Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Konstruktionsparameter

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Optimale konstruktive Parameter

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

• Nur die Windungszahl w_Spule wird im Weiteren als konstruktiver Parameter benutzt, indem wir diesen Wert vorgeben.
• Der konkrete Wert des ohmsches Widerstands R_Spule ergibt sich aus der vorgegebenen Windungszahl in Abhängigkeit vom verwendeten Spulendraht, den Abmessungen der Spule und auch der aktuellen Spulentemperatur. Es handelt sich dann um einen "konzentrierten Parameter" des "idealisierten elektromagnetischen Wandler-Elements" aus der SimulationX-Bibliothek.
• Um 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 laut obiger Skizze 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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