Messen ist Vergleichen einer Größe mit einer festgelegten Einheit. Man vergleicht zum Beispiel Länge mit Länge, Gewicht mit Gewicht oder Winkel mit Winkel.
Die festgelegte Maßeinheit der Längen ist das Meter. Es wurde zuerst als der 40millionste Teil des Erdumfanges festgelegt. Heute gilt für das Meter ein genaueres Muster: die Wellenlänge der roten Kadmiumstrahlen.
Zu den Längenmesszeugen gehören Strichmesszeuge, Taster und Lehren.
Einfache Strichmesszeuge sind Zollstock, Stahlmaß und Rollbandmaß. Einstellbare Strichmesszeuge sind der Messschieber und die Messschraube.
Taster verwendet man zum Übertragen und Vergleichen von Maßen zylindrischer Gegenstände (Rohren, Wellen, Bohrungen).
Lehren sind feste Messzeuge. Sie sind auf einen bestimmten Messwert eingestellt und lassen sich nicht verändern. Beispiele bieten die Schlitzlehren für Aufzugdicken der Druckzylinder und die Fühllehre, der „Spion“, mit dem zum Beispiel die Elektrodenabstände der Zündkerzen des Autos geprüft werden.
Zuweilen wird der Messschieber als Schieb- oder Schublehre bezeichnet. Das ist jedoch nicht richtig, weil Lehren feststehende Messzeuge sind. Der Messschieber ist ein einstellbares Strichmesszeug und keine Lehre. Lehren sind feststehende Messwerkzeuge. Deshalb ist der Messschieber keine Schieblehre.

Messfehler vermeiden!
Welches Messzeug im einzelnen Falle zu verwenden ist, richtet sich nach dem jeweils notwendigen Grad der Messgenauigkeit. Wir messen immer so genau wie nötig und nicht so genau wie möglich. Notwendig ist stets gewissenhaftes Messen mit der vorgeschriebenen Genauigkeit.
Messfehler treten bei Längenmessungen leicht auf, wenn die Vergleichsskala nicht dicht genug am zu messenden Material liegt oder mit falscher Blickrichtung abgelesen wird.
Ein solcher Fehler wird vermieden, wenn man den Blick lotrecht auf die Messstelle richtet.
Außerdem ist es in dem dargestellten Fall zweckmäßig den Messstab aufrecht zu stellen und die Messskala dadurch dicht an die Messstelle heranzubringen.

Den Nonius richtig ablesen!
Der Nonius ist eine bewegliche Längenskala zur Steigerung der Ablesegenauigkeit auf Messgeräten für Längen oder Winkel, beispielsweise auf einem Messschieber. Der Messschieber besteht aus dem Grundlineal mit festem Messschenkel und aus der Messbacke mit dem verschiebbarem Messschenkel. Auf dem Grundlineal befindet sich die Messskala. Die Messbacke ist verschiebbar auf dem Grundlineal gelagert. Sie trägt am Rand eine Skala, den Nonius. Der Nonius ist eine Maßeinteilung auf der Messbacke, die das Einstellen und Ablesen von Zehnteln erlaubt.

In der Nullstellung sind die Messschenkel geschlossen. Der 0-Strich des Nonius steht unter dem 0-Strich der Messskala auf dem Grundlineal. Der 10. Strich des Nonius steht unter dem 9. Strich der Messskala. Die 10 Abstände zwischen den 11 Strichen des Nonius sind insgesamt ebenso lang wie die 9 Abstände der Messskala auf dem Grundlineal. Jeder einzelne Abstand auf dem Nonius ist somit um 0,1 kürzer als jeder Abstand auf der Messskala des Grundlineals.

Die Messschraube!
Die Messschraube misst Hundertstel! Die Messschraube besteht aus Messspindel, Messhülse, Messtrommel, Amboss, Bügel und Ratsche. Auf der Messhülse befindet sich die Messskala mit den ganzen Millimeterabständen. Die Messtrommel trägt die Kreisskala mit den Millimeterbruchteilen. Sie ist mit der Messspindel fest verbunden. Das feingängige Gewinde der Messspindel hat eine Steigung von 1 mm bei einer Umdrehung. Die Ratsche wird auch Gefühlsschraube genannt, weil sie mit ihrer Rutschkupplung dafür sorgt, dass wir beim Zudrehen der Messschraube den Grenzwert des Drucks auf das zu messende Material nicht überschreiten.

Analoge und digitale Ablesung.
Zwei Arten von Messzeugen sind zu unterscheiden, Messzeuge für Analog-Ablesung und andere für Digital-Ablesung. Zu den Messzeugen für Analog-Ablesung gehören die bereits erwähnten Strichmesszeuge: Messlineal, Messschieber und Messschraube. Der Ablesewert wird auf einer Strichskala angezeigt. Die Messzeuge für digitale Ablesung zeigen in einem Fenster den Ablesewert als Zahl an. Das ist zum Beispiel bei den automatischen Messvorrichtungen moderner Schneidemaschinen der Fall.

Ein anschauliches Beispiel für Kraft ist die Anziehungskraft der Erde, die Schwerkraft. Die Körper erhalten durch sie ihr Gewicht. Deshalb nennt man diese Anziehungskraft auch Gewichtskraft. Außer der Gewichtskraft gibt es viele andere Arten von Kräften. Allen Kräften ist gemeinsam, dass sie Gegenstände bewegen und verformen können. Zur vollständigen Kennzeichnung jeder Kraft sind immer zwei Angaben erforderlich, ihre Richtung und ihr Ausmaß.
Man deutet die Richtung einer Kraft durch einen Pfeil an. Derartige gerichtete Größen heißen Vektoren. Die anderen Größen, für die nur eine Angabe erforderlich ist, heißen Skalare. So sind zum Beispiel Länge, Temperatur und Zeit Skalare.

Wodurch unterscheiden sich Kilonewton und Kilogramm?
Nach dem Internationalen Maßsystem gilt heute als Maßeinheit einer Kraft das Newton mit dem Kurzzeichen N. Nicht mehr gültig sind das Pond (p) und das Kilopond (kp). Der allgemeine Sprachgebrauch kennt als Gewichtseinheiten das Gramm, das Kilogramm und die Tonne. Diese Ausdrücke bezeichnen jedoch nicht das Gewicht, sondern die Masse eines Körpers. Die Masse ist ein wichtiger physikalischer Begriff, auf den wir hier nur kurz eingehen können. Die Masse der Körper bleibt überall gleich, an allen Stellen der Erde und im Weltall. Die Gewichtskraft bleibt nicht gleich. Sie ist ortsabhängig. Je weiter sich ein Körper von der Erdoberfläche entfernt, um so geringer wird die auf ihn wirkende Anziehungskraft der Erde, also seine Gewichtskraft. Die Masse bleibt dagegen überall gleich. Die Stärke der Gewichtskraft ist ortsabhängig, die Masse ist ortsunabhängig.

Der Hebel.

Der Hebel ist ein fester, drehbar gelagerter Körper. Er kann gerade, gebogen oder winklig sein. Mit Hilfe von Hebeln werden Kräfte umgewandelt. Es gibt zweiseitige und einseitige Hebel. Außerdem sind Kraftarm und Lastarm zu unterscheiden. Der Kraftarm erstreckt sich vom festen Drehpunkt bis zum Angriffspunkt der Kraft, der Lastarm reicht vom festen Drehpunkt bis zum Angriffspunkt der Last. Ein Hebel ist im Gleichgewicht, wenn Kraft mal Kraftarm gleich Last mal Lastarm ist.

Die Rolle.

