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EUROPA-FACHBUCHREIHEfür MechatronikTabellenbuchMechatronikTabellen – Formeln – Normenanwendungen11. neu bearbeitete und aktualisierte AuflageBearbeitet von Lehrern und Ingenieuren an berufichen Schulenund Produktionsstätten (siehe Rückseite)VERLAG EUROPA-LEHRMITTEL · Nourney, Vollmer GmbH & Co. KGDüsselberger Straße 23 · 42781 Haan-GruitenEuropa-Nr.: 45011
Autoren des Tabellenbuches MechatronikHeinrich DahlhoffHartmut FritscheGregor HäberleVerena HäberleThomas HelmerRudolf KrallBernd SchiemannDietmar SchmidSiegfried SchmittClaudius ScholerMatthias SchultheißThomas UrianDipl.-PhysikerDipl.-Ing.Dr.-Ing., AbteilungsleiterMScDr.-Ing.Dipl.-Päd. Ing., BerufsschuloberlehrerDipl.-Ing., StudiendirektorDipl.-Ing., Studiendirektorstaatl. gepr. Techniker, Techn. OberlehrerDipl.-Ing., Dipl.-Gewerbelehrer,StudiendirektorDipl.-Ing., Dipl.-GewerbelehrerStudiendirektorMeister der nGartenau-St. LeonhardDurbachBiberach a.d. RißBad BergzabernMetzingenBiberach a.d. RissVilshofenBildbearbeitung:Zeichenbüro des Verlags Europa-Lehrmittel, OstfildernLeiter des Arbeitskreises:Dr.-Ing. Gregor Häberle, TettnangMaßgebend für das Anwenden der Normen sind deren Fassungen mit dem neuesten Ausgabedatum,die bei der VDE-VERLAG GmbH, Bismarckstr. 33, 10625 Berlin und der Beuth Verlag GmbH, Burggrafenstr. 6, 10787 Berlin erhältlich sind.11. Auflage 2021Druck 5 4 3 2 1Alle Drucke derselben Auflage sind parallel einsetzbar, da sie bis auf die Korrektur von Druckfehlernidentisch sind.ISBN 978-3-8085-4538-6Alle Rechte Vorbehalten. Das Werk ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb dergesetzlich geregelten Fälle muss vom Verlag schriftlich genehmigt werden. 2021 by Verlag Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co. KG, 42781 Haan-Gruitenwww.europa-lehrmittel.deSatz: PER MEDIEN & MARKETING GmbH, 38102 Braunschweig, www.per-mm.deUmschlag: braunwerbeagentur, 42477 RadevormwaldUmschlagfotos: Siemens-PressebilderDruck: Druckerei Himmer, 86167 Augsburg
Mathematik, Technische Physik Technische Kommunikation Chemie, Werkstoffe, Fertigung 9 7071 130131 204MKWFBauelemente, Messen, Steuern,Regeln 205 288BMElektrische Anlagen und Antriebe,mechatronische Systeme 289 412ADigitalisierung, Informationstechnik 413 474DVerbindungstechnik VBetrieb und Umwelt 475 520521 600B
Vorwort zur 11. AuflageDas Buch ist konzipiert für die handlungsorientierte Berufsbildung desBerufes Mechatroniker bzw. Mechatronikerin. Die Mechatronik unterliegtals Schlüsseltechnologie aus Elektrotechnik, Metalltechnik und Informationstechnik einem stetigen Wandel und unterstützt das Erfüllen der Anforderungen von Industrie 4.0 sowie der Digitalisierung, auch mit dem Ziel,dem Klimawandel entgegenzuwirken.DigitalisierungDies führte zu neuen oder aktualisierten Seiten in den nachfolgend genannten Hauptabschnitten. Inhalte des Buches, dienicht mehr Bestandteil der Berufsbildung sind, wurden gelöscht. Auf Prüfungsorientierung bzgl. Inhalt und Sachwortverzeichnis sowie Seitenquerverweise im Buch wurde großer Wert gelegt. Teil M: Mathematik, Technische Physik Aktualisiert sind z. B. Komplexe Rechnung für Grundschaltungen von L und C, Binärcodes, Messen von Oberschwingungen, Spannungsfall an Leitungen. Teil K: Technische Kommunikation Neu sind z. B. Geometrische Produktspezifikation GPS, Symbole der Verfahrenstechnik.Erweitert wurden z. B. Kennzeichnungen in Schaltplänen, Referenzkennzeichnung.Aktualisiert wurden Schaltpläne der Pneumatik und Hydraulik. Teil WF: Chemie, Werkstoffe, Fertigung Neu sind z. B. Bezeichnung von Stählen durch Werkstoffnummern, Arten von Kunststoffen, Wärmebehandlung, Ergonomie. Aktualisiert wurden z. B. Trennklassen der Kommunikationsverkabelung, Leitungen in Datennetzen, Fertigungsverfahren. Teil BM: Bauelemente, Messen, Steuern, Regeln Neu sind z. B. Durchflusssensoren, Radarsensoren, Smart Sensorik und Aktorik, TIA-Portal, Bezeichnung von SPSVariablen. Aktualisiert wurden z. B. Dimmen von LEDs, SPS-Programmierung, Sensoren, elektrische Messgeräte,Messen mit Multimeter. Teil A: Elektrische Anlagen und Antriebe, mechatronische SystemeNeu sind z. B. Brandschutz und Brandschutzleitungen, Betrieb von Drehstrom-Asynchronmotoren.Erweitert wurden z. B. Erstprüfung von Schutzmaßnahmen, Fehlerschutz. Aktualisiert wurden z. B. Messen in elektrischen Anlagen, Regelung der Netzfrequenz, Effizienz von elektrischen Antrieben, Aufbau von Schaltschränken, Prüfung der elektrischen Ausrüstung von Maschinen. Teil D: Informationstechnik, DigitalisierungNeu sind z. B. Blu Ray Disk, Aufbau eines PC, Werkzeugbahnkorrektur, Schutzmaßnahmen zur Arbeitssicherheit.Erweitert wurden z. B. Digitalisierung, Industrie 4.0. Aktualisiert