Unkonventionelle Aktoren
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- Melanie Krüger
- vor 6 Jahren
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1 Unkonventionelle Aktoren Eine Einführung von Prof Dr.-Ing. habil. Hartmut Janocha 2., ergänzte und aktualisierte Auflage Oldenbourg Verlag München
2 Inhalt Vorworte V 1 Einführung Was sind unkonventionelle Aktoren? Aktoren als Systemkomponente Aktoren im Zentrum von Mechatronik, Mikrosystemtechnik und Adaptronik Intelligente" und Self-sensing-Aktoren Intelligente" Festkörperaktoren Self-sensing-Festkörperaktoren Entwurf von Aktoren Charakterisierung von Aktoren Kenngrößen Kenngrößen-Diagramme 19 2 Piezoelektrische Aktoren Physikalischer Effekt Piezoelektrische Bauelemente Piezoelektrische Werkstoffe Piezokeramische Elemente Piezoaktoren mit begrenzter Auslenkung Stapelaktoren und Multilayer-Aktoren Streifentranslatoren Biegewandler Komposite-Wandler Piezowandler mit Wegübersetzung Aktoren mit unbegrenzter Auslenkung (Piezomotoren) Motoren für den quasistatischen Betrieb Wurm- und Schreitantriebe Trägheitsantriebe Piezo Actuator Drive (PAD ) 45
3 X Inhalt Motoren fur den resonanten Betrieb (Ultraschallmotoren) Stehwellen-Motoren Wanderwellen-Motoren Messen von piezoelektrischen Kenngrößen Steuerelektronik fur Piezoantriebe Leistungsverstärker Linearisierung des Aktor-Übertragungsverhaltens Anwendungsbeispiele Positioniertisch Dieselinjektor Hautscanner Entwurfsaufgabe Piezotranslator Entwicklungstendenzen 68 3 Magnetostriktive Aktoren Physikalischer Effekt Magnetostriktive Bauelemente Werkstoffe Magnetostriktive Elemente Magnetostriktive Aktoren mit begrenzter Auslenkung Translator Magnetostriktive Aktoren mit unbegrenzter Auslenkung Messen von magnetostriktiven Kenngrößen Elektronischer Leistungsverstärker Anwendungsbeispiele Unterwasser-Sonarsystem Dynamischer Vibrationsabsorber Hybrider Linearmotor Entwurfsablauf Vergleich zwischen piezoelektrischen und magnetostriktiven Wandlern Entwicklungstendenzen 95 4 Aktoren mit elektrorheologischer Flüssigkeit Einige rheologische Grundlagen Elektrorheologischer Effekt Technische Realisierung Werkstoffe Wirkprinzipien und Entwurfshinweise 106
4 Inhalt XI 4.4 Messen von ERF-Kenngrößen Rheologische Kenngrößen Elektrische Kenngrößen Elektronischer Leistungsverstärker Anwendungsbeispiele Stellantrieb Tastelement Entwurfsaufgabe Stoßdämpfer Entwicklungstendenzen Aktoren mit magnetorheologischer Flüssigkeit Physikalischer Effekt Technische Realisierung Werkstoffe Wirkprinzipien Wandlerentwurf Messen von MRF-Kenngrößen Rheologische Kenngrößen Elektronische Leistungsverstärker Analoge Leistungsverstärker Schaltende Leistungsverstärker Anwendungsbeispiele Bremse Motorlager Spannvorrichtung für Werkstücke Entwurfsaufgabe Kupplung Vergleich zwischen ERF- und MRF-Aktoren Entwicklungstendenzen Aktoren mit thermischen Formgedächtnis-Legierungen Physikalischer Effekt Kommerzielle Formgedächtnis-Legierungen Aufbau von thermischen FG-Aktoren Aktorkonzepte Beheizung von thermischen FG-Bauteilen Dimensionierung von NiTi-Bauteilen Anwendungsbeispiele Klappenantrieb Modellbau 167