Wir unterscheiden die feste und die lose Rolle. Die feste Rolle hat einen festen Drehpunkt, die lose Rolle einen beweglichen. Die feste Rolle wirkt wie ein zweiseitiger Hebel mit gleichlangen Armen. Sie verändert nur die Richtung der Kraft, nicht ihre Größe. Bei der losen Rolle wird die Last von dem um sie herumlaufenden Seil getragen. Die Last verteilt sich auf beide Seilstücke. Das freie Seilstück hat nur die halbe Last zu tragen. Der Rollenflaschenzug besteht aus mehreren festen und losen Rollen, über die das Seil läuft. Um die am freien Ende des Seils erforderliche Kraft zu ermitteln, muss man die Last durch die Anzahl der Tragseile des Flaschenzuges teilen. Feste Rollen finden wir auch in Falzmaschinen und Transportanlagen. Lose Rollen halten die Spannung der Materialbahn in Lackier- und Beschichtungsmaschinen konstant.

Der Keil.

Der Keil liefert die Grundform für alle Schneid- und Trennzeuge. Mit Hilfe des Keils werden Kräfte auf kleinstem Raum zusammengefaßt und dadurch Schneid- und Trennwirkungen erzielt. Die beiden Wangen des Keils bilden den Keilwinkel. Beim Schneidzeug ist die Größe des Keilwinkels auf die Härte des zu bearbeitenden Werkstoffes abgestimmt. Ein zu großer Keilwinkel hat schlechte Schneidwirkung, ein zu kleiner führt zum Klemmen und Abbrechen der Schneide. Die Schneiden der Messer der Schneidemaschinen haben eine Keilform. Der Keilwinkel heißt hier Messerwinkel. Seine Größe richtet sich nach dem zu schneidenden Material. Für weiche Bedruckstoffe wie Saugpost sind 19 Grad am günstigsten. Zum Schneiden von Manilakarton ist ein Messerwinkel von 24 Grad am besten. Da das Schneidgut in der Praxis oft wechselt, verwendet man meist einen mittleren Messerwinkel von 22 Grad.

Nach der Bewegung des Messers sind vier Schnittarten zu unterscheiden:

• Parallelsenkrechtschnitt
• Parallelschrägschnitt
• Schwingsenkrechtschnitt
• Schwingschrägschnitt.

Beim Parallelsenkrechtschnitt bleibt die Messerschneide parallel zur Stapeloberfläche. Sie geht senkrecht nach unten und trifft in ihrer gesamten Länge überall gleichzeitig auf die Stapeloberfläche. Der Parallelsenkrechtschnitt verlangt einen hohen Schneiddruck. Die Stoßbelastung der Maschine ist groß. Er wird zum Schneiden von Gummi, Kork, Dämmplatten, Kunststoffen und Textilien angewandt.

Beim Parallelschrägschnitt bleibt die Messerschneide ebenfalls parallel zur Stapeloberfläche. Sie schneidet jedoch schräg durch den Stapel. Die Stoßbelastung der Maschine ist auch erheblich. Erleichternd wirkt die schräge Schnittrichtung. Das Messer wirkt nicht nur als Keil, sondern auch als eine Säge mit mikroskopisch feinen Zähnen. Der Druck des Pressbalkens auf den Stapel muss hoch sein, damit sich das Schneidgut nicht verschiebt.

Beim Schwingsenkrechtschnitt hängt das Messer in seinem oberen Totpunkt in einem Winkel schräg zur Stapeloberfläche. Es trifft beim Abwärtsgehen zuerst auf eine Kante des Stapels. Die Schrägstellung vermindert sich allmählich. Im unteren Totpunkt ist die Messerschneide genau parallel zur Tischoberfläche. Sehr elastische Materialien werden auf diese Weise geschnitten. Manche Schnellschneider lassen sich wahlweise auf Parallelsenkrecht- oder Parallelschrägschnitt einstellen.

Beim Schwingschrägschnitt hängt das Messer in seinem oberen Totpunkt ebenfalls um einige Millimeter schräg im Winkel zur Stapeloberfläche. Dieser Winkel vermindert sich beim schrägen Abwärtsgleiten des Messers allmählich. In der unteren Totpunktlage ist dann die Messerschneide genau parallel zur Tischoberfläche. Jede Stelle der Messerschneide beschreibt eine schräge, nach unten durchhängende Wegkurve. Das Messer trifft also nicht schlagartig mit seiner gesamten Länge auf den Papierstapel, sondern dringt schräg von einer Seite aus in das Schneidgut ein. Seine Bahn ähnelt der eines landenden Flugzeugs. Der Schnitt erfolgt während der Schwingbewegung des Messers von links nach rechts und damit von der normalen Seitenanlage weg. Diese kurvenartige Abwärtsbewegung des Messers wird dadurch erreicht, dass die beiden Schrägführungen des Messers nicht genau parallel zueinander liegen. Das Messer wirkt nicht nur als trennender Keil, sondern auch als Säge mit mikroskopisch feinen Zähnen. Auch die schärfste Messerschneide zeigt bei starker Vergrößerung eine relativ zackige Struktur. Der Schwingschrägschnitt verlangt weniger Kraft als der Senkrechtparallelschnitt. Er erleichtert den Trennvorgang, vermindert den Materialstau und schont das Messer.

Schrauben, Muttern, Gewinde.

Schrauben stellen lösbare feste und bewegliche Verbindungen her. Ein wichtiges Kennzeichen jeder Schraube ist das in den Schraubenschaft eingeschnittene Gewinde. Es gibt der Schraube ihren festen Sitz und hat seinen geometrischen Ursprung in der Schraubenlinie. Die Gewindegänge können je nach dem Verwendungszweck spitz, flach, trapezförmig, sägeartig oder rund sein. Ein Beispiel für Rundgewinde bieten die Sockel der Glühlampen. Das normale Gewinde ist rechtsgängig. Die rechtsgängige Schraube rotiert beim Einschrauben im Uhrzeigerdrehsinn. Das linksgängige Gewinde wird bei jenen Verbindungen angewandt, die sich sonst, wenn sie rechtsgängig waren, von selbst lösen würden. Das kann bei Kreissägen, Spannschlössern, Kupplungen, Schleifscheiben oder Kurbeln der Fall sein. Es gibt sehr viele Arten von Schrauben. Die zwei großen Hauptgruppen sind die Befestigungs- und Bewegungsschrauben. Weitere Befestigungsmöglichkeiten sind Stifte und Keilverbindungen.
Bewegungsschrauben: Diese Schrauben übertragen und übersetzen Bewegungen. Sie haben meist Flach- oder Trapezgewinde, das größere Belastungen aushält. Wir finden sie in Bücherpressen und in den ersten Drucker-Handpressen. Dort erzeugt eine hölzerne Schaube, die Spindel, den Anpreßdruck. Bewegungsschrauben treffen wir in einfachen Schneidemaschinen an. Der Preßbalken wird dort mittels einer Schraube bewegt, an der oben ein großes Handrad sitzt. Bewegungsschrauben heben und senken Stapeltische. Sie stellen Regulierhebel und Zeiger ein.

Jede Maschine setzt sich aus einfachen Vorrichtungen, den Grundgetrieben, zusammen. Es gibt sechs Grundgetriebe, nämlich Schraub-, Rollen-, Zahnräder-. Kurbel-, Kurven- und Sperrgetriebe. Jedes dieser sechs Grundgetriebe ist einfach. Es besteht aus nur drei Gliedern, dem Gestell, dem Antriebs- und dem Abtriebsglied. In manchen Fällen kommt noch ein viertes Glied hinzu. Es verbindet das Antriebsglied mit dem Abtriebsglied und heißt Koppel. Die Grundgetriebe bilden in abgewandelten Wiederholungen den wesentlichen Aufbau jeder Maschine. An bewegten Teilen der Getriebe kann man sich schwer verletzen. Deshalb müssen Gefahrstellen an Getrieben und Antrieben verkleidet sein, d.h., die Schutzeinrichtungen müssen von allen Seiten aus den Zugriff zu den Gefahrstellen sicher verhindern.

