Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Konstruktionsparameter

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Optimale konstruktive Parameter

In der vorherigen Etappe wurden günstige Werte für die Windungszahl und den ohmschen Widerstand der Spule ermittelt:

• Nur die Windungszahl ist ein konstruktiver Parameter.
• Der ohmsche Widerstand ist ein "konzentrierter Parameter" eines "idealisierten 2-Pol-Elements". Der konkrete Wert ergibt sich in Abhängigkeit vom verwendeten Spulendraht, den Abmessungen der Spule und auch der aktuellen Spulentemperatur.
• Um z.B. einen Prototypen des Magneten fertigen zu können, fehlen als "konstruktive Parameter" die Abmessungen der Spule (Wickelraum, Draht-Ø) und des Eisenkreises (Wandstärke, Topfgröße).

Für die Fertigung eines Funktionsmusters genügt die Ermittlung der Grobgeometrie. Dafür werden folgende Werte definiert:

L_Magnet   (Magnet-Länge)
d_Magnet   (Magnet-Durchmesser) 
d_Anker    (Anker-Durchmesser) 
L_Anker    (Anker-Länge)
L_Kern     (Kern-Länge)
SpulWand   (Spulenkörper-Wandstärke)
Wand       (Topf-Wandstärke) 
Deckel     (Deckel-Dicke)
h_Wickel   (Wickel-Höhe)
L_Wickel   (Wickel-Länge)
d_Draht    (Draht-Durchmesser) 
w_Spule    (Windungszahl)
k_Wickel   (Wickelfaktor 0.8)

Zusätzlich benötigt man die Werte für folgende Funktionselemente:

s0_Feder   (Vorspannweg der Feder)
k_Feder    (Elastizitätskonstante) 
R_Abschalt (Schutzbeschaltung der Spule)

Es sollen optimale Nennwerte für die konstruktiven Kenngrößen des Modells bestimmt werden:

• Der Antrieb soll damit möglichst schnell sein.
• Der Magnet muss in den vorgesehenen Bauraum passen.
• Die Spule darf nicht zu heiß werden.
• Die Spitzenwerte von Spulenstrom und -spannung dürfen nicht zu groß werden.

Bei der Suche nach einer optimalen Magnet-Geometrie sind folgende Forderungen zum Bauraum zu beachten:

d_Magnet=20 mm (max. Durchmesser)
L_Magnet≤30 mm (max. Länge) 

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