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Zulassungsarbeit
Physik

Marienschule Krefeld

1, Dr. Schneider, 2016

Johannes S. ©
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ID# 63135







Seminarkurs zur Studien – Berufsorientierung

Von der Diode und dem Transistor zur Informationstechnik

Von:

Fach: Im Seminarkurs Physik

Lehrer: Herr


Inhaltsverzeichnis:

  • 1. Einleitung (Vorwort) Seite 3

  • 2. Warum braucht es Elektroingenieure? (Spezifiesiert auf Deutschland) Seite 4

  • 3. Elektrotechnik Seite 5

  • 4. Wie werde ich Elektroingenieur? Und: Wo kann man das studieren? Seite5+6

  • 5. Studieninhalte (Elektrotechnik) dieser Fachhochschule Seite 6+7

  • 6. Warum diese Schaltung? Zum Thema Studieninhalte Seite 8

  • 7. Die verschiedenen Schiebetore Seite 8-9

    8. Meine Schiebetorschaltung Seite 10-14

  • 8.1 Wie hab ich angefangen? Seite 10+11

  • 8.2 Aufbau (Bauelemente) Seite 12-14

  • 8.3 Funktion, Beobachtung, Auswertung (Probleme) Seite 14

  • 9. Schluss Seite 15

  • 10. Quellenverzeichnis Seite 16+17


Einleitung / Vorwort:

Liebe Leserinnen und Leser meiner Seminararbeit,

einleitend möchte ich erklären warum ich mich für diesen Seminarkurs (Seminarkurs zur Studien – Berufsorientierung) entschieden habe.

Viele Schüler wissen nicht was sie nach der Schule tun sollen. Studieren? Auslandsjahr? Oder eine Ausbildung? Diese Fragen hab ich mir auch gestellt. Da mich das Thema Elektronik und bauen einer Schaltung sehr interessiert, passte das zu diesem Seminarkurs.

Wir sollten eine Schaltung bauen, die auf Studiengänge des Elektroingenieurs verschiedener Universitäten einstimmten . Ich interessierte mich für die Schiebetorschaltung und bekam diese, dazu aber später mehr.

In dieser Seminararbeit werde ich mehrere Aspekte zu den Themen Elekroingenieur in Deutschland und generelle Elektrotechnik berücksichtigen. In Folge meiner Arbeit werde ich dies auf meine Schaltung beziehen und vergleichen. Ob es Problme bei der Arbeit der Schaltung gab werde ich später erläutern.


Nun wünsch ich Ihnen aber viel Spaß beim Lesen meiner Seminararbeit "Von der Diode und dem Transistor zur Informationstechnik".


Warum braucht es Elektroingenieure? (Spezifiesiert auf Deutschland):


Deutschland benötigt unbedingt mehr Elektroingenieure. Laut der VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik) Presse sollen in dem Zeitraum von 2016 bis 2026 rund 100.000 Ingenieure der Elektro- und Informationstechnik mehr ausgebildet werden1 . Die Arbeitslosenquote bewegte sich in den letzten Jahren auf auf einem sehr niedrigen Niveau von unter 2.5%.

In den letzten Jahren wurden demnach zwar immer wieder neue Menschen in Deutschland als Elektroingenieure ausgebildet, jedoch konnten die neu Ausgebildeten den Ersatzbedarf für, die aus dem Berufsleben ausgeschieden sind, nur kanpp decken. Das heißt für Deutschland, dass sie mit Ingenieuren aus dem Ausland ihren Zusatzbedarf kompensieren müssen - vorallem aus Südeuropa.

2013 machten sie wohl 10.6 Prozent der 382.200 erwerbstätigen Ingenieure aus2.In Zukunft müsse man von einem konstant wachsenden Bedarf ausgehen. Die Unternehmen, Hochschulen und Verbände sollten in der nächsten Dekade über 100.000 Elektroingenieure zusätzlich gewinnen um dabei noch in Wettkämpfen mit anderen Industriestandorten (in Amerika, Asien und Europa) stehen zu können.

