlagventil ist so einzubauen, daß die Abluft gedrosselt wird. Während des Ausfahrens des Zylinders wird die Drossel eingestellt. Eine deutliche Reduzierung der Geschwindigkeit muß erkennbar sein. Anschließend ist die Drossel so einzubauen, daß die Zuluft zum Zylinder gedrosselt wird. Es soll aber ebenfalls die Ausfahrbewegung des Zylinders gedrosselt werden. Dabei ist vorallem eine geringe Geschwindigkeit des Zylinders einzustellen und die Bewegung des Zylinders zu beobachten. Danach kann zusätzlich das Drosselrückschlagventil durch ein Schnellentlüftungsventil ersetzt werden. Die Leitung zwischen Schnellentlüftungsventil und Zylinder sollte dabei möglichst kurz sein. Auch hier ist die Bewegung des Zylinders zu beobachten. Bild 5: Geschwindigkeitssteuerung eines Zylinders 13

111 Minos Fluidtechnik 1.7 Stopp-Steuerung eines Zylinders Aufgabe 7 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und durch Betätigen eines zweiten Tasters wieder einfahren. Das Verfahren des Zylinders soll nur solange erfolgen, wie ein Taster gedrückt wird. Die Zylindergeschwindigkeit soll in beiden Richtungen einstellbar sein. Ergänzen Sie den Schaltplan! Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: Welche Mittelstellungen sind bei 5/3-Wegeventilen in der Pneumatik üblich? Welche Mittelstellungen werden auch mit zwei 3/2-Wegeventilen realisiert? Durch welche Vorrichtung kann der Zylinder mechanisch in einer bestimmten Position festgehalten werden? Welche Besonderheit muß ein Rückschlagventil aufweisen, wenn es in eine Zuleitung zum Zylinder eingebaut werden soll? 14

112 Fluidtechnik Minos Versuchsdurchführung Die einzelnen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Damit die Funktionsweise des 5/3-Wegeventils besser erkannt werden kann, werden in die Leitungen zum Zylinder Drosselrückschlagventile eingefügt. Es ist eine Abluftdrosselung einzusetzen. Die Drosselrückschlagventile sind so einzustellen, daß eine langsame aber gleichmäßige Geschwindigkeit des Zylinders erreicht wird. Nach dem Einschalten der Druckluft wird jeweils ein Taster kurz betätigt. Der Zylinder verfährt dabei nur solange, wie ein Taster gedrückt wird. Die langsame Geschwindigkeit des Zylinders sollte ein mehrmaliges Stoppen pro Zylinderhub ermöglichen. Zusätzlich ist die Funktion der Schaltung zu ermitteln, wenn beide Taster gleichzeitig betätigt werden. Bild 6: Stopp-Steuerung 15

113 Minos Fluidtechnik 1.8 Wegabhängige Steuerung Aufgabe 8 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und nach Erreichen der ausgefahrenen Endlage sofort wieder einfahren. Das Ausfahren soll nur möglich sein, wenn sich der Zylinder in der eingefahrenen Endlage befindet. Ergänzen Sie den Schaltplan! Bezeichnen Sie die einzelnen Bauteile! Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: Wie kann der Hub des Zylinders verkürzt werden? Was geschieht, wenn der Starttaster dauernd gedrückt bleibt? Wie wirkt es sich aus, wenn zusätzlich die Tastrolle der eingefahrenen Endlage klemmt und dadurch dauernd betätigt ist? 16

114 Fluidtechnik Minos Versuchsdurchführung Die einzelnen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Die beiden Tastrollen werden in den Endlagen des Zylinders positioniert. Eine Beschriftung der Tastrollen erleichtert das Auffinden im Schaltplan. Die Steuerung ist durch kurzes Drücken des Starttasters auf ihre Funktion zu überprüfen. Anschließend ist der Starttaster für eine längere Zeit gedrückt zu halten bis der Zylinder mehrere Hübe absolviert hat. Danach sind die Tastrollen so zu verschieben, daß sie sich neben den Endlagen des Zylinders befinden. Die Auswirkungen des Verschiebens sind zu beobachten. Vorsicht! Beim Verfahren des Zylinders dürfen die Tastrollen nicht berührt werden. Es besteht Verletzungsgefahr durch Einklemmen! Bild 7: Wegabhängige Steuerung 17

115 Minos Fluidtechnik 1.9 Logische Verknüpfung von Signalen Aufgabe 9 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren. Das Ausfahren soll dabei durch von zwei verschiedenen Tastern ausgelöst werden können. Das Einfahren soll nur möglich sein, wenn die ausgefahrene Endlage erreicht ist und ein weiterer Taster betätigt wird. Ergänzen Sie den Schaltplan! Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: Wie werden die logischen Verknüpfungen genannt, die mit einem Wechselventil oder einem Zweidruckventil realisiert werden? Ein Zylinder darf nur ausfahren, wenn vier Signale vorhanden sind. Wieviele Zweidruckventile sind erforderlich? An einem Zweidruckventil liegen zwei unterschiedlich hohe Drücke an. Welcher der beiden Drücke gelangt zum Ausgang? 18

116 Fluidtechnik Minos Versuchsdurchführung Die einzelnen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Die Tastrolle wird in der ausgefahrenen Endlage des Zylinders positioniert. Zunächst ist die Funktion des Wechselventils zu überprüfen. Dabei ist zum Ausfahren zunächst ein Taster zu betätigen. Danach ist für das Ausfahren der andere Taster zu benutzen. Anschließend sind beide Taster gleichzeitig zu betätigen. Die Funktion des Zweidruckventils ist ebenfalls zu testen. In der ausgefahrenen Endlage des Zylinders ist der Taster für den Rückhub zu drükken. Durch Verschieben der Tastrolle aus der Endlage des Zylinders wird verhindert, daß beim Zweidruckventil an beiden Eingängen Druck anliegt. Vorsicht! Beim Verfahren des Zylinders darf die Tastrolle nicht berührt werden. Es besteht Verletzungsgefahr durch Einklemmen! Bild 8: Logische Verknüpfung von Signalen 19

117 Minos Fluidtechnik 1.10 Zeitabhängige Steuerung Aufgabe 10 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren. Nach Erreichen der ausgefahrenen Endlage soll der Zylinder 10 Sekunden ausgefahren bleiben und dann selbsttätig wieder einfahren. Das Ausfahren soll nur möglich sein, wenn sich der Zylinder in der eingefahrenen Endlage befindet. Ergänzen Sie den Schaltplan! Bezeichnen Sie die einzelnen Bauteile! Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: Welche Bauteile bilden zusammen das pneumatische Zeitglied? Durch welches Bauteil wird die Zeit eingestellt? Wie kann außerdem eine Verlängerung der Zeit erreicht werden? Mit welchem zusätzlichen Bauteil kann die Funktion des pneumatischen Zeitgliedes sichtbar gemacht werden? 20

118 Fluidtechnik Minos Versuchsdurchführung Die einzelnen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Die Tastrollen werden in den ausgefahrenen Endlagen des Zylinders positioniert. Die Funktion der Steuerung ist zu überprüfen. Am Zeitglied ist die Drosselschraube so einzustellen, daß der Zylinder einige Sekunden ausgefahren bleibt. Durch Verstellen der Drosselschraube sind verschiedene Zeiten einzustellen. Dabei ist darauf zu achten, wie weit die Drossel verstellt werden muß. Nach Möglichkeit ist an dem Behälter des Zeitgliedes ein Manometer anzuschließen. Der Druckaufbau im Behälter ist damit zu beobachten. Bild 9: Zeitabhängige Steuerung 21

119 Minos Fluidtechnik 1.11 Ablaufsteuerung Aufgabe 11 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren. Nach Erreichen der ausgefahrenen Endlage soll ein zweiter Zylinder ausfahren. Nachdem der zweite Zylinder ausgefahren ist, soll der erste Zylinder wieder einfahren. Anschließend soll auch der zweite Zylinder wieder in die Ausgangsstellung zurückfahren. Das Starten darf dabei nur erfolgen, wenn der erste Zylinder in der eingefahrenen Endlage steht. Zeichnen Sie das Funktionsdiagramm! Ergänzen Sie den Schaltplan! Bezeichnen Sie alle Bauteile! Beantworten Sie bitte die folgenden Fragen: Wie nennt man den Zustand, wenn bei einer Ablaufsteuerung an beiden Steuerluftanschlüssen eines Impulsventils ein Signal anliegt? Wie kann dafür gesorgt werden, daß ein Impulsventil zu Beginn der Steuerung in der richtigen Position steht? 22

