Software: SimX - Nadelantrieb - Wirkprinzip - Zielstellung: Unterschied zwischen den Versionen
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Die Idee, als elektro-mechanischen Wandler einen Elektromagneten einzusetzen, ist sicher nahe liegend. Allerdings sind die Anforderungen an die Arbeitsgeschwindigkeit recht hoch! Deshalb ist es fraglich, ob ein E-Magnet überhaupt in der Lage ist, einen Prägezyklus innerhalb von 3, | Die Idee, als elektro-mechanischen Wandler einen Elektromagneten einzusetzen, ist sicher nahe liegend. Allerdings sind die Anforderungen an die Arbeitsgeschwindigkeit recht hoch! Deshalb ist es fraglich, ob ein E-Magnet überhaupt in der Lage ist, einen Prägezyklus innerhalb von '''3,6 ms''' auszuführen: | ||
* Die Querschnittsfläche des Ankers im Luftspalt ist zusammen mit der magnetischen Sättigung des Eisens bei hoher Flussdichte verantwortlich für die maximal mögliche Magnetkraft. Bei Vernachlässigung von Streuflüssen gilt näherungsweise:<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_formel_magnetkraft.gif|.]]</div> | * Die Querschnittsfläche des Ankers im Luftspalt ist zusammen mit der magnetischen Sättigung des Eisens bei hoher Flussdichte verantwortlich für die maximal mögliche Magnetkraft. Bei Vernachlässigung von Streuflüssen gilt näherungsweise:<div align="center">[[Bild:Software_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_formel_magnetkraft.gif|.]]</div> | ||
* Normales Weicheisen erreicht den Sättigungsbereich für die magnetische Flussdichte ungefähr bei '''Bmax=1,2 T'''. Viel höher sollte man den Magnetkreis nicht aussteuern! | * Normales Weicheisen erreicht den Sättigungsbereich für die magnetische Flussdichte ungefähr bei '''Bmax=1,2 T'''. Viel höher sollte man den Magnetkreis nicht aussteuern! | ||
* Man kann zwar durch Vergrößern des Ankerdurchmessers '''d''' "beliebig" große Kräfte (F~d²) erzeugen, aber gleichzeitig erhöht sich auch die zu beschleunigende Ankermasse (m~d³), wenn man von einer Konstanz der Ankerproportionen ausgeht (Länge~d). | * Man kann zwar durch Vergrößern des Ankerdurchmessers '''d''' "beliebig" große Kräfte ('''F~d²''') erzeugen, aber gleichzeitig erhöht sich auch die zu beschleunigende Ankermasse ('''m~d³'''), wenn man von einer Konstanz der Ankerproportionen ausgeht ('''Länge~d'''). | ||
* Durch Miniaturisierung wird der Anker eines E-Magnet zwar schneller beschleunigt, allerdings reduzieren sich damit auch die möglichen statischen Kräfte an der Wirkstelle. Um das Papier zu prägen, ist jedoch eine Mindestkraft (bzw. minimale Umform-Energie) erforderlich. | * Durch Miniaturisierung wird der Anker eines E-Magnet zwar schneller beschleunigt, allerdings reduzieren sich damit auch die möglichen statischen Kräfte an der Wirkstelle. Um das Papier zu prägen, ist jedoch eine Mindestkraft (bzw. minimale Umform-Energie) erforderlich. | ||
* Wahrscheinlich existiert für eine vorgegebene Wirkstelle jeweils eine Grenze für die minimal mögliche Zykluszeit, die prinzipiell mit einem E-Magneten nicht unterschritten werden kann! | * Wahrscheinlich existiert für eine vorgegebene Wirkstelle jeweils eine Grenze für die minimal mögliche Zykluszeit, die prinzipiell mit einem E-Magneten nicht unterschritten werden kann! | ||
