Arbeitsbuch TP 1311
Mit CD-ROM
Festo Didactic
566919 de
Sensoren zur Objekterkennung
24 V
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1
3
4
24 V
0 V
Q1
B
P
10
-30
30
20
-20
10 403020 mm
40
50
mm
-40
-50
S
Bestell-Nr.: 566919
Stand: 09/2011
Autoren: Frank Ebel, Markus Pany
Grafik: Doris Schwarzenberger
Layout: 09/2011, Frank Ebel
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2013
Internet: www.festo-didactic.com
E-Mail: [email protected]
Der Käufer erhält ein einfaches, nicht-ausschließliches, zeitlich unbeschränktes und geografisch nur auf die
Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt.
Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter,
des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen
zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu
verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei Schulen/Hochschulen und
Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer
und Studenten des Standortes für den Unterricht.
Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in
Intranet- und Internet- sowie LMS-Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer
Vielzahl von Nutzern auch außerhalb des Standortes des Käufers ermöglichen.
Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen,
Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen,
unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic GmbH & Co. KG.
Hinweis
Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch
Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine
geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem
besseren Verständnis der Formulierungen.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 III
Inhalt
Bestimmungsgemäße Verwendung __________________________________________________________ IV
Vorwort ______________________________________________________________________________ V
Einleitung _____________________________________________________________________________ VII
Arbeits- und Sicherheitshinweise __________________________________________________________ VIII
Trainingspaket Sensoren zur Objekterkennung (TP 1311) _______________________________________ IX
Lernziele _______________________________________________________________________________X
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben ______________________________________________________ XI
Gerätesatz _____________________________________________________________________________ XIII
Zuordnung von Komponenten und Aufgaben __________________________________________________ XV
Hinweise für den Lehrer/Ausbilder __________________________________________________________ XVI
Struktur der Aufgaben ___________________________________________________________________ XVII
Bezeichnung der Komponenten ___________________________________________________________ XVIII
Inhalte der CD-ROM _____________________________________________________________________ XVIII
Aufgaben und Lösungen
Aufgabe 1 Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads ________________________________________________ 1
Aufgabe 2 Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers ___________________________________________ 9
Aufgabe 3 Kontrollieren von Konservendosen _________________________________________________ 19
Aufgabe 4 Sortieren von Unterlegscheiben ___________________________________________________ 25
Aufgabe 5 Messen der Dicke von Stahlscheiben _______________________________________________ 30
Aufgabe 6 Sortieren von Flachdichtungen ____________________________________________________ 38
Aufgabe 7 Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung __________________________________ 45
Aufgabe 8 Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors ___________________________________ 55
Aufgabe 9 Zuführen von Kronkorken ________________________________________________________ 63
Aufgabe 10 Sortieren von Werkstücken ______________________________________________________ 72
Aufgabe 11 Nachweisen von Leitersprossen __________________________________________________ 80
Aufgabe 12 Überwachen von Füllständen ____________________________________________________ 88
Aufgabe 13 Erfassen verschiedenfarbiger Transportkisten _______________________________________ 97
Aufgabe 14 Kontrollieren von Gewinden ____________________________________________________ 102
Aufgabe 15 Überwachen der Materialzufuhr einer Presse _______________________________________ 106
IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Bestimmungsgemäße Verwendung
Das Trainingspaket Sensoren zur Objekterkennung ist nur zu benutzen:
für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb
in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand
Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten
sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib
und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen.
Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich
Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die
Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die
in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten.
Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des
Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes
außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden
vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 V
Vorwort
Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen
Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des
Lernsystems:
Technologieorientierte Trainingspakete
Mechatronik und Fabrikautomation
Prozessautomation und Regelungstechnik
Robotino® – Lernen und forschen mit mobilen Robotern
Hybride Lernfabriken
Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik,
Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare
Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik und elektrischen Antrieben.
Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Pakete
hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen
Antrieben möglich.
VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Alle Lernpakete besitzen eine identische Struktur:
Hardware
Teachware
Software
Seminare
Die Hardware setzt sich aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und Systemen zusammen.
Die didaktisch-methodische Aufbereitung der Teachware ist auf die Trainings-Hardware abgestimmt. Die
Teachware umfasst:
Lehrbücher (mit Übungen und Beispielen)
Arbeitsbücher (mit praktischen Aufgaben, ergänzenden Hinweisen und Lösungen)
Aufgabensammlungen (mit praktischen Aufgaben und ergänzenden Hinweisen)
Transparentfolien und Videos (zur lebendigen Unterrichtsgestaltung)
Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht
konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet.
Aus dem Bereich Software werden Computer-Lernprogramme, Simulations-, Visualisierungs-,
Projektierungs-, Konstruktions- und Programmiersoftware bereitgestellt.
Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und
Weiterbildung ab.
Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch?