120 Fluidtechnik Minos Versuchsdurchführung Die einzelnen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Die Tastrollen werden in den ausgefahrenen Endlagen des Zylinders positioniert. Die Funktion der Steuerung ist zu überprüfen. Der Ablauf der Steuerung nach Betätigen des Starttasters ist mit dem Funktionsdiagramm zu vergleichen. Zusätzlich ist die Druckluft während des Ablaufes abzustellen. Die Zylinder sind per Hand in die eingefahrene Position zu bringen ohne die Schaltstellung der Impulsventile zu ändern. Danach ist die Druckluft wieder einzuschalten und die Bewegungen der Zylinder zu beobachten. Bauglieder Benennung Kennzeichnung Zustand Zeit [s] Schritt =1 Zylinder 1 0 Wegeventil Zylinder 1 0 Wegeventil Bild 10: Funktionsdiagramm 23

121 Minos Fluidtechnik Bild 11: Ablaufsteuerung 24

122 Fluidtechnik Minos 2 Elektropneumatik 2.1 Allgemein Bei den Übungen zur Elektropneumatik werden zwei verschiedene Energieformen eingesetzt. Neben der Druckluft wird auch Elektroenergie verwendet, bei der prinzipiell Gefährdungen für die Gesundheit oder das Leben bestehen. In den Versuchen dürfen deshalb nur Geräte mit Schutzkleinspannung verwendet werden. Üblicherweise sind das Geräte, die mit 24 V Gleichspannung arbeiten. Die Spannungsversorgungen sollten kurzschlußfest sein, da trotz aller Sorgfalt beim Aufbau Fehler an den Schaltungen auftreten können. Es ist zu beachten, daß der Teilnehmer nach den Übungen nicht berechtigt ist, Arbeiten an Anlagen mit mehr als 50 V Wechselspannung oder 120 V Gleichspannung durchzuführen. Die Übungen beschäftigen sich mit der Relaistechnik, die noch viel Verwendung findet. Häufig sind allerdings inzwischen speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) zu finden. Für das Verständnis dieser Steuerungen sind jedoch grundsätzliche Kenntnisse der Relaistechnik von Vorteil oder sogar erforderlich. Die Verbindung der elektrischen Komponenten erfolgt mit Laborkabeln in unterschiedlichen Farben. Dabei sollte für Kabel bis zum Verbraucher die Farbe Rot gewählt werden. Die Spannungsversorgung sollte erst eingeschaltet werden, wenn alle Komponenten miteinander verdrahtet sind. Im Bereich der Pneumatik ist vorallem auf festsitzende Schläuche zu achten. Löst sich ein unter Druck stehender Schlauch, so kann das Herumschlagen des Schlauches durch den Peitscheneffekt auch Verletzungen zur Folge haben. 25

123 Minos Fluidtechnik 2.2 Ansteuerung eines einfachwirkenden Zylinders Aufgabe 12 Ein einfachwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und nach Loslassen des Tasters sofort wieder einfahren. Der Zylinder wird durch ein 3/2-Wegeventil mit direkter Betätigung durch eine Magnetspule angesteuert. Ein Taster steuert direkt die Magnetspule an. Die Wartungseinheit ist mit zu zeichen. Ergänzen Sie den pneumatischen und den elektrischen Schaltplan! Fragen Wohin bewegt sich der Anker, wenn eine Magnetspule von Strom durchflossen wird? Wie wird ein Kontakt genannt, durch den bei Betätigung Strom hindurch fließen kann? Versuchsdurchführung Die einzelnen pneumatischen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Es ist darauf zu achten, daß die Schläuche fest sitzen. Die elektrischen Komponenten werden mit Laborkabeln verbunden. Vorteilhaft ist dabei ein Verbinden der Kontakte entsprechend dem Strompfad von oben nach unten. Die Betriebsspannung muß während der Verbindens ausgeschaltet sein. Nach dem Aufbau wird die Druckluft und die elektrische Energie eingeschaltet. Durch Betätigen des Tasters soll der Zylinder ausfahren. Die Funktion ist zu überprüfen. Die Funktion der Handhilfsbetätigung des Wegeventils ist auszuprobieren. Dazu ist die elektrische Energieversorgung abzuschalten. 26

124 Fluidtechnik Minos Bild 12: Pneumatikschaltplan für einfachwirkenden Zylinder 24V 0V Bild 13: Stromlaufplan für einfachwirkenden Zylinder 27

125 Minos Fluidtechnik 2.3 Schaltung mit Relais Aufgabe 13 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und nach Loslassen des Tasters ausgefahren bleiben. Erst nach dem Betätigen eines zweiten Tasters soll der Zylinder wieder einfahren. Jeder der beiden Taster steuert dabei ein Relais an. Jeweils ein Kontakt jedes Relais schaltet die Magnetspulen eines Impulsventils. Die Wartungseinheit ist im pneumatischen Schaltplan mit zu zeichnen. Ergänzen Sie den pneumatischen und den elektrischen Schaltplan! Fragen Mit welchem Kennbuchstaben werden Relais in Schaltplänen bezeichnet? Wo sollten Relais im Strompfad immer angeordnet werden? Versuchsdurchführung Die einzelnen pneumatischen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Die elektrischen Komponenten werden mit Laborkabeln verbunden. Die Betriebsspannung muß während der Verbindens ausgeschaltet sein. Nach dem Aufbau wird die Druckluft und die elektrische Energie eingeschaltet. Durch kurzes Betätigen der Taster soll der Zylinder in die andere Endlage fahren. Die Funktion ist zu überprüfen. Vorhandene Leuchtdioden an Relais und Magnetspulen sind zu beobachten. Weiterhin ist ein Taster zu betätigen und zusätzlich der zweite Taster zu drücken. Danach ist der erste Taster loszulassen. Die Auswirkungen auf die Steuerung sind festzustellen. Die Funktion der Handhilfsbetätigung des Wegeventils ist auszuprobieren. 28

126 Fluidtechnik Minos Bild 14: Pneumatikschaltplan für doppeltwirkenden Zylinder 24V 0V Bild 15: Stromlaufplan für doppeltwirkenden Zylinder 29

127 Minos Fluidtechnik 2.4 Selbsthaltung Aufgabe 14 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und nach Loslassen des Tasters ausgefahren bleiben. Erst nach dem Betätigen eines zweiten Tasters soll der Zylinder wieder einfahren. Ein federrückgestelltes Wegeventil soll den Zylinder ansteuern. Das Speichern des Signals erfolgt mit der Selbsthaltung eines Relais. Der Taster zum Löschen der Selbsthaltung soll dabei auch die Magnetspule des Wegeventils stromlos schalten. Ergänzen Sie den pneumatischen und den elektrischen Schaltplan! Fragen Welch grundsätzlichen Möglichkeiten der Selbsthaltung sind möglich? Was geschieht mit dem gespeicherten Signal wenn die elektrische Energie ausfällt? Versuchsdurchführung Die einzelnen pneumatischen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Die elektrischen Komponenten werden mit Laborkabeln verbunden. Die Betriebsspannung muß während der Verbindens ausgeschaltet sein. Nach dem Aufbau wird die Druckluft und die elektrische Energie eingeschaltet. Die Speicherung des Signals im Relais ist zu überprüfen. Weiterhin ist der Taster für das Ausfahren zu betätigen und zusätzlich der zweite Taster zu drücken. Die Auswirkungen auf die Steuerung sind festzustellen. 30

128 Fluidtechnik Minos Bild 16: Pneumatikplan für Selbsthaltung 24V 0V Bild 17: Stromlaufplan für Selbsthaltung 31

129 Minos Fluidtechnik 2.5 Ansteuerung eines 5/3-Wegeventils mit Verriegelung Aufgabe 15 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und durch Betätigen eines zweiten Tasters wieder einfahren. Das Verfahren des Zylinders soll nur solange erfolgen, wie ein Taster gedrückt wird. Die beiden Taster steuern jeweils ein Relais an. Durch eine Schaltung zum Verriegeln der Relais soll verhindert werden, dass beide Magnetspulen des Wegeventils gleichzeitig eingeschaltet werden. Ergänzen Sie den pneumatischen und den elektrischen Schaltplan! Fragen Was für Kontakte werden verwendet um den jeweils anderen Strompfad zu unterbrechen? In welcher Stellung steht das Wegeventil bei Ausfall der elektrischen Energie und wie verhält sich der Zylinder? Versuchsdurchführung Die einzelnen pneumatischen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Damit die Funktionsweise des 5/3-Wegeventils besser erkannt werden kann, können in die Leitungen zum Zylinder Drosselrückschlagventile eingefügt werden. Die Drosselrückschlagventile sind so einzustellen, daß eine langsame aber gleichmäßige Geschwindigkeit des Zylinders erreicht wird. Die elektrischen Komponenten werden mit Laborkabeln verbunden. Die Betriebsspannung muß während der Verbindens ausgeschaltet sein. Nach dem Aufbau wird die Druckluft und die elektrische Energie eingeschaltet. Durch kurzes Betätigen jeweils eines Tasters ist der Zylinder zu verfahren. Zusätzlich ist die Funktion der Schaltung zu ermitteln, wenn beide Taster gleichzeitig betätigt werden. Dabei sind auch die vorhandenen Leuchtdioden an Relais und Magnetspulen zu beachten. 32