Um eine Entscheidung zu treffen, ob ein E-Magnet überhaupt als Aktor für den zu konstruierenden Antrieb geeignet ist, sollte ermittelt werden, wie schnell ein E-Magnet unter diesen Bedingungen prinzipbedingt arbeiten kann. Dafür kann man die numerische Optimierung nutzen, wenn man zuvor geeignete numerische Modelle des Antriebs entwickelt.<br> | Um eine Entscheidung zu treffen, ob ein E-Magnet überhaupt als Aktor für den zu konstruierenden Antrieb geeignet ist, sollte ermittelt werden, wie schnell ein E-Magnet unter diesen Bedingungen prinzipbedingt arbeiten kann. Dafür kann man die numerische Optimierung nutzen, wenn man zuvor geeignete numerische Modelle des Antriebs entwickelt.<br> | ||
'''Hinweis:'''<br>Man kann die Geometrie des E-Magneten nicht unabhängig von den anderen Komponenten des Antriebs optimieren. Jede Veränderung am E-Magneten erfordert zumindest eine Anpassung der Rückholfeder und der Einschaltzeit des Magneten!<div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_Aufgabe| | '''Hinweis:'''<br>Man kann die Geometrie des E-Magneten nicht unabhängig von den anderen Komponenten des Antriebs optimieren. Jede Veränderung am E-Magneten erfordert zumindest eine Anpassung der Rückholfeder und der Einschaltzeit des Magneten!<div align="center"> [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_Aufgabe|←]] [[Software:_SimX_-_Nadelantrieb_-_Wirkprinzip_-_Nadel|→]] </div> |
Version vom 25. Februar 2024, 14:32 Uhr
Die Idee, als elektro-mechanischen Wandler einen Elektromagneten einzusetzen, ist sicher nahe liegend. Allerdings sind die Anforderungen an die Arbeitsgeschwindigkeit recht hoch! Deshalb ist es fraglich, ob ein E-Magnet überhaupt in der Lage ist, einen Prägezyklus innerhalb von 3,6 ms auszuführen:
- Die Querschnittsfläche des Ankers im Luftspalt ist zusammen mit der magnetischen Sättigung des Eisens bei hoher Flussdichte verantwortlich für die maximal mögliche Magnetkraft. Bei Vernachlässigung von Streuflüssen gilt näherungsweise:
- Normales Weicheisen erreicht den Sättigungsbereich für die magnetische Flussdichte ungefähr bei Bmax=1,2 T. Viel höher sollte man den Magnetkreis nicht aussteuern!
- Man kann zwar durch Vergrößern des Ankerdurchmessers d "beliebig" große Kräfte (F~d²) erzeugen, aber gleichzeitig erhöht sich auch die zu beschleunigende Ankermasse (m~d³), wenn man von einer Konstanz der Ankerproportionen ausgeht (Länge~d).
- Durch Miniaturisierung wird der Anker eines E-Magnet zwar schneller beschleunigt, allerdings reduzieren sich damit auch die möglichen statischen Kräfte an der Wirkstelle. Um das Papier zu prägen, ist jedoch eine Mindestkraft (bzw. minimale Umform-Energie) erforderlich.
- Wahrscheinlich existiert für eine vorgegebene Wirkstelle jeweils eine Grenze für die minimal mögliche Zykluszeit, die prinzipiell mit einem E-Magneten nicht unterschritten werden kann!
Um eine Entscheidung zu treffen, ob ein E-Magnet überhaupt als Aktor für den zu konstruierenden Antrieb geeignet ist, sollte ermittelt werden, wie schnell ein E-Magnet unter diesen Bedingungen prinzipbedingt arbeiten kann. Dafür kann man die numerische Optimierung nutzen, wenn man zuvor geeignete numerische Modelle des Antriebs entwickelt.
Hinweis:
Man kann die Geometrie des E-Magneten nicht unabhängig von den anderen Komponenten des Antriebs optimieren. Jede Veränderung am E-Magneten erfordert zumindest eine Anpassung der Rückholfeder und der Einschaltzeit des Magneten!