Die Keksmaschine – ein Beispiel für Steuerungstechnik im Alltag

Am 19.1.22 war Herr Prof. Thomas Glotzbach von der Technischen Hochschule Mittelhessen (der (THM) zu Gast im Physikunterricht der Klasse 10e. 

Das Arbeitsgebiet von Prof. Glotzbach ist die Robotik und Steuerungstechnik. Viele Schülerinnen und Schüler, so Prof. Glotzbach, verbinden mit Elektrotechnik entweder die Elektrizitätslehre aus der Schulphysik oder das Tüfteln von Nerds an komplizierten Geräten. Dass diese Vorstellung mit der Realität allerdings nur wenig zu tun hat, verdeutlichte er anhand eines Anwendungsbeispiels aus dem Alltag, dem Modells eines Keksautomaten, der bei passendem Münzeinwurf durch Drehung einer Spirale eine Kekspackung auswirft.

Zunächst erläuterte Herr Glotzbach anhand eines Tafelbilds, dass die Funktion eines solchen Automaten verschiedenen Anforderungen genügen muss. So soll eine passende Münze vom Automaten erkannt und eine unpassende wieder ausgeworfen werden. Außerdem muss bei einem Kaufpreis von mehr als einer Münze gewährleistet werden, dass der die Spirale bewegende Motor erst startet, wenn der volle Betrag eingezahlt wurde. Zudem soll ein neuer Münzeinwurf erst wieder möglich sein, wenn die Kekspackung ausgeworfen wurde, was durch eine Lichtschranke kontrolliert werden kann. Gleichzeitig muss der Motor gestoppt werden, damit wirklich nur eine Kekspackung herausfällt. Schließlich muss gesichert sein, dass der Vorgang nur dann abläuft, wenn noch Kekspackungen im Automaten vorrätig sind.

Diese verschiedenen miteinander verknüpften Vorgänge werden in der Elektrotechnik durch sogenannte Petri-Netze (nach dem Mathematiker C.A. Petri) modelliert. Petri-Netze ermöglichen die graphische Darstellung von dynamischen Prozessen, die nach festen Regeln ablaufen. Anhand des Keksautomaten verdeutlichte Herr Glotzbach, dass für die fehlerlose Funktion eines automatisierten Vorgangs eine Reihe von Verknüpfungen zwischen den einzelnen Bauteilen des Automaten bedacht werden müssen.

Nach der Theorie ging es dann in die Praxis. Die Schülerinnen und Schüler konnten sich anhand des mitgebrachten Modells durch Einwerfen von farbigen Chips von der Funktion des Automaten überzeugen und eine Kekspackung mitnehmen. 

Abgerundet wurde der instruktive Einblick in das Arbeitsgebiet von Herrn Glotzbach durch eine Vorstellung der vielfältigen Studienmöglichkeiten an der THM sowie der studentischen Arbeitsgruppe M.A.M.U.T, die von Herrn Glotzbach betreut wird und sich mit Projekten zu mobilen Robotik befasst (etwa der Wüstenbekämpfung durch Pflanzroboter).

Dr. Carsten Rührup