Software: SimX - Nadelantrieb - Aktordynamik - Anforderungen

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Anforderungen an das Modell

In der vorherigen Bearbeitungsetappe wurde die grundsätzliche Eignung des Antriebprinzips für die geforderte Funktion geklärt:

• Unsere Erkenntnisse basieren bisher auf einem sehr vereinfachtem Modell des Elektromagneten:
  • Die maximal mögliche Magnetkraft im Luftspalt wird von der maximal möglichen Flussdichte und der Querschnittsfläche des beweglichen Magnetankers bestimmt:
    
  • Nach dem Einschalten des Magneten beginnt die Magnetkraft bei Null und sie kann vor dem Abschalten Fmax erreichen.
  • Die Magnetkraft steigt (näherungsweise) linear an.
  • Es wurde ein Verhaltensmodell des Aktors in Form einer Kraftkennlinie (Dreiecksimpuls) realisiert:
    
• Wir wissen, dass in einem Elektromagneten vielfältige physikalische Effekte wirken, die wichtigsten davon sind:
  • Das Magnetfeld und damit der magnetische Fluss wird durch eine stromdurchflossene Spule erzeugt.
  • Die Permeabilität µ des Eisenwerkstoffs ist abhängig von der aktuellen Flussdichte B:
    
    Deshalb ist die Stärke des Magnetfeldes nicht proportional zum elektrischen Strom:
  • Die Bewegung des Ankers bewirkt eine Induktionsspannung in der Spule. Der elektro-mechanische Wandler ist somit nicht rückwirkungsfrei!
  • Die Spule erwärmt sich infolge des elektrischen Stroms.
  • Der ohmsche Widerstand des Spulendrahtes erhöht sich mit steigender Temperatur.
• Wir müssen annehmen, dass sich der reale Elektromagnet durch die wirkende "Physik" anders verhält als unser vereinfachtes Verhaltensmodell:
  • Die Kraft wird sicher nicht zeitlich linear ansteigen. Daraus resultiert eine veränderte Anzugszeit für den Magneten.
  • Da sich die Magnetkraft nach dem Abschalten nicht schlagartig abbaut, verzögert sich der Abfallvorgang.
  • Die Erwärmung der Spule könnte zu thermischen Problemen führen, welche die angestrebte Zykluszeit verhindern.

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