130 Fluidtechnik Minos Bild 18: Pneumatikplan für Stopp-Steuerung 24V 0V Bild 19: Stromlaufplan für Stopp-Steuerung 33

131 Minos Fluidtechnik 2.6 Zylinderschalter Aufgabe 16 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren. Nach Erreichen der ausgefahrenen Endlage soll der Zylinder selbsttätig wieder einfahren. Das Ausfahren soll nur möglich sein, wenn sich der Zylinder in der eingefahrenen Endlage befindet. Der Zylinder ist durch ein Impulsventil anzusteuern. Zum Abfragen der Endlagen sollen zwei Zylinderschalter eingesetzt werden. Ergänzen Sie den pneumatischen und den elektrischen Schaltplan! Fragen Wodurch werden die Zylinderschalter betätigt? Wo in Bezug auf den Kolbenhub werden gewöhnlicherweise die Zylinderschalter angeordnet? Versuchsdurchführung Die einzelnen pneumatischen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Die elektrischen Komponenten werden mit Laborkabeln verbunden. Die Betriebsspannung muß während der Verbindens ausgeschaltet sein. Das Einstellen der richtigen Position der Zylinderschalter kann erfolgen, in dem die elektrische Energie eingeschaltet und der Zylinder von Hand in die jeweilige Endlage gebracht wird. Die Leuchtdiode des Zylinderschalters zeigt an, ob der Zylinder den Schalter in der Endlage richtig betätigt. Nach dem Aufbau wird die Druckluft und die elektrische Energie eingeschaltet. Durch kurzes Betätigen des Tasters ist das Ausfahren des Zylinder zu starten. 34

132 Fluidtechnik Minos Bild 20: Pneumatikplan mit Zylinderschaltern 24V 0V Bild 21: Stromlaufplan mit Zylinderschaltern 35

133 Minos Fluidtechnik 2.7 Anzugsverzögertes Zeitrelais Aufgabe 17 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck gedrosselt ausfahren. Nach Erreichen der ausgefahrenen Endlage soll der Zylinder 10 Sekunden ausgefahren bleiben und Teile zusammenpressen. Danach soll der Zylinder selbsttätig wieder einfahren. Der Zylinder ist durch ein federrückgestelltes Wegeventil anzusteuern. Für die Zeitfunktion ist ein anzugsverzögertes Zeitrelais zu verwenden. Ergänzen Sie den pneumatischen und den elektrischen Schaltplan! Fragen Wann beginnt die Zeitmessung beim anzugsverzögertem Zeitglied? Was geschieht, wenn vor Ablauf der Zeit die Spannung zum Zeitrelais abgeschaltet und kurz danach wieder eingeschaltet wird? Versuchsdurchführung Die einzelnen pneumatischen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Die elektrischen Komponenten werden mit Laborkabeln verbunden. Die Betriebsspannung muß während der Verbindens ausgeschaltet sein. Nach dem Aufbau wird die Druckluft und die elektrische Energie eingeschaltet. Durch kurzes Betätigen des Tasters ist das Ausfahren des Zylinder zu starten. Das Zeitrelais ist so einzustellen, daß der Zylinder 10 Sekunden ausgefahren bleibt. Mit dem Drosselrückschlagventil ist ein langsames Ausfahren des Zylinders einzustellen. Dabei ist zu überprüfen, ob der Zylinder wirklich die 10 Sekunden in der ausgefahrenen Endlage verbleibt. 36

134 Fluidtechnik Minos Bild 22: Pneumatikplan für zeitabhängige Steuerung 24V 0V Bild 23: Stromlaufplan für anzugsverzögertes Zeitrelais 37

135 Minos Fluidtechnik 2.8 Rückfallverzögertes Zeitrelais Aufgabe 18 Das Ausfahren eines doppeltwirkenden Zylinders und damit das Öffnen einer Tür soll von zwei verschiedenen Tastern aus möglich sein. Nach Loslassen des Tasters soll der Zylinder noch 10 Sekunden ausgefahren bleiben und dann selbsttätig wieder einfahren und die Tür schließen. Der Zylinder ist durch ein federrückgestelltes Wegeventil anzusteuern. Für die Zeitfunktion ist ein rückfallverzögertes Zeitrelais zu verwenden. Ergänzen Sie den pneumatischen und den elektrischen Schaltplan! Fragen Wann beginnt die Zeitmessung beim rückfallverzögertem Zeitglied? Was geschieht, wenn vor Ablauf der Zeit die Spannung zum Zeitrelais erneut eingeschaltet wird? Versuchsdurchführung Die einzelnen pneumatischen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Die elektrischen Komponenten werden mit Laborkabeln verbunden. Die Betriebsspannung muß während der Verbindens ausgeschaltet sein. Nach dem Aufbau wird die Druckluft und die elektrische Energie eingeschaltet. Durch kurzes Betätigen jeweils eines Tasters ist das Ausfahren des Zylinder zu starten. Das Zeitrelais ist so einzustellen, daß der Zylinder 10 Sekunden ausgefahren bleibt. Mit dem Drosselrückschlagventil ist ein langsames Ausfahren des Zylinders einzustellen. Dabei ist zu überprüfen, ab wann die Dauer von 10 Sekunden beginnt. 38

136 Fluidtechnik Minos Bild 24: Pneumatikplan für zeitabhängige Steuerung 24V 0V Bild 25: Stromlaufplan für rückfallverzögertes Zeitrelais 39

137 Minos Fluidtechnik 2.9 Verknüpfung von Signalen Aufgabe 19 Ein doppeltwirkender Zylinder soll zuluftgedrosselt ausfahren und Teile zusammenpressen. Das Starten des Ausfahrens soll dabei mit einem Taster für einen Einmalzyklus oder über einen Stellschalter für den Dauerbetrieb möglich sein. Zusätzlich darf der Zylinder nur ausfahren, wenn er sich in der eingefahrenen Endlage befindet und sich noch genügend Teile in einem Magazin befinden. Der Rückhub soll selbsttätig erfolgen und soll nur dann erfolgen können, wenn sich der Zylinder in der ausgefahrenen Endlage befindet und sich ein Druck von mindestens 5bar im Kolbenraum aufgebaut hat. Ergänzen Sie den pneumatischen und den elektrischen Schaltplan! Fragen Wie müssen Kontakte für eine UND-Funktion verschaltet werden? Wie müssen Kontakte für eine ODER-Funktion verschaltet werden? Versuchsdurchführung Die einzelnen pneumatischen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Es ist zu beachten, daß in dieser Schaltung eine Zuluftdrosselung verwendet wird. Die elektrischen Komponenten werden mit Laborkabeln verbunden. Die Betriebsspannung muß während der Verbindens ausgeschaltet sein. Nach dem Aufbau wird die Druckluft und die elektrische Energie eingeschaltet. Durch kurzes Betätigen des Tasters für den Einmalzyklus ist das Ausfahren des Zylinders zu starten. Am Manometer ist der Druckaufbau im Zylinder zu verfolgen. Der Druckschalter ist dabei so einzustellen, daß er bei einem Druck von 5 bar schaltet. Zur Überprüfung der Funktion des Druckschalters ist an der Wartungseinheit testweise ein kleinerer Druck als 5 bar einzustellen. Weiterhin ist der Dauerbetrieb auszuprobieren. 40

138 Fluidtechnik Minos Bild 26: Pneumatikplan für Verknüpfungssteuerung 24V 0V S Ö S Ö Bild 27: Stromlaufplan für Verknüpfungssteuerung 41

139 Minos Fluidtechnik 2.10 Zweihand-Sicherheitsschaltung Aufgabe 20 Ein doppeltwirkender Zylinder soll eine Presse betätigen und darf nur dann ausfahren, wenn zwei Taster innerhalb von 0,5 Sekunden betätigt werden. Wird einer der beiden Taster losgelassen, so soll der Zylinder sofort einfahren. Für die Zeitfunktion ist in dieser Übung ein Zeitrelais zu verwenden. Der Zylinder ist durch ein federrückgestelltes Wegeventil anzusteuern. Ergänzen Sie den pneumatischen und den elektrischen Schaltplan! Fragen In welchem Zeitraum müssen die beiden Taster gedrückt werden, damit der Zylinder ausfährt? Was geschieht, wenn während des Ausfahrens des Zylinders ein Taster losgelassen wird? Versuchsdurchführung Die einzelnen pneumatischen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Die elektrischen Komponenten werden mit Laborkabeln verbunden. Die Betriebsspannung muß während der Verbindens ausgeschaltet sein. Nach dem Aufbau wird die Druckluft und die elektrische Energie eingeschaltet. Durch kurzes Betätigen eines Tasters ist zunächst das Zeitrelais auf eine Zeit von 0,5 Sekunden einzustellen. Anschließend ist die Funktion der Schaltung durch gleichzeitiges Drücken beider Taster zu überprüfen. Es ist zu beachten, daß diese Schaltung nur zu Übungszwecken eingesetzt werden darf. 42

