1 Analysieren von Funktionszusammenhängen

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1 Technische e Schnittbild einer elektrischen Handbohrmaschine 1 Analysieren von Funktionszusammenhängen in mechatronischen en Betrachtet man die Eingangs- und Ausgangsgrößen, dann ergibt sich in Abb. 9.2 für die Bohrmaschine folgender Zusammenhang: 1.1 Technische e Die Handbohrmaschine in Abb. 9.1 ist aus vielen unterschiedlichen Teilen aufgebaut. Man erkennt einen Elektromotor, eine Motorwelle, eine Bohrspindel oder das Gehäuse. Diese Teile wiederum setzen sich aus einer großen Zahl von einzelnen Elementen zusammen. Alle Anlagenteile und Elemente erfüllen bestimmte Aufgaben und ergeben im geordneten Zusammenwirken die Funktionsweise der Bohrmaschine. Derartige Anordnungen werden als technisches bezeichnet. Technische e sind Anordnungen von Anlagenteilen, die in sich geschlossen eine Funktion erfüllen. Ein technisches hat folgende Eigenschaften: Es hat Eingangs- und Ausgangsgrößen, es erfüllt eine Funktion, die die Eingangs- und Ausgangsgrößen verknüpft, es hat eine Gesamtaufgabe, die im Vordergrund steht und ist nach außen abgegrenzt. Damit ist ein Walzwerk oder eine Maschinenfabrik ebenso wie die Bohrmaschine oder ein Automobil ein technisches. 9.2 Bohrmaschine als technisches Allgemein kommen in technischen en folgende Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen einzeln oder zusammen vor: Energie Stoff und Information Unter Vernachlässigung des inneren Aufbaus wird ein technisches durch ein Rechteck dargestellt (Abb. 9.3). Dabei kennzeichnen Pfeile die Eingangs- und die Ausgangsgrößen. 9.3 Allgemeine darstellung

2 10 Analysieren von Funktionszusammenhängen in mechatronischen en Gruppe Element Gesamtheit der en zur Auftragserfüllung selbstständig verwendbare Einheit innerhalb eines s noch nicht selbstständig verwendbare Einheit innerhalb einer kleinste, unteilbare Einheit in einer Gruppe 10.1 Technische e werden nach DIN in Teilsysteme untergliedert Betrachtungsebenen technischer e Die Komplexität technischer e kann sehr gut durch eine sinnvoll gegliederte und stufenweise Auflösung reduziert werden, um gedankliche Klarheit zu schaffen. Abb zeigt die Gliederung. Das Handbohrmaschine besteht nach Abb aus verschiedenen en, z. B. dem Elektromotor, dem Schalter oder dem Gehäuse. Die Elektromotor besteht aus verschiedenen Gruppen, z. B. dem Stator oder dem Anker. Die Gruppe Stator setzt sich aus Elementen zusammen, z. B. Statorbleche oder Wicklungen Haupt-, Teil- und Grundfunktion Hauptfunktion Bei der Handbohrmaschine gehen elektrische Energie über das Netzkabel und Schaltsignale, d. h., 10.2 Betrachtungsebenen innerhalb eines hierarchischen Aufbaus

3 Technische e 11 Informationen, über den Drehzahltaster in das hinein; sie sind die Eingangsgrößen. Aus der Bohrmaschine kommen mechanische Energie und die eingestelle Drehzahl heraus; sie sind die Ausgangsgrößen (Abb. 11.1) Elektrische Energie wird in mechanische Energie umgesetzt Die Änderung der Eingangsgrößen in Ausgangsgrößen wird als Umsetzung bezeichnet. In technischen en finden Umsetzungen statt. Im Handbohrmaschine findet somit eine Energie- und eine Informationsumsetzung statt. Durch die Energieumwandlung im Elektromotor kann die Bohrmaschine die Funktion erfüllen, für die sie gebaut ist: als Werkzeugmaschine bohren. Bohren ist die Hauptfunktion des s Bohrmaschine. Die Hauptfunktion unterteilt Maschinen, Geräte und Anlagen in Energie umsetzende e Stoff umsetzende e und informationsumsetzende e Da beim Bohren Stoff umgesetzt wird, zählt die Bohrmaschine zu den Stoff umsetzenden en. Am Beispiel der Handbohrmaschine wird der Zusammenhang zwischen Hauptfunktion, Teilund Grundfunktionen deutlich. Sie sind in Abb dargestellt. Das Zerlegen in Teilsysteme ergibt ein genaueres Verständnis der Teilfunktionen des Gesamtsystems Die Hauptfunktion lässt sich untergliedern Die Hauptfunktion eines s wird durch das Zusammenwirken der Teilfunktionen erreicht. Teil- und Grundfunktionen Bei der Handbohrmaschine wird die Hauptfunktion Bohren durch Teilfunktionen wie Antreiben, Steuern oder Tragen von funktionalen en erreicht. Die einzelnen Teilfunktionen lassen sich durch Grundfunktionen wie Führen oder Leiten von Funktionsgruppen verwirklichen. Funktionale en und Funktionsgruppen werden als en bezeichnet, deren Abgrenzung nach Aufgabe und Wirkung erfolgt. en sind abgrenzbare Teilsysteme innerhalb eines Gesamtsystems.