Schraubgetriebe.
Mit Hilfe des Schraubgetriebes werden rotierende, kreisende Bewegungen in geradlinige umgewandelt. Im Gestell ist das Antriebsglied, die Schraube, drehbar gelagert. Auf ihr sitzt das mit einem Muttergewinde versehene Abtriebsglied. Die Schraube schiebt bei ihrer Drehung das Abtriebsglied geradlinig seitwärts. Ganz einfache Maschinen bestehen in der Hauptsache aus einem einzigen Schraubgetriebe. Die Stockpresse des Buchbinders ist ein Beispiel dafür. In den Handpressen der Buchdrucker des fünfzehnten und sechzehnten Jahrhunderts übten Schraubgetriebe den Anpressdruck aus. Eine hölzerne Schraube, die Spindel, presste während ihrer Drehung im feststehenden hölzernen Muttergewinde den Tiegel nach unten gegen die Druckform.

Rollengetriebe.
Rollengetriebe übertragen Drehleistungen. Es gibt dreigliedrige und viergliedrige Rollengetriebe. Die Antriebsrolle des dreigliedrigen Getriebes berührt die Abtriebsrolle und treibt sie an. Beim viergliedrigen Getriebe verbindet ein Riemen die Antriebs- mit der Abtriebsrolle. Das Rollengetriebe kann Drehzahlen umwandeln. Wenn zum Beispiel die Drehzahl der Abtriebsrolle hoch sein soll, dann muss ihr Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Antriebsrolle sein. Soll dagegen die Drehzahl der Abtriebsrolle klein sein, dann muss ihr Durchmesser größer als der der Antriebsrolle sein.
Der genaue Sachverhalt lässt sich kurz durch eine Formel ausdrücken: n1:n2 = d2:d1
Dabei ist n1 die Drehzahl der ersten Rolle, n2 die Drehzahl der zweiten Rolle. Mit d2 ist der Durchmesser der zweiten Rolle, mit d1 der Durchmesser der ersten Rolle gemeint.
Man kann das auch so ausdrücken: Die Drehzahl der ersten Rolle verhält sich zur Drehzahl der zweiten Rolle wie der Durchmesser der zweiten Rolle zum Durchmesser der ersten Rolle. Oder ganz kurz: Die Drehzahlen verhalten sich umgekehrt wie die Durchmesser.
Ganze Reihen direkt aufeinander wirkender Rollengetriebe bilden die Walzen der Farbwerke der Druckmaschinen. Diese Farbwerke sind so aufgebaut, dass sich immer eine Walze aus elastischem Material mit einer harten Walze abwechselt. Das elastische Material, Gummi oder Kunststoff, schmiegt sich an die Metallwalze an und bildet eine für die Energieübertragung günstige Berührungsfläche. Die in dieser Berührungsfläche auftretende rollende Reibung begünstigt den Übergang der Drehleistungen von der Antriebs auf die Abtriebswalze.
Als Rollengetriebe sind auch die gegeneinander wirkenden Walzen der Taschen-Falzmaschinen anzusehen.

Zahnrädergetriebe.
Zahnrädergetriebe übertragen ebenso wie die Rollengetriebe Drehleistungen von einem Drehkörper auf den anderen. Sie unterscheiden sich von den Rollengetrieben durch die größere Genauigkeit ihrer Abrollbewegung. Die Rollengetriebe übertragen die Drehleistungen mittels Reibung. Dabei muss mit mehr oder weniger großem Schlupf, also mit Zurückbleiben der getriebenen Rolle hinter der treibenden Rolle gerechnet werden. Im Zahnrädergetriebe können keine Schlupferscheinungen auftreten, weil der Zahneingriff die Drehübertragung zwangsläufig macht. An die Stelle eines der Zahnräder kann auch eine Zahnstange treten. Sie ist als Teil eines Zahnrades mit unendlich großem Durchmesser anzusehen. Wenn die beiden Zahnräder so weit voneinander gelagert sind, dass sie nicht ineinandergreifen, wird die Verbindung durch Zwischenräder oder durch eine Kette hergestellt. Zahnrädergetriebe wandeln wie die Rollengetriebe Drehzahlen um. Dabei gilt die gleiche Gesetzmässigkeit, dass sich die Drehzahlen zueinander umgekehrt wie die Durchmesser verhalten. An die Stelle des Durchmessers kann bei Drehzahlberechnungen die Anzahl der Zähne treten. Wenn von zwei miteinander im Eingriff stehenden Zahnrädern das eine 40 Zähne, das andere 20 Zähne hat, muss sich das kleine Zahnrad zweimal drehen, während sich das große einmal dreht. Die Drehzahlen verhalten sich also zueinander umgekehrt wie die Zähnezahlen.

Kurbelgetriebe.
Die Kurbelgetriebe verwandeln kreisende in schwingende oder – umgekehrt – schwingende in kreisende Bewegungen. Der zuletzt genannte Fall tritt beim Otto- und Dieselmotor auf. Hier werden die Bewegungen eines hin und her schwingenden Kolbens mit Hilfe eines Kurbelgetriebes in drehende Bewegungen umgesetzt. In anderen Fällen erzeugt das Kurbelgetriebe aus kreisenden Bewegungen schwingende Bewegungen in geraden Linien oder in verschiedenartig gekrümmten Bahnen. Jedes Kurbelgetriebe lässt sich in Bezug auf seine Wirkungsweise aus der Viergelenkkette ableiten. Diese besteht aus vier Gliedern, die durch Zapfenlager beweglich miteinander verbunden sind. Die Viergelenkkette wird zum Kurbelgetriebe, wenn wir eines der vier Glieder festhalten. Dieses Glied wird dann zum Gestell.

Exzentergetriebe.
Der Exzenter ist eine kreisförmige Scheibe, die ihren Drehpunkt exzentrisch, also außerhalb des Mittelpunktes der Scheibe hat. Häufig werden die nicht oder nur zum Teil kreisförmigen Scheiben als Exzenter bezeichnet. Das ist jedoch nicht richtig. Bei diesen Scheiben handelt es sich nicht um Exzenter, sondern um Kurvenscheiben. Wenn in einem Kurbelgetriebe der Kurbelkreisradius so klein ist, dass sich eine Kurbel nicht herstellen lässt, verwendet man einen Exzenter. Der Exzenter wirkt als Kurbel mit kleinem Kurbelradius. Diesem Radius entspricht beim Exzenter die Exzentrizität. Das ist die Strecke vom Mittelpunkt des Exzenters bis zum Mittelpunkt der Welle. Ein Exzentergetriebe besteht aus der Welle, dem Exzenter, dem Exzenterbügel und der Exzenterstange. Der Exzenterbügel umschließt den Exzenter wie ein Ring. Er ist fest mit der Exzenterstange verbunden. Ein Nachteil des Exzentergetriebes liegt in dem verhältnismäßig hohen Reibungswiderstand, der seine Ursache in den großen Berührungsflächen zwischen Exzenter und Exzenterbügel hat.

Kurvengetriebe.
Das Kurvengetriebe gestattet die Erzeugung fast aller praktisch vorkommenden Bewegungsabläufe. Es ist in den Maschinen der Druckweiterverarbeitung in großer Anzahl zu finden. Vom Exzentergetriebe unterscheidet sich das Kurvengetriebe durch die größere Vielfalt der Abtriebsbewegungen. Die Teile des Kurvengetriebes bilden eine Wirkungskette, die sich aus dem Gestell, dem Kurventräger und dem Abtriebsglied zusammensetzt. Der Kurventräger kann sowohl eine Kurvenscheibe als auch ein Kurvenschlitten sein.