wurden z. B. KV-Diagramme, Halbleiterspeicher, Datensicherung, Kopierschutz, Local Control NetworkLCN, Komponenten für Datennetze, Betriebssysteme, Internet der Dinge, Störungen bei der Funkübertragung inWerkstätten. Teil V: VerbindungstechnikAktualisiert wurden Steckverbinder. Teil B: Betrieb und UmweltNeu sind z. B. Qualitätsmanagement, Betriebswirtschaftliche Kalkulationen. Aktualisiert wurden z. B. Statistische Prozesssteuerung, Betriebssicherheitsverordnung, gefährliche Stoffe, Gefahrenhinweise VDE-Normen.Normänderungen wurden übernommen, z. B. Sicherheit von Maschinen (DIN EN 60204-1, VDE 0113-1), Erstprüfung derSchutzmaßnahmen (DIN VDE 0100-600), Mindestwirkungsgrade von elektrischen Antrieben (DIN VDE 530-30-2), Schutz einrichtungen (DIN VDE 0100-530), sodass diesem Buch die neuesten Ausgaben der DIN-Normen und VDE-Richtlinien zuGrunde liegen.Allgemein ist zu beachten, dass oft die Normen verschiedene Formen zulassen, z. B. in DIN EN 61082 (Dokumente derElektrotechnik, Regeln) Stromverzweigungen mit oder ohne „Punkt“ oder mit Richtungsangabe des abgezweigten Leiters,ebenso die Angabe der Stromrichtung mit Pfeil neben der Leitung oder in der Leitung nach DIN EN 60375. Alle Formenkommen in der beruflichen Praxis vor und werden im Buch deshalb auch angewendet.Didaktische Ergänzungen wurden durch stichwortartige Formulierung prüfbarer Lerninhalte fortgesetzt.Hinweis: In Formeln für Mechatroniker sind die Formeln des Buchs, ergänzt um weitere Formeln, abgedruckt, und zwarmeist in nach Größen umgestellten Formen.Verlag und Autoren danken für die zahlreichen Benutzerhinweise, die zu einer weiteren Verbesserung des Buches führten,und nehmen auch künftig konstruktive Vorschläge dankbar entgegen. Diese können auch gerichtet sein an le[email protected] 2021 Der Autoren-Arbeitskreis
InhaltsverzeichnisErste Hilfe bei Unfällen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . U2Teil M: Mathematik,Technische Physik 9Formelzeichen dieses Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10Indizes und Zeichen für Formelzeichen diesesBuches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11Formelzeichen für drehende elektrische Maschinen . 12Übersetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Druck in Flüssigkeiten und Gasen . . . . . . . . . . . . . . .Reibung, Auftrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Belastungsfälle, Beanspruchungsarten . . . . . . . . . . .Abscherung, Knickung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Biegung, Torsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Momente der Festigkeitslehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Momente von Profilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Pneumatikzylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Berechnungen zur Hydraulik und Pneumatik . . . . . .Berechnungen zur Hydraulik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 60 61 62 64 65 66 67 68 69 70Größen und Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Bruchrechnen, Vorzeichen, Klammern . . . . . . . . . . . . 15Klammerrechnung, Potenzieren . . . . . . . . . . . . . . . . . 16Radizieren, Gleichungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17Zahlensysteme, Dualzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18Dualzahlen, Sedezimalzahlen, Binärcodes . . . . . . . . . 19Logarithmen, Zehnerpotenzen, Vorsätze,Prozentrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Logarithmisches Maß Dezibel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Dreisatz, Mischungsrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22Rechtwinkliges Dreieck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23Winkelfunktionen, Steigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24Längen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Flächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Flächen, Volumen, Oberflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Volumen, Oberfläche, Masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Drehmoment, Hebel, Fliehkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Rollen, Keile, Winden, Schrauben . . . . . . . . . . . . . . . . 33Bewegungslehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34Geschwindigkeiten an Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . 35Wärmetechnik 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Wärmetechnik 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37Mechanische Arbeit, mechanische Leistung,Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38Ladung, Spannung, Stromstärke, Widerstand . . . . . 39Elektrische Leistung, elektrische Arbeit . . . . . . . . . . . 