Automations- und Regelungstechnik

Das Wort Automation ist folgendermaßen definiert: Der Einsatz von Maschinen zur Verrichtung von Arbeiten, die zuvor von Menschen verrichtet wurden. Diese Erklärung impliziert auch, dass der Mensch aus dieser Gleichung ausgeklammert ist, was natürlich nicht der Fall ist, denn auch eine vollständig automatisierte Fabrik benötigt noch technisches Personal, das dafür sorgt, dass alles reibungslos funktioniert. Es muss sich außerdem um die unvermeidlichen Pannen kümmern, wenn diese auftreten und die Produktionsabläufe einleiten und unterbrechen. Die Regelungstechnik schreibt vor, wie genau die Maschinen zu arbeiten haben, wenn der Startknopf gedrückt wird.

Zur Regelungstechnik gehören Computersysteme, Schalttechnik, Hydraulik, Pneumatik sowie alle übrigen Bestandteile, die zusammen arbeiten, um den Maschinen mitzuteilen, wann was zu tun ist. In unserer technisch hoch entwickelten Welt ist die Automation und Regelungstechnik mittlerweile ein fester Bestandteil moderner Fabriken. Auch in Schiffen, Flugzeugen und in den technisch am höchsten entwickelten Maschinen von allen, der Verteidigungstechnik und Weltraumerkundung, ist sie lebenswichtig. In diesem Artikel befassen wir uns mit der eher alltäglichen Regelungstechnik, die aber dennoch eine äußerst wichtige Aufgabe beim Betrieb moderner Fertigungsanlagen übernimmt.

 

RFID

Wir alle kennen mittlerweile die Strichcodes, die von den Kassierern an der Supermarktkasse mit einem Lesegerät eingescannt werden. Beim Einscannen erkennt der Computer den Artikel und zeigt seinen Preis im Display an. Auch für die Lagerhaltung vermerkt er, dass der jeweilige Artikel verkauft wurde. Dieses erfolgreiche System, das schon eine Weile im Einsatz ist, wird in absehbarer Zeit durch RFID-Sensorik (Radio Frequency Identification – Identifikation mittels Funkfrequenzen) ersetzt.

Diese neue Barcode-Generation ist erheblich intelligenter als ihre Vorgänger. Sie kann mit einem Computernetzwerk kommunizieren und ihm mitteilen, was Sie in den Einkaufswagen legen und wie dies abzurechnen ist. Denkt man diesen Ansatz konsequent bis zum Ende weiter, wird sicherlich irgendwann der Tag kommen, an dem man einfach nur das Geschäft betritt, die Artikel auswählt und das Geschäft gleich wieder verlässt. Die Kosten der gekauften Artikel werden dann einfach von einer registrierten Kreditkarte oder Bankkonto abgebucht.

Die ersten Jahre der RFID Transponder war eher bodenständig, denn ursprünglich wurden sie in der Landwirtschaft zur Kennzeichnung von Vieh entwickelt. Das volle Potenzial des Systems wurde aber schon bald erkannt und seine Einsatzgebiete erstrecken sich mittlerweile auf den Einzelhandelssektor wie bereits oben erwähnt, auf Fahrzeuge, Haustiere und Reisegäste an Flughäfen und reichen sogar bis zur Verfolgung einzelner Personen, die an der Alzheimer Krankheit leiden.

 

Artikel zur Kabelorganisation

Elektrokabel sind für uns zwar äußerst wichtig, um in der technologisch fortschrittlichen Welt von heute zurechtzukommen, jedoch können sie wirklich stören, wenn sie nicht gut verlegt sind. Für viele besonders von Interesse sind die unübersichtlichen Kabelbündel, die sich unter den Fernsehschränken verbergen. Es gibt aber zahlreiche Möglichkeiten, um Elektrokabel aller Art sauber und aufgeräumt zu halten, ganz gleich, ob im Heimbereich oder bei großen Elektro- und Computerinstallationen.

Kabelbinder sind geniale und äußerst nützliche Hartplastikstreifen mit einem Rastmechanismus, durch den sich mehrere Kabel fest umschließen lassen. Die Leitungen bleiben fest gebündelt, sodass kein „Kabelsalat“ entstehen kann. Häufig werden sie in Motorräumen und bei motorisierten Fahrzeugen überall an verlegten Kabelsträngen verwendet.

In Büros werden häufig auch flexible Schutzrohre aus Kunststoff verwendet, um Ordnung bei den Computerkabeln zu halten. Diese Rohre sind so konzipiert, dass sie um ein Bündel von Kabeln herumgewickelt werden können. Die Kabel müssen also nicht mühsam durch die sie hindurchgeführt werden. Auf diese Weise lassen sie sich schnell anbringen und zur späteren Weiterverwendung wieder abnehmen. Das spart bares Geld. Es gibt dazu ein kleines Werkzeug, mit sich die Leitungen einfacher in das ziemlich starre Rohr einführen lassen. Weitere Designvarianten mit geringen Abweichungen werden ebenfalls angeboten.

