Lernfeld 8 · Prüfung Teil 2

Sensoren, Kleinmotoren und Fluidkomponenten

Aktive und passive Sensoren, Kleinmotoren, Magnetventile und Fluidkomponenten in Geräten: Messprinzip, Datenblatt und Auswahl.

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Darum geht es

Sensoren wandeln physikalische Größen in elektrische Signale. Aktive Sensoren wie Thermoelement, Piezo-Kraftaufnehmer oder Fotoelement erzeugen das Signal selbst; passive Sensoren wie Pt100, NTC oder Dehnungsmessstreifen ändern ihren Widerstand und brauchen einen Messstrom oder eine Brückenspeisung. Ein Thermoelement misst nur die Differenz zur Vergleichsstelle, deshalb musst du deren Temperatur addieren. Den Pt100 schließt du für genaue Messungen in Vierleiterschaltung an. Strom misst man galvanisch getrennt mit Hall-Sensoren.

Kleinmotoren in Geräten sind meist permanenterregte Gleichstrommotoren, bürstenlose Motoren (BLDC) mit elektronischer Kommutierung oder Schrittmotoren. Beim Gleichstrommotor bestimmt die Ankerspannung die Drehzahl und der Ankerstrom das Moment. Im Datenblatt, oft auf Englisch, findest du Nennspannung, Nenndrehmoment, Nenndrehzahl, Anlaufstrom und Lebensdauer.

Pneumatische und hydraulische Komponenten wie Magnetventile, Pumpen und Zylinder bewegen Medien und Teile. Ein 2/2-Wegeventil hat zwei Anschlüsse und zwei Stellungen; stromlos geschlossen ist die sichere Wahl, wenn bei Stromausfall nichts austreten darf. Vor jedem Tausch schaltest du nicht nur den Strom ab, sondern baust auch den Druck ab.

Das solltest du dir merken

Thermoelement misst eine Temperaturdifferenz, Vergleichsstelle addieren.
Pt100 hat 100 Ω bei 0 °C, Vierleiterschaltung eliminiert die Zuleitungen.
Gleichstrommotor, Drehzahl folgt der Spannung, Moment dem Strom.
Vor Arbeiten an Fluidkomponenten Strom und Druck abschalten.

Formeln

Mechanische Leistung eines Motors: $P = 2 π \cdot n \cdot M$; $P$ Leistung in W, $n$ Drehzahl in 1/s, $M$ Drehmoment in Nm
Wirkungsgrad: $η = \frac{P _{ab}}{P _{zu}}$; $P_{ab}$ abgegebene mechanische Leistung, $P_{zu}$ aufgenommene elektrische Leistung
Thermoelement (linear genähert): $ϑ_{M} = ϑ_{V} + \frac{U _{th}}{k}$; $ϑ_{M}$ Messstelle, $ϑ_{V}$ Vergleichsstelle, $U_{th}$ Thermospannung, $k$ Empfindlichkeit in µV/K

Typische Fehler in der Prüfung

Drehzahl in 1/min nicht durch 60 geteilt.
Beim Thermoelement die Vergleichsstellentemperatur vergessen.
Ventil getauscht, ohne vorher den Druck abzubauen.
Aktive und passive Sensoren nach eingebauter Elektronik statt nach Energiequelle unterschieden.

Tipps aus der Werkstatt

Ein Thermoelement misst nur den Unterschied zur Vergleichsstelle, deren Temperatur musst du addieren. Beim Motor-Wirkungsgrad die Drehzahl erst von 1/min in 1/s umrechnen. Vor dem Tausch eines Ventils nicht nur den Strom abschalten, sondern auch den Druck ablassen.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

13 Aufgaben zu „Sensoren, Kleinmotoren und Fluidkomponenten“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Geräte und Systeme (2003 i. d. F. 2018), Lernfeld 8 (Geräte herstellen und prüfen). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.