Sperrgetriebe.
Sperrgetriebe wandeln gleichförmige Antriebsbewegungen in ungleichförmige, zeitweise aussetzende Bewegungen um. Sie erfüllen vielerlei Aufgaben. Man findet Sperrgetriebe in Türschlössern, Uhren, Schaltern, Signalgeräten, Schusswaffen und in vielen anderen Mechanismen. Die allen Sperrgetrieben gemeinsame Eigenschaft ist die Unstetigkeit der Bewegungen. Dadurch unterscheiden sie sich wesentlich von den anderen fünf Grundgetrieben, den Schraub-, Rollen-, Zahnräder-, Kurbel- und Kurvengetrieben, die mit einer gewissen Gleichmäßigkeit und Stetigkeit arbeiten. Bei den Sperrgetrieben erfolgen die Bewegungsübergänge ruckartig. Eine Art des Sperrgetriebes kommt in den Druckweiterverarbeitungsmaschinen besonders häufig vor: das Schrittschaltwerk. Es gibt Schrittschaltwerke für kleine und für große Schaltwinkel.

Luft ist ein Gemisch aus Gasen, das zu 78% aus Stickstoff und zu 21% aus Sauerstoff besteht. Den Rest bilden Edelgase, Kohlendioxyd, Wasserdampf, Staub und Schwefelverbindungen. Luft ist beinahe tausendmal leichter als Wasser. Ein Liter Luft hat im Normalzustand, also nicht zusammengepresst, in Meereshöhe und bei Null Grad Celsius eine Gewichtskraft von 1,293 Gramm. Schon vor Jahrtausenden merkte der Mensch, dass mittels Luft Feuer entfacht und unterhalten werden kann. Er nutzte schon frühzeitig den Wind. Die alten Ägypter und Phönizier rüsteten ihre Schiffe mit Segeln aus. Die Perser trieben ihre Mühlen mit Windrädern an.

Im Gegensatz zu den festen und flüssigen Körpern lässt sich Luft auf einen erheblich kleineren Raum zusammendrücken. Luft nimmt bei einer Verdoppelung des Drucks nur noch den halben Rauminhalt ein. Wasser kann dagegen wie alle Flüssigkeiten nur um einige Tausendstel seines Rauminhalts zusammengepresst werden. Luft ist elastisch. Wenn der Druck zurückgeht, dehnt sich die Luft von selbst wieder aus. Wie jedes Gas hat Luft das Bestreben, den Raum auszufüllen. Nach den Erkenntnissen der Wissenschaft müssen wir uns vorstellen, dass die Teilchen der Luft sich mit der Geschwindigkeit von etwa 500 Meter je Sekunde im Raum bewegen. Befindet sich Luft in einem geschlossenen Zylinder, dann prallen die Luftmoleküle auch gegen die Innenwände des Zylinders und üben dadurch Druck auf diese Wände aus. Wenn man den Rauminhalt dieses Zylinders verkleinert – zum Beispiel durch Hineindrücken eines Kolbens –, dann erhöht die Luft ihre nach außen wirkende Kraft. Die Luftmoleküle treffen nämlich auf eine kleinere Fläche.

Das Pascalsche Gesetz von der gleichmäßigen Verteilung des Drucks gilt nicht nur für Flüssigkeiten, sondern sinngemäß auch für Gase und Gasgemische: „Wird gegen eine allseitig abgeschlossene Luftmenge ein Druck ausgeübt, dann pflanzt sich dieser Druck in der Luft nach allen Seiten gleichmäßig fort.“ Die Maßeinheit für den Druck, das Pascal, ist eine sehr kleine Einheit. Da sich dadurch auf manchen Gebieten der Technik große, unhandliche Zahlen ergeben, verwendet man häufig das Bar (Einheitszeichen bar) und das Millibar (Einheitszeichen mbar).

Verdichter sind Vorrichtungen, die Gase und Gasgemische bewegen oder verdichten. Luft ist ein Gasgemisch. Drei Arten von Verdichtern sind zu unterscheiden: Lüfter, Gebläse und Kompressoren. Die Leistung der Lüfter und Gebläse liegt vorwiegend in der Luftmenge, die sie bewegen. Sie wird in Kubikmeter je Minute angegeben. Die Steigerung des Luftdrucks reicht beim Lüfter bis zu 10 Prozent, beim Gebläse bis zu 30 Prozent. Die Kompressoren dagegen leisten bis zu 1000 Prozent Drucksteigerung, also zum Beispiel von 1 bar auf 10 bar. Lüfter kühlen Motoren, Maschinen und Werkzeuge. Es gibt Radial-Lüfter und Axial-Lüfter. Der Radial-Lüfter schleudert die Luft mit dem Schaufelrad seitwärts, also in die Verlängerungsrichtung des Schaufelradradius. Radial-Lüfter kühlen Elektromotoren. Ein Beispiel dafür bietet elektrische Handbohrmaschine. Während des Bohrens wird der Motor heiß. Wenn er nicht laufend gekühlt wird, verschmoren die Isolierschichten der Spulendrähte. Kurzschlüsse sind die Folge. Sie zerstören den Elektromotor. Um das zu verhüten, ist die Bohrmaschine mit dem Schaufelrad ausgerüstet.
Der Axial-Lüfter befördert den Luftstrom parallel zur Drehachse des Schaufelrades.

Pneumatikventile sperren und öffnen die Luftwege. So vielfältig, wie die Anwendungsarten der Pneumatik sind, so vielfältig sind auch die Arten ihrer Ventile. Nach dem im Ventil beweglichen Verschlusskörper unterscheidet man Teller-, Kugel- und Kegelventile. Nach ihrer Wirkungsweise werden die Ventile in Wege-, Rückschlag-, Druck- und Drosselventile eingeteilt.
Die Wegeventile sperren oder öffnen den Luftströmen einen oder mehrere Durchflusswege. Es gibt Wegeventile, die sich öffnen, wenn der Einlassdruck höher ist als der Auslassdruck, bei anderen ist es umgekehrt.
Das Rückschlagventil gestattet den Durchfluss nur in einer Richtung.
Das Druckventil regelt den Druck. Es öffnet sich, wenn der Druck eine vorgegebene Grenze übersteigt. Es schließt sich, wenn der Druck zu stark abfällt.
Das Drosselventil verringert die Menge des Luftstroms. Von dieser Menge hängt die Geschwindigkeit der Kolbenbewegung in den Pneumatikzylindern ab. In den Anlegeapparaten der Falzmaschinen stellt man mit dem Drosselventil die Stärke der Blas- und Saugluft ein.

Hohe Drücke lassen sich mit Kolbenverdichtern erreichen. In einem Zylinder ist ein abgedichteter Kolben verschiebbar gelagert. Der einfachste Kolbenverdichter ist die Fahrradluftpumpe.

Besonders hohe Drücke werden mit dem Kompressor erreicht, der als Kolbenpumpe arbeitet. Die Kurbel im Grundgestell wird von außen durch einen Elektromotor angetrieben. Dadurch bewegt sich der Kolben im Zylinder wechselweise nach oben und nach unten. Während seiner Abwärtsbewegung saugt er Luft an. Im Zuge seiner Aufwärtsbewegung presst er die Luft zusammen und dann aus dem Zylinder heraus. Die Wirkungsweise der beiden Ventile ist folgendermaßen: Das Einlassventil ist geöffnet, das Auslassventil geschlossen. Durch das geöffnete Einlassventil wird Luft angesaugt. Im Saugluftkanal entsteht ein Sog. Ansaug- und Ausstoßvorgang wiederholen sich wechselweise schnell hintereinander. Sie erzeugen einen pulsierenden Saugluft- und einen Blasluftstrom.
Bogenanlegeapparate benötigen die Blasluft für das Auflockern und Trennen der Bogen. Mittels der Saugluft werden die Bogen dem Anlegetisch zugeführt. Um einen gleichmäßigen Druckluftstrom zu gewinnen, leitet man die vom Kompressor kommenden pulsierenden Luftstöße in einen Druckluftbehälter. Er glättet die Stöße, stabilisiert die Druckluftversorgung und bildet die Druckluftreserve. Der Kompressor ist durch ein Druckventil mit dem Druckluftbehälter verbunden. Sobald der Luftdruck im Behälter den eingestellten oberen Grenzwert erreicht hat, schaltet ein Regler den Kompressor ab. Sobald der Luftdruck den unteren Grenzwert unterschreitet, tritt der Kompressor automatisch wieder in Tätigkeit.