140 Fluidtechnik Minos Bild 28: Pneumatikplan für Zweihand-Sicherheitsschaltung 24V 0V 0,5s S Ö S Ö S Ö S Ö Bild 29: Stromlaufplan für Zweihand-Sicherheitsschaltung 43

141 Minos Fluidtechnik 2.11 Ablaufkettenschaltung Aufgabe 21 Ein doppeltwirkender Zylinder soll auf Tastendruck ausfahren und ein Werkstück spannen. Anschließend soll ein zweiter Zylinder ausfahren, das Werkstück verformen und sofort zurückfahren. Zuletzt soll auch der Spannzylinder wieder einfahren. Beide Zylinder sind durch federrückgestellte Wegeventile anzusteuern. Die Ausfahrbewegungen sollen gedrosselt erfolgen. Mit den Relais ist eine stehende Schrittkette aufzubauen. Ergänzen Sie den pneumatischen und den elektrischen Schaltplan! Fragen Wie nennt man eine Schrittkette, bei der die Relais nacheinander eingeschaltet und nach Ablauf aller Schritte wieder ausgeschaltet werden? Was ist zu beachten, wenn Impulsventile mit dieser Schrittkette angesteuert werden? Versuchsdurchführung Die einzelnen pneumatischen Bauteile sind auf dem Versuchsstand anzubringen. Vorteilhaft ist eine Anordnung ähnlich wie im Schaltplan dargestellt. Anschließend sind die Bauteile miteinander zu verschlauchen. Die elektrischen Komponenten werden mit Laborkabeln verbunden. Die Betriebsspannung muß während der Verbindens ausgeschaltet sein. Nach dem Aufbau wird die Druckluft und die elektrische Energie eingeschaltet. Durch kurzes Betätigen des Tasters ist die Steuerung zu starten. Dabei ist das Schalten der Zylinderschalter und der Relais zu verfolgen. Zusätzlich ist bei dieser Steuerung während des Ablaufs die elektrische Energie abzuschalten. Das Verhalten der Steuerung nach dem Wiedereinschalten der elektrischen Energie ist zu beobachten. 44

142 Fluidtechnik Minos Bild 30: Pneumatikplan für Ablaufsteuerung 24V 0V S Ö S Ö S Ö S Ö Bild 31: Stromlaufplan für Ablaufsteuerung 45

143 Minos Fluidtechnik 46

144 Mechatronik Modul 4: Elektrische Antriebe und Steuerungen Übungsbuch (Konzept) Matthias Römer Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse EU-Projekt Nr MINOS, Laufzeit von 2005 bis 2007 Europäisches Konzept für die Zusatzqualifikation Mechatronik für Fachkräfte in der globalisierten industriellen Produktion. Das Projekt wurde gefördert von der Europäischen Union im Rahmen des Aktionsprogramms der Europäischen Union für die berufliche Bildung Leonardo da Vinci.

146 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos 1 Grundlagen der Elektrotechnik 1.2 Spannung, Strom und Widerstand Aufgabe 1a An einem elektrischen Schweißgerät fließt in einem Zeitraum von 0,8 s ein Strom von 500 A. Welche Ladungsmenge wird dabei übertragen? Rechnen Sie das Ergebnis in kwh um! Q = I t Q = An dem Schweißgerät wird eine Ladungsmenge von... C. Das sind... kwh. Aufgabe 1b Die Glühlampe eines PKW wird mit 12 V betrieben. Sie wird hat einen Widerstand von 3 Ω. Wie groß ist der Strom, der durch die Glühlampe fließt? R = U / I I = Durch die Glühlampe fließt ein Strom von 3

147 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen Aufgabe 1c Ein Heizlüfter wird am Haushaltsnetz mit 230 V betrieben. Er benötigt zum Betrieb 10,5 A Strom. Wie hoch ist der Widerstand? Welcher Strom fließt durch den Heizlüfter, wenn die Spannung nur noch 220 V beträgt? R = U / I R = Der Widerstand des Heizlüfters beträgt I = U / R I = I = Bei 220 V fließen Aufgabe 1d Wie groß ist der Widerstand einer Kupferleitung, die einen Querschnitt von 1,5 mm 2 hat und eine Länge von 50 m? Wie hoch ist der Widerstand einer gleich langen Leitung, jedoch mit 2,5 mm 2 Querschnitt? ρ = R A / l R = Der Widerstand der Kupferleitung beträgt R = ρ I / A R = Der Widerstand der Kupferleitung 4

148 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos 1.3 Elektrische Leistung und Arbeit Aufgabe 2a Ein elektrischer Grill ist an einem Anschluß mit 230 V angeschlossen. Die Sicherung läßt einen maximalen Strom von 10 A zu. Welche Leistung darf der Grill maximal haben? P = U I P = Der Grill darf eine maximale Leistung von... W haben. Bei einer höheren Leistung wird die Sicherung... Aufgabe 2b Ein Schalter darf einen maximalen Strom von 0,4 A schalten. Die maximal zu schaltende Leistung darf 10 W nicht überschreiten. Das zu schaltende Bauteil hat einen Widerstand von 40 Ω. Darf der Schalter zum Schalten des Verbrauchers verwendet werden, wenn der Verbraucher mit 24 V betrieben werden soll? P = U I U = Die 10 W werden bei einer Spannung von R = U / I I = Durch den Widerstand von 40 Ω fließt 5

149 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen Aufgabe 2c Aus dem Ausland wurde eine Heizung für ein Aquarium importiert. Bei einer Spannung von 117 V hat sie eine Leistungsaufnahme von 75 W. Wie groß ist die Leistungsaufnahme, wenn diese Heizung bei 230 V eingesetzt wird? P = U I I = Durch die Heizung ließt ein Strom von R = U / I R = Die Heizung hat einen Widerstand von I = U / R I = I = Bei 230 V fließt durch die Heizung ein Strom von P = U I P = P = Mit 230 V betrieben hat die Heizung eine Leistung von 6

150 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos Schaltung von Meßgeräten Aufgabe 3 Welche Meßbereiche sind an Ihrem Multimeters zur Messung von Gleichströmen vorhanden? Geben Sie alle Meßbereiche an! Welche Meßbereiche sind an Ihrem Multimeters zur Messung von Wechselströmen vorhanden? Geben Sie alle Meßbereiche an! Welche Meßbereiche sind an Ihrem Multimeters zur Messung von Gleichspannungen vorhanden? Geben Sie alle Meßbereiche an! Welche Meßbereiche sind an Ihrem Multimeters zur Messung von Wechselspannungen vorhanden? Geben Sie alle Meßbereiche an! Welche Meßbereiche sind an Ihrem Multimeters zur Messung von Widerständen vorhanden? Geben Sie alle Meßbereiche an! Welcher maximale Gleichstromwert und welcher maximale Gleichspannungswert kann mit dem kleinsten Meßbereich des Multimeters gemessen werden? maximale Gleichstromwert: maximale Gleichspannungswert: Es soll eine Gleichspannung gemessen werden, deren Höhe unbekannt ist. Welcher Meßbereich muß zuerst eingestellt werden? Es soll ein Gleichstrom gemessen werden, dessen Höhe unbekannt ist. Welcher Meßbereich muß zuerst eingestellt werden? 7

151 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen Aufgabe 4 Führen Sie die folgende Meßübung durch. Beachten Sie dabei die erlernten Regeln im Umgang mit dem Multimeter! Folgende Bauteile werden benötigt: Spannungsversorgungsgerät mit 24 V Gleichspannung Multimeter Widerstand R 1 = 100 Ω Widerstand R 2 = 220 Ω Widerstand R 3 = 470 Ω Die Belastbarkeit der Widerstände soll 1 W betragen. Bauen Sie den im Bild angegebenen Stromlaufplan mit den drei Widerständen auf. Messen Sie die Spannungen, die an den einzelnen Widerständen abfallen. Ergänzen Sie das Symbol für das Spannungsmeßgerät. +24 V R 1 R 2 R Ω 220 Ω 470 Ω 0 V Bild 1: Stromlaufplan für Spannungsmessung 8