Kabelboxen sind ebenfalls weit verbreitet. Diese kleinen Kunststoffkästchen sorgen für einen geschützten und verdeckten Anschluss von Verlängerungen und sorgen außerdem für eine aufgeräumtere Kabelverlegung. Mit dem einrastbaren Deckel bleibt alles sicher in der Box verstaut.

 

Energiesparlampen

Die herkömmlichen Glühlampen mit Wolframglühfaden werden nicht mehr produziert. An ihre Stelle sind mittlerweile die erheblich umweltfreundlicheren Energiesparlampen getreten. Zwar waren diese nach der Markteinführung nicht überall beliebt, da manche von dem Flackern irritiert waren, das bei manchen frühen Ausführungen dieser Lampe festzustellen war. Dieser Effekt wurde aber bei den neuesten Ausführungen der CFL-Lampen (Compact Fluorescent Lamp) verringert und die Lampen sind heute überall in Gebrauch.

Der Hauptvorteil der Energiesparlampen ist genau das: sie verbrauchen erheblich weniger Energie zur Erzeugung der gleichen Menge Licht wie ihre Glühlampenvorgänger. Auch die Lebenserwartung ist bei vielen dieser Lampen höher, die viele Stunden lang Licht liefern. Sie sind zwar teurer als Glühlampen, aber durch die Langlebigkeit der modernen Ausführung zahlt sich die Anschaffung aus.

 

Thermistor

Ein Thermistor ist eine spezielle Form von Widerstand, dessen Wert sich mit der Temperatur verändert. Diese Bauelemente werden meistens in selbstregelnden Heizelementen, in Überstrom-Schutzvorrichtungen mit Rückstellmöglichkeit, in Temperatursensoren und Einschaltstrombegrenzern eingesetzt. Das für die Herstellung von Thermistoren verwendete Material ist in der Regel ein Polymer oder eine Keramik. Bei anderen Widerständen wird Metall verwendet. Thermistoren arbeiten in einem begrenzten Temperaturbereich von -90 bis 130 °C präzise.

Es gibt zwei verschiedene Thermistorausführungen: Thermistoren mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) und mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC). Die Bezeichnungen sind selbsterklärend: bei einer Ausführung steigt der Widerstand und bei der anderen sinkt er mit steigender Temperatur.

 

Thermoelement

Als Reaktion auf eine Temperaturveränderung erzeugen Thermoelemente einen elektrischen Strom. Dank dieser Eigenschaft werden sie als Regelvorrichtungen und Messinstrumente eingesetzt. Sie arbeiten mit Effizienz und hoher Präzision in einem großen Temperaturbereich bis in die Extrembereiche und bis zu Spitzenwerten von 1.600 °C. Diese Bauelemente sind widerstandsfähig und nicht hoch entwickelt und deshalb auch ideal für extreme Umgebungen geeignet, z.B. in Düsenjetmotoren.

In vielen Haushalten ist eines dieser Bauteile installiert, wahrscheinlich als Komponente in einem Zentralheizungskessel oder in einem Gasbrenner. In diesen Einsatzbereichen übernehmen sie eine wichtige Schutzfunktion und schalten die Gaszufuhr ab, wenn ein Zug oder eine Störung die Zündflamme zum Erlöschen bringt, in der der Thermosensor angeordnet ist. Wenn der Sensor von der Zündflamme erwärmt wird, wird ein elektrischer Strom erzeugt, der zur Schaltung eines Elekromagneten weitergeleitet wird. Solange der Stromfluss aufrechterhalten bleibt, hält der Elektromagnet das Gasventil geöffnet, sodass die Zündflamme mit Gas versorgt wird. Geht die Flamme aus, sinkt die Temperatur am Sensor und der Stromfluss bricht ab. Der Elektromagnet schaltet dann das Ventil, sodass kein Gas mehr strömt. Durch dieses Funktionsprinzip hat dieses einfache Thermoelement schon viele Leben gerettet.

 

Kabelmanagement

Bei Neubauten oder der Überprüfung bestehender Gebäude ist eine effiziente Kabelorganisation äußerst wichtig. Wenn die Kabel durch Zwischenräume sowie an Innen- und Außenwänden von Gebäuden entlang verlegt werden, müssen sie gut gestützt werden. Dadurch soll nicht nur die Sicherheit aller Personen gewährleistet werden, die sich in dem Gebäude aufhalten, sondern auch den Technikern soll die Arbeit erheblich erleichtert werden, die in Zukunft zur Behebung von Störungen oder zur Ergänzung weiterer Leitungen beauftragt werden.

Stromkabel werden normalerweise in Kunststoffkanälen, Kabelleitern und Kabelpritschen verlegt.

Die IT-Verkabelung wird etwas anders gehandhabt, da hier die Verkabelung etwas häufiger als zum Beispiel bei einer Hauptleitungs-Ringverkabelung geändert bzw. erweitert werden muss.

