A Teilfunktion: E 1el trennen
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Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ Vorteile-Nachteile A Teilfunktion: B Teilfunktion: E Teilfunktion: N8/N9 Teilfunktion: E1el trennen E2el trennen S3el trennen E5el wandeln/EN2el trennen LK1 – Knotenpunkt auf Leiterbahn Abbildung 1: Knotenpunkt auf Leiterbahn Ein Punkt auf der Platine an dem sich mehrere Leiterbahnen kreuzen und an welchem ein elektrisches Signal in mehrere Signale aufgespalten wird. Vorteile Kein Platzbedarf da direkt auf Platine Sicherste (zuverlässigste) Verbindung Geringe Kosten Nachteile Beeinflusst Platinenlayout Korrosionsanfällig Nicht lösbare Verbindung Seite | 1 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK2 - Lüsterklemme Abbildung 2: Lüsterklemme Klemme die zum Verbinden zweier, oder mehrerer elektrischer Kabel dient. Vorteile Einfach zu verdrahten Verbindungen austauschbar Nachteile Hoher Platzbedarf Vergleichsweise hoher Montageaufwand LK3 – Drahtbrücke Abbildung 3: Drahtbrücke Eine Verbindung von zwei Punkten mittels Drahtstück/Kabel zur Signalweiterleitung. Vorteile Nicht an Layout gebunden Leicht modifizierbar Nachteile Lötverbindungen fehleranfällig Muss separat gelötet werden Platzbedarf Seite | 2 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ C Teilfunktion: D Teilfunktion: S1op wandeln S2el & E3el verknüpfen LK1 – IR-Empfänger Abbildung 4: IR-Empfänger Wandelt ein optisches Signal in ein analoges Signal um. Vorteile Niedriger Preis Leicht über IR-Fernbedienung steuerbar Nachteile Benötigt „optische Verbindung“ Störanfällig LK2 – Fotodiode Abbildung 5: Fotodiode Wandelt ein optisches Signal in ein analoges Signal um. Vorteile Niedriger Preis Sehr hohe Grenzfrequenz Nachteile Anfällig für Störsignale (Umgebungslicht) Schlecht als Fernsteuerungsempfänger nutzbar Verstärker erforderlich Seite | 3 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK3 – CCD-Chip Abbildung 6: CCD-Chip Ein Fotodioden-Array, welches ein optisches Signal in ein analoges Signal wandelt. Vorteile F1/F2 Teilfunktion: N3/N4 Teilfunktion: N10/N11 Teilfunktion: N14/N15 Teilfunktion: Nachteile Vergleichsweise teuer Schlecht als Fernsteuerungsempfänger nutzbar Anfällig für Störsignale (Umgebungslicht) E1el & S1el verknüpfen/SF1el trennen SN3el & EN1el verknüpfen/SN5el trennen SN4el & EN3el verknüpfen/SN6el trennen SN2el & EN4el verknüpfen/SN7el trennen LK1 – Treiberbaustein Abbildung 7: Treiberbaustein Verstärkt ein Eingangssignal und vermeidet eine direkte Belastung der Steuerung durch den Stromfluss des Verbrauchers. Vorteile Keine weitere Beschaltung notwendig Keine weitere Belastung der Quelle Hohe Verstärkung möglich Nachteile Zusätzliche Stromversorgung nötig Seite | 4 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK2 – Transistorschaltung Abbildung 8: Transistorbeschaltung Schaltung mehrerer Transistoren und Widerstände um den elektrischen Strom um einen bestimmten Faktor zu verstärken. Vorteile Flexibel Niedriger Preis Nachteile Zusätzliche Stromversorgung nötig Höherer Schaltungsaufwand LK3 – Operationsverstärker Abbildung 9: Operationsverstärker Verstärken eines Eingangssignals mit Hilfe einer zusätzlichen Versorgungsspannung Vorteile Keine weitere Belastung der Quelle Hohe Verstärkung möglich Nachteile Zusätzliche Stromversorgung nötig Höherer Schaltungsaufwand Seite | 5 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ F5/F7 Teilfunktion: J/K/L Teilfunktion: N1/N2 Teilfunktion: SF4el wandeln/SF5el trennen S4el & S5el verknüpfen/S6el wandeln/S7el trennen S8el trennen/SN1el trennen LK1 – Mikrocontroller Abbildung 10: Mikrocontroller Mikrocontroller der Familie 8051 F340 zur Berechnung und Steuerung. Vorteile Geringer Platzbedarf Geringer Energieverbrauch Auf Platine integrierbar Nachteile Vergleichsweise geringe Rechenkapazität Treiber für Ansteuerung von Aktoren notwendig LK2 – Computer Abbildung 11: Computer Personal Computer