Dann senden Sie eine E-Mail an: [email protected]
Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 VII
Einleitung
Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma
Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und
Weiterbildung. Das Trainingspaket TP 1311 behandelt das Thema Sensoren zur Objekterkennung.
Besonders hervorzuheben sind dabei die Inhalte Aufbau, Funktion, Anschluss, Einsatzgebiete und Auswahl
von Sensoren auf der Grundlage der Anforderungen einer Anwendung.
Voraussetzung für den Aufbau der Schaltungen ist ein fester Arbeitsplatz ausgestattet mit einer Festo
Didactic Profilplatte und einem kurzschlusssicheren Netzgerät mit einer Ausgangsspannung von 24 V DC.
Mit dem Gerätesatz TP 1311 werden die kompletten Schaltungen der 15 Aufgabenstellungen aufgebaut. Die
theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser Aufgaben enthält das Lehrbuch
Näherungsschalter, Bestell-Nr. 093045.
Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Sensoren, Messgeräte usw.) zur Verfügung.
Unterrichtsmaterial
Auf dieses Arbeitsbuch abgestimmt erhalten Sie als Unterrichtsmaterial für Auszubildende und Schüler die
Aufgabensammlung
Sensoren zur Objekterkennung, Bestell-Nr. 566923.
Die Aufgabensammlung kann unabhängig vom Arbeitsbuch bestellt werden. So können die Arbeitsblätter
für Auszubildende und Schüler ohne Aufwand bereitgestellt werden.
VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Arbeits- und Sicherheitshinweise
Allgemein
Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen
arbeiten.
Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle
Hinweise zur Sicherheit!
Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt
werden und sind umgehend zu beseitigen.
Mechanik
Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte.
Beachten Sie Angaben zur Platzierung der Komponenten.
Elektrik
Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 24 V DC.
Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Anschlüssen nur in spannungslosem Zustand!
Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern.
Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den
Leitungen.
Befestigungstechnik
Die Trägerplatten der Geräte sind mit der Befestigungsvariante A, B oder C ausgestattet:
Variante A, Rastsystem
Leichte nicht belastbare Geräte (z.B. Wege-Ventile, Sensoren). Geräte einfach in die Nut der Profilplatte
einklipsen. Lösen der Geräte durch Betätigung des blauen Hebels.
Variante B, Drehsystem
Mittelschwere belastbare Geräte (z.B. Pneumatikzylinder). Diese Geräte werden durch
Hammerschrauben auf die Profilplatte gespannt. Das Spannen bzw. Lösen erfolgt über die blaue
Griffmutter.
Variante C, Schraubsystem
Für schwer belastbare Geräte bzw. Geräte die selten von der Profilplatte gelöst werden (z.B.
Einschaltventil mit Filterregelventil). Die Geräte werden mit Zylinderschrauben und Hammermutter
befestigt.
Empfohlenes Zubehör
Zur Auswertung der aufgebauten Schaltungen werden ein Lineal und ein Digital-Multimeter benötigt.
Mit dem Lineal werden Aufbaumaße und Tastweiten gemessen.
Mit dem Digital-Multimeter werden Betriebsspannungen, Ausgangsspannungen und Ausgangsströme
gemessen.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 IX
Trainingspaket Sensoren zur Objekterkennung (TP 1311)
Das Trainingspaket TP 1311 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln. Gegenstand
dieses Paketes sind Sensoren zur Objekterkennung. Einzelne Komponenten aus dem Trainingspaket
TP 1311 können auch Bestandteil anderer Pakete sein.
Wichtige Komponenten des TP 1311
Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte
Gerätesätze oder Einzelkomponenten (z.B. Sensoren, Meldeeinrichtungen, Objektsortiment,
Verschiebeschlitten)
Komplette Laboreinrichtungen
Medien
Die Teachware zum Trainingspaket TP 1311 besteht aus einem Lehrbuch, einem Arbeitsbuch und einer
Aufgabensammlung. Das Lehrbuch vermittelt die physikalischen und technischen Grundlagen der Sensoren
zur Objekterkennung. Das Arbeitsbuch enthält zu jeder der 15 Aufgaben die Lösungen zu jedem einzelnen
Arbeitsblatt, die Aufgabenblätter der Aufgabensammlung und eine CD-ROM. Die Aufgabensammlung
besteht aus einem Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe.
Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Trainingspaket und auf der CD-ROM zur
Verfügung gestellt.
Medien
Lehrbuch Näherungsschalter
Arbeitsbuch Sensoren zur Objekterkennung
Aufgabensammlung Sensoren zur Objekterkennung
Foliensammlung Sensorik
Digitales Lernprogramm WBT Sensorik 2 – Sensoren zur Objekterkennung
Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 1311
Als Software zum Trainingspaket TP 1311 steht das digitale Lernprogramm (WBT) Sensorik 2 – Sensoren zur
Objekterkennung zur Verfügung. Dieses Lernprogramm beschäftigt sich ausführlich mit Sensoren zur
Erkennung von Objekten in automatisierten Anlagen. Anhand eines komplexen Beispiels aus der
industriellen Praxis erarbeitet der Lernende die Grundlagen der Sensortechnik und kann geeignete Sensoren
auswählen.
Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren Katalogen und im Internet. Das Lernsystem
Automatisierung und Technik wird laufend aktualisiert und erweitert. Die Foliensätze, die Filme, CD-ROMs,
DVDs und Lernprogramme sowie die weitere Teachware werden in mehreren Sprachen angeboten.
X © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Lernziele
Magnetische Näherungsschalter
Sie kennen Aufbau und Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters.
Sie kennen das Schaltverhalten eines magnetoresistiven Näherungsschalters.
Sie kennen den Einfluss von Position und Orientierung eines Magneten auf das Schaltverhalten.
Sie kennen die Grundlagen der Anschluss- und Schaltungstechnik.
Induktive Näherungsschalter
Sie kennen Aufbau und Funktion eines induktiven Näherungsschalters.
Sie kennen Begriffe, die das Schaltverhalten eines induktiven Näherungsschalters beschreiben.
Sie kennen den Einfluss verschiedener Bauformen und Werkstückmaterialien auf das Schaltverhalten
induktiver Sensoren.
Sie kennen die Materialabhängigkeit des Schaltabstandes induktiver Näherungsschalter beim Nachweis
verschiedener Metalle.
Sie kennen den Aufbau von logischen Verknüpfungen mit Näherungsschaltern.
Sie können auf Grundlage von Randbedingungen den geeigneten Sensor auswählen.
Optische Näherungsschalter
Sie kennen Begriffe, die das Schaltverhalten optischer Näherungsschalter beschreiben.
Sie kennen das Ansprechverhalten einer Einweg-Lichtschranke.
Sie können ermitteln, welche Materialien mit ihr nachgewiesen werden können.
Sie kennen die Einsatzmöglichkeiten und das Ansprechverhalten einer Reflex-Lichtschranke.
Sie kennen Aufbau und Funktion eines optischen Reflex-Lichttasters.
Sie kennen die Einsatzgebiete und die Tastweite eines Reflex-Lichttasters mit Lichtleiter-Vorsatz.
Sie kennen Einsatzmöglichkeiten optischer Näherungsschalter mit Lichtleitern.
Sie können auf Grundlage von Randbedingungen den geeigneten Sensor auswählen.
Kapazitive Näherungsschalter
Sie kennen Aufbau und Funktion eines kapazitiven Näherungsschalters.
Sie kennen den Einfluss der Materialart auf den Schaltabstand eines kapazitiven Näherungsschalters.
Sie kennen den Aufbau von logischen Verknüpfungen mit Näherungsschaltern.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 XI
Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Lernziel
Sie kennen Aufbau und Funktion eines
magnetoresistiven Näherungsschalters. •
Sie kennen das Schaltverhalten eines
magnetoresistiven Näherungsschalters. •
Sie kennen Grundlagen der
Anschlusstechnik und Schaltungstechnik
von Näherungsschaltern.
• •
Sie kennen Aufbau und Funktion eines
induktiven Näherungsschalters. •
Sie kennen Begriffe, die das Schaltverhalten
eines induktiven Näherungsschalters
beschreiben.
•
Sie kennen die Materialabhängigkeit des
Schaltabstandes induktiver
Näherungsschalter beim Nachweis
verschiedener Metalle.
•
Sie kennen den Einfluss unterschiedlich
großer Objekte auf den Schaltabstand eines
induktiven Näherungsschalters.
•
Sie kennen das Ansprechverhalten eines
induktiven Sensors mit Analogausgang. •
Sie können die Kennlinie des induktiven
Sensors mit Analogausgang ermitteln. •
Sie können die Empfindlichkeit des
induktiven Sensors mit Analogausgang
bestimmen.
•
Sie können die Reproduzierbarkeit, die
Linearität und den Hysteresefehler der
Messungen beurteilen.
•
Sie kennen die Abhängigkeit des
Ausgangsstromes vom Material und vom
Abstand des Messobjektes.
•
Sie kennen die Abhängigkeit des
Ausgangsstromes von der Größe der
Querschnittsfläche und vom Abstand des
Messobjektes.
•
XII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Lernziel
Sie kennen den Aufbau und die Funktion
einer Einweg-Lichtschranke. •
Sie kennen das Ansprechverhalten einer
Einweg-Lichtschranke kennen. •
Sie kennen die Materialien, die mit einer
Einweg-Lichtschranke nachgewiesen werden
können.
