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Wissenswertes zur Elektromechanik

Die Elektromechanik beschäftigt sich mit dem Zusammenwirken elektrischer und mechanischer Vorgänge und ist Grundlage für die Funktionsweise zahlreicher elektrisch betriebener Anlagen und Geräte. Insbesondere elektromechanische Antriebe bieten viele Vorteile im Vergleich zu ihren hydraulischen und pneumatischen Pendants. In unserem Ratgeber erfahren Sie Näheres zu Aufbau und Anwendungsbereichen elektromechanischer Bauteile.

Allgemeines zur Elektromechanik

Als Elektromechanik bezeichnet man ein zur Elektrotechnik gehöriges Fachgebiet, das die Umformung von elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt zum Inhalt hat. Mechanische Vorgänge werden in der Elektromechanik nicht mithilfe von Fluiden erzeugt, wie es in der Hydraulik und Pneumatik der Fall ist, sondern mithilfe elektrischer Antriebe und Magnetismus. Hydraulische Antriebe wurden lange Zeit insbesondere bei anspruchsvollen Aufgaben bevorzugt, beispielsweise bei der Beförderung schwerer Lasten. Mittlerweile sind aber auch elektromechanische Antriebe zu diesem Zweck gut, wenn nicht sogar besser geeignet. Sie haben im Vergleich zu hydraulischen Antriebssystemen den Vorteil, dass sie oft kleiner und leichter gebaut sind, da sie lediglich über einen Elektromotor verfügen und ohne Pumpen, Tanks, Leitungen und andere Komponenten auskommen, wie sie für Hydrauliksysteme typisch sind. Elektrische Antriebe arbeiten geräuschärmer, haben einen größeren Drehzahlbereich und eignen sich für Aufgaben, in denen ein präzises Positionieren gefragt ist. Zudem lassen sich elektromechanische Bauteile einfacher in elektronische Steuerungen einbetten als hydraulische. Viele Unternehmen haben das erkannt und verwenden zunehmend elektromechanische Antriebe für Fertigungs- und Produktionszwecke.

Der Bereich der Elektromechanik lässt sich nicht scharf abgrenzen, sondern hat Berührungspunkte mit anderen Spezialdisziplinen, insbesondere der Elektronik und Mechanik, aber auch mit dem Maschinenbau und der Informationstechnik. Elektromechanische Systeme sind mittlerweile in vielen Bereichen angekommen und werden beispielsweise bei der Herstellung von Präzisions- und Messgeräten, in der Elektroakustik (Lautsprecher), der Medizintechnik sowie in der Sensoren- und Aktorentechnik eingesetzt.

Elektromechanische Bauelemente im Überblick

Elektromechanische Bauelemente sind die Grundlage eines elektromechanischen Systems. Kein elektrisch betriebenes Gerät würde ohne sie funktionieren. Es gibt eine Vielzahl elektromechanischer Komponenten, die jeweils für spezielle Anwendungsbereiche konzipiert sind. Leiterplatten, auch Platinen oder Leiterkarten genannt, werden beispielsweise genutzt, um Bauteile einer elektronischen Schaltung in einer bestimmten Anordnung zu befestigen und eineelektrische Verbindung zwischen ihnen herzustellen. Sie bestehen aus einem isolierenden Material, meist faserverstärktem Kunststoff, und verfügen an der Unterseite über eine dünne Kupferschicht. Die Bauelemente, beispielsweise Transistoren, Kondensatoren oder Widerstände, werden entweder auf die Platine gelötet oder einfach aufgesteckt, sofern es sich um eine Steckplatine handelt.

Mechanische Vorgänge werden in der Elektromechanik häufig mithilfe von Magnetismus erzeugt. Lautsprecher beispielsweise sind mit Elektro- und Permanentmagneten ausgestattet, die sich gegenseitig anziehen und abstoßen, wodurch die Lautsprechermembran in Bewegung versetzt wird. Elektrische Signale werden auf diese Weise in mechanische Schwingungen umgewandelt und schließlich in akustische Signale umgeformt.