4 12 Analysieren von Funktionszusammenhängen in mechatronischen en Neben den Funktioneinheiten gibt es auch en, wie Abb am Beispiel der Bohrmaschine zeigt. Betrachtungseinheit, deren Abgrenzung nach Aufgabe oder Wirkung erfolgt Betrachtungseinheit, deren Abgrenzung nach Aufbau oder Zusammensetzung erfolgt 12.2 Betrachtung eines s nach Aufgabe und Aufbau Beide Betrachtungskriterien lassen sich innerhalb eines s entsprechend des hierachischen Aufbaus Gruppe Element genauer beschreiben. Sie führen jeweils zu den Begriffen in Tabelle e lassen sich vom Aufbau oder der Funktion her betrachten Funktions- und en Die funktionale Betrachtung der Bohrvorrichtung führt zu Haupt-, Teil- und Grundfunktionen. Aber auch eine bauliche Betrachtung ist neben der funktionalen Betrachtung nach Tabelle 12.2 möglich. Gruppe Element Betrachtungsebenen Funktional abgegrenztes Funktionale Bauliche Funktionsgruppe Funktionselement Baulich abgegrenztes Baugruppe Bauelement Betrachtung eines s nach Betrachtungskriterien und Betrachtungsebenen In den Tabellen 12.4 sind Beispiele für Funktionsund en zusammengefasst. Funkt. abgegrenztes Funktionale Funktionsgruppe Funktionselement Bohrmaschine Drehmomentübertragung Drehzahlübersetzung Energieweiterleitung Stromversorgung Spannungsstabilisierung Konstantspannungsquelle Gleichrichter Klimagerät Temperaturregelung Temperaturmessung Temperaturaufnahme Baulich abgegrenztes Bauliche Baugruppe Bauelement Bohrmaschine Getriebe Zahnräder Welle Netzteil Konstantspannungsquelle Festspannungsregler Diode Klimagerät Temperaturregeleinrichtung Thermoelement Thermopaar 12.4 Gegenüberstellung von Funktions- und en

5 Technische e Gasschweißanlage zur Herstellung von Schweißverbindungen als stoffschlüssige, unlösbare Verbindung Aufgaben 1 In allen Bereichen der Technik wird geschweißt: Schweißen ist das Vereinigen oder Beschichten von Werkstoffen unter Anwendung von Wärme. Untersuchen Sie das technische Gasschweißanlage aus Abb a) Zeichnen Sie die Gasschweißanlage in Blockdarstellung und geben Sie die Eingangs- und Ausgangsgrößen an! b) Erstellen Sie für die Anlage eine Struktur entsprechend der Betrachtungsebenen: en Gruppen Elemente! c) Bestimmen Sie die Hauptfunktion der Gasschweißanlage! d) Die Gasschweißanlage lässt sich u. a. in die folgenden en gliedern: Schweißbrenner Gasflaschen Druckminderer Gasschläuche Sauerstoff-/Gasventil Gasflaschenventile Bestimmen Sie mithilfe der Tabellen auf den Seiten 14 u. 15 die Grundfunktionen der genannten en. Ergänzen Sie die nachfolgende Tabelle. Gruppe Element 2 Betrachtungsebenen Gasschweißanlage Ein Wecker ist wie folgt aufgebaut: Gasschweißanlage 13.2 Die Wecker wird mit Gleichspannung betrieben. a) Beschreiben Sie die Funktion des Weckers, wenn Gleichspannung anliegt! b) Erläutern Sie die Teilfunktionen der Bauelemente 1 bis 8!