•
Sie kennen Aufbau und Funktion einer
Reflex-Lichtschranke. •
Sie kennen das Schaltverhalten einer Reflex-
Lichtschranke •
Sie kennen Einsatzmöglichkeiten für eine
Reflex-Lichtschranke. •
Sie kennen Aufbau und Funktionsweise
eines Reflex-Lichttasters. •
Sie kennen den Einfluss der Oberfläche von
Werkstücken auf die Tastweite eines Reflex-
Lichttasters.
•
Sie kennen Aufbau und Funktion von
Lichtwellenleitern. •
Sie kennen Einsatzgebiete von
Lichtwellenleitern. •
Sie kennen Aufbau und Funktion eines
kapazitiven Näherungsschalters. •
Sie kennen das Schaltverhalten eines
kapazitiven Näherungsschalters. •
Sie kennen Einsatzmöglichkeiten kapazitiver
Näherungsschalters. •
Sie können den Füllstand mit kapazitiven
und optischen Näherungsschaltern
erfassen.
•
Sie können Näherungsschalter zur
Überprüfung von Werkstücken einsetzen. •
Sie können geeignete Näherungsschalter
auswählen. •
Sie kennen Einsatzmöglichkeiten optischer
Näherungsschalter •
Sie kennen Grundlagen der
Anschlusstechnik und Schaltungstechnik
von Näherungsschaltern
• • •
Sie können logische Verknüpfungen mit
Näherungsschaltern aufbauen •
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 XIII
Gerätesatz
Der Gerätesatz Sensoren zur Objekterkennung (TP 1311) vermittelt Kenntnisse über die Grundprinzipien
und den Einsatz von magnetoresistiven, induktiven, kapazitiven und optischen Näherungsschaltern. Er
enthält alle Komponenten, die für die Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich sind und kann mit
anderen Gerätesätzen beliebig erweitert werden. Zum Aufbau funktionsfähiger Schaltungen werden
zusätzlich die Profilplatte, ein Netzgerät und ein Digital-Multimeter benötigt.
Gerätesatz Sensoren zur Objekterkennung, Bestell-Nr. 566918
Komponente Bestell-Nr. Menge
Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch 162244 1
Näherungsschalter, induktiv, M12 548643 1
Sensor, induktiv, mit Analogausgang, M12 548644 1
Näherungsschalter, induktiv, M18 548645 1
Einweg-Lichtschranke, Empfänger 548647 1
Einweg-Lichtschranke, Sender 548648 1
Reflex-Lichtschranke 548649 1
Reflektor (Tripelspiegel), 20 mm 548650 1
Näherungsschalter, kapazitiv, M12 548651 1
Lichtleitergerät 548655 1
Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung 548656 1
Lichtleiter 548659 1
Objektsortiment 549830 1
Verschiebeschlitten 549842 1
Näherungsschalter, magnetoresistiv 566199 1
XIV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Grafische Symbole des Gerätesatzes
Komponente Grafisches Symbol Komponente Grafisches Symbol
Meldeeinrichtung und
Verteiler, elektrisch
Reflex-Lichtschranke 1
3
4
Näherungsschalter, induktiv,
M12 1
3
4
Näherungsschalter, kapazitiv,
M12 1
3
4
Sensor, induktiv, mit
Analogausgang, M12 U
I
1
3
4
2
Lichtleitergerät 1
3
4
2
Näherungsschalter, induktiv,
M18 1
3
4
Reflex-Lichttaster mit
Hintergrundausblendung 1
3
4
2
Einweg-Lichtschranke,
Empfänger 1
3
4
Näherungsschalter,
magnetoresistiv 1
3
4
Einweg-Lichtschranke, Sender 1
3
2
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 XV
Zuordnung von Komponenten und Aufgaben
Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Komponente
Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Näherungsschalter, induktiv, M12 1 1
Sensor, induktiv, mit Analogausgang, M12 1 1
Näherungsschalter, induktiv, M18 1 1 1
Einweg-Lichtschranke, Empfänger 1 1
Einweg-Lichtschranke, Sender 1 1
Reflex-Lichtschranke 1
Reflektor (Tripelspiegel), 20 mm 1
Näherungsschalter, kapazitiv, M12 1 1 1
Lichtleitergerät 1
Reflex-Lichttaster mit
Hintergrundausblendung
1 1
Lichtleiter 1 1
Objektsortiment 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Verschiebeschlitten 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Näherungsschalter, magnetoresistiv 1
Lineal 1 1 1 1
Digital-Multimeter 1 1 1
Netzgerät 24 V DC 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
XVI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Hinweise für den Lehrer/Ausbilder
Lernziele
Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Kennenlernen von Sensoren zur Objekterkennung
sowie der praktische Aufbau der Schaltungen auf der Profilplatte. Durch diese direkte Wechselwirkung von
Theorie und Praxis ist ein schneller und nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in
der Matrix dokumentiert. Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet.
