Aktoren
Grundlagen und Anwendungen
Herausgegeben:Janocha, Hartmut
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Aktoren sind wichtige Komponenten der Automatisierungstech- nik. In ihnen werden elektrische Steuerimpulse in der Regel in mechanische Funktionsabl{ufe umgewandelt. In diesem Buch werden Aktoren aus den unterschiedlichsten technischen Disziplinen erstmals gemeinsam, d.h. fach}ber- greifend und unter praxisrelevanten Gesichtspunkten darge- stellt.]ber die grundlegenden Prinzipien hinaus behandeln die Auto- ren charakteristische Realisierung und Anwendungsbeispiele, die den Leser in die Lage versetzen, eigene L sungen f}r Problemstellungen zu entwickeln und Alternativen bewertend zu vergleichen.
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Aktoren sind wichtige Komponenten der Automatisierungstech-
nik. In ihnen werden elektrische Steuerimpulse in der Regel
in mechanische Funktionsabl{ufe umgewandelt.
In diesem Buch werden Aktoren aus den unterschiedlichsten
technischen Disziplinen erstmals gemeinsam, d.h. fach}ber-
greifend und unter praxisrelevanten Gesichtspunkten darge-
stellt.]ber die grundlegenden Prinzipien hinaus behandeln die Auto-
ren charakteristische Realisierung und Anwendungsbeispiele,
die den Leser in die Lage versetzen, eigene L sungen f}r
Problemstellungen zu entwickeln und Alternativen bewertend
zu vergleichen.
nik. In ihnen werden elektrische Steuerimpulse in der Regel
in mechanische Funktionsabl{ufe umgewandelt.
In diesem Buch werden Aktoren aus den unterschiedlichsten
technischen Disziplinen erstmals gemeinsam, d.h. fach}ber-
greifend und unter praxisrelevanten Gesichtspunkten darge-
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Produktdetails
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- Verlag: Springer / Springer Berlin Heidelberg / Springer, Berlin
- Artikelnr. des Verlages: 978-3-662-00418-0
- Softcover reprint of the original 1st ed. 1992
- Seitenzahl: 328
- Erscheinungstermin: 5. August 2012
- Deutsch
- Abmessung: 244mm x 170mm x 18mm
- Gewicht: 567g
- ISBN-13: 9783662004180
- ISBN-10: 3662004186
- Artikelnr.: 39154524
- Verlag: Springer / Springer Berlin Heidelberg / Springer, Berlin
- Artikelnr. des Verlages: 978-3-662-00418-0
- Softcover reprint of the original 1st ed. 1992
- Seitenzahl: 328
- Erscheinungstermin: 5. August 2012
- Deutsch
- Abmessung: 244mm x 170mm x 18mm
- Gewicht: 567g
- ISBN-13: 9783662004180
- ISBN-10: 3662004186
- Artikelnr.: 39154524
Prof. Dr.-Ing. habil. Hartmut Janocha hat an der Universität Hannover Maschinenbau und Elektrotechnik studiert und dort auch über dynamische Abtastung räumlicher Konturen promoviert. Wenige Jahre später habilitierte er mit dem Konzept eines Mehrkoordinatenmessgerätes für den direkten Einsatz in der mechanischen Fertigung. Ab April 1985 wirkte er als Außerplanmäßiger Professor und Leiter der Abteilung Maschinen und Steuerungen am Institut für Fertigungstechnik und Spanende Werkzeugmaschinen der Universität Hannover. Seit 1989 leitet er den Lehrstuhl für Prozessautomatisierung an der Universität des Saarlandes in Saarbrücken mit den Hauptforschungsgebieten Unkonventionelle Aktorik und Robotik mit Bildverarbeitung.
