Software: SimX - Nadelantrieb - Wirkprinzip - Federvorspannung
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Experiment: Einfluss der Federvorspannung
Frage 1: Bestwert ohne Federvorspannung
Die bisherige Optimierung sollte ohne Vorspannung der Rückholfeder vorgenommen werden. In Abhängigkeit von Geometrie.L_Faktor=1.xx (mit Teilnehmer-Nummer xx=01..99) erhält man eine optimale Lösung für den schnellsten Antrieb.
Gesucht sind die Werte des numerischen Bestwertes für:
- Zykluszeit
- Ruheposition der Nadelspitze
- Ankerdurchmesser
- Elastizitätskonstante der Rückholfeder
- Einschaltzeit des Magneten
Frage 2: Bestwert mit Federvorspannung
Die Vorspannung soll so gewählt werden, dass zumindest die Gewichtskraft von Anker und Nadel kompensiert werden. Das entspricht einer Beschleunigung von 1 g. Um eine gewisse Sicherheit gegen leichtere Stöße zu haben, soll die Feder so vorgespannt sein, dass trotz einer Beschleunigung von a=10 g die Nadel in der Ruhelage verbleibt:
- Die aufzubringende Vorspannkraft F hängt ab von der beschleunigten Masse m, die erst während der Optimierung aus der Magnetgeometrie ermittelt wird (F=m·a).
- Die beschleunigte Masse entspricht dem Wert von Nadel.m, da diese im Modell auch die Ankermasse enthält.
- Der notwendige Vorspannweg s0 hängt ab von der erforderlichen Vorspannkraft F und der Elastizitätskonstante Feder.k, die auch erst während der Optimierung ermittelt wird.
- Die Wegvorgabe Vorspannung.x setzen wir deshalb auf den Wert Nadel.x0+s0, wobei wir für s0 die entsprechende Berechnungsformel einsetzen. Als vordefinierte Konstante können wir für die Erdbeschleunigung gravity verwenden.
- Damit gewährleisten wir, dass die Rückholfeder in der Ruhelage immer exakt die 10-fache Gewichtskraft von Nadel und Anker kompensieren kann!
Unter diesen Bedingungen ermitteln wir erneut mit L_Faktor=1.xx den Parameter-Satz für die optimale Lösung (Bestwert):
- Zykluszeit
- Ruheposition der Nadelspitze
- Ankerdurchmesser
- Elastizitätskonstante der Rückholfeder
- Einschaltzeit des Magneten
- Wert des Vorspannweges s0 der Feder in µm