Richtzeit
Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab.
Auszubildende im Metall- oder Elektrobereich: ca. 2 Wochen. Mit Facharbeiterausbildung: ca. 1 Woche.
Komponenten des Gerätesatzes
Arbeitsbuch, Aufgabensammlung und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle 15 Aufgaben
benötigen Sie nur Komponenten eines Gerätesatzes TP 1311.
Jede Aufgabe kann auf einer Schlitzmontageplatte oder einer Profilplatte mit mindestens 350 mm Breite
aufgebaut werden.
Normen
Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet:
EN 60617-7: Graphische Symbole für Schaltpläne
EN 60947-5-2: Niederspannungsschaltgeräte – Steuergeräte und Schaltelemente – Näherungsschalter
EN 81346-2: Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte;
Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung
Kennzeichnungen im Arbeitsbuch
Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt.
Kennzeichnungen in der Aufgabensammlung
Zu ergänzende Texte sind durch Schreiblinien oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet.
Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt.
Hinweise für den Unterricht
Hier werden zusätzliche Informationen zu den einzelnen Näherungsschaltern gegeben. Diese Hinweise sind
in der Aufgabensammlung nicht enthalten.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 XVII
Lösungen
Die in diesem Arbeitsbuch angegebenen Lösungen sind Ergebnisse von Testmessungen. Die Resultate Ihrer
Messungen können von diesen Daten abweichen.
Dies trifft besonders bei Näherungsschaltern mit Einstellmöglichkeit zu. Bei optischen Näherungsschaltern
können sich abweichende Resultate zusätzlich abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der
untersuchten Materialien ergeben. Auch die Schnittkante des Lichtleiters und der optische Übergang von
Sender-/Empfängeroptik zum Lichtleiter haben einen Einfluss auf das Messergebnis.
Lernfelder
Im Folgenden ist eine Zuordnung der Lernfelder der Berufsschule auf das Ausbildungsthema „Sensoren zur
Objekterkennung“ für ausgewählte Ausbildungsberufe dargestellt.
Ausbildungsberuf Lernfeld Thema
Elektroniker/in für
Automatisierungstechnik
3 Steuerungen analysieren und anpassen
6 Anlagen analysieren und deren Sicherheit prüfen
7 Steuerungen für Anlagen programmieren und realisieren
8 Antriebssysteme auswählen und integrieren
10 Automatisierungssysteme in Betrieb nehmen und übergeben
11 Automatisierungssysteme in Stand halten und optimieren
Mechatroniker/in 7 Realisieren mechatronischer Teilsysteme
11 Inbetriebnahme, Fehlersuche und Instandsetzung
Industriemechaniker 6 Installieren und in Betrieb nehmen steuerungstechnischer Systeme
Struktur der Aufgaben
Alle 15 Aufgaben haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in:
Titel
Lernziele
Problemstellung
Lageplan
Projektauftrag
Arbeitshilfen
Arbeitsblätter
Das Arbeitsbuch enthält die Lösungen zu jedem Arbeitsblatt der Aufgabensammlung.
XVIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Bezeichnung der Komponenten
Die Bezeichnung der Komponenten in den Schaltplänen erfolgt nach der Norm DIN EN 81346-2. In
Abhängigkeit der Komponente werden Buchstaben vergeben. Mehrere Komponenten innerhalb eines
Schaltkreises werden durchnummeriert.
Sensoren: B, B1, B2, ...
Signalgeräte: P, P1, P2, ...
Inhalte der CD-ROM
Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-Datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM
Ihnen ergänzende Medien zur Verfügung.
Die CD-ROM enthält folgende Ordner:
Bedienungsanleitungen
Bilder
Datenblätter
Präsentationen
Produktinformationen
Bedienungsanleitungen
Bedienungsanleitungen für verschiedene Komponenten des Trainingspakets stehen zur Verfügung. Diese
Anleitungen helfen bei Einsatz und Inbetriebnahme der Komponenten.
Bilder
Fotos und Grafiken von Komponenten und industrieller Anwendungen werden bereitgestellt. Hiermit
können eigene Aufgabenstellungen illustriert werden. Auch Projektpräsentationen können durch den
Einsatz dieser Abbildungen ergänzt werden.
Datenblätter
Die Datenblätter der Komponenten des Trainingspakets stehen als pdf-Dateien zur Verfügung.
Präsentationen
Kurzpräsentationen für Komponenten des Trainingspakets sind in diesem Verzeichnis gespeichert. Diese
Präsentationen können z.B. bei der Erstellung von Projektpräsentationen verwendet werden.