für komplexe Berechnungen und Peripherieansteuerung. Vorteile Hohe Rechenkapazität Flexible Programmierung Nachteile Hoher Platzbedarf Hoher Energiebedarf Hohe Geräuschentwicklung Überdimensioniert für die geplante Anwendung Hohe Wärmeentwicklung Seite | 6 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK3 - SPS Abbildung 12: SPS Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) zur Steuerung oder Regelung. Vorteile Hohe Rechenkapazität Modularer Aufbau Nachteile Hohe Kosten Hoher Platzbedarf Überdimensioniert für die geplante Anwendung Seite | 7 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ F3/F4 Teilfunktion: SF2el wandeln/SF3el trennen LK1 – A/D-Wandler Single Slope Verfahren Abbildung 13: A/D Wandler Abbildung 14: Single Slope Verfahren Wandlung eines analogen Eingangssignals in ein Digitalsignal mittels Single Slope Verfahren. Vorteile Geringer Schaltungsaufwand Nachteile Versagt bei schnellen Signalen Starke Temperaturabhängigkeit Seite | 8 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK2 – A/D-Wandler Dual Slope Verfahren Abbildung 15: Dual Slope Verfahren Wandlung eines analogen Eingangssignals in ein Digitalsignal mittels Dual Slope Verfahren. Vorteile Hohe Auflösung Benötigt keine Abtast-Halte-Schaltung Gute differentielle Linearität Störsicherheit Nachteile Relativ langsam Seite | 9 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK3 – Delta-Sigma Wandler Abbildung 16: Delta-Sigma Wandler Wandlung eines analogen Eingangssignals in ein Digitalsignal mittels Delta Sigma Wandler. Vorteile Einfacher Aufbau bzw. Integration Geringe Abwärme F6/F8 Teilfunktion: G/H Teilfunktion: Nachteile Hohe Latenz Resttöne EF1th & EF2th verknüpfen/EF3th & EF4th verknüpfen E1th & E2th verknüpfen/E3th & E4th verknüpfen LK1 – IC-Gehäuse Abbildung 17: IC-Gehäuse Wärme wird gleichmäßig über die Gehäuseoberfläche abgegeben. Vorteile Keine zusätzlichen Kosten Kein zusätzlicher Platzbedarf Keine Geräuschentwicklung Keine zusätzliche Stromversorgung Nachteile Keine zusätzliche Kühlung Abhängig von Umgebungstemperatur Seite | 10 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ I Teilfunktion: N22 Teilfunktion: N23 Teilfunktion: N24 Teilfunktion: N27 Teilfunktion: St3 & E6th verknüpfen EN2th & St5 verknüpfen EN1th & St3 verknüpfen EN3th & St7 verknüpfen EN8th & St12 verknüpfen LK1 – Kühlrippen Abbildung 18: Kühlrippen Kühlkörper zur Wärmeableitung von der IC-Oberfläche an die Außenluft. Vorteile Keine Geräuschentwicklung Kompromiss zw. keiner Kühlung & Lüfter Benötigt keine Stromversorgung Nachteile Keine optimale Kühlleistung Abhängig von Umgebungstemperatur Platzbedarf Seite | 11 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK2 – Lüfter/Ventilator Abbildung 19: Ventilator Aktive Kühlung und Vermischen/Abführen des Luftstroms. Vorteile Gute Kühlleistung Hoher Luftdurchsatz Leicht austauschbar Nachteile Relativ hohe Geräuschentwicklung Hoher Platzbedarf Zusätzliche Stromversorgung nötig Zusätzliche Kosten LK3 – IC-/Treiber-/LED-Gehäuse Abbildung 20: IC-Gehäuse Abbildung 21: Treiber-Gehäuse Abbildung 22: LED-Gehäuse Wärme wird gleichmäßig über die Gehäuseoberfläche abgegeben. Vorteile Keine zusätzlichen Kosten Kein zusätzlicher Platzbedarf Keine Geräuschentwicklung Keine zusätzliche Stromversorgung Nachteile Keine zusätzliche Kühlung Abhängig von Umgebungstemperatur Seite | 12 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ M Teilfunktion: N19/N20/N21 Teilfunktion: N30 Teilfunktion: O Teilfunktion: St1 trennen St2 trennen/St4 trennen/St6 trennen St13 & St14 verknüpfen St4 & St5 verknüpfen LK1 – Lüfter/Ventilator Abbildung 23: Ventilator Aktive Kühlung und Vermischen/Abführen des Luftstroms. Vorteile Gute Kühlleistung Hoher Luftdurchsatz Leicht austauschbar Nachteile Relativ hohe Geräuschentwicklung Hoher Platzbedarf Zusätzliche Stromversorgung nötig Zusätzliche Kosten LK2 – Natürlicher Luftzug Abbildung 24: Natürlicher Luftzug Einfaches