40Elektrisches Feld, Kondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Strom in Magnetfeld, Induktion . . . . . . . . . . . . . . . . . 43Schaltungen von Widerständen . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Bezugspfeile, Kirchhoff’sche Regeln,Spannungsteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Grundschaltungen von Induktivitäten undKapazitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Komplexe Rechnung für Grundschaltungenvon L und C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Schalten von Kondensatoren und Spulen . . . . . . . . . 48Wechselgrößen, Oberschwingungen . . . . . . . . . . . . . 49Zeigerdiagramme von Wechselstromgrößen . . . . . . 50Leistungen bei Sinuswechselstrom, Impuls . . . . . . . 51Reihenschaltung, Parallelschaltung von R, L, C . . . . . 52Berechnungsformeln für Transformatoren . . . . . . . . 54Elektrischer Widerstand bei Temperaturänderung,Wärmewiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55Drehstrom, Blindleistungskompensation . . . . . . . . . 56Kompensation mit Filtern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57Zahnradberechnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Teil K: TechnischeKommunikation 71Grafische Darstellung von Kennlinien . . . . . . . . . . . . 72Arten von Diagrammen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Allgemeines technisches Zeichnen . . . . . . . . . . . . . . . 74Zeichnerische Anordnung von Körpern . . . . . . . . . . . 75Maßeintragung, Schraffur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Maßpfeile, besondere Darstellungen . . . . . . . . . . . . . 77Maßeintragung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Toleranzen in Zeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79Geometrische Produktspezifikation . . . . . . . . . . . . . . 80Gewinde, Schraubenverbindungen,Zentrierbohrungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Getriebedarstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Darstellung von Wälzlagern, Dichtungen . . . . . . . . . . 86Symbole für Schweißen und Löten . . . . . . . . . . . . . . 88Weitere mechanische Verbindungen, Federn . . . . . . 89Funktionsbezogene Schaltpläne . . . . . . . . . . . . . . . . . 90Weitere funktionsbezogene Dokumente . . . . . . . . . . 91Ortsbezogene und verbindungsbezogeneDokumente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92Kennbuchstaben der Objekte (Betriebsmittel) inSchaltplänen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Kennzeichnungen in Schaltplänen . . . . . . . . . . . . . . . 94Kontaktkennzeichnung in Stromlaufplänen . . . . . . . 97Stromkreise und Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98Allgemeine Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99Transformatoren, Spulen, drehende elektrischeMaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100Vergleich von Schaltzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101Zusatzschaltzeichen, Schalter in Energieanlagen . . . 103Messgeräte und Messinstrumente, Messkategorien 104Halbleiterbauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105Analoge Informationsverarbeitung, Zähler undTarifschaltgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106Binäre Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Schaltzeichen für Installationsschaltpläne undInstallationspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109Schaltzeichen für Übersichtsschaltpläne . . . . . . . . . . 110Kurzzeichen an elektrischen Betriebsmitteln . . . . . . 111Einphasenwechselstrommotoren und Anlasser . . . . 112Drehstrommotoren und Anlasser . . . . . . . . . . . . . . . . 113Motoren mit Stromrichterspeisung . . . . . . . . . . . . . . 114Ablaufsteuerungen, GRAFCET . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Grundformen von Ablaufsteuerungen . . . . . . . . . . . . 1165
6Elemente für Ablaufsteuerungen GRAFCET . . . . . . . 117Ablauf-Funktionspläne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119Symbole zur Dokumentation in derComputertechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120Schaltzeichen der Pneumatik und Hydraulik . . . . . . . 121Pneumatik Grundschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123Kennzeichnung von steuerungstechnischenSystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124Schaltpläne der Pneumatik und Hydraulik . . . . . . . . 125Fließbilder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126Beispiele von Fließbildern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127Symbole der Verfahrenstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Erstellen einer Dokumentation über Geräte undAnlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129Aufbau und Inhalt einer Betriebsanleitung . . . . . . . . 