Bei bestimmten Umgebungen sind außerdem besondere Voraussetzungen für das Kabelmanagement zu erfüllen. Krankenhäuser stellen einen Sonderfall dar, da die Verkabelung besonders in den Behandlungsbereichen genau unter Kontrolle gehalten werden muss. Um Einstörungen durch elektronische Geräte zu verhindern, müssen manche Krankenhausleitungen besonders gut abgeschirmt werden.

 

Schütze

Schütze sind im Grunde genommen Schalter, die elektrisch angesteuert werden. Sie dienen ähnlich wie Relais zum Schalten von Stromkreisen, jedoch arbeiten sie mit höheren Stromstärken. Zum Ansteuern eines Schützes dient ein Stromkreis, der mit erheblich geringeren Stromstärken arbeitet als der Leistungsbereich, der vom Schütz geschaltet wird. Schütze werden universell zum Schalten von thermischen Verdampfern, Elektromotoren, Heizungen, Kondensatorblöcken und Beleuchtungen eingesetzt. Diese Liste ist bei weitem nicht vollständig, denn Schütze sind sehr vielseitig für die unterschiedlichsten Aufgaben einsetzbar.

Die Bauelemente stehen in vielen verschiedenen Formen zur Verfügung und sind für eine Vielzahl von Verwendungszwecken konzipiert. Der Unterschied zu Schutzschaltern besteht darin, dass sie nicht für Kurzschlüsse vorgesehen sind. Schütze haben die Aufgabe, Ströme mit mehreren tausend Ampere und weniger zu unterbrechen. Sie können auch zum Schalten von Gleichspannungen mit mehreren Kilovolt bis 24 Volt eingesetzt werden.

Schütze werden mit unterschiedlichen Gehäusemaßen hergestellt. Es können große Würfel mit einem Meter, aber auch Kleinstbauteile mit verschiedenen Formgebungen sein. Die Bauteile bestehen aus drei Hauptteilen: den Kontakten, dem Elektromagneten und einem Gehäuse. Die Kontakte bilden den Teil des Schützes, die den elektrischen Strom transportieren. Der Elektromagnet stellt die Kraft zur Verfügung, mit der die Kontakte geschlossen werden und im isolierten Gehäuse sind die erwähnten Teile eingebaut. Das Gehäuse schützt auch den Elekromagneten und die Kontakte und trägt damit zu noch mehr Sicherheit bei, denn es besteht somit keine Möglichkeit, dass jemand mit den Strom führenden Kontakten in Berührung kommt.

 

Glühlampe

Elektrische Glühlampen waren einfache Gebrauchsmittel, die am Arbeitsplatz und daheim als selbstverständlich galten. Sie waren günstig, leicht anzubringen und sicher. Sie funktionierten nach folgendem Prinzip: ein Strom wurde durch einen Glühdraht geleitet, wodurch eine enorme Wärmemenge entstand. Der Glühdraht lieferte dadurch helles Licht. Ihr größter Nachteil war, dass sie nicht lange hielten und häufig in sehr ungünstigen Augenblicken ausfielen. Für diese veralteten Glühlampen gibt es heute eine erheblich effizientere Art der Beleuchtung.

Ein Umdenken der Industrie in Bezug auf die elektrische Beleuchtung nahm eigentlich erst angesichts der zunehmenden Bedenken hinsichtlich der globalen Erwärmung Form an. Die Notwendigkeit, den Stromverbrauch - wann und wo auch immer dies möglich ist - zu senken, wurde von der Regierung erkannt und die Industrie war gezwungen, neue Möglichkeiten zur Versorgung der Haushalte und Arbeitsplätze mit elektrischer Beleuchtung zu erforschen.

Die ersten Versuche der Branchenriesen, ein Leuchtelement zu entwickeln, das die Kriterien erfüllt, waren nicht sonderlich erfolgreich. Die Leuchtmittel waren sperriger als die alten Glühbirnen und damit auch schwerer. Beim Einbauen der neuen Leuchtmittel in die alten Fassungen gab es Probleme. Oft passten sie überhaupt nicht, sodass die Fassungen überflüssig waren.

Dank der unermüdlichen Weiterentwicklung in Richtung der leichteren und kompakteren CFL-Bauformen (Compact Fluorescent Lamp) konnten die meisten dieser Probleme gelöst werden. CFLs sind nun überall in den britischen Haushalten anzutreffen.

LEDs (Light Emitting Diode) als Lichtquellen finden mittlerweile immer weitere Verbreitung. Sie haben zwei wesentliche Vorteile: in Betrieb entsteht nur geringe Wärme und sie verbrauchen sehr wenig Energie. Auch die Größe spielt bei diesem Leuchtmittel eine wesentliche Rolle, denn LED-Leuchtmittel lassen sich in sehr kleinen Größen herstellen. Heute sind sie auch am Weihnachtsbaum als Beleuchtung sehr beliebt.