Mittels Blas- und Saugluft trennt der Bogenanlegeapparat die einzelnen Bogen vom Papierstapel. Oben auf der Stapelwand der Maschine sitzt der Blasluftkanal mit den Blasluftdüsen. Diese richten ihre Luftströme gegen die oberen Papierlagen des Stapels. Die beiden unteren Düsen lockern und trennen die Bogen so voneinander, dass ihre Vorderkanten den Saugern entgegenspringen. Die oberste Düse richtet ihren Luftstrahl gegen die Unterseite des angesaugten Bogens und verhindert damit das Zurückfallen des angesaugten Bogens.

Richtiges Einstellen des Anlegers.
Für das einwandfreie Arbeiten des Anlegers ist es notwendig, vier Vorgänge zu beachten: Blasluft, Saugluft, Kippung und Stapeltransport. Die Stärke der Blasluft hängt ebenso wie die Saugluft von der Dicke und dem Gewicht des jeweils zu verarbeitenden Papiers ab. Die Blasluft soll die Bogen zwar gut auflockern, sie aber nicht über die oberste Düsenreihe hinwegdrücken. Die Saugluft muss die Bogen zwar sicher ansaugen und festhalten, sie darf aber nicht so stark sein, dass sie zwei oder noch mehr Bogen heranzieht und dadurch Stopper verursacht. Kippung und Stapeltransport: Die Kippung ist jene Kippbewegung, die von den Saugern nach dem Ansaugen des Bogens ausgeführt wird. Die vordere Bogenkante wird angehoben, damit die Blasluftgut unter den Bogen gelangt. Der Stapeltransport bringt den Stapeltisch schrittweise so nach oben, dass die Stapeloberfläche immer das Niveau behält, das für die Bogentrennung und Bogenübernahme nötig ist. Viel Sorgfalt und technisches Können sind notwendig, um alle vier Vorgänge richtig aufeinander abzustimmen.

Luftkissen schützen vor Beschädigungen.
Heute werden häufig leichte und dünne Papiere verarbeitet. Daraus ergeben sich hohe Anforderungen an die Druckweiterverarbeitung. Eine ausgereifte Lufttechnik und zuverlässige Einstellung der Luftströme bewirken die sichere Führung des Papiers. Wenn ein Papierbogen die Bedruck- oder Lackierzone einer Maschine durchlaufen hat, ist die aufgetragene Schicht sehr berührungsempfindlich. In solchen Fällen haben sich Luftpolster bewährt, die durch Luftströme gebildet werden, die die Oberfläche vor Beschädigungen schützen.

Luft macht schwere Papierstapel leicht.
Schwere Papier- und Kartonstapel lassen sich auf Lufttischen mühelos bewegen. Der Lufttisch der Schneidemaschine erleichtert erheblich die Handhabung der Stapel. Der Tisch einer Schneidemaschine hat kleine dunkle Kreise. Das sind die Köpfe der Kugelventile. Ihre Kugeln markieren sich in Kreismitte als helle Punkte. Die Kugeln verschließen die Ventilöffnungen und ragen geringfügig über die Tischebene hinaus. Wenn dann ein Papierstapel auf den Lufttisch gelangt, drückt er mit seinem Gewicht die Kugel nach unten. Dadurch wird der Weg für die Gebläseluft frei. Diese strömt an der Kugel vorbei nach oben unter den Papierstapel. Sie bildet dort zusammen mit den anderen Kugelventilen ein Luftkissen, auf dem der Papierstapel schwimmt.

Blas- und Druckluft am Rütteltisch.
Lufttische erleichtern die Arbeit nicht nur an den Schneidemaschinen, sondern auch an anderen Plätzen der Druckweiterverarbeitung. Lange Förderstraßen lassen sich nach dem Baukastenprinzip mit Lufttischen bilden und kombinieren. Außerdem werden auch Rütteltische mit Blaslufttischen und Blasluftseitenanschlägen ausgerüstet. Rütteltische arbeiten nicht nur mit Blasluft, sondern auch mit Pressluft (Druckluft). Erzeugt wird die Druckluft durch einen Kompressor. Sie gelangt zuerst zum Filter und Wasserabscheider, passiert dann das Druckregelventil und anschließend den Öler. (Der Öler reichert die Druckluft mit einem feinen Ölnebel an. Dieses Öl hält die beweglichen Teile der gesamten Anlage gleitfähig.) Von dort aus strömt die Druckluft in die Verteilerzentrale mit den Wegeventilen. Die Schläuche leiten die Druckluft zu den verschiedenen Arbeitszylindern.

Elektronik ist die Lehre von Elektronen bzw. Ionen im Vakuum, in Gasen und in Halbleitern.
Halbleiter sind Werkstoffe, deren elektrisches Leitfähigkeitsverhalten unter Normalbedingungen zwischen dem der Metalle und der Isolatoren liegt. Die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiterbauelemente wird dabei durch Störungen (Verunreinigungen) im Gitteraufbau des Materials bestimmt. Die wichtigsten Halbleiterbauelemente sind Halbleiterwiderstand, -kapazität, -diode und Transistor.
Elektronische Bauteile übernehmen heute immer mehr Aufgaben, die früher von mechanischen oder elektromechanischen Bauelementen ausgeführt wurden, oder aus technischen und wirtschaftlichen Gründen überhaupt nicht gelöst werden konnten. So werden heute z. B. Transistoren, Dioden und Integrierte Schaltkreise an Stelle von Röhren, Relais, Schaltern und mechanischen Laufwerken verwendet.

Widerstände, Dioden und Transistoren werden in großer Zahl für elektronische Einrichtungen benötigt.
 

Halbleiterwiderstände
Bestimmte Widerstände zeigen eine große Temperatur-, Licht- oder Spannungsabhängigkeit ihres Widerstandsverhaltens. Aus entsprechenden Halbleiterwerkstoffen fertigt man Widerstände, deren Widerstandswert sich durch äußere Einflüsse (Temperatur-, Licht-, Spannungsschwankungen) stark ändert. Man unterscheidet temperaturabhängige Widerstände (PTC-, NTC-Widerstände), lichtabhängige Widerstände (LDR-Widerstände) und spannungsabhängige Widerstände (VDR-Widerstände).
Bei temperaturabhängigen Widerständen unterscheidet man zwischen Heißleiterwiderständen und Kaltleiterwiderständen.
Widerstände, deren elektrische Leitfähigkeit im kalten Zustand sehr viel größer ist als im warmen Zustand, werden als Kaltleiter bezeichnet. Ihr Widerstandswert nimmt mit steigender Temperatur zu. Sie haben einen recht großen Temperaturbeiwert und werden daher auch als PTC-Widerstände bezeichnet.
Anwendung von PTC-Widerständen: Sie werden z. B. als Temperaturfühler in Maschinen eingesetzt. Denn wird ein PTC-Widerstand nur mit kleinen Spannungen betrieben (etwa 1 V), so wird die Temperatur des PTC-Widerstandes durch die Umgebungstemperatur bestimmt. Erhöht sich die Temperatur nun im Innern der Maschine unzulässig stark, so kann durch den PTC- Widerstand eine Sicherheitsabschaltung ausgelöst werden. Neben der Anwendung als Motoren- und Geräteschutz kann der PTC-Widerstand auch als Temperaturregler verwendet werden.
PTC: Positive Temperature Coefficient (engl.), positiver Temperaturfaktor (deutsch)