130Teil WF: Chemie, Werkstoffe,Fertigung 131Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132Stoffwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134Gefährliche Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136Magnetwerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137Bezeichnungssysteme für Stähle . . . . . . . . . . . . . . . . 138Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142Stahlprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145Bezeichnungssysteme für Gusseisenwerkstoffe . . . . 146Gusseisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147Nichteisenmetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148Aluminiumprofile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151Kunststoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152Kabel und Leitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157Isolierte Starkstromleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158Starkstromleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159Leitungen zum Anschluss ortsveränderlicherBetriebsmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160Leitungen und Kabel für Melde- und Signalanlagen 161Leitungen in Datennetzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162Kupferlitzenleiter der Informationstechnik . . . . . . . . . 163Strahlenoptik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164Lichtwellenleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165Trennklassen der Kommunikationsverkabelung . . . . 166Korrosion und Korrosionsschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . 167Lote und Flussmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168Druckflüssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169Werkstoffprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170Fertigungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172Rapid Prototyping RP (3D-Druck) . . . . . . . . . . . . . . . . 176Wärmebehandlung von Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177Montage und Demontage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179Ergonomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181Schneidstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182Drehzahlnomogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183Kräfte und Leistungen beim Zerspanen . . . . . . . . . . . 184Bohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186Reiben und Gewindebohren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187Drehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188Drehwerkzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fräsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Schleifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Spanende Formung der Kunststoffe . . . . . . . . . . . . .Lehren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Biegeumformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Druckgasflaschen, Gasverbrauch . . . . . . . . . . . . . . .Gasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Schutzgasschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Lichtbogenschweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Teil BM: Bauelemente, Messen,Steuern, Regeln 190 191 193 194 195 196 197 199 200 201 203205Widerstände und Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . .Batterien, Batteriezellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Von physikalischen Größen abhängige HalbleiterBauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Dioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Feldeffektransistoren FET, IGBTs . . . . . . . . . . . . . . . . .Bipolare Transistoren und HEMT . . . . . . . . . . . . . . . . .Thyristoren und Triggerdiode . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Fotoelektronische Bauelemente . . . . . . . . . . . . . . . . .Bauelemente für Überspannungsschutz . . . . . . . . . .Grundlagen des Operationsverstärkers . . . . . . . . . . .Elektrische Messgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Schaltungen zur Bestimmung von U, I und R . . . . . .Messwandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Messen mit Multimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Wattstundenzähler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Kraftmessung und Druckmessung . . . . . . . . . . . . . . .Bewegungsmessung, Wegmessung,Winkelmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Temperaturmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Durchflusssensoren, Ultraschallsensoren,Radarsensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Näherungsschalter (Sensoren) . . . . . . . . . . . . . . . . . .Smarte Sensorik und