Magnete sind in vielen weiteren elektromechanischen Anwendungen zu finden, zum Beispiel in Klingeln, Türsummern und vergleichbaren Elektroinstallationen.

Magnetismus spielt auch in der Entwicklung elektromechanischer Relais (EMR) eine Rolle. Hierbei handelt es sich um Schalter mit zwei Schaltstellungen, über die ein Stromkreis ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Funktionsweise beruht auf Elektromagnetkraft, die in einer Spule erzeugt wird. Je nach Art der Kontakte (Öffner oder Schließer) wird der Stromkreis hergestellt oder unterbrochen. Relais werden verwendet, um Laststromkreise zu schalten und können als Schaltverstärker dienen. Ein bekanntes Beispiel ist das Kfz-Relais.

Zur Steuerung elektromechanischer Anwendungen dienen Schalter und Taster. Mit ihrer Hilfe lassen sich elektrische Verbindungen öffnen, aufrechterhalten und schließen. Es gibt händisch bedienbare Schalter wie Schiebe- oder Kipp- und Wippschalter und solche, die ohne manuelles Zutun mittels spezieller Mechaniken, Magnetkraft, Temperatur- oder Lageveränderungen betätigt werden können. Ein Beispiel für Positionsschalter sind Endschalter, die beim Erreichen einer bestimmten Endlage den Schaltvorgang auslösen und beispielsweise die Stromversorgung unterbrechen. Eine Sonderform von Schaltern sind die sogenannten Schütze.

Ein elektromechanisches Schütz ist hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Funktionsweise einem Relais sehr ähnlich, aber für höhere Schaltleistungen konzipiert und kann eine größere mechanische Schaltkraft aufbringen. Aus diesem Grund eignen sich Schütze hervorragend für Hochleistungsanwendungen und werden vorrangig in der Industrie eingesetzt. Obwohl ihr Name auf den ersten Blick etwas anderes vermuten lässt, dienen Schütze nicht dem Schutz vor Überlast oder Kurzschlüssen.

Diese Aufgabe übernehmen Sicherungen. Sie werden in die elektronische Schaltung integriert und unterbrechen den Stromkreis beziehungsweise die Stromversorgung, sobald eine bestimmte Stromstärke überschritten wird. Auf diese Weise werden Beschädigungen an der Elektroinstallation vermieden.

 

In vielen Fällen werden elektromechanische Komponenten in einem Gehäuse verbaut. Ein Gehäuse schützt die innenliegende Elektronik und sollte in Hinblick auf Ausstattung und Design auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt sein. Neben standardisierten 19-Zoll-Baugruppenträgern, die als Haltevorrichtungen fungieren und in Industrie und Gewerbe zum Einsatz kommen, gibt es Gehäuse für die Wandmontage, Tisch-Gehäuse, Steckergehäuse und viele weitere Ausführungen, die für Hobbybastler und Kleinanwendungen gut geeignet sind. 

Unser Praxistipp: Elektromechanische Bauteile sicher unterbringen

Um der Elektronik ausreichend Schutz bieten zu können, muss das Gehäuse auf die jeweiligen Umgebungs- und Arbeitsbedingungen abgestimmt sein. Wird es im Freien untergebracht, ist es äußeren Faktoren wie Wind, Wasser und Schmutz ausgesetzt, denen es standzuhalten gilt. In diesem Zusammenhang ist auf eine geeignete IP-Schutzart zu achten. Zur Orientierung: Die Schutzart IP68 (Schutz gegen Staub, Berührung und dauerhaftes Untertauchen) ist die derzeit höchste. Wichtig ist darüber hinaus, dass das Gehäuse keine Störquelle für andere Geräte ist und selbst gegenüber Störgrößen (elektromagnetischen Feldern oder Wellen) geschützt ist. Aus Gründen der Sicherheit sollte es nach EMV-Richtlinie (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) genormt sein.

Kaufkriterien für elektromechanische Bauteile – worauf kommt es an?