152 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos Schließen Sie die Widerstände an das Stromversorgungsgerät an. Die Widerstände sind dabei in Reihe zu schalten. Beginnen Sie mit dem Widerstand R 1. Achten Sie darauf, dass Sie einen Meßbereich für Gleichspannungen verwenden. Stellen Sie den größten Meßbereich ein und schließen Sie die Meßleitungen des Meßgerätes an den Widerstand an. Ermitteln Sie durch langsames Herunterschalten der Meßbereiche den kleinsten möglichen Meßbereich. Notieren Sie den gemessenen Wert. Ermittelter Meßbereich: Gemessene Gleichspannung: Stellen Sie wieder den größten Meßbereich ein und schließen Sie die Meßleitungen des Meßgerätes an den nächsten Widerstand an. Wiederholen Sie die Messung am Widerstand R 2. Notieren Sie den gemessenen Wert. Ermittelter Meßbereich: Gemessene Gleichspannung: Führen Sie die Messung auch am Widerstand R 3 durch. Notieren Sie den gemessenen Wert. Ermittelter Meßbereich: Gemessene Gleichspannung: Ermitteln Sie nun zusätzlich die Spannungswerte über die beiden Widerstände R 1 und R 2 gemeinsam. Gemessene Gleichspannung: Ermitteln Sie zuletzt die Spannungswerte über die beiden Widerstände R 2 und R 3 zusammen. Gemessene Gleichspannung: Überprüfen Sie zuletzt die Spannung des Spannungsversorgungsgerätes, in dem Sie die Spannung über alle drei Widerstände messen. Gemessene Gleichspannung: 9

153 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen Aufgabe 5 Führen Sie die folgende Meßübung durch. Beachten Sie dabei die erlernten Regeln im Umgang mit dem Multimeter! Folgende Bauteile werden benötigt: Spannungsversorgungsgerät mit 24 V Gleichspannung Multimeter Widerstand R 1 = 220 Ω Widerstand R 2 = 470 Ω Widerstand R 3 = 1000 Ω Die Belastbarkeit der Widerstände soll 1 W betragen. Bauen Sie den im Bild angegebenen Stromlaufplan mit dem Widerstand von 220 Ω auf. Messen Sie den Strom, der über den Widerstand fließt. Ersetzen Sie danach den Widerstand durch die anderen Widerstände. Ergänzen Sie das Symbol für das Strommeßgerät. +24 V R Ω R 2 R Ω 1000 Ω 0 V Bild 2: Stromlaufplan für Strommessung 10

154 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos Schließen Sie zunächst den Widerstand mit dem Wert 220 Ω an das Stromversorgungsgerät an. Die anderen Widerstände werden noch nicht benötigt. Achten Sie darauf, dass Sie einen Meßbereich für Gleichstrom verwenden. Stellen Sie den größten Meßbereich ein und schließen Sie die Meßleitungen des Meßgerätes an den Widerstand und das Spannungsversorgungsgerät an. Ermitteln Sie durch langsames Herunterschalten der Meßbereiche den kleinsten möglichen Meßbereich. Notieren Sie den gemessenen Wert. Ermittelter Meßbereich: Gemessener Gleichstrom: Stellen Sie wieder den größten Meßbereich ein und ersetzen Sie den Widerstand R 1 durch den nächsten Widerstand R 2 an. Wiederholen Sie die Messung am Widerstand R 2. Notieren Sie den gemessenen Wert. Ermittelter Meßbereich: Gemessener Gleichstrom: Führen Sie die Messung auch am Widerstand R 3 durch. Notieren Sie den gemessenen Wert. Ermittelter Meßbereich: Gemessener Gleichstrom: Ermitteln Sie nun zusätzlich den Stromfluß über die beiden Widerstände R 2 und R 3 gemeinsam. Schalten Sie dazu diese Widerstände parallel und messen Sie den Strom, der insgesamt über die beiden Widerstände fließt. Gemessener Gleichstrom: Der Stromfluß über die beiden Widerstände ist somit größer als der Stromfluß über den kleineren der beiden Widerstände allein. 11

155 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen Aufgabe 6 Führen Sie die folgende Meßübung durch. Beachten Sie dabei die erlernten Regeln im Umgang mit dem Multimeter! Folgende Bauteile werden benötigt: Multimeter Widerstand R 1 = 100 Ω Widerstand R 2 = 220 Ω Widerstand R 3 = 470 Ω Widerstand R 4 = 1000 Ω Schließen Sie die Widerstände der Reihe nach einzeln an das Multimeter an. Stellen Sie den höchsten Meßbereich zur Widerstandsmessung ein und ermitteln Sie durch langsames Herunterschalten der Meßbereiche den kleinsten möglichen Meßbereich. Ersetzen Sie danach den Widerstand durch die anderen Widerstände. Notieren Sie die gemessenen Werte. Widerstand R 1 = Widerstand R 2 = Widerstand R 3 = Widerstand R 4 = Ω COM R Bild 3: Widerstandsmessung 12

156 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos Aufgabe 7 Untersuchen Sie die Wirkungsweise eines Relais! Folgende Bauteile werden benötigt: Spannungsversorgungsgerät mit 24 V Gleichspannung Multimeter Taster Relais Bauen Sie die Schaltung entsprechend dem Stromlaufplan auf. Schalten Sie dazu den Taster und das Relais in Reihe und schließen Sie beide an der Spannungsversorgung an. Schalten Sie das Multimeter in den Meßbereich für Widerstandsmessung. Manche Multimeter verfügen auch über einen Bereich zur Durchgangsmessung, der ebenfalls verwendet werden kann. Schließen Sie das Multimeter an den Schließerkontakten des Relais an. Diese sind mit 1 und 4 bezeichnet. Betätigen Sie den Taster und beobachten Sie die Anzeige des Multimeters. Wiederholen Sie den Versuch mit den Öffnerkontakten des Relais. +24 V S1 K Ω 0 V Bild 4: Wirkungsweise eines Relais 13

157 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen 14

158 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos 2 Speicherprogrammierbare Steuerungen Aufgabe 8 Wandeln Sie folgenden elektrischen Schaltplan in den Kontaktplan um. Verwenden Sie Merker für die Relaiskontakte. Stromlaufplan: K1 K1 K1 K2 K2 K2 K3 K3 K3 K4 Kontaktplan: M0.0 15

159 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen Aufgabe 9 Wandeln Sie folgende Anweisungsliste in den Kontaktplan und in den Funktionsplan um! Mit jeder ODER-Verknüpfung beginnt dabei im Kontaktplan ein neuer Pfad. AWL: U S1 U S2 ON S3 U S4 O S5 UN S6 U S7 O S8 = K1 Kontaktplan: S1 K1 Funktionsplan: S1 S2 & = K1 16

160 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos Aufgabe 10 Wandeln Sie folgenden Funktionsplan in den Kontaktplan und die Anweisungsliste um! Funktionsplan: S3 S4 & S5 >=1 S1 S2 & S6 S7 & = K1 Kontaktplan: S1 K1 Anweisungsliste : U 17

161 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen Aufgabe 11 Wandeln Sie folgenden Kontaktplan in den Funktionsplan um! S1 S2 S3 K1 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 Funktionsplan: S1 = K1 18

162 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos Aufgabe 12 Drei Zylinder sollen durch eine SPS angesteuert werden. Es ist folgender Ablauf geplant: Zuerst soll Zylinder 1 ausfahren und ein Werkstück spannen. Danach soll Zylinder 2 ausfahren und das Werkstück verformen. Der Zylinder 2 soll anschließend sofort wieder einfahren. Im Anschluß daran soll ein dritter Zylinder ausfahren und danach ebenfalls gleich wieder einfahren. In einem letzten Schritt fährt auch Zylinder 1 wieder ein und gibt das Werkstück frei. Jeder Zylinder verfügt über zwei Endlagenschalter in den jeweiligen Endlagen. Der gesamte Vorgang soll durch einen Starttaster ausgelöst werden. Das Starten soll allerdimgs nur möglich sein, wenn alle drei Zylinder sich in der eingefahrenen Position befinden. Erstellen Sie zunächst eine Zuordnungsliste der Ein und Ausgänge der SPS. Betriebsmittel Kennzeichnung SPS-Adresse Kommentar Starttaster S1 E0.0 Schließer Zylinder 1 B1 E0.1 innere Endlage Zylinder 1 Zylinder 2 Zylinder 2 Zylinder 3 Zylinder 3 Magnetspule 1 Y1 A0.0 Zylinder 1 Magnetspule 2 Magnetspule 3 19