1 Einführung.- 1.1 Definition des Aktors.- 1.2 Aktor und Normung.- 1.3 Aktor als Systemkomponente.- 1.4 Mechatronik und Mikrosystemtechnik.- 1.5 Aktor-Schnittstellen.- 1.6 Aktoren in Echtzeit-Umgebung.- 2 Elektronische Aktoren.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Leistungsdioden.- 2.2.1 Ausführungsformen der Leistungsdioden.- 2.2.2 Dynamische Eigenschaften der Leistungsdioden.- 2.2.3 Beispiele für typische Leistungsdioden.- 2.3 Bipolare Leistungstransistoren.- 2.3.1 Grundstruktur und Stromführungsmechanismus.- 2.3.2 Schaltvorgänge und dynamische Verluste.- 2.3.3 Kritische Betriebszustände, sicherer Arbeitsbereich, praktisch ausnutzbare Sperrspannung.- 2.3.4 Darlington-Transistoren.- 2.3.5 Kaskoden.- 2.3.6 Typische Beispiele.- 2.4 Leistungs-Feldeffekt-Transistoren.- 2.4.1 Hochspannungs- und Leistungs-MOSFETs.- 2.4.2 Durchlaßverhalten.- 2.4.3 Ansteuerung und dynamische Eigenschaften.- 2.4.4 Thermisches Verhalten und Überlastfestigkeit.- 2.4.5 Die eingebaute Rückwärtsdiode.- 2.4.6 Typische Beispiele.- 2.5 Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT).- 2.5.1 Grundstruktur.- 2.5.2 Thermisches Verhalten und kritische Betriebsfälle.- 2.5.3 Einige Produktbeispiele.- 2.6 Thyristoren und GTOs.- 2.6.1 Konventionelle Thyristoren.- 2.6.2 Gate-Turn-Off-Thyristoren.- 2.7 Weitere abschaltbare Leistungsbauelemente.- 2.7.1 Static Induction Transistor (SIT).- 2.7.2 Field Controlled Thyristor (FCT).- 2.8 Einsatzschwerpunkte der verschiedenen Bauelemente.- 2.9 Integrierte Leistungsmodule und Smart-Power-Module.- 2.9.1 Technologien und Grundbausteine der monolithischen Hochspannungsintegration.- 2.9.2 Hybride Leistungsintegration.- 2.10 Simulation von Leistungsbauelementen.- 2.11 Anwendungsbeispiele.- 2.11.1 Schematische Einteilung.- 2.11.2 Leistungstransistoren als Emitterfolger.- 2.11.3 Einfache Wechselstromsteller.- 2.11.4 Gesteuerte Gleichrichter.- 2.11.5 Der Gleichstromsteller (Chopper).- 2.11.6 Selbstgeführter Wechselrichter.- 2.12 Entwicklungstendenzen.- 3 Elektromagnetische Aktoren.- 3.1 Einleitung.- 3.1.1 Definition des elektromagnetischen Aktors, Normen.- 3.1.2 Antriebsübersicht.- 3.1.3 Grundsätzliche Konstruktionsmöglichkeiten.- 3.2 Selbstgeführte Motoren mit mechanischem Kommutator.- 3.2.1 Allgemeines.- 3.2.2 Gleichstrom-Kommutatormotoren.- 3.2.3 Wechselstrom-Kommutatormotoren.- 3.3 Selbstgeführte Motoren mit elektronischem Kommutator.- 3.3.1 Elektronikmotor.- 3.3.2 Servomotoren.- 3.3.3 Geschalteter Reluktanzmotor.- 3.4 Fremdgeführte Motoren.- 3.4.1 Asynchronmotoren.- 3.4.2 Synchronmotoren.- 3.4.3 Schrittmotoren.- 3.5 Antriebe mit begrenzter Bewegung.- 3.5.1 Allgemeines.- 3.5.2 Elektromagnet-Prinzip.- 3.5.3 Tauchspul-Prinzip.- 3.6 Steuerungs- und Regelungskonzepte.- 3.6.1 Allgemeines.- 3.6.2 Netzgeführte Stromrichter.- 3.6.3 Gleichstromsteller.- 3.6.4 Wechselstromsteller.- 3.6.5 Stromrichter für Drehfeldmaschinen.- 3.7 Antriebsbeispiele.- 4 Fluidtechnische Aktoren.- 4.1 Einleitung.- 4.2 Fluidtechnische Antriebssysteme.- 4.2.1 Stetige Ventile.- 4.2.2 Unstetige Ventile.- 4.2.3 Fluidtechnische Motoren.- 4.2.4 Sensoren.- 4.2.5 Regelungskonzepte.- 4.2.6 Der fluidtechnische Antrieb als Subsystem.