Lernfeld 12 · Prüfung Teil 2

Diagnose, Sensoren und Aktoren

Diagnose an Toren und Bühnen: binäre, analoge und intelligente Sensoren, Aktoren, 4-20-mA-Signale, Fehlerprotokolle und systematische Fehlersuche.

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Darum geht es

Sensoren melden der Steuerung Zustände, Aktoren setzen ihre Befehle um. Binäre Sensoren wie Endschalter, Lichtschranken und Näherungsschalter kennen nur zwei Zustände. Induktive Sensoren erkennen Metall, bei Aluminium aber mit deutlich kleinerem Schaltabstand als bei Stahl; kapazitive Sensoren erkennen auch Kunststoff und Flüssigkeiten. Analoge Sensoren liefern ein stetiges Signal, meist 0 bis 10 V oder 4 bis 20 mA. Weil der Strombereich bei 4 mA beginnt, zeigt 0 mA sicher einen Fehler, meist Drahtbruch oder fehlende Versorgung. Intelligente Sensoren, etwa mit IO-Link, übertragen zusätzlich Parameter und Diagnosedaten.

Aktoren sind Motoren, Magnetventile, Zylinder und Bremsen. Absolutwertgeber kennen die Position auch nach einem Stromausfall, Inkrementalgeber brauchen eine Referenzfahrt. Dehnungsmessstreifen messen die Verformung eines Trägers; mit dem Elastizitätsmodul ergibt sich daraus die Spannung. Moderne Steuerungen speichern Ereignisse und Fehler mit Zeitstempel. Systemlieferanten bieten Diagnosesoftware, die Zyklen, Laufzeiten und Störungen auswertet und so Verschleiß früh sichtbar macht.

Die Fehlersuche läuft systematisch: Fehlerprotokoll auslesen und Bediener befragen, Sichtprüfung, Fehler über die Signalzustände der Ein- und Ausgänge eingrenzen, Ursache beheben, Funktion und Sicherheitseinrichtungen prüfen, dokumentieren. Viele Meldungen haben mechanische Ursachen, zum Beispiel eine Laufzeitüberschreitung durch schwergängige Rollen oder eine verschmutzte Lichtschranke. Messungen und Eingriffe an elektrischen Anschlüssen übernimmt eine Elektrofachkraft.

Das solltest du dir merken

4 bis 20 mA ist drahtbruchsicher, weil 0 mA außerhalb des Messbereichs liegt.
Messwert gleich Strom minus 4 mA, geteilt durch 16 mA, mal Messbereich.
Induktive Sensoren haben bei Aluminium einen kleineren Schaltabstand als bei Stahl.
Erst Fehlerprotokoll und Sichtprüfung, dann Signale prüfen, zuletzt Bauteile tauschen.

Formeln

Messwert aus Stromsignal: $x = \frac{I - 4 mA}{16 mA} \cdot x_{ma x}$; $x$ Messwert, $I$ gemessener Strom in mA, $x_{ma x}$ Endwert des Messbereichs bei Anfang 0
Spannung aus Dehnung: $σ = E \cdot ε$; $σ$ Spannung in N/mm², $E$ Elastizitätsmodul (Stahl $210000 N/mm^{2}$ ), $ε$ Dehnung ohne Einheit

Typische Fehler in der Prüfung

Beim Stromsignal die 4 mA Nullpunkt vergessen und durch 20 mA geteilt.
Dehnung in Promille direkt mit E multipliziert und so eine tausendfach zu große Spannung erhalten.
Bei sporadischen Störungen sofort Bauteile getauscht, ohne Fehlerprotokoll und Signale anzusehen.

Tipps aus der Werkstatt

Stromsignal umrechnen: erst 4 mA abziehen, dann durch 16 mA teilen, dann mit dem Messbereich malnehmen. 12 mA sind also die Mitte, nicht 60 %. Misst du 0 mA, ist der Kreis unterbrochen. Beim DMS die Dehnung erst von Promille in eine reine Zahl umrechnen, sonst wird die Spannung tausendfach zu groß.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

14 Aufgaben zu „Diagnose, Sensoren und Aktoren“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Konstruktionsmechaniker/-in (2004 i. d. F. 2018), Lernfeld 12 (Instandhalten von Produkten der Konstruktionstechnik). Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.