163 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen Erstellen Sie als nächstes den SPS-Anschlussplan. Verbinden Sie dazu die einzelnen Ein- und Ausgänge mit den jeweiligen Tastern, Schaltern oder Ventilspulen. Erstellen Sie eine Schrittkette in der Funktionsbausteinsprache. Verwenden Sie für jeden Schritt einen Merker. Verwenden Sie zum Setzen und Rücksetzen der Merker jeweils einen Speicherbaustein. Verwenden Sie die Merker in gesonderten Netzwerken zur Ansteuerung der einzelnen Magnetspulen der Ventile. Erstellen Sie ein zweites Programm in der Ablaufsprache. Erstellen Sie hier ebenfalls sechs Schritte. Als Weiterschaltbedingungen werden die Endlagenschalter der Zylinder benutzt. Je nach verwendeter SPS und der dazugehörigen Programmiersoftware kann das Programm etwas von der hier dargestellten Version abweichen. In der Funktionsbausteinsprache kann der sechste Schritt auch entfallen. Es wird keine Aktion durch den Merker dieses Schrittes ausgeführt. Durch die Startvoraussetzung kann ein erneuter Start erst nach dem Einfahren des dritten Zylinders erfolgen. Das Zurücksetzen des fünften Schrittes muss in diesem Fall vom ersten Schritt durchgeführt werden. 24V S1 E0.0 E0.1 E0.2 E0.3 E0.4 E0.5 E0.6 E0.7 E1.7 24V Eingänge 0V Ausgänge A0.0 A0.1 A0.2 A0.3 A0.4 A0.5 A0.6 A0.7 A1.7 0V Y1 20

164 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos Funktionsbausteinsprache: S RS R1 Q1 = M0.1 S RS R1 Q1 = M0.2 S RS R1 Q1 = M0.3 S RS R1 Q1 = M0.4 S RS R1 Q1 = M0.5 S RS R1 Q1 = M0.6 = Y1 = Y2 = Y3 21

165 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen Ablaufsprache: Start -S1 & -B1 & -B3 % -B5 (* Startbedingungen *) 1N1 1N2 1N3 1N4 1N5 1N6 Ende 22

166 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos 3 Elektrische Antriebe 3.2 Elektrische und magnetische Felder Aufgabe 13 Welche Einheit wird für die elektrische Feldstärke verwendet? In welcher Richtung verlaufen die elektrischen Feldlinien? Wie ist der zeitliche Verlauf von Spannung und Stromstärke an einem Kondensator bei einer sinusförmigen Wechselspannung? Wann wird bei Spulen eine Freilaufdiode eingesetzt und wie wirkt diese? Wie kann man eine induzierte Spannung erhöhen? 23

167 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen 3.4 Transformatoren Aufgabe 14 Was ist ein idealer Transformator und wann ähnelt ein realer Transformator diesem am meisten? Wie werden die Eisenverluste eines Transformators gemessen? Wie werden die Wicklungsverluste eines Transformators gemessen? Was bedeutet es, wenn ein Transformator als spannungsweich oder spannungssteif bezeichnet wird? Ein Transformator soll ständig unter Spannung stehen, aber es wird nur selten eine Last angeschlossen. In welchem Verhältnis sollten die Wicklungsverluste und die Eisenverluste zueinander stehen, wenn ein hoher Jahreswirkungsgrad erreicht werden soll? 24

168 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos Aufgabe 15 Ein Transformator hat auf der Ausgangsseite eine Windungszahl von 120. Hier sollen 24 V anliegen. Die Spannung auf der Eingangsseite beträgt 230 V. Wieviele Windungen sind auf der Eingangsseite notwendig? Der Transformator ist dabei als ideal zu betrachten. Wie hoch ist der Strom auf der Ausgangsseite, wenn auf der Eingangsseite ein Strom von maximal 1 A fließen soll? Auf der Ausgangsseite des Transfomators ist ein Widerstand von 250 Ω angeschlossen. Mit welcher Ohmzahl wirkt dieser Widerstand auf der Eingangsseite? Spannungen: U 1 / U 2 = Die Eingangswicklung muss... Stromstärken: I 1 / I 2 = Die Stromstärke auf der Ausgangsseite beträgt... Widerstände: Z 1 / Z 2 = Der Widerstand wirkt mit... 25

169 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen 3.5 Drehende elektrische Maschinen Aufgabe 16 Mit welcher Drehzahl dreht sich ein dreipoliges Drehfeld bei 50 Hz? Mit welcher Drehzahl dreht sich ein vierpoliges Drehfeld bei 50 Hz? Wieviele Spulen werden bei Dreiphasenwechselstrom für ein Drehfeld mit drei Polen und mit vier Polen benötigt? Wie wid der Läufer eines Asynchronmotors noch bezeichnet? Warum haben Asynchronmotoren einen Schlupf? Wofür wird der Kondensator bei Kondensatormotoren benötigt? 26

170 Elektrische Antriebe und Steuerungen Minos 3.7 Stromwendermotoren Aufgabe 17 Welche verschiedenen Arten von Gleichstrommotoren gibt es in Bezug auf die Schaltung der Erregerwicklung in Bezug auf die Ankerwicklung? Welcher Motor hat beim Anzug das größte Drehmoment? Worauf ist beim Reihenschlussmotor besonders in Bezug auf die Drehzahlen zu beachten? Wie wird das Problem bei kleinen Motoren oft gelöst? Was sind Universalmotoren und wo werden sie eingesetzt? 27

171 Minos Elektrische Antriebe und Steuerungen 28

172 Mechatronik Modul 5: Mechatronische Komponenten Übungsbuch (Konzept) Wojciech Kwaśny Andrzej Błażejewski Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Polen EU-Projekt Nr MINOS, Laufzeit von 2005 bis 2007 Europäisches Konzept für die Zusatzqualifikation Mechatronik für Fachkräfte in der globalisierten industriellen Produktion. Das Projekt wurde gefördert von der Europäischen Union im Rahmen des Aktionsprogramms der Europäischen Union für die berufliche Bildung Leonardo da Vinci.

174 Mechatronische Komponenten Minos Inhaltsverzeichnis: 1 Induktive Sensoren Theoretische Grundlagen Grundkonstruktion Sondersensoren Stromversorgung und Anschlussprinzipien von Sensoren Schutzvorrichtungen und Sensorensicherheit 13 2 Kapazitive Sensoren Grundinformationen Theoretische Grundlagen Wirkungsweise des kapazitiven Sensors Typen der kapazitiven Sensoren Störungenkompensation 18 3 Ultraschallsensoren Theoretische Grundlagen Wirkungsweise Sensorenarbeitsstörungen Sonderultraschallsensoren 25 4 Optoelektronische Sensoren Photoelektrische Elemente Physische Grundlagen Photoemitter und Photodetektoren Sensorenarten Signalverarbeitung Sonderarten von optoelektronischen Sensoren Anschlusstechnik 35 5 Magnetfeldsensoren Theoretische Grundlagen Magnetfeld Reed-Kontakt in Sensoren benutzte magnetische Effekte Typen der Magnetfeldsensoren Spezielle Magnetfeldsensoren Einbauprinzipien und Anwendungen 43 3

175 Mechatronische Komponenten Minos 1 Induktive Sensoren 1.1 Theoretische Grundlagen Aufgabe 1 Was ist die Quelle des magnetischen Wechselfeldes in induktiven Sensoren? Wie ändert sich die im elektrischen Resonanzkreis gespeicherte Energie? Wie werden Oszillationen im LC-Kreis erzeugt? Wie kann man die Oszillationen des Schwingkreises konstant halten? 4

176 Mechatronische Komponenten Minos Unter welcher Bedingung findet die Resonanz der Spannungen oder Stromstärken im Schwingkreis statt? Welche Bedingungen müssen erfüllt werden, um Oszillationen im LC-Kreis zu schaffen? 1.2 Grundkonstruktion Aufgabe 2 Was ist der aktive Teil des induktiven Sensors? Wie bestimmt ein induktiver Sensor den Abstand zwischen dem Objekt und der Spule? Warum soll ein induktiver Sensor eine Hysterese haben? 5

177 Mechatronische Komponenten Minos Was ist die Hysterese? Wie hoch ist die Arbeitsfrequenz von induktiven Sensoren? Wie groß ist die Wirkungszone der induktiven Sensoren und welche Gehäuse besitzen sie? Was ist die Nominalwirkungszone des Sensors? Für welches Objekt wird die Nominalwirkungszone festgelegt? Was ist die Realwirkungszone des Sensors? Was ist die Arbeitszone des Sensors? 6