Kühlen der Bausteine durch die Umgebungsluft. Vorteile Keine zusätzlichen Kosten Kein zusätzlicher Platzbedarf Keine Geräuschentwicklung Nachteile Keine zusätzliche Kühlung Nicht regelbar Abhängig von Umgebungstemperatur Seite | 13 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK3 – Gehäusegeometrie Abbildung 25: Gehäusegeometrie Durch Geometrie des Gehäuses optimierter Luftstrom. Vorteile Keine Geräuschentwicklung Keine Stromversorgung benötigt Nachteile Beeinflusst Gesamtlayout des Produktes Keine optimale Kühlung Abhängig von Umgebungstemperatur Seite | 14 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ N5/N6 Teilfunktion: N12/N13 Teilfunktion: N16/N17 Teilfunktion: SN8el wandeln/SN1op trennen SN9el wandeln/SN2op trennen SN10el wandeln/SN3op trennen LK1 – LED Abbildung 26: LED Licht emittierende Diode in verschiedenen Leuchtfarben. Vorteile Geringer Energieverbrauch Geringe Wärmeentwicklung Kleine Baugröße Stoßunempfindlich Lange Lebensdauer Nachteile Kleiner Betriebsspannungsbereich Effizienz und Lichtfarbe temperaturabhängig Seite | 15 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK2 - Glühbirne Abbildung 27: Glühbirne Eine zum Glühen gebrachte Glühwendel. Mit Hilfe verschiedenfarbiger Glasgehäuse lässt sich verschiedenfarbiges Licht erzeugen. Vorteile Sehr homogene Ausleuchtung Standardisierte Bauformen Sehr gute Farbwiedergabe Nachteile Hohe Verlustleistung Hoher Platzbedarf Hohe Wärmeentwicklung Nur ca. 5% Lichtausbeute (Rest fällt als Wärme ab) Relativ kurze Lebensdauer LK3 - Halogenlampe Abbildung 28: Halogenlampe Eine zum Glühen gebrachte Glühwendel in Verbindung mit einem Halogen. Mit Hilfe verschiedenfarbiger Glasgehäuse lässt sich verschiedenfarbiges Licht erzeugen. Vorteile Relativ kleine Bauform Lange Lebensdauer Konstanter Lichtstrom über Lebensdauer Nachteile Hohe Hitzeentwicklung Hohe Energiekosten Hohe Anschaffungskosten Seite | 16 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ N7/N18 Teilfunktion: SN4op & SN5op verknüpfen/SN6op & SN7op verknüpfen LK1 – Diffuse Fläche Abbildung 29: Diffuse Fläche Eine Oberfläche, welche das Licht gleichmäßig streut, um eine homogene Ausleuchtung zu erreichen. Vorteile Niedriger Preis Einfach austauschbar Nachteile Keine optimale Verteilung des Lichts Schwächung des Lichtsignals Seite | 17 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK2 – Spiegelung Abbildung 30: Spiegelung Vermischen einzelner Farbstrahlen mittels eines Spiegelsystems. Vorteile Flexibel Hohe Lichtleistung Nachteile Hoher Preis Fehleranfällig Seite | 18 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK3 – Nebel Abbildung 31: Nebel Nebelgenerator erzeugt raumfüllenden Nebel in dem das Licht gebrochen wird. Vorteile Füllt großen Raum aus Optisch anspruchsvoll N25/N26 Teilfunktion: Nachteile Zusätzliche Nebelmaschine Zusätzlicher Energiebedarf Unhandlich St9 & St10 verknüpfen/St8 & St11 verknüpfen LK1 – Lüfter/Ventilator Abbildung 32: Lüfter/Ventilator Aktive Kühlung und Vermischen/Abführen des Luftstroms. Vorteile Gute Kühlleistung Hoher Luftdurchsatz Leicht austauschbar Nachteile Relativ hohe Geräuschentwicklung Hoher Platzbedarf Zusätzliche Stromversorgung nötig Zusätzliche Kosten Seite | 19 Produktentstehungsprozess WS 09/10 Studiengang Mechatronik ___________________________________________________________________________ LK2 – natürlicher Luftzug Abbildung 33: natürlicher Luftzug Einfaches Kühlen der Bausteine durch die Umgebungsluft. Vorteile Keine zusätzlichen Kosten Kein zusätzlicher Platzbedarf Keine Geräuschentwicklung N28/29 Teilfunktion: Nachteile Keine zusätzliche Kühlung Nicht regelbar Abhängig von Umgebungstemperatur EN4th & EN5th verknüpfen/EN6th & EN7th verknüpfen LK1 – LED-Gehäuse Abbildung 34: LED-Gehäuse Wärme wird im Gehäuse gebündelt Vorteile Wärme kann über einen Kühlkörper abgegeben werden Wenig Platzbedarf Nachteile Starke Erwärmung des Gehäuses Einzelne LEDs nicht austauschbar Seite | 20