Aktorik, optoelektronischeSensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Vernetzung von Sensoren und Aktoren . . . . . . . . . . .Energieüberwachung in Smart-Grid-Anlagen . . . . . .Oszilloskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Messwerterfassung mit dem PC . . . . . . . . . . . . . . . . .Elektromagnetische Schütze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Gebrauchskategorien und Antriebe von Schützen . .Vakuumschütze, Halbleiterschütze . . . . . . . . . . . . . . .Hilfsstromkreise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Polumschaltbare Drehstrommotoren . . . . . . . . . . . . .Ausschaltung, Serienschaltung, Wechselschaltung,Kreuzschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Stromstoßschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Dimmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Steuerung mittels Funk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Elektroinstallation mit Funksteuerung vonkonventionellen Lampen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Ausführung von Installationsschaltungen . . . . . . . . . 206 209 210 211 212 213 214 215 216 217 219 221 222 223 224 225 226 227 229 230 231 233 235 236 237 239 242 243 244 246 248 250 251 252 254 255 256
Steuerungs- und Regelungstechnik . . . . . . . . . . . . . . 258Stromgefährdung, Berührungsarten, Fehlerarten . . 353Analoge Regler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260Schutzmaßnahmen, Schutzklassen . . . . . . . . . . . . . . 355Digitale Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263Systeme und Fehlerschutz mit Schutzleiter . . . . . . . . 356Steuern und Regeln mit dem PC . . . . . . . . . . . . . . . . . 264Basisschutz und Fehlerschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357Lageregelung bei Arbeitsmaschinen . . . . . . . . . . . . . 266Differenzstromschutzschalter RCD . . . . . . . . . . . . . . . 358Logikmodul LOGO! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267Differenzstromüberwachungsgerät RCM . . . . . . . . . . 359Binäre Verknüpfungen der Steuerungs- undRegelungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270Prüfung der Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 363Speicherprogrammierbare Steuerung SPS . . . . . . . . 271Spezielle Niederspannungs-Anlagen . . . . . . . . . . . . . 366TIA-Portal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275Programmiersprachen, Strukturierter Text (ST),Ablaufsprache AS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279Elektroinstallation in Unterrichtsräumen mitExperimentier-einrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367SPS-Programmierung (nach DIN EN 61131-3) . . . . . . 282Stromversorgung elektronischer Geräte . . . . . . . . . . 368Regelung mittels SPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285Sicherheits-Stromversorgungsanlagen . . . . . . . . . . . 369Wiederkehrende Prüfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365Akkumulatorenräume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371Teil A: Elektrische Anlagen undAntriebe, mechatronischeSysteme 289Netze der Energietechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290Arbeiten in elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . . . . . . 292Messungen in elektrischen Anlagen . . . . . . . . . . . . . . 293Alphanumerische Kennzeichnung der Anschlüsse . . 296Schutzarten IP elektrischer Betriebsmittel,ENEC-Zeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297Elektronische Steuerungen von Verbrauchsmitteln . 299Stromrichter, Gleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300Transformatoren der Energietechnik . . . . . . . . . . . . . 305Regelung der Netzspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307Betriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309Elektromagnetische Verträglichkeit EMV . . . . . . . . . . 373Schaltschrankaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375Klimatisierung von Schaltschränken . . . . . . . . . . . . . 378Instandsetzung, Änderung und Prüfung elektrischerGeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379Elektrische Ausrüstung von Maschinen . . . . . . . . . . . 380Prüfung der elektrischen Ausrüstung von Maschinen 382Sicherheits-NOT-AUS-Relais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen . . . . . . . 384Mechatronische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389Funktionsdiagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391Ablaufsteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392Inbetriebnahme mechatronischer Systeme . . . . . . . . 406Instandhaltung mechatronischer Systeme . . . . . . . . 411Isolierstoffklassen, Bemessungsleistungen . . . . . . . . 