Software: SimX - Nadelantrieb - Wirkprinzip - Elektromagnet

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Bisher haben wir die Prägenadel in Ermangelung eines Magnetmodells selbst gegen das Papier geschleudert. Das wird sich nun ändern:

• In der ersten Etappe soll nur ein stark vereinfachtes Verhaltensmodell des Elektro-Magneten erstellt werden, für das kein vertieftes Spezialwissen erforderlich ist.
• Bereitgestellt werden soll für die Antriebsmechanik ein qualitativ ausreichender Magnetkraft-Verlauf.
• Die Amplitude der Magnetkraft wird aus der konkreten Magnet-Geometrie berechnet:
  

Luftspalt zwischen Anker+Kern

• Die Prägenadel ist starr mit dem beweglichen Anker des Magneten verbunden.
• Der Magnetanker wird durch die Kraft auf die Trennflächen des Arbeitsluftspaltes angetrieben.
• Zur Nachbildung des Luftspalts nutzen wir den Element-Typ "Äußere Kraft".
• Der Kern wird repräsentiert durch eine Einspannung mit dem Typ "Wegvorgabe". Damit der Luftspalt dx=0 mm wird, wenn die Nadelspitze das Papier komplett geprägt hat, gibt man x=−0,55 mm für den Kern vor.
• Zum Test der Funktionsfähigkeit des Luftspalts verwenden wir eine konstante Kraft auf die am Anfang ruhende Nadel (Nadel.v0=0 m/s!).
• Ist die Kraft zu klein, um das Papier zu zerreißen, so wird dieses einige Male als "Trampolin" benutzt, bevor die Nadel darauf zur Ruhe kommt (falls die Kraft überhaupt ausreichend war, die Nadel bis zum Papier zu drücken!).
• Erst bei hinreichend großer Kraft wird das Papier zerrissen und die Nadel bleibt am Boden der Matrize liegen, weil die Kraft dauerhaft weiter wirkt:
  

Magnetkraft-Verlauf

• Auch mit wenig Spezialkenntnissen zum Elektromagneten weiß man, dass die Magnetkraft sich nach dem Einschalten von Null beginnend stetig aufbaut. Ursache ist die Induktivität der Spule, welche den Stromanstieg verzögert.
• Das Ansteigen der Magnetkraft wird durch die magnetische Sättigung des Eisenkreises begrenzt. Der mögliche Maximalwert ergibt sich entsprechend obiger Formel.
• Nachdem die Nadel ein Grübchen in das Papier geprägt hat, muss der Magnet wieder abgeschalten werden, damit die Feder die Nadel in die Ruhelage zurückholt.
• Als sinnvolle Nährung für die Magnetkraft kann man einen sägezahnförmigen Kraftimpuls verwenden. Dieser lässt sich mittels einer Signalquelle - Impulsgenerator konfigurieren:
  
• Zur Validierung des Modellverhaltens wählen wir eine Kraft-Amplitude, welche einen sicheren Prägezyklus gewährleistet:
  

Magnet-Geometrie

• Die Zusammenhänge zwischen der Geometrie und den Parametern der konzentrierten Elemente des Antriebs sollen als neuer Element-Typ "MagnGeo" lokal im Modell definiert werden.
• Der Modell-Explorer verfügt über zwei Registerkarten:
  • Komponenten = alle Bestandteile der Modellstruktur (Elemente und Connection)
  • Typen = lokale Elementtypen analog zu den externen Typen der Modell-Bibliothek
• Der Aufruf des Typ-Designers erfolgt im Modell-Explorer in der Registerkarte "Typen" über das Kontextmenü des Modells (rechte Maus auf Modell-Namen):
  
• Wir tragen den Namen MagnGeo und einen sinnvollen Kommentar ein:
  
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  Für das grafische Symbol soll ein 16-Farben-Bitmap der Größe 61x61 Pixel erzeugt werden (z.B. stilisierter Schnitt durch obigen Topfmagnet). Die Farbe "Magenta" wird vom Type-Designer als transparenter Hintergrund interpretiert:
  • Das Symbol könnte man im Type-Designer direkt bearbeiten, nachdem man zuvor die gewünschte Symbolgröße eingestellt hat.
  • Komfortabler geht es mit einem separaten Malprogramm, z.B. dem Windows-Zubehör PAINT.
  • Am einfachsten geht es in unserem Fall, wenn man das Bild aus dieser Anleitung benutzt!
  • Die separate Bilddatei öffnet man dann im Typdesigner als Symbol.
    Datei:Software SimX - Nadelantrieb - Wirkprinzip - typedesigner-anschluss.gif
• Unter Anschlüsse soll die maximal mögliche Kraft Fmax als Signalausgang definiert werden.
• Damit kann man dann später in der Modellstruktur eine Verbindung zum Impulsgenerator herstellen.
• Die Position des Signals am Symbol kann man innerhalb des Rasters frei bestimmen (Drag&Drop).
• Unter Komponenten weisen wir dem Signalausgang zuerst noch die physikalische Einheit Kraft zu. Das ist möglich, weil Signalausgänge innerhalb der Komponenten als Variable behandelt werden:
  

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