Was heißt das nun für die Unternehmen, Hochschulen und Verbände? Sie sollten auf keinen Fall in ihren Bemühungen, mehr Jugendliche für ein Studium der Elektro- und Informationstechnik zu gewinnen, nachlassen.

Nach alldem kommt ein weiterer Faktor hinzu. Dadurch, dass immer weniger unge Leute Elektroingeniuere werden, verbleiben nur die etwas älteren Ingenieure und mit denen sind nicht alle zufrieden.

Viele Arbeitgeber finden es zudem erschreckend, wenn ältere Ingenieure zwar gestandene Persönlichkeiten sind, aber mit einer sehr großen Unsicherheit auftreten3. Und somit sind 39 Prozent der arbeitslosenIngenieure in Ostdeutschland zwischen 55 und 64 Jahre alt. Im Westen sind es nur 31 Prozent4.

Nach all diesen Fakten, warum braucht den nun Deutschland Elektroingenieure?

Schließlich geht es nicht nur um rein technische Probleme der Zukunft, wie Energie, Klimawandel und Mobilität zu lösen ,sondern auch darum, sichkritisch und konstruktiv mit den damit verbundenen Wirkungen auf Mensch, Natur und Gesellschaft auseinanderzusetzen.

Also: Das Interesse für Technik müsse in den Schulen früh gefördert werden, indem Schüler sich mit bestimmten Problemen der Lebenswelt auseinandersetzen und unterschiedliche Disziplinen befragen und zu einer eigenen Lösungen kommen5.

Somit ist die Chance größer, dass ein Schüler später Elektroingenieur werden möchte und sich damit gerne beschäftigt.


Elektrotechnik:

Elektrotechnik ist ein sehr großes und komplexes Themengebiet. Man unterscheidet zwischen elektrotechnische Physik, Stromkreisgesetzten, elektrotechnische Chemie, Wechelstrom und Wechselspannung, Signal- und Energiequellen und elektrotechnische Mathematik. Diese hier sind die größten Hauptthemen der Elektrotechnik. Diese Themen besitzen aber ebenfalls noch sehr viele weitere Unterthemen.

Um das genauer zu erklären: Man bräuchte Jahre um dies alles zu verstehen. Deswegen: warum sollte man es nicht gleich studieren? Elektrotechnik umfasst alle Prozesse, die Elektrizität erzeugen, übertragen, anwenden und verteilen und betrifft nahezu alle Lebensbereiche6.

Unser heutiges Leben besteht also größten Teils aus Elektrotechnik. Egal ob Handys oder Smartphones, Laptop oder Fernsehr oder sogar nur das kleine Radio, welches in der Küche steht.

Demnach ist es nicht unwichtig, sich damit auszukennen und wenn etwas kaputt ist und man das mit ein paar Handgriffen reparieren kann ohne irgendwelche großen Kosten an Reperaturfirmen zu bezahlen.

Viele Unternehmen der deutschen Elektroindustrie leisten einen wichtigen Beitrag zur internationalen Wettbewerbsfähigkeit der Zukunftstechnologie.


Wie werde ich Elektroingenieur? Und: Wo kann man das studieren?

Jemand der Elektroingenieur werden möchte, braucht ein Hochschulabschluss (Bachelor/Master of Science). Dieser Abschluss kann an Universitäten, Technischen Universitäten oder Fachhochschulenerworben werden. Auch private Hochschulenbietendiesen Studiengang an. An fast 150 Institutionen in Deutschland kann man Elektrotechnik studieren.

Als Beispiel für Sie habe ich mich auf die Fachhochschule in Stralsund – Fachbereich Elektrotechnik und Informatik spezialisiert7. Generell zu dieser Hochschule kann man sagen, dass es eine Campus-Hochschule mit rund 2.300 Studierenden ist. Alle Räume (Hörsäle, Seminar- und Laborräume, Bibliothek, Mensa, Sportanlage und die Unterkünfte) liegen auf dem parkähnlichen Gelände dieser Fachhochschule.

Die Fachhochschule ist zudem international sehr gut vernetzt. Sie besitzt mehr als 70 Partnerhochschulen im Ausland. Diese stehen natürlich immer für einen Austausch von Studierenden zur Verfügung.