5 XII Inhalt Stellzylinder für große Lasten AF-/ OIS-Aktor Entwicklungstendenzen Vergleich mit direkt konkurrierenden Aktorprinzipien Aktoren mit magnetischen Formgedächtnis-Legierungen Physikalischer Effekt Kommerzielle Formgedächtnis-Legierungen Aufbau von magnetischen FG-Aktoren Entstehung der aktorischen Kennlinienverläufe Betriebsarten von MFG-Aktoren Erzeugung orthogonaler Magnetfelder Dynamisches und statisches Verhalten Messen von Aktor-Kenngrößen Elektronische Ansteuerung Anwendungsbeispiele Experimentier-Aktor von AdaptaMat Positionsregelung Multistabiler Aktor Entwurfsablauf Vergleich zwischen MFG-Aktoren und magnetostriktiven sowie TFG-Aktoren Entwicklungstendenzen Elektrochemische Aktoren Elektrochemische Reaktionen Technische Realisierung Nickel-Wasserstoff-Zelle Zink-Luft-Zelle Anwendungsbeispiele Entwicklungstendenzen Vergleich mit direkt konkurrierenden Aktorprinzipien Dehnstoff-Elemente Metallhydrid-Aktoren Aktoren mit elektroaktiven Polymeren Dielektrische Elastomeraktoren Physikalischer Effekt Werkstoffe 214
6 Inhalt XIII Aufbau von DE-Aktoren Membranaktoren Weitere Bauformen Messen von Aktor-Kenngrößen Elektronischer Leistungsverstärker Anwendungsbeispiele Experimentier-Aktor von Danfoss Laser Speckle Reducer Stapelaktor für hohe Frequenzen Rechenbeispiel Membranaktor Entwicklungstendenzen Ionenaktive Polymeraktoren Mikroaktoren Krafterzeugungsprinzipien Herstellungsverfahren und Werkstoffe Anwendungsbeispiele Mikrofluidische Komponenten und Systeme Aktoren für mikrooptische Systeme Mikroantriebe und Greifersysteme Entwicklungstendenzen Leistungsverstärker für unkonventionelle Aktoren Einführung Ein-, Zwei- und Vierquadranten-Betrieb Schaltende, analoge und hybride Leistungsverstärker Vergleich der Schaltungskonzepte Leistungselektronik für Piezoaktoren und ERF-Aktoren Ansteuerung von Piezoaktoren Ansteuerung von elektrorheologischen Flüssigkeiten Wichtige Kenngrößen für den Verstärkerentwurf Leistungselektronik für magnetostriktive Aktoren und MRF-Aktoren Ansteuerung von magnetostriktiven und magnetorheologischen Aktoren Wichtige Kenngrößen für den Verstärkerentwurf Vorgehensweise bei der Auswahl eines Verstärkers Self-sensing-Aktoren Einführung Operatorbasierte Modellierung von Festkörperaktoren Modellbeschreibung in Gleichungsform Modellbildung in Form von Signalflussplänen 275
7 XIV Inhalt 12.3 Methoden zur Nutzung des Self-sensing-Effektes Zustandsgrößenbasierte Methode Parameterbasierte Methode Voraussetzungen für die Rekonstruktion der mechanischen Größen Mess- und Leistungselektronik Messkreis für Spannung und Polarisationsladung Leistungselektronik Linearisierung der Ausgang-Eingang-Charakteristik Anwendungsbeispiel: Piezoelektrischer Mikropositionierantrieb 285 Nachwort 289 Literatur 291 Index 303
Inhalt. Vorwort. Bibliografische Informationen digitalisiert durch
Vorwort V 1 Einführung 1 1.1 Was sind unkonventionelle Aktoren? 1 1.2 Aktoren als Systemkomponente 2 1.3 Aktoren im Zentrum von Mechatronik, Mikrosystemtechnik und Adaptronik 5 1.4 Intelligente" und Self-sensing-Aktoren
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Vorwort. 1 Einleitung 1. 2 Einteilung und Aufbau von Aktoren Einteilung der Aktoren Aufbau von Aktoren 8
Vorwort V 1 Einleitung 1 2 Einteilung und Aufbau von Aktoren 5 2.1 Einteilung der Aktoren 5 2.2 Aufbau von Aktoren 8 3 Arbeit, Energie, Leistung 15 3.1 Elektrische Arbeit und Energie 15 3.2 Mechanische
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