178 Mechatronische Komponenten Minos Wovon hängt die Nominalwirkungszone des induktiven Sensors ab? Warum benutzt man die Korrekturkoeffizienten für induktive Sensoren? Wie hängt die Sensorempfindlichkeit von seiner Konstruktion ab? Worauf soll man achten, wenn die verdeckten Sensoren in der Nähe voneinander befestigt werden? Worauf soll man achten, wenn die unverdeckten Sensoren in der Nähe voneinander befestigt werden? 7

179 Mechatronische Komponenten Minos Was bedeutet die maximale Frequenz des Umschaltens des Ausgangssignals? Welche maximale Frequenzen des Umschaltens soll man erwarten, wenn ein anderes Objekt als die Standardplatte benutzt wird? 1.3 Sondersensoren Aufgabe 3 Wie ist die Wirkungsweise eines induktiven Ringsensors? Ist die Größe der von einem Ringsensor zu erfassenden Objekte begrenzt? Gibt es irgendwelche Anforderungen für die Flugbahn der von einem Ringsensor zu erfassenden Objekte? 8

180 Mechatronische Komponenten Minos Welche negative Folgen kann der Einfluss von starken Magnetfeldern auf induktive Sensoren verursachen? Wie werden die Sensoren, die in der Nähe von Schweißeinrichtungen arbeiten, geschützt? Welche Sensoren sind unempfindlich gegen den Einfluss der Außenmagnetfelder? Nennen Sie bitte Beispiele von Sensoren, die in schweren Bedingungen arbeiten. Welche Eigenschaften sollen die unter dem hohen Druck arbeitenden Sensoren haben? 9

181 Mechatronische Komponenten Minos Wie wird die Richtungserkennung einer linearen Bewegung mit einem bistabilen Ringsensor realisiert? Wie funktionieren die induktiven NAMUR-Sensoren? Was ist die typische Eigenschaft der NAMUR-Sensoren? Welche Bedingungen müssen erfüllt werden, wenn die NAMUR- Sensoren in einer explosionsgefährdeten Zone arbeiten? Was ist der Unterschied zwischen Standardsensoren und den analogen induktiven Sensoren? Woraus besteht ein analoger induktiver Sensor? 10

182 Mechatronische Komponenten Minos 1.4 Stromversorgung und Anschlussprinzipien von Sensoren Aufgabe 4 Wie groß dürfen Spannungsschwankungen in Sensoren, die eine Gleichstromversorgung haben, sein? Wie kann man die momentanen Spannungsschwankungen vermeiden? Welche Konfigurationen können die Ausgänge von den Sensoren mit Gleichstromversorgung haben? Dürfen die Sensoren mit Wechselstromversorgung direkt mit dem Wechselstromnetzteil verbunden werden? Kann ein Strom im Stromkreis des Sensors mit Wechselstromversorgung fließen, wenn der Sensor ausgeschaltet ist? 11

183 Mechatronische Komponenten Minos Warum verbindet man Sensoren in Gruppen? Welche logische Funktionen können von in Reihe verbundenen Sensoren ermöglicht werden? Wovon hängt die maximale Zahl der reihenweise verbundenen Sensoren ab? Welche logische Funktionen können von parallel verbundenen Sensoren ermöglicht werden? Wovon hängt die maximale Zahl der parallel verbundenen Sensoren ab? Kann man die Sensoren mit zwei Leitungen parallel verbinden? 12

184 Mechatronische Komponenten Minos 1.5 Schutzvorrichtungen und Sensorensicherheit Aufgabe 5 Wovor werden die Ausgänge der Sensoren mit Gleichstromversorgung gesichert? Ist ein Kurzschluss gefährlich für Sensoren mit Gleichstromversorgung? Wann müss ein Sensorgehäuse eine Erdungsleitung besitzen? Wie kann man den Storm vermeiden, der im Kreis fließt, sogar wenn der Sensor ausgeschaltet ist? 13

185 Mechatronische Komponenten Minos 2 Kapazitive Sensoren 2.1 Grundinformationen Aufgabe 1 Welche Objekte können die kapazitiven Sensoren erfassen? Welche Materialien werden von kapazitiven Sensoren erfasst? 1. Stahl 2. Kupfer 3. Gummi 4. Ebonit 5. Wasser 6. Getreide 7. Wasserstoff Woraus besteht ein kapazitiver Sensor? Was ist das aktive Element des kapazitiven Sensors? Wie groß ist die Wirkungszone des kapazitiven Sensors? 14

186 Mechatronische Komponenten Minos 2.2 Theoretische Grundlagen Aufgabe 2 Ist die Kapazität eines Kondensators proportional zum Abstand zwischen den Elektroden? Wie kann man einen offenen Kondensator erhalten? Was ist die Rolle der Zwischenelektrode? Was ist der Unterschied zwischen dem Erscheinen eines Metallobjektes und eines Isolators im elektrostatischen Feld des offenen Kondensators? 15

187 Mechatronische Komponenten Minos 2.3 Wirkungsweise des kapazitiven Sensors Aufgabe 3 Für welche Objekte (leitende oder nicht leitende) ist die Wirkungszone des kapazitiven Sensors größer? Wann ist die Wirkungszone des kapazitiven Sensors am größten? Was ist die Rolle des Potentiometers im kapazitiven Sensor? Für welches Standardobjekt wird die Nominalwirkungszone des kapazitiven Sensors bemessen? Wie groß ist die sichere Wirkungszone? Wovon hängt die Kapazitätsstruktur des Sensors ab? 16

188 Mechatronische Komponenten Minos 2.4 Typen der kapazitiven Sensoren Aufgabe 4 Welche Formen haben die kapazitiven Sensoren? Welche Arten der zylindrischen Sensoren gibt es? Wovon hängt der Abstand zwischen einem organischen Objekt und dem Sensor ab, bei dem das Ausgangssignal sich verändert? Wie kann man die Realwirkungszone des kapazitiven Sensors ermitteln? 17

189 Mechatronische Komponenten Minos 2.5 Störungskompensation Aufgabe 5 Wie reagiert ein kapazitiver Sensor auf Verschmutzungen? Wie kann man konstruktiv den Einfluss der Verschmutzungen verringern? 18

190 Mechatronische Komponenten Minos 3 Ultraschallsensoren 3.1 Theoretische Grundlagen Aufgabe 1 Wie breitet sich eine Schallwelle in der Luft aus? Was ist die Schallwellenlänge? Wie kann man den Abstand zwischen dem Objekt und dem Sensor bestimmen? Was ist der piezoelektrische Effekt? Was passiert mit den piezoelektrischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen? 19

191 Mechatronische Komponenten Minos Wie wird eine Ultraschallwelle erzeugt? Welche Schallfrequenz verwenden die Ultraschallsensoren? Wo ist die Schallenergie am größten? Wie kann man der Durchmesser des Schallkegels bestimmen? Wovon hängt der Winkel und die Form des Schallstrahls ab? 20

192 Mechatronische Komponenten Minos 3.2 Wirkungsweise Aufgabe 2 Welche Verfahrensweisen von typischen Ultraschallsensoren gibt es? Welche Phasen hat die Ultraschallmessung? Wann werden die Ultraschallsensoren benutzt? Sind die Ultraschallsensoren unempfindlich gegen den Einfluss von Umgebungsschall? Woraus besteht ein Ultraschallsensor?

193 Mechatronische Komponenten Minos Welche Objekte werden besonders gut von Ultraschallsensoren erfasst? Wie funktioniert ein Ultraschallsensor mit einem piezoelektrischen Umsetzer? Wie kann der Hintergrund ausgelöscht werden? Kann man die minimale Sensorreichweite in den Ultraschallsensoren einstellen? Warum existiert die Totzone? 22

194 Mechatronische Komponenten Minos Wie viele Grad kann der Schallkegelwinkel von Ultraschallsensoren betragen? Was für ein Objekt wird benutzt, um die Wirkungszone der Ultraschallsensoren zu bestimmen? Wie funktionieren die Durchgangssensoren? Was für eine Schallwelle wird von Durchgangssensoren erzeugt? Wann werden die Durchgangssensoren benutzt? Welche Sensoren (Durchgangs- oder Diffusions-) haben die größere Frequenz des Umschaltens des Ausgangssignals? 23

195 Mechatronische Komponenten Minos 3.3 Sensorarbeitsstörungen Aufgabe 3 Welche physische Faktoren können die Arbeit der Ultraschallsensoren stören? Was verursachen Temperaturzunahmen in Ultraschallsensoren? Welche Montagefaktoren können die Arbeit der Ultraschallsensoren stören?... Wann findet der gegenseitige Einfluss der Ultraschallsensoren statt? Wie kann man die gegenseitige Interferenz der Ultraschallsensoren vermeiden? 24

