Mechatronik - Serie
Linz ist nicht nur bekannt für seine Torte, sondern auch für die Johannes Kepler Universität. 1990 wurde hier weltweit erstmals das Studium der Mechatronik eingeführt. Mit dem Bau des Scienceparks wurde der Sitz der Mechatronik vom BG01 im Voestgelände auf den Campus der Johannes Kepler Universität zurückgelegt. Im Moment gibt es mehr als 600 Studierende Mechatronikerinnen und Mechatroniker an der JKU. Das Studium beherbergt im Moment 13 Institute (Stand 2010). Die Einsatzgebiete der Mechatronik starten bei der Mikroelektronik und gehen über die Regelungstechnik, Messtechnik, Robotik,… bis hin zum groben Maschinenbau.
Diese Cacheserie wurde begründet, um allen Cacherinnen und Cachern einen Einblick in die Problemstellungen der Mechatroniker zu liefern. Natürlich wird der eine oder andere Cache für den Nicht – Techniker oder – Naturwissenschaftler nur mit Hilfe einiger Tipps und Nachschlagewerken lösbar sein, jedoch ist die Serie so konzipiert, dass Jedermann und Jederfrau die Aufgaben nach etwas Grübeln lösen kann. Dieses Grübeln ist ja eben auch genau der Reiz der Technik.
Teil 1 - Lüfterschaltung
Problemstellung:
Ein Lüfter soll mit Hilfe eines PWM (pulsweitenmodulierten) Signals (Ue) aus einem Mikrocontroller angesteuert werden (die Eigenschaft der Pulsweitenmodulation des Eingangssignals spielt für die weitere Berechnung keine Rolle!). Dazu benötigt man zum Glätten des PWM Signals einen Tiefpass erster Ordnung, einen Spannungsverstärker, einen Stromverstärker und den Lüftermotor. Der Einfachheit halber werden alle Teilsysteme als einzelne, entkoppelte Systeme betrachtet:
Der Tiefpass soll so ausgelegt werden, dass mit einem Kondensator von 94 nF eine Grenzfrequenz von 560 Hz erreicht wird (mit den vorhandenen Widerstanden der E24 Reihe)
A = R1 / 1000
Da der Mikrokontroller eine Ausgangsspannung von max. 5 V hat und der Lüfter eine maximale Spannung von 12 Volt benötigt wird die Spannung mit einem nichtinvertierenden Verstärker verstärkt. Dieser soll mit einem idealen OPV, einem 75kΩ und einem 51kΩ Widerstand realisiert werden. Wie hoch ist die realisierte Ausgangsspannung bei einer Eingangsspannung von 5V
Ua = x.xxBxxx ( ungerundete Tausendstel – Stelle Volt)
Da der Nichtinvertierende Verstärker kaum Strom liefern kann und der Motor mehrere mA Strom benötigt, ist ein Stromverstärker in seiner einfachsten Art und Weise notwendig. Dazu wird der Motorlüfter zwischen Emitter und Masse eingebaut. Bei einem Nennstrom von 105 mA, einer Nennspannung von 12 V über dem Motor, einer Versorgungsspannung von 15 V und der Annahme, dass zwischen Kollektor und Emitter mindestsens 1,5 Volt abfallen, kann der Widerstand berechnet werden (nicht in der E24 sondern in der E48 bzw. E96 Reihe).
C = R4 (in ganze Ohm)
Daraus ergeben sich die Koordinaten zu:
N 48° 20.(278+ C * B - A )
E 14° 19.(4 + 2 * C + 5 * B)
Deine Lösung für die Koordinaten dieses Rätsels kannst du auf geochecker.com überprüfen. Geochecker.com.