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- Kristin Böhme
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1 Vorwort 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 Kenngrößen zur Charakterisierung von Aktoren 14 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 Motoren für den resonanten Betrieb (Ultraschallmotoren) Messen von piezoelektrischen Kenngrößen Steuerelektronik für Piezoantriebe Leistungsverstärker Linearisierung des Aktor-Übertragungsverhaltens 58 Bibliografische Informationen digitalisiert durch
2 X Inhalt 2.7 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 96 4 Aktoren mit elektrorheologischer Flüssigkeit Einige rheologische Grundlagen Elektrorheologischer Effekt Technische Realisierung Werkstoffe Wirkprinzipien und Wandlerentwurf Messen von ERF-Kenngrößen Rheologische Kenngrößen Elektrische Kenngrößen Elektronischer Leistungsverstärker Anwendungsbeispiele Stellantrieb Tastelement Entwurfsaufgabe Stoßdämpfer 120
3 XI 4.7 Entwicklungstendenzen Aktoren mit magnetorheologischer Flüssigkeit Physikalischer Effekt Technische Realisierung Materialien Wirkprinzipien Wandlerentwurf Messen von MRF-Kenngrößen Rheologische Kenngrößen Elektronische Leistungsverstärker Analoge Leistungsverstärker Schaltende Leistungsverstärker Anwendungsbeispiele Bremse Motorlager 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 Stellzylinder für große Lasten Entwicklungstendenzen Vergleich mit direkt konkurrierenden Aktorprinzipien Aktoren mit magnetischen Formgedächtnis-Legierungen Physikalischer Effekt Kommerzielle Formgedächtnis-Legierungen Aufbau von magnetischen FG-Aktoren 182
4 XII Inhalt 7.4 Anwendungsbeispiele Ventilantrieb Multistabiler Aktor 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 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 230
5 XIII 11 Self-sensing-Aktoren Einführung Operatorbasierte Modellierung von Festkörperaktoren Modellbeschreibung in Gleichungsform Modellbildung in Form von Signalflussplänen 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 247 Nachwort 251 Literatur 253 Index 263
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