196 Mechatronische Komponenten Minos 3.4 Sonderultraschallsensoren Aufgabe 4 Wie funktionieren die Reflexionssensoren? Wann werden die Reflexionssensoren benutzt? Wie funktionieren die Sensoren mit zwei Umsetzern in einem Gehäuse? Wie wird einen Abstand von Ultraschallsensoren gemessen? 25

197 Mechatronische Komponenten Minos 4 Optoelektronische Sensoren 4.1 Photoelektrische Elemente Physische Grundlagen Aufgabe 1 Welche Teile der elektromagnetischen Strahlung werden in den optoelektronischen Sensoren benutzt? Was ist die Refraktion? Welche Typen der Reflexion gibt es? 26

198 Mechatronische Komponenten Minos Photoemitter und Photodetektoren Aufgabe 2 Welche Photoemitter werden in den optoelektronischen Sensoren benutzt? Worauf basiert die Wirkungsweise der Lichtemitterdiode? Wovon hängt die Leuchtintensität der Lichtemitterdiode ab? Wovon hängt die Farbe des erzeugten Lichts der Lichtemitterdiode ab? Was sind Vor- und Nachteile vom Benutzen des sichtbaren Lichts und der Infrarotstrahlung in Sensoren? Warum befindet sich eine Linse am Ende des Gehäuses einer LED? 27

199 Mechatronische Komponenten Minos Was ist der Unterschied zwischen LEDs und Laserdioden? Was sind die Vorteile der Laserdioden? Welche Rolle haben die Photodetektoren in optoelektronischen Sensoren? Was ist die Anstiegs- und Abfallzeit? Was ist der Unterschied zwischen einer typischen Photodiode und einer PIN-Diode? Wie kann man die Lage der maximalen Lichtstärke mit einem PSD bestimmen? 28

200 Mechatronische Komponenten Minos Warum werden die PSD-Detektoren durch die Linienelemente CCD in den optoelektronischen Detektionssensoren ersetzt? Was ist der Unterschied zwischen dem Aufbau eines Phototransistors und eines typischen Transistors? 4.2 Sensorenarten Aufgabe 3 Wie funktionieren die Einweg-Lichtschranken? Welche Eigenschaften haben die Einweg-Lichtschranken? Welche Objekte können von Einweg-Lichtschranken erfasst werden? 29

201 Mechatronische Komponenten Minos Wie funktionieren die Einweg-Lichtschranken? Wie funktioniert der dreifache Spiegel? Wovon hängt der effektive Lichtstrahl der Einweg-Lichtschranken ab? Wie funktionieren die Lichttaster? Welche Eigenschaften haben die Lichttaster? Wie wird die maximale Reichweite eines Lichttaster bestimmt? 30

202 Mechatronische Komponenten Minos 4.3 Signalverarbeitung Aufgabe 4 Was kann die Arbeit der optoelektronischen Sensoren stören? Welche Sensoren sind besonders empfindlich gegen die optische Interferenz? Welche Vorteile hat das modulierte Licht? Was ist die Lichtpolarisation? Wie funktionieren die Polarisationsilter? 31

203 Mechatronische Komponenten Minos Wird die Polarisation durch eine Reflexion zerstört? Warum benutzt man das polarisierte Licht in optoelektronischen Sensoren? Was ist der Wirkungsgrenzbereich? Wie viel soll der Wirkungsgrenzbereich betragen? Was ist die Reaktionszeit eines optoelektronischen Sensors? 32

204 Mechatronische Komponenten Minos 4.4 Sonderarten von optoelektronischen Sensoren Aufgabe 5 Was ist der Unterschied zwischen Reflexionslichtschranken mit und ohne Polarisation? Wie kann man den Einfluss vom Hinter- und Vordergrund ausblenden? Welche Vorgehensweisen von Sensoren mit dem elektronischen Ausblenden des Hintergrundeinflusses gibt es? Was ist die Autokollimation? Welche Vorteile hat die Autokollimation? 33

205 Mechatronische Komponenten Minos Wie sind die Lichtleiter aufgebaut? Was ist die Totalreflexion in Lichtleiter? Warum können die Lichtleiter nicht unendlich lang sein? Was ist der Unterschied zwischen Lichtleiter aus Glas und aus Plastik? Wie funktionieren die optoelektronischen Sensoren mit Lichtleitern? 34

206 Mechatronische Komponenten Minos 4.5 Anschlusstechnik Aufgabe 6 Welche Arbeitsverfahren haben die optoelektronischen Sensoren? Wovon hängen die Größe und Form der Zone vom Umschalten des Ausgangssignals ab? 35

207 Mechatronische Komponenten Minos 5 Magnetfeldsensoren 5.1 Theoretische Grundlagen Magnetfeld Aufgabe 1 Was kann die Quelle von einem Magnetfeld sein und wie sind seine Feldlinien gerichtet? Welche physische Größen kennzeichnen ein Magnetfeld? Wie unterscheiden sich die Substanzen aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften? Was sind die magnetischen Domänen? Welche Ferromagnetika sind hart und welche sind weich? 36

208 Mechatronische Komponenten Minos Reed-Kontakt Aufgabe 2 Woraus besteht ein Reed-Kontakt? Warum benutzt man die zusätzlichen Schutzvorrichtungen des Reed-Kontakts? Wie hoch ist die maximale Umschaltfrequenz von Reed- Kontakten? Wie viel Male kann das Ausgangssignal des Reed-Kontakts umgeschaltet werden? 37

209 Mechatronische Komponenten Minos In Sensoren benutzte magnetische Effekte Aufgabe 3 Was ist der Hall-Effekt? Wie kann man einen höheren Wert der Hall-Spannung gewinnen? Warum ändert ein Magnetfeld die Magnetoresistanz der Halbleiter? Was passiert, wenn der Strom durch Gold- oder Aluminiumelektroden fließt? Was ist der Wiegand-Effekt? 38

210 Mechatronische Komponenten Minos Welche Eigenschaften hat eine Impulsleitung? Wie reagieren die magnetischen Bereiche einer Impulsleitung auf die Richtungsänderung des Außenmagnetfelds? Wann tritt ein elektrischer Impuls in der Spule mit einer Impulsleitung auf? 39

211 Mechatronische Komponenten Minos 5.2 Typen der Magnetfeldsensoren Aufgabe 4 Welche Vorteile haben die Magnetfeldsensoren? Welche Objekte können von Magnetfeldsensoren erfasst werden? Was kann das auf ein Magnetfeld reagierende Element sein? Kann ein Objekt im Plastikrohr von Magnetfeldsensoren erfasst werden? Wie funktioniert ein Sensor mit dem Reed-Kontakt? 40

212 Mechatronische Komponenten Minos In welchem Zustand bleiben die Kontakte eines Reed-Kontakts, wenn er sich in keinem Magnetfeld befindet? Wovon hängt die maximale Reichweite eines Magnetfeldsensors ab? Welche Formen kann das Gehäuse von Magnetfeldsensoren mit einem Reed-Kontakt haben und was legen sie fest? Wie viele Leitungen besitzen die Sensoren mit einem Reed- Kontakt? Wie funktionieren die Hall-Sensoren? Reagieren die Hall-Sensoren nur auf eine bestimmte Polarisation des Magnetfelds? 41

213 Mechatronische Komponenten Minos 5.3 Spezielle Magnetfeldsensoren Aufgabe 5 Wie funktionieren die Wiegand-Sensoren? Wie werden bewegliche Magnete von einem Wiegand-Sensor erfasst? Wie werden bewegliche Impulsleitungen von einem Wiegand- Sensor erfasst? Welche Stromversorgung erfordern die Wiegand-Sensoren? Woraus besteht der einfachste Magnetfeldsensor? Welche Objekte können vom Sensor mit einem Magnet erfasst werden? 42

214 Mechatronische Komponenten Minos Erfordert der Sensor mit einem Magnet eine Stromversorgung? 5.4 Einbauprinzipien und Anwendungen Aufgabe 6 Welche Bedingungen muss man erfüllen, wenn ein Magnetfeldsensor in einem Element aus Ferromagnetikum befestigt wird? Was passiert, wenn ein unferromagnetisches Objekt zwischen den Sensor und den Magnet erscheint? Wann werden Magnetfeldsensoren benutzt? 43

215 Mechatronik Modul 6: Mechatronische Systeme und Funktionen Übungsbuch (Konzept) Jerzy Jędrzejewski Wojciech Kwaśny Zbigniew Rodziewicz Andrzej Błażejewski Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Polen EU-Projekt Nr MINOS, Laufzeit von 2005 bis 2007 Europäisches Konzept für die Zusatzqualifikation Mechatronik für Fachkräfte in der globalisierten industriellen Produktion. Das Projekt wurde gefördert von der Europäischen Union im Rahmen des Aktionsprogramms der Europäischen Union für die berufliche Bildung Leonardo da Vinci.