- 4.2.7 Vergleich zwischen fluidtechnischen und elektromagnetischen Aktoren.- 4.3 Anwendungsbeispiele.- 4.3.1 Automatische Blockierverhinderungssysteme.- 4.3.2 Servopneumatische Linearantriebe für Handhabungsaufgaben.- 4.3.3 Pneumatische Greifer.- 4.3.4 Bewegungssimulatoren.- 4.3.5 Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine.- 4.3.6 Einsatzgebiete und Einsatzbedingungen der Theaterhydraulik.- 5 Unkonventionelle Aktoren.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Thermobimetalle.- 5.2.1 Physikalischer Effekt.- 5.2.2 Technische Realisierung.- 5.2.3 Anwendungsbeispiel.- 5.3 Memory-Legierungen.- 5.3.1 Physikalischer Effekt.- 5.3.2 Technische Realisierung.- 5.3.3 Anwendungsbeispiele.- 5.3.4 Entwicklungstendenzen.- 5.4 Dehnstoff-Elemente.- 5.4.1 Physikalischer Effekt.- 5.4.2 Technische Realisierung.- 5.4.3 Anwendungsbeispiele.- 5.5 Elektrochemischer Aktor.- 5.5.1 Elektrochemische Reaktionen.- 5.5.2 Technische Ausführung.- 5.5.3 Anwendungsbeispiele.- 5.5.4 Entwicklungstendenzen.- 5.6 Elektrorheologische Flüssigkeiten.- 5.6.1 Physikalischer Effekt.- 5.6.2 Technische Realisierung.- 5.6.3 Anwendungsbeispiele.- 5.6.4 Entwicklungstendenzen.- 5.7 Piezoelektrische Aktoren.- 5.7.1 Physikalischer Effekt.- 5.7.2 Technische Realisierung.- 5.7.3 Anwendungsbeispiele.- 5.7.4 Entwicklungstendenzen.- 5.8 Magnetostriktive Aktoren.- 5.8.1 Physikalischer Effekt.- 5.8.2 Technische Realisierung.- 5.8.3 Anwendungsbeispiele.- 5.8.4 Entwicklungstendenzen.- 5.9 Mikroaktoren.- 5.9.1 Prinzip.- 5.9.2 Technische Realisierung.- 5.9.3 Anwendungsbeispiele.- 5.9.4 Entwicklungstendenzen.
1 Einführung.- 1.1 Definition des Aktors.- 1.2 Aktor und Normung.- 1.3 Aktor als Systemkomponente.- 1.4 Mechatronik und Mikrosystemtechnik.- 1.5 Aktor-Schnittstellen.- 1.6 Aktoren in Echtzeit-Umgebung.- 2 Elektronische Aktoren.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Leistungsdioden.- 2.2.1 Ausführungsformen der Leistungsdioden.- 2.2.2 Dynamische Eigenschaften der Leistungsdioden.- 2.2.3 Beispiele für typische Leistungsdioden.- 2.3 Bipolare Leistungstransistoren.- 2.3.1 Grundstruktur und Stromführungsmechanismus.- 2.3.2 Schaltvorgänge und dynamische Verluste.- 2.3.3 Kritische Betriebszustände, sicherer Arbeitsbereich, praktisch ausnutzbare Sperrspannung.- 2.3.4 Darlington-Transistoren.- 2.3.5 Kaskoden.- 2.3.6 Typische Beispiele.- 2.4 Leistungs-Feldeffekt-Transistoren.- 2.4.1 Hochspannungs- und Leistungs-MOSFETs.- 2.4.2 Durchlaßverhalten.- 2.4.3 Ansteuerung und dynamische Eigenschaften.- 2.4.4 Thermisches Verhalten und Überlastfestigkeit.- 2.4.5 Die eingebaute Rückwärtsdiode.- 2.4.6 Typische Beispiele.- 2.5 Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT).- 2.5.1 Grundstruktur.- 2.5.2 Thermisches Verhalten und kritische Betriebsfälle.- 2.5.3 Einige Produktbeispiele.- 2.6 Thyristoren und GTOs.- 2.6.1 Konventionelle Thyristoren.- 2.6.2 Gate-Turn-Off-Thyristoren.- 2.7 Weitere abschaltbare Leistungsbauelemente.- 2.7.1 Static Induction Transistor (SIT).- 2.7.2 Field Controlled Thyristor (FCT).- 2.8 Einsatzschwerpunkte der verschiedenen Bauelemente.- 2.9 Integrierte Leistungsmodule und Smart-Power-Module.- 2.9.1 Technologien und Grundbausteine der monolithischen Hochspannungsintegration.