310Betriebsdaten von Käfigläufermotoren . . . . . . . . . . . 311Bauformen von drehenden elektrischen Maschinen 312Einphasen-Wechselstrommotoren . . . . . . . . . . . . . . . 314Teil D: Digitalsierung,Informationstechnik 413Drehstrommotoren, Gleichstrommotoren . . . . . . . . . 315Digitalisierung und Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . 414Servomotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415Prüfung elektrischer Maschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . 320Binäre Verknüpfungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417Schrittmotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321KV-Diagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418Kleinstantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322Code-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419Getriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324ASCII-Code und Unicode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 420Linearantriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325Bistabile Kippschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421Effizienz von elektrischen Antrieben . . . . . . . . . . . . . . 329Digitale Zähler und Schieberegister . . . . . . . . . . . . . . 422Wahl des Antriebsmotors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330DA-Umsetzer und AD-Umsetzer . . . . . . . . . . . . . . . . . 423Motorschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331Komparatoren, S & H-Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . 424Anlassen von Kurzschlussläufermotoren . . . . . . . . . . 332Halbleiterspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425Sanftanlasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333Mobile Datenspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426Überlastschutz und Kurzschlussschutz vonLeitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334Optische Speicher DVD, CD, Blu Ray . . . . . . . . . . . . . 427Mindest-Leiterquerschnitte, Leitungsschutzschalter . 335PC-Hauptplatine und PC-Anschlüsse . . . . . . . . . . . . . 431Niederspannungs-Schmelzsicherungen . . . . . . . . . . 336Betriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432Überstrom-Schutzeinrichtungen für Geräte . . . . . . . . 337Windows-10-Tasten-Kürzel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433Schutz gegen thermische Auswirkungen . . . . . . . . . . 339PowerPoint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434Brandschutz, Brandschutzleitungen . . . . . . . . . . . . . . 340Arbeiten mit Excel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435Leitungsberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341Gefahren der Computersabotage . . . . . . . . . . . . . . . . 436Verlegearten von Leitungen für feste Verlegung . . . . 345Maßnahmen gegen Computerviren . . . . . . . . . . . . . . 437Strombelastbarkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346Industriespionage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438Oberschwingungen OS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351Datensicherung, Kopierschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439Begriffe der Informationstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 4297
48Schalten von Kondensatoren und Spulen Switching of Capacitors and CoilsMU0RZeitkonstanteuR𝜏 R·CEntladen1As [t] Ω · sV[R] ΩuCC[𝜏]iBeim Laden (Einschalten):S1K3Beim Entladen (Kurzschließen):[U0] [uC] [uR] VuC Á U0 nach 5†uC0,63 U0uC, iUi – 0 · exp (– t/𝜏)RLadenU0Entladeni Á U0 /R0,37 U0 /R0,37 U0†- U0 /RLadenEntladen4uC U0 · exp (– t/𝜏)5Beim Laden und Entladen:†t†i Á 0 nach 5††0WF2uC U0 [1 – exp (– t/𝜏)]As C[C] FVV[i] ALadenUi 0 · exp (– t/𝜏)RuR i · Rt6i- 0,37 U0 /RKondensatorspannung und Kondensatorstrom der RC-ReihenschaltungRBML𝜏 RuRLH sΩ[R] ließenU00VBU0i · exp (– t/𝜏)RKurzschließenU0 /Rt†uL – U0 · exp (– t/𝜏)†tBeim Einschalten undbeim Kurzschließen:uR i · R12uL-0,37 U0Spulenspannung und Spulenstrom der RL-ReihenschaltungAnmerkung:y ex x ln (y)Siehe Seite 20.C KapazitättZeit ab Einschalten/KurzschließenuC KondensatorspannungiuSpannung (Augenblickswert)uL SpulenspannungStromstärke (Augenblickswert)10110,37 U0 /R0,63 U0 /R†-U0Beim Kurzschließen:i†89 s0,37 U0U0i [1 – exp (– t/𝜏)]RuL U0 · exp (– t/𝜏)[U0] [uR] [uR] VEinschaltenuL, i7Vs[L] HA[i] AEinschaltenDBeim Einschalten:ZeitkonstanteiL InduktivitätU0 speisende GleichspannungR Wirkwiderstand
Hinweis: In Formeln für Mechatroniker sind die Formeln des Buchs, ergänzt um weitere Formeln, abgedruckt, und zwar meist in nach Größen umgestellten Formen. Verlag und Autoren danken für die zahlreichen Benutzerhinweise, die zu einer weiteren Verbesserung des Buches führten, und nehm