Widerstände, deren elektrische Leitfähigkeit im heißen Zustand sehr viel größer ist als im kalten Zustand, werden als Heißleiter bezeichnet. Ihr Widerstandswert nimmt mit steigender Temperatur ab. Sie haben einen recht großen negativen Temperaturbeiwert und werden daher auch NTC-Widerstände oder Thermistoren genannt.
Anwendung von NTC-Widerständen: Heißleiterwiderstände werden in großem Umfang zur Temperaturstabilisierung von Halbleiterschaltungen eingesetzt. Die Widerstandsänderungen des Heißleiters werden hervorgerufen durch eine Änderung der Temperatur des umgebenden Mediums und innere Erwärmung durch unterschiedliche elektrische Belastung. In Stromkreisen dienen sie so zur Herabsetzung des Einschaltstromes. Sie eignen sich ebenfalls gut als Temperaturfühler, wo Meßort und Anzeigeort weit auseinanderliegen. In sogenannten Zeitschaltungen wird das zeitliche Verhalten des Heißleiters bei Erwärmung und Abkühlung ausgenutzt.
NTC: Negative Tamperature Coefficient (engl.), negativer Temperaturfaktor (deutsch)

Merke:
Beim Heißleiter (NTC-Widerstand) sinkt der Wert des Widerstandes mit steigender Temperatur.
Beim Kaltleiterwiderstand (PTC-Widerstand) steigt der Wert des Widerstandes mit steigender Temperatur.

Fotodiode

Halbleiterdioden, deren Widerstand bei Energiezufuhr von außen in Form von Wärme oder Licht abnimmt, deren Leitfähigkeit also vom Licht besonders stark abhängt, bezeichnet man als Fotodioden. Sie lassen einen mit der Beleuchtungsstärke ansteigenden Sperrstrom fließen.
Anwendung von Fotodioden: Sie werden wegen des linearen Zusammenhangs zwischen Sperrstrom und Beleuchtungsstärke vorwiegend für Meßzwecke verwendet. Da sie sehr klein gebaut werden können, werden sie vor allem in der Steuerungs- und Regelungstechnik eingesetzt, wo Fotowiderstände wegen ihrer großen Trägheit nicht eingesetzt werden können. Fotodioden können auch als Fotoelemente (sogenannte Solarzellen) verwendet werden, das heißt, bei Beleuchtung Spannung abgeben. Konkret werden Fotodioden bei lichtgesteuerten Start-stopp-Einrichtungen eingesetzt.

(Achtung! Das Kapitel Grundbausteine der Elektronik ist gekürzt. Für tiefgreifende Informationen, bitte die PDF-Datei herunterladen. Dabei sind besonders die Abbildungen zu beachten!)

Bei dem Wort Schalter denkt man zunächst an einen mechanischen Hebelschalter, der mit der Hand bedient wird und einen elektrischen Stromkreis schließt oder öffnet. In vielen elektronischen Einrichtungen werden die Schaltvorgänge jedoch ohne erkennbare mechanische Bewegung ausgeführt. Man verwendet hier häufig eine Diode als Schalter, der durch die Richtung der angelegten Spannung auf- oder zugesteuert wird. Im Gegensatz zum Relais oder Transistor als Schalter sind bei der Diode Steuerstromkreis und gesteuerter Stromkreis identisch.

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Der Stand der heutigen Technik ist durch die fortschreitende Automatisierung von Produktionsabläufen bestimmt. Steuerungs- und Regelungstechnik schaffen die Grundlage für die Automatisierung.

Steuerung
Vereinfacht kann zunächst gesagt werden: Steuern ist ein Vorgang, bei dem eine Steuergröße durch andere Größen beeinflußt wird. Abweichungen vom eingestellten Wert, die infolge Störungen eintreten, werden nicht erfaßt, um für eine Korrektur ausgenutzt zu werden. Kennzeichnend für das Steuern ist der offene Wirkungsablauf, die Steuerkette. Unter Steuerung versteht man einen Vorgang, bei dem durch eine Eingangsgröße eine Ausgangsgröße in einem Gerät oder einer Anlage in bestimmter Weise beeinflußt wird. Zur Steuerung gehören die Steuereinrichtung und die Steuerstrecke. Die Steuerstrecke kennzeichnet den Bereich, der beeinflußt werden soll.

Regelung
Unter Regelung versteht man einen Vorgang, bei dem eine physikalische Größe fortlaufend gemessen, mit einem eingestellten Wert verglichen und an diesen angeglichen wird. Durch die Rückführung der Ausgangsgrößen auf den Eingang (Rückkopplung) entsteht ein geschlossener Wirkungskreislauf, der Regelkreis. Der Regler enthält als Funktionseinheit den Sollwertgeber, eine Meßeinrichtung für den Istwert und den Vergleicher.
Als Beispiel für einen Regelkreis wollen wir die Hotmelt-Klebung betrachten. Am Sollwertgeber (Thermometer außerhalb des Topfes) wird der Sollwert 120 (Temperatur des Leims) eingestellt. Die Maßeinrichtung erfaßt über einen Fühler (Thermometer im Leimtopf) den momentanen Wert (Istwert = Temperatur des Leims, den dieser im Moment hat) der Größe, die konstant zu halten ist. Im Vergleicher werden nun Istwert und Sollwert verglichen. Die Differenz der beiden Werte, also die Abweichung, wird an das Stellglied (Relais, das den Heizkreis einschaltet) weitergegeben. Über das Stellglied wird in der Regelstrecke die zu regelnde Größe so verändert, bis die Differenz zwischen Istwert und Sollwert ungefähr Null ist. Durch die Rückkopplung der Ausgangsgrößen auf das Stellglied entsteht ein geschlossener Wirkungskreislauf. Eine Steuerung läge vor, wenn diese Rückkopplung nicht stattfinden würde.

Steuerungen und Regelungen an Buchbindereimaschinen
Am Beispiel einer Buchfertigungsstraße lassen sich am besten anwendungsbezogene Beispiele für Steuerungen und Regelungen aufzeigen. In einer Messeinrichtung werden die Maße des Buchblocks und der Buchdecke erfasst oder anhand von vorgegebenen Daten dem Rechner der Maschine eingegeben. Aus diesen Daten wiederum werden in Millisekunden die Positionen der Verstelleinrichtungen errechnet und die eventuell zu tauschenden Wechselteile auf dem zum Rechner gehörenden Bildschirm angezeigt. Per Knopfdruck sind in wenigen Sekunden alle Verstelleinrichtungen auf die Position gefahren, die den Daten des erfassten Buches entsprechen. All diese Werte werden mit entsprechendem Klartext auf dem Bildschirm angezeigt. Von Hand lassen sich diese Werte jederzeit per Knopfdruck auf gewünschte Werte korrigieren, um mit einem weiteren Knopfdruck für ein gleiches Produkt auch nach beliebiger Zeit vom Rechner wieder abrufbar zu sein. Fehleinstellungen per Hand über die Formatgrenzen hinaus werden sofort als solche erkannt und angezeigt.
Ein Beispiel für eine elektronische Regelung stellt an der Buchfertigungsstraße der gleichstromgeregelte Hauptantrieb dar. Über ein im Schaltpult befindliches Potentiometer lässt sich der Hauptantrieb auf jede gewünschte Geschwindigkeit einstellen, die auf einem in Takten geeichten Instrument ablesbar ist. Ein mit dem Antriebsmotor mechanisch gekoppelter Tachogenerator meldet dem Regelgerät jede Abweichung von der vorgegebenen Sollgeschwindigkeit, zum Beispiel verursacht durch mechanische Lastspitzen. Eine Regelung im Gleichstromregelgerät gleicht dann in Bruchteilen von Sekunden diese Unregelmäßigkeit aus. Dies bedeutet wiederum eine konstante Produktionsgeschwindigkeit und somit ein quantitativ immer gleiches Produkt.