Vor dem Kauf gilt es zu überlegen, welches elektromechanische Bauteil für den jeweiligen Einsatzzweck am besten geeignet ist. Schütze beispielsweise sind in mehreren Bauformen erhältlich.

Während Schaltschütze vielseitig einsetzbar sind, eignen sich Wendeschütze besonders gut für Spezialanwendungen, beispielsweise in Verbindung mit Drehstrommotoren. Halbleiterschütze sind die richtige Wahl, wenn ein schnelles Schalten und geräuscharmes Arbeiten erforderlich ist, und werden unter anderem in der Bewegungs-, Heizungs-, Leistungs- und Beleuchtungssteuerung eingesetzt.

Umfangreich ist zum Beispiel auch die Auswahl an Akustik-Bauteilen. Wenn Sie sich für den Kauf eines Schallwandlers oder Kleinlautsprechers entscheiden, sind die erforderliche Spannung, die Impedanz (Wechselstromwiderstand in Ohm) und die Resonanzfrequenz (Angabe in Hertz) zu beachten. Aber auch das Maß der Geräuschentwicklung (Angabe in Dezibel) und die Tonart (Dauer-, Intervall- oder Sirenenton) müssen im Vorfeld festgelegt werden. 

Bedienkomfort kann bei der Wahl eines elektromechanischen Bauteils ebenfalls eine Rolle spielen. Das ist beispielsweise bei Leiterplatten der Fall. Wenn Sie keine Expertise im Umgang mit dem Lötkolben haben oder sich das Löten einfach ersparen möchten, greifen Sie zu Steckplatinen, die deutlich einfacher zu handhaben sind. 

Qualität und Verarbeitung sind in jedem Fall wichtige Kaufkriterien, auf die Privatpersonen und Unternehmen gleichermaßen Wert legen sollten. Eine hohe Qualität geht meist einher mit einer hohen Funktionalität, einer langen Lebensdauer und einer zuverlässigen Arbeitsweise, was wiederum beste Voraussetzungen für reibungslose Abläufe in Fertigung und Produktion sind.

FAQ – häufig gestellte Fragen zur Elektromechanik

In welcher Beziehung steht die Elektromechanik zur Mechatronik?
Die Mechatronik hat viele Berührungspunkte mit der Elektromechanik, geht aber darüber hinaus. Es handelt sich um ein interdisziplinäres Fachgebiet, das die drei Fachbereiche Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik vereint und deren Methoden verwendet, um technische Probleme zu lösen. In der Mechatronik arbeiten Systeme im Kern mechanisch, werden aber durch Technik (Computertechnologien und elektronische Systeme) unterstützt. 

Müssen alle elektromechanischen Bauteile, die ich verwende, vom gleichen Hersteller stammen?
Nein. Wenn Sie allerdings konstant gute Erfahrungen mit einem Hersteller gemacht haben, von der Qualität seiner Produkte überzeugt sind und zur Sicherheit lieber ausschließlich auf dessen Sortiment zurückgreifen möchten, ist das sicherlich kein Nachteil. Auf die Funktionalität der Technik hat es keinen Einfluss, wenn Sie Bauelemente verschiedener Hersteller verwenden. Es gibt zahlreiche Unternehmen, die Produkte in gleicher oder ähnlich hoher Qualität anbieten.

Unsere beliebtesten Ratgeber aus dem Bereich Elektromechanik

  Ratgeber Bereich
1 Schalter & Taster Schalter & Taster
2 Druckschalter & Taster Schalter & Taster
3 Feinsicherungen Sicherungen
4 Universal Gehäuse Gehäuse
5 Drehschalter Schalter & Taster
6 Platinen Leiterplatten
7 Mikroschalter Schalter & Taster
8 Relais Relais
9 Wippschalter Schalter & Taster
10 Kfz Schalter Schalter & Taster
11 Sicherungshalter Sicherungen
12 Kippschalter Schalter & Taster
13 Neigungsschalter, Schwimmerschalter
Schalter & Taster
14 Endschalter Schalter & Taster
15 Kfz Relais Relais

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