Produktinformationen
Für ausgesuchte Komponenten erhalten Sie Produktinformationen des Herstellers. Die Darstellung und
Beschreibung der Komponenten in dieser Form soll zeigen, wie diese Komponenten in einem industriellen
Katalog dargestellt sind. Zusätzlich finden Sie hier ergänzende Informationen zu den Komponenten.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 1
Aufgabe 1
Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
Lernziele
Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
kennen Sie Aufbau und Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters
kennen Sie das Schaltverhalten eines magnetoresistiven Näherungsschalters
kennen Sie Grundlagen der Anschlusstechnik und Schaltungstechnik von Näherungsschaltern
Problemstellung
Zur Drehzahlerfassung an einem nichtmetallischen Zahnrad ist der Einsatz eines kontaktlosen
Näherungsschalters vorgesehen. Hierzu wird auf einem Zahn des Zahnrades ein Magnet montiert. Ein
sicheres Schalten muss gewährleistet sein. Es soll die Schaltkurve des Näherungsschalters ermittelt
werden. Hierbei ist auch der Einfluss durch die Orientierung der magnetischen Polachse zu untersuchen.
Lageplan
Magnetischer Näherungsschalter zur Drehzahlerfassung
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Projektauftrag
1. Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters.
2. Untersuchen Sie das Schaltverhalten des magnetoresistiven Näherungsschalters.
3. Untersuchen Sie den Einfluss der Orientierung der magnetischen Polachse.
Arbeitshilfen
Datenblätter
Lehrbuch Näherungsschalter
Hinweis
Die elektrische Spannungsversorgung ist erst einzuschalten, nachdem alle Anschlüsse hergestellt und
kontrolliert sind. Nach Abschluss der Aufgabe ist die Spannungsversorgung wieder auszuschalten, bevor
die Komponenten abgebaut werden.
Hinweis für den Unterricht
Bedienungsanleitungen, Bilder, Datenblätter, Präsentationen und Produktinformationen zu einzelnen
Komponenten des Gerätesatzes finden Sie auf der mitgelieferten CD-ROM im Arbeitsbuch.
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 3
Beschreiben der Funktion
– Beschreiben Sie die Funktion des magnetoresistiven Näherungsschalters.
Der magnetoresistive Näherungsschalter erfasst das Magnetfeld durch magnetfeldabhängige
Widerstände. Eine Brückenschaltung der Widerstände erzeugt bei der Annäherung eines Magneten
kontaktlos eine Spannung. Diese Spannung wird in der eingebauten Auswerteelektronik verarbeitet
und in ein Ausgangssignal umgesetzt.
Bei dem eingesetzten kontaktlosen Näherungsschalter ist die magnetfeldsensitive Fläche durch einen
blauen Punkt gekennzeichnet.
– Ergänzen Sie das Schaltzeichen des magnetoresitiven Näherungsschalters.
Vorgaben:
• Der Näherungsschalter arbeitet berührungslos,
• reagiert auf Annäherung eines Magneten und
• hat als Schaltausgang einen Schließerkontakt.
1
3
4
– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt
des magnetoresistiven Näherungsschalters.
Parameter Wert
Betriebsspannung (DC) 10 – 30 V DC
Schaltstrom maximal 200 mA
Schaltfrequenz maximal 500 Hz
Schaltausgang PNP, Schließer
Schaltzustandsanzeige LED gelb
Reproduzierbarkeit des Schaltwertes ± 0,1 mm
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Ermitteln des Schaltverhaltens
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den magnetoresistiven
Näherungsschalter auf die Profilplatte.
– Montieren Sie den magnetoresistiven Näherungsschalter 1 Nut versetzt zu der Nut, in der Sie den
Verschiebeschlitten montiert haben.
0V
0 10 20 30 40 50
24
VQ
1Q
2Q
3
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den magnetoresistiven
Näherungsschalter an die Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den Schaltplan.
24 V
0 V
1
3
4
24 V
0 V
Q1
B
P
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
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– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Näherungsschalter, magnetoresistiv
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
1 Werkstückhalter
2 Magnet 1, auf Trägerplatte
3 Magnet 2, auf Trägerplatte
Einzelteile des Objektsortiments
Versuch 1
– Setzen Sie den Werkstückhalter aus dem Objektsortiment in die Werkstückaufnahme des
Verschiebeschlittens ein.
– Nehmen Sie Magnet 1 aus dem Objektsortiment und schieben Sie ihn in den Werkstückhalter.
– Schieben Sie die Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens an den Anschlag (Skalenwert „0 mm“).
Positionieren Sie den Näherungsschalter und den Verschiebeschlitten so, dass der Abstand zwischen
Magnet und Näherungsschalter möglichst gering ist.
– Bewegen Sie den Magneten entlang der Näherungsschalterlängsachse. Tragen Sie im Diagramm die
Punkte ein, bei denen der Näherungsschalter auf den Magneten anspricht. Dieses Ansprechen erkennen
Sie daran, dass die in den Näherungsschalter eingebaute Leuchtdiode aufleuchtet. Die in der
Meldeeinrichtung eingebaute Leuchtdiode leuchtet ebenfalls auf.