Viele physikalische Größen beeinflussen den Widerstand eines elektrischen Bauelements und werden dadurch erfaßbar. Der elektrische Widerstand eines Leiters ist von seinem Material, von seinem Querschnitt und von der Länge abhängig.
Die wichtigsten Sensoren dieser Art sind Widerstandssensoren, potentiometrische Sensoren, Widerstandsthermometer und Dehnungsmessstreifen. Ein einfacher Widerstandsensor ist der Schalter in einem elektrischen Stromkreis. Ein geöffneter Schalter stellt einen sehr großen (unendlichen) Widerstand dar, ein geschlossener Schalter ist ein sehr kleiner (kein) Widerstand. Beispiele an Druckweiterverarbeitungsmaschinen sind vielfach vorhanden. Der Widerstandssensor wird besonders bei Schutzvorrichtungen verwendet. So schneidet der Planschneider nur, wenn die Zweihand-Schnittauslösung (Schalter) gedrückt ist. Da auch der Klebstoff zwischen den Elektroden den elektrischen Strom leitet, lässt sich das Vorhandensein ausreichenden Klebstoffs im Klebstoffbehälter kontrollieren. Bei ungenügendem Füllstand (unendlicher Widerstand) erlischt die Lampe.
Ein Dehnungsmessstreifen ist ein elektrisch leitender Draht, der sich aufgrund mechanischer Einflüsse (Druck, Zug, Torsion) dehnt und damit seinen Widerstand verändert. Durch Dehnung wird der Draht verlängert und gleichzeitig im Querschnitt verkleinert. Meist kommen Folien-Dehnungsmessstreifen zum Einsatz, bei denen ein metallisches Messgitter in einem galvanischen Verfahren auf eine Trägerfolie aufgetragen wird. Um kleine Baulängen von wenigen Millimetern zu erhalten, sind die Leitungswege mäanderförmig aufgebracht, und zwar in Längsrichtung sehr dünn und in den Umkehrschleifen, also in Querrichtung, sehr breit. Durch die Mäanderform erreicht man eine große wirksame Leiterlänge. Die Widerstandsänderung ist bei der Dehnung in Längsrichtung entsprechend hoch und bei etwaigen Querdehnungen sehr gering. Die Messstreifen müssen mit großer Sorgfalt auf das Messobjekt geklebt werden und erhalten zum mechanischen Schutz einen Kitt oder eine Metallkapsel. Der Sensor wird z. B. zur Luftdrucküberwachung an Druckweiterverarbeitungsmaschinen eingesetzt.

Kraftmessdosen mit Dehnungsmessstreifen enthalten je zwei Dehnungsmessstreifen, die auf Stauchung und auf Zug reagieren. Die Dehnungsmessstreifen sind auf einen Druckkörper aufgeklebt und erlauben Kräftemessungen bis über 1000 kN. Sie werden z. B. zur Kraftmessung an Prägepressen und als Wägezellen für elektronische Waagen verwendet.
Unter Temperatureinfluss ändert sich der Widerstandswert von Metallen und Halbleitern. Diese Eigenschaft wird beim Widerstandsthermometer ausgenutzt. Durch Messen des Widerstandes wird über eine geeichte Skala die Temperatur bestimmt.

Um Messfehler zu vermeiden, wird meist ein zweiter Sensor außerhalb des Messobjekts angebracht. An Druckweiterverarbeitungsmaschinen werden solche Messeinrichtungen zur Temperaturregelung (Sollwertgeber) bei der Hotmelt-Klebung verwendet, in Temperaturregelkreisen oder zur Feuchte- und Temperaturbestimmung in einem Papierstapel.

Der potentiometrische Sensor ermöglicht das Messen eines zurückgelegten Weges. Durch mechanisches Verschieben oder Verändern des Potentiometerabgriffs ändert sich die Spannung. Der Weg kann durch eine Spannungsmessung bestimmt werden. In der Druckweiterverarbeitung wird der potentiometrische Sensor verwendet, z. B. zur Steuerung des Sattels beim Planschneider.

Verwendet man statt einer Gleich- eine Wechselspannung, kommen Wechselstromwiderstände als Sensoren in Betracht. Sie werden als kapazitive und induktive Sensoren bezeichnet und finden sich vielfältig in Druckweiterverarbeitungsmaschinen. Induktive Sensoren beruhen auf einer Veränderung der Induktivität, der induktiven Kopplung oder der Wirbelstrombildung. In der Druckweiterverarbeitung finden besonders induktive Wegsensoren und Dickenmesssonden Verwendung.

In Klebebindeanlagen wird über sogenannte Induktivgeber in Form von Geberwellen (dies ist eine Welle mit Nocken) z. B. das Vorhandensein eines Buchblocks gemeldet. Dadurch werden Fotozellen aktiviert, die wiederum die exakte Positionierung melden. Abweichungen von eingegebenen Sollwerten (der Buchblock ist z. B. schief) führen, je nach Programmierung der Steuerung, zum Stoppen der Maschine oder zur Ausschleusung des fehlerhaften Buchblocks.

Kapazitive Sensoren reagieren auf Kapazitätsänderungen. Diese werden durch Veränderung der Elektrodenabstände oder des Dielektrikums (Material zwischen den Kondensatorplatten) hervorgerufen. Bei Flachstapelanlegern wird z. B. der kapazitive Sensor (Taster) zur Höhenfeststellung des Papierstapels eingesetzt. Bei Rundstapelanlegern steuern sie den Stapelvorschub zum Saugrad. Neuere Falzmaschinen verwenden Reflexionslichtschranken zur Überwachung des Bogendurchlaufs. Bei kapazitiven Drucksensoren ändern Druckkräfte den Abstand der Kondensatorplatten. Dadurch ändert sich der kapazitive Blindwiderstand des Sensors. Die Änderung wird über eine Wechselspannungsmessbrücke erfasst.
Für isolierende Flüssigkeiten verwendet man kapazitive Füllhöhenmesser. Die Behälterwand und eine eingeführte Elektrode wirken als Kondensatorplatten, die Flüssigkeit als Dielektrikum. Die Kapazität des Kondensators ist dann von der Füllhöhe der enthaltenen Flüssigkeit abhängig.

Ultraschallsensoren werden zur Distanzmessung, z. B. zur Stapelhöhenmessung im Bereich von 50 bis 2000 mm, eingesetzt. Sie arbeiten unabhängig von Material, Farbe und Oberflächenbeschaffenheit des Objekts und werden dort eingesetzt, wo optische Näherungsschalter wegen störendem Hintergrund nicht verwendet werden können.

Thermoelemente bestehen aus zwei verschiedenen Metalldrähten (z. B. Eisen und Konstantan), deren Enden an einer Seite miteinander verlötet oder verschweißt sind. Erwärmt man die Verbindungsstelle, so kann man an den freien Enden eine Gleichspannung abnehmen. Die Thermospannung steigt mit wachsender Temperatur.

Piezoelektrische Sensoren erzeugen bei Belastung durch Zugkräfte, Druckkräfte oder Schubkräfte eine elektrische Ladung. Durch die Kraftwirkung werden die negativen Gitterpunkte gegen die positiven Gitterpunkte verschoben. An den Oberflächen der Kristallscheibe sind dann Ladungsunterschiede als Spannung zwischen den Belägen meßbar. Sie finden Verwendung als Piezodrucktaster (Folientasten). Das Tastelement besteht aus einer ca. 0,15 mm dünnen Piezokeramikfolie. Verformt man das Element um weniger als 15μm, so entsteht bereits ein genügend großes Signal zum Schalten zur Verfügung.

Induktionssensoren verwendet man in der Druckweiterverarbeitung in Form von Tachogeneratoren zur Drehzahlmessung von Maschinen. Sie sind wie Gleich- oder Wechselspannungsgeneratoren aufgebaut und werden häufig zusammen mit den Antriebsmotoren als ein Bauelement hergestellt. Kenngröße des Tachogenerators ist der Tachokoeffizient (KT). Man findet ihn z. B. beim Falzkleben in Falzmaschinen. Er sendet eine Spannung an das Steuergerät, was bewirkt, dass der Leimstrich auch bei wechselnden Falzgeschwindigkeiten mit gleichbleibender Länge aufgetragen wird.