Forschungsschwerpunkte an der FH liegen vor allem im Bereich "Regenerative Energie" vor. Dieser Bereich wird auch fachübergreifend erforscht.

Für den Start in das Studium ist das Begrüßungsgeld der Stadtverwaltung Stralsund in Höhe von 150 Euro ein guter Basis.

Die Besonderheiten des Studiums für Elektrotechnik sind laut der Hochschule8 die vielen labortechnischen Phasen, die praktischen Studiensemester, das optimale Lernklima und das familienfreundliche Lernen.


Studieninhalte (Elektrotechnik) dieser Fachhochschule:

Der Student studiert sieben Semester (Regelstudienzeit). Diese sieben Semester lassen sich relativ grob in mehrere Phasen unterteilen:

In der ersten Phase beschäftigen sich die Studenten mit mathematisch-naturwissenschaftlichen Inhalten. Danach werden elektrotechnische Grundlagen gelehrt: "Elektrotechnische Physik, Stromkreisgesetzte, Elektrotechnische Chemie, Wechelstrom und Wechselspannung, Signal- und Energiequellen und Elektrotechnische Mathematik" (Vgl. S.5).

Im Verlauf des Studiums können die Studenten individuelle Schwerpunkte setzten.

Diese können dann den Studenten für bestimmte Teilaspekte des Faches Elektrotechnik (zusätzlich zu den erworbenen ingenieurmäßigen Grundfertigkeiten) fachlich qualifizieren.

Im siebten und damit im letzten Semester, fertigen die Studenten ihre Bachelorarbeit an. Zudem wird in diesem Semester auch ein Praktikum stattfinden. Dies umfasst insgesamt 12 Wochen und beinhaltet ingenieurmäßige Tätigkeiten9.

Zu den möglichen Studienschwerpunkten können Automatisierungstechnik, Kommunikationstechnik / Nachrichtentechnik, Energietechnik / Renewable Energies (Erneuerbare Energien) gehören10. Zudem ist kein Vorpraktikum erforderlich.

In dem vorletzten Semester (im 5. Semester) liegt ein 20 Wochen umfassendes praktisches Studiensemester vor, wo ingenieurmäßige Tätigkeiten ausgeübt werden.


Hier eine kleine Grafik, die kurz den Ablauf des Studienganges darstellt. Diese stammt von einem Flyer der Hochschule11.





Warum diese Schaltung? Zum Thema Studieninhalte:

Die elektrotechnische Physik spielt in dem Studiengang "Elektrotechnik" eine große Rolle. Neben theoretischen Übungen finden immer wieder praktische Teile statt und unser Physik Seminarkurs hat sich daran stark orientiert. Wir sollten eine Schaltung konstruieren, welche immer wieder im Alltag gebraucht wird - ohne, dass es einem manchmal bewusst wird.

In meinem Fall hatte ich die Schiebetorschaltung.


Die verschiedenen Schiebetore:

Schiebetore benötigen keinen Schwenkraum, da sie beim Öffnen und Schließen in der "Torebene" bleiben. Es gibt drei verschiedene Arten von Schiebetoren:



"Untenlaufenden Schiebetore" sind für eine Durchfahrt von 2-15 m bei einer Höhe bis zu 2,50 m geeignet. Sie laufen auf Rollen, die auf unten liegenden Laufschienen fahren. Auch an den Toroberkanten müssen die großen Schiebeflügel durch sogenannte Führungsschienen in der Flucht gehalten werden.

"Freitragende Tore" werden in einer Öffnungsbereich von 2-11 Metern und 1-2 Meter Höhe angeboten. Sie sind sowohl manuell als auch mit einem verdeckten Torantrieb zu kombinieren. Freitragende Tore sind eine Weiterentwicklung der Rollentore. Die freitragenden Tore benötigen nur sehr wenig Fundamentfläche und gelten zudem auch als witterungsabhängig, das heißt sie werden nicht durch Eis, Schnee, Stein oder Schmutz beeinträchtigt.