- 2.9.2 Hybride Leistungsintegration.- 2.10 Simulation von Leistungsbauelementen.- 2.11 Anwendungsbeispiele.- 2.11.1 Schematische Einteilung.- 2.11.2 Leistungstransistoren als Emitterfolger.- 2.11.3 Einfache Wechselstromsteller.- 2.11.4 Gesteuerte Gleichrichter.- 2.11.5 Der Gleichstromsteller (Chopper).- 2.11.6 Selbstgeführter Wechselrichter.- 2.12 Entwicklungstendenzen.- 3 Elektromagnetische Aktoren.- 3.1 Einleitung.- 3.1.1 Definition des elektromagnetischen Aktors, Normen.- 3.1.2 Antriebsübersicht.- 3.1.3 Grundsätzliche Konstruktionsmöglichkeiten.- 3.2 Selbstgeführte Motoren mit mechanischem Kommutator.- 3.2.1 Allgemeines.- 3.2.2 Gleichstrom-Kommutatormotoren.- 3.2.3 Wechselstrom-Kommutatormotoren.- 3.3 Selbstgeführte Motoren mit elektronischem Kommutator.- 3.3.1 Elektronikmotor.- 3.3.2 Servomotoren.- 3.3.3 Geschalteter Reluktanzmotor.- 3.4 Fremdgeführte Motoren.- 3.4.1 Asynchronmotoren.- 3.4.2 Synchronmotoren.- 3.4.3 Schrittmotoren.- 3.5 Antriebe mit begrenzter Bewegung.- 3.5.1 Allgemeines.- 3.5.2 Elektromagnet-Prinzip.- 3.5.3 Tauchspul-Prinzip.- 3.6 Steuerungs- und Regelungskonzepte.- 3.6.1 Allgemeines.- 3.6.2 Netzgeführte Stromrichter.- 3.6.3 Gleichstromsteller.- 3.6.4 Wechselstromsteller.- 3.6.5 Stromrichter für Drehfeldmaschinen.- 3.7 Antriebsbeispiele.- 4 Fluidtechnische Aktoren.- 4.1 Einleitung.- 4.2 Fluidtechnische Antriebssysteme.- 4.2.1 Stetige Ventile.- 4.2.2 Unstetige Ventile.- 4.2.3 Fluidtechnische Motoren.- 4.2.4 Sensoren.- 4.2.5 Regelungskonzepte.- 4.2.6 Der fluidtechnische Antrieb als Subsystem.- 4.2.7 Vergleich zwischen fluidtechnischen und elektromagnetischen Aktoren.- 4.3 Anwendungsbeispiele.- 4.3.1 Automatische Blockierverhinderungssysteme.- 4.3.2 Servopneumatische Linearantriebe für Handhabungsaufgaben.- 4.3.3 Pneumatische Greifer.- 4.3.4 Bewegungssimulatoren.- 4.3.5 Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine.- 4.3.6 Einsatzgebiete und Einsatzbedingungen der Theaterhydraulik.- 5 Unkonventionelle Aktoren.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Thermobimetalle.- 5.2.1 Physikalischer Effekt.- 5.2.2 Technische Realisierung.- 5.2.3 Anwendungsbeispiel.- 5.3 Memory-Legierungen.- 5.3.1 Physikalischer Effekt.- 5.3.2 Technische Realisierung.- 5.3.3 Anwendungsbeispiele.- 5.3.4 Entwicklungstendenzen.- 5.4 Dehnstoff-Elemente.- 5.4.1 Physikalischer Effekt.- 5.4.2 Technische Realisierung.- 5.4.3 Anwendungsbeispiele.- 5.5 Elektrochemischer Aktor.- 5.5.1 Elektrochemische Reaktionen.- 5.5.2 Technische Ausführung.- 5.5.3 Anwendungsbeispiele.- 5.5.4 Entwicklungstendenzen.- 5.6 Elektrorheologische Flüssigkeiten.- 5.6.1 Physikalischer Effekt.- 5.6.2 Technische Realisierung.- 5.6.3 Anwendungsbeispiele.- 5.6.4 Entwicklungstendenzen.- 5.7 Piezoelektrische Aktoren.- 5.7.1 Physikalischer Effekt.- 5.7.2 Technische Realisierung.- 5.7.3 Anwendungsbeispiele.- 5.7.4 Entwicklungstendenzen.- 5.8 Magnetostriktive Aktoren.- 5.8.1 Physikalischer Effekt.- 5.8.2 Technische Realisierung.- 5.8.3 Anwendungsbeispiele.- 5.8.4 Entwicklungstendenzen.- 5.9 Mikroaktoren.- 5.9.1 Prinzip.- 5.9.2 Technische Realisierung.- 5.9.3 Anwendungsbeispiele.- 5.9.4 Entwicklungstendenzen.