Sensoren mit Fotoelementen werden beispielsweise in Feuersensoren der Brandmeldeanlagen verwendet. Das niederfrequente Flackern der Flamme wird mit Fotoelementen in ein Wechselspannungssignal umgewandelt und verstärkt. Ein nachfolgender Schwellwertschalter löst Alarm aus, wenn mehrere Sekunden flackerndes Licht auf das Fotoelement fällt. Fotosensoren werden auch zur Doppelbogenkontrolle an Falzmaschinen verwendet.

Optoelektronische Sensoren spielen in der Druckweiterverarbeitung eine besonders große Rolle. Fotosensoren werden als Näherungsschalter oder in Form von Reflexionslichtschranken eingesetzt. Optoelektronische Sensoren bestehen aus einem Sender, der gepulstes Infrarotlicht ausstrahlt, und einem Empfänger, der dieses Licht empfängt und in elektrische Signale umwandelt. Der optoelektronische Sensor trifft eine Auswertung zwischen „Licht empfangen“ und „kein Licht empfangen“. Durch Beeinflussung des optischen Strahlengangs können somit berührungslos mechanische Abläufe erfaßt, kontrolliert und gesteuert werden.
Der optoelektronische Näherungssensor dient zum Abtasten von seitlich und frontal anfahrenden Objekten und zur Hell-Dunkel-Unterscheidung. Er wird z. B. zur Abrisskontrolle oder zur Rollendickenkontrolle eingesetzt. Sender und Empfänger befinden sich im selben Gehäuse. Das zu delektierende Objekt (Papierband) wirkt selbst als Reflektor. Das Abtastverhalten ist dabei von der Größe und Oberflächenbeschaffenheit des Abtastobjekts abhängig.

Die Reflexions-Lichtschranke, auch fotoelektronischer Reflexionstaster genannt, wird zur Abtastung der Stapelhöhe und Zählung von Büchern z. B. in Klebebindemaschinen verwendet. Der Lichtstrahl wird vom Sender auf den Reflektor und von diesem zurück auf den Empfänger geworfen. Der Lichtweg wird vom Abtastobjekt (Buch) unterbrochen. Der Ausgang schließt, wenn das Buch den Lichtstrahl freigibt. Beim Falzkleben meldet der totoelektronische Reflexionstaster den Falzbogen, steuert den Vorlauf (z. B. 100 mm) und auch die Leimlänge (z. B. 120 mm). In Falzmaschinen steuert er das Falzschwert. Er meldet den Bogen an die Steuerung, die das Falzschwert zum richtigen Zeitpunkt absenkt. In Schuppen- und Stehendbogenauslegern steuern Reflexionstaster als Melder den Antrieb der Auslagebänder in Abhängigkeit von der Materialzuführung.

Beim Reedschalter wird ein bewegliches Kontaktelement durch ein Magnetfeld an ein starres Kontaktelement gedrückt. In der Druckweiterverarbeitung wird er hauptsächlich bei Schutzvorrichtungen eingesetzt. Er überprüft beispielsweise, ob ein Schutzgitter geschlossen ist.

Zunehmend werden in der Druckweiterverarbeitung intelligente Sensoren verwendet. Intelligente Sensoren bestehen aus dem eigentlichen Sensor, einer Auswertelektronik und einem Chip, der in der Lage ist, das vom Sensor gelieferte Signal zu verstärken und evtl. zu verformen. In Verbindung mit einem Mikrorechner können dann komplexe Steuerungen oder Korrekturen vorgenommen werden.

Die induktiven Sensoren senden ein elektromagnetisches Feld aus. Wenn ein elektrisch leitendes Material (z. B. ein Metallbügel) in geringem Abstand zum Sensor in dieses Magnetfeld eintaucht, verändert sich ein elektrischer Wert. Mit dieser Veränderung lässt sich ein Schaltimpuls erzeugen. Der Schaltimpuls kann zur Zählung von Produkten oder Ereignissen genutzt werden. Gleichzeitig können mittels eines Magnetventils fehlerhafte Produkte ausgeschleust werden. Durch eine vorherige mechanische Einstellung der Fehl- und Doppelbogenkontrolle erfolgt die Produktmessung nur im Bereich der Produktlänge (die Lücken zwischen den Produkten werden nicht gemessen). Durch eine Höhenverstellung wird die Produktdicke berücksichtigt.

Lichtschranken kommen zum Einsatz, wenn über einen größeren Abstand eine Messung erfolgen soll. Wir unterscheiden im Wesentlichen drei Arten von Lichtschranken.
Bei der Einweg-Lichtschranke haben wir einen Sender und Empfänger. Das vom Sender ausgehende Licht wird im Empfänger in ein Signal verarbeitet und kann weiter verarbeitet werden.
Bei der Reflexions-Lichtschranke sitzt der Sender und Empfänger in einem Gehäuse. Das Licht wird über den Reflektor zurückgesendet und kann als Signal verarbeitet werden.
Bei einem Lichttaster wird die Reflexion eines Gegenstandes, den der Lichtstrahl trifft, als Signal verarbeitet.

Merke: Starke Verschmutzungen (z.B. von Papierstaub) können die Messungen mit Lichtschranken beeinflussen.

An Verpackungsmaschinen werden oft Lichtschranken für die Erfassung und Zählung der verpackten Pakete eingebaut. Bei der Paketerfassung oder Paketzählung sind in der Regel Einweg- oder Reflexions-Lichtschranken im Einsatz.
Am Beispiel einer Paketzählung wird die Funktionsweise der Lichtschranke (in diesem Fall eine Reflexions-Lichtschranke) erklärt:
Die Pakete werden auf einem Transportband aus der Verpackung abtransportiert. Hierbei durchlaufen sie einen Lichtstrahl, der von einer Lichtschranke ausgeht (Sender und Empfänger). Sobald ein Paket den Lichtstrahl durchläuft, wird dieser unterbrochen und der Empfänger bekommt kein Signal. Dieses nicht vorhandene Signal wird in der Elektronik weiterverarbeitet und kann z.B. für eine Paketzählung benutzt werden. An Schrägbogenerkennungen in der Zeitungsproduktion werden unter anderem auch Einweg-Lichtschranken eingesetzt. Durch diese Schrägbogenerkennungen werden Produkte, die schräg in der Klammer festgehalten werden und im weiteren Prozess zu Störungen führen würden, ausgeschleust. Die Produkte durchlaufen während der Produktion einen Lichtrahmen innerhalb der Schrägbogenkontrolle. Der vom Sender ausgehende Lichtstrahl wird vom Prisma 1 über Prisma 2 zum Empfänger weitergeleitet. Über die Breiten- bzw. Höhenverstellung kann der Lichtrahmen an das jeweilige Produktformat angepasst werden. Ein geringerer Abstand zwischen dem Lichtrahmen und dem Produkt bedeutet auch weniger Toleranz für Schrägprodukte. Die Prismen haben den Vorteil, dass auf der Schräge wenig Papierstaub liegen bleibt, was zu Störungen führen kann. Nun durchläuft ein schräges Produkt den Lichtrahmen der Schrägbogenkontrolle. Der vom Sender ausgehende Lichtstrahl wird vom Prisma 1 über Prisma 2 weitergeleitet. Von Prisma 2 zum Empfänger wird der Lichtstrahl durch das schräge Produkt unterbrochen. Dies gibt der Empfänger an die Elektronik weiter. Im weiteren Ablauf wird dann das Produkt an entsprechender Stelle ausgeschleust und gleichzeitig als Schrägexemplar für die Produktionsdaten-Erfassung gezählt.

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