– Der Abstand zwischen Magnet und Näherungsschalter wird in 2 mm Schritten erhöht. Der Trägerstreifen
des Magneten wird jeweils 50 mm bzgl. der Mitte der aktiven Fläche des Näherungsschalters (blauer
Punkt) bewegt. Der Fahrweg ist bei jeder Messung komplett zu durchfahren.
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
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Hinweis
Beachten Sie bei Ihren Messungen, dass für den Näherungsschalter die Einschaltpunkte und die
Ausschaltpunkte nicht zusammenfallen. Nähern Sie den Magneten z.B. von links an den unbetätigten
Näherungsschalter bis dieser seinen Schaltzustand ändert, so erhalten Sie den Einschaltpunkt. Entfernen
Sie den Magneten nun wieder nach links, bis der Näherungsschalter vom betätigten in den unbetätigten
Schaltzustand übergeht, so erhalten Sie den Ausschaltpunkt. Die Wegdifferenz zwischen diesen beiden
Punkten bezeichnet man als Hysterese.
S
10
-30
30
20
-20
10 403020 mm
40
50
mm
-40
-50
Schaltkurve Magnet 1
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
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Versuch 2
– Nehmen Sie nun Magnet 2 aus dem Objektsortiment, und wiederholen Sie den oben beschriebenen
Vorgang.
– Tragen Sie im Diagramm die Punkte ein, bei denen der Näherungsschalter auf diesen Magneten
anspricht.
10
-30
30
20
-20
10 403020 mm
40
50
mm
-40
-50
S
Schaltkurve Magnet 2
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
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Einfluss der Orientierung der Polachse
– Beschreiben Sie den Einfluss der Orientierung der magnetischen Polachse.
Wie man aus den Schaltkurven erkennt, sind je nach Orientierung der magnetischen Polachse zwei
bzw. drei Schaltbereiche zu beobachten. Einer der drei Schaltbereiche ist deutlich als
Hauptschaltbereich zu erkennen. Vermeiden kann man die Mehrdeutigkeit der Ausgangssignale,
indem man den Magneten in der richtigen Polachsenorientierung und, bei festgelegter Feldstärke, im
richtigen Abstand anbringt.
Bei Näherungsschalter-Magnet-Kombinationen, die man als Einzelteile kauft, ist immer zu überprüfen,
welches Schaltverhalten erzielt wird. Nur so ist ein sicherer Einsatz dieser Näherungsschalter
gewährleistet.
Beantworten Sie die folgenden Fragen.
– Nennen Sie zwei weitere Möglichkeiten, ein Magnetfeld nachzuweisen. Erklären Sie kurz die Funktion
dieser Näherungsschalter.
Reedschalter – Schaltkontaktzungen aus ferromagnetischem Material sind in einen Glaskolben
eingeschmolzen. Durch ein Magnetfeld werden die Kontaktzungen magnetisiert. Sie ziehen sich an,
der Kontakt wird geschlossen.
Induktiv-magnetische Näherungsschalter – Der Zustand eines Schwingkreises wird ausgewertet. Die
Spule des Schwingkreises ist mit einem Ringkern versehen. Durch ein Magnetfeld wird das
Ringkernmaterial gesättigt und der Schwingkreisstrom geändert. Diese Änderung wird ausgewertet.
– Erklären Sie den Begriff magnetoresistiv.
Unter dem Begriff magnetoresistiv versteht man die Änderung des Widerstandes von
ferromagnetischen Materialien unter dem Einfluss eines Magnetfeldes. Die Widerstände bestehen
z. B. aus Nickel-Eisen-Legierungen. Die Widerstände werden in Wheatstone-Brücken geschaltet. Unter
dem Einfluss des äußeren Magnetfeldes ändert sich die Brückenspannung. Diese Änderung wird
ausgewertet.
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Aufgabe 1 Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie Aufbau und Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters
• kennen Sie das Schaltverhalten eines magnetoresistiven Näherungsschalters
• kennen Sie Grundlagen der Anschlusstechnik und Schaltungstechnik von Näherungsschaltern
Problemstellung Zur Drehzahlerfassung an einem nichtmetallischen Zahnrad ist der Einsatz eines kontaktlosen
Näherungsschalters vorgesehen. Hierzu wird auf einem Zahn des Zahnrades ein Magnet montiert. Ein
sicheres Schalten muss gewährleistet sein. Es soll die Schaltkurve des Näherungsschalters ermittelt
werden. Hierbei ist auch der Einfluss durch die Orientierung der magnetischen Polachse zu untersuchen.
Lageplan
Magnetischer Näherungsschalter zur Drehzahlerfassung
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
2 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566923
Projektauftrag 1. Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters.