Schiebetore jeder Bauart werden vom Hersteller "beschlagen". Das heißt es gibt eine Auswahl zu Form und Gestaltung der Beschläge. Für alle Beschlagelemente an Schiebetoren, unabhängig von ihrer speziellen Funktion, gelten die folgenden, allgemeinen Anforderungen12.

"Das Schloss muss der Größe und dem Gewicht des Tores entsprechen und in einen Schlosskasten innerhalb des Flügels liegen. Bei Schiebetoren ist eine hebende Fallezu verwenden." Als Falle wird der Bestandteil eines Türschlosses bezeichnet, welche die Tür im Anschlag hält.

"In jedem Öffnungszustand ist eine Feststelleinrichtung vorzusehen, ideal sind Anlagen mit Getriebemotor, hier lässt sich eine Einrichtung zur Verhinderung von Quetschen integrieren (Rutschkupplung)." Eine Rutschkupplung bezeichnet eine selbsttätige Sicherheitskupplung, die z.B. bei gelenkarmangetriebenen Toren, die Bewegung stoppt, wenn das Tor auf einen Widerstand trifft.

Zudem müssen die Beschläge an den Grenzen der Gebrauchstaugligkeit ihre Funktion behalten. Zum Beispiel wenn sich ein Schiebetorflügel infolge von Winddruck beuelt, sollte die Falle den Flügel noch ausreichend verschließen. Ein freitragender Flügel darf sich nicht bleibend verformen.

"Eck-Schiebetore" bestehen aus mehreren, verhältnismäßig schmalen Flügeln, die in einem oberen Laufwerk hängend „um die Ecke“ nach innen geschoben werden. Diese Ausführung ist raumsparend, da die geöffneten Flügel an der Innenseite der Garage bzw. des Raumes liegen.

Eck-Schiebetor:


Meine Schiebetorschaltung:

Wie habe ich angefangen?

Der komplette Seminarkurs begann damit theoretische Ideen mit dem KAT-Programm in einer Mind-Map (siehe Seite 11) zu sammeln:

Die Lorentzkraft ist die bewegte Ladung in einem magnetischen und elektrischen Feld, diese ist in jedem Gleichstrommotor zu finden. Kommutatoren sind Einrichtungen. Kommutatoren sind für die Umpolung zuständig.

Mein Lehrer empfiel mir ebenfalls, dass ich mich mal mit Logik- und Gatterschaltungen auseinandersetzten sollte. Es gibt mehrere verschiedene Gatter: "und-Gatter", "oder-Gatter", "nicht-Gatter", "nand-Gatter", "Nor-Gatter", "xor-Gatter" und "xnor-Gatter".

Zum Thema Schaltplan bedurfte ich ebenfalls ein "Brain-Storming" zu machen. Mir kamen dazu Ideen, wie zum Beispiel der elektromechanischen Antrieb mit Ansprechverzögerungen, Schalter, Widerstände und Dioden (siehe Mind-Map Seite 10).


--> weiter geht es Seite 12 (nach der Mind-Map)


Aufbau (Bauelemente):

Bei der ersten Schaltung orientierte ich mich stark an einem Beispiel im Internet:


Mann erkennt hier zwei Druckschalter, welche mit S3 und S4 gekennzeichnet sind. Oben rechts sehen wir den Plus-Eingang und unten links den Minus-Ausgang. Zudem haben wir noch zwei Entladenschalter (S1 und S2).

In der Mitte erkennen wir unseren Gleichstrommotor, welcher das Schiebetor zum Schließen oder zum Öfnnen bewegt. Diese ist eine simple Schaltung, weshalb ich noch eine konstruiert habe:


Diese Schaltung basiert auf einem RS-FlipFlop (kurz: RS-FF). RS steht für Rücksetzten und Setzten (engl. Reset, Set). Zudem arbeitete ich mit einem Schalter der auf zwei Informationen basiert. Ist der Schalter "eingeschaltet" (so wie auf dem Abbildung) geht das Tor auf. Die Lampe steht für den Motor, der das Tor antreibt. Also: Brennt die Lampe, geht das Tor auf.


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