2. Untersuchen Sie das Schaltverhalten des magnetoresistiven Näherungsschalters.
3. Untersuchen Sie den Einfluss der Orientierung der magnetischen Polachse.
Arbeitshilfen • Datenblätter
• Lehrbuch Näherungsschalter
Hinweis
Die elektrische Spannungsversorgung ist erst einzuschalten, nachdem alle Anschlüsse hergestellt und
kontrolliert sind. Nach Abschluss der Aufgabe ist die Spannungsversorgung wieder auszuschalten, bevor
die Komponenten abgebaut werden.
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
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Beschreiben der Funktion
– Beschreiben Sie die Funktion des magnetoresistiven Näherungsschalters
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– Ergänzen Sie das Schaltzeichen des magnetoresitiven Näherungsschalters.
Vorgaben: • Der Näherungsschalter arbeitet berührungslos,
• reagiert auf Annäherung eines Magneten und
• hat als Schaltausgang einen Schließerkontakt.
1
3
4
– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt
des magnetoresistiven Näherungsschalters.
Parameter Wert
Betriebsspannung (DC)
Schaltstrom
Schaltfrequenz
Schaltausgang
Schaltzustandsanzeige
Reproduzierbarkeit des Schaltwertes
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
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Ermitteln des Schaltverhaltens
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den magnetoresistiven
Näherungsschalter auf die Profilplatte.
– Montieren Sie den magnetoresistiven Näherungsschalter 1 Nut versetzt zu der Nut, in der Sie den
Verschiebeschlitten montiert haben.
0V
0 10 20 30 40 50
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1Q
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Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den magnetoresistiven
Näherungsschalter an die Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den Schaltplan.
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0 V
Q1B
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
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– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1
1
1
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
1 Werkstückhalter
2 Magnet 1, auf Trägerplatte
3 Magnet 2, auf Trägerplatte
Einzelteile des Objektsortiments
Versuch 1 – Setzen Sie den Werkstückhalter aus dem Objektsortiment in die Werkstückaufnahme des
Verschiebeschlittens ein.
– Nehmen Sie Magnet 1 aus dem Objektsortiment und schieben Sie ihn in den Werkstückhalter.
– Schieben Sie die Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens an den Anschlag (Skalenwert „0 mm“).
Positionieren Sie den Näherungsschalter und den Verschiebeschlitten so, dass der Abstand zwischen
Magnet und Näherungsschalter möglichst gering ist.
– Bewegen Sie den Magneten entlang der Näherungsschalterlängsachse. Tragen Sie im Diagramm die
Punkte ein, bei denen der Näherungsschalter auf den Magneten anspricht. Dieses Ansprechen erkennen
Sie daran, dass die in den Näherungsschalter eingebaute Leuchtdiode aufleuchtet. Die in der
Meldeeinrichtung eingebaute Leuchtdiode leuchtet ebenfalls auf.
– Der Abstand zwischen Magnet und Näherungsschalter wird in 2 mm Schritten erhöht. Der Trägerstreifen
des Magneten wird jeweils 50 mm bzgl. der Mitte der aktiven Fläche des Näherungsschalters (blauer
Punkt) bewegt. Der Fahrweg ist bei jeder Messung komplett zu durchfahren.
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
6 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566923
Hinweis
Beachten Sie bei Ihren Messungen, dass für den Näherungsschalter die Einschaltpunkte und die
Ausschaltpunkte nicht zusammenfallen. Nähern Sie den Magneten z.B. von links an den unbetätigten
Näherungsschalter bis dieser seinen Schaltzustand ändert, so erhalten Sie den Einschaltpunkt. Entfernen
Sie den Magneten nun wieder nach links, bis der Näherungsschalter vom betätigten in den unbetätigten
Schaltzustand übergeht, so erhalten Sie den Ausschaltpunkt. Die Wegdifferenz zwischen diesen beiden
Punkten bezeichnet man als Hysterese.
10
-30
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10 403020 mm
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50mm
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Schaltkurve Magnet 1
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566923 Name: __________________________________ Datum: ____________ 7
Versuch 2 – Nehmen Sie nun Magnet 2 aus dem Objektsortiment, und wiederholen Sie den oben beschriebenen
Vorgang.
– Tragen Sie im Diagramm die Punkte ein, bei denen der Näherungsschalter auf diesen Magneten
anspricht.
10
-30
30
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-20
10 403020 mm
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Schaltkurve Magnet 2
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
8 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566923
Einfluss der Orientierung der Polachse
– Beschreiben Sie den Einfluss der Orientierung der magnetischen Polachse.
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Beantworten Sie die folgenden Fragen.
– Nennen Sie zwei weitere Möglichkeiten, ein Magnetfeld nachzuweisen. Erklären Sie kurz die Funktion
dieser Näherungsschalter.
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– Erklären Sie den Begriff magnetoresistiv.
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