3. Tagung Feinwerktechnische Konstruktion TU Dresden Elektrische Spezialantriebe in Braun / P&G Geräten 05. November 2009
Von Max Braun zum P&G Geräteentwicklungszentrum Procter & Gamble German Innovation Center Kronberg P&G German Innovation Center - Kronberg Braun Werk für Scherteile und Kunststoffveredelung 1921 Mit der Eröffnung einer Werkstatt für Apparatebau in Frankfurt am Main durch Max Braun erfolgt der Beginn der Marke Braun 1967 Der Standort Kronberg wird neuer Stammsitz von Braun. Gegen Jahresende erwirbt The Gillette Company, Boston, die Aktienmehrheit von Braun 1999 Das Braun-Stammwerk in Kronberg wird innerhalb der Gillette Gruppe zu einem wichtigen Technologie-Zentrum 2005 Übernahme der Gillette Company durch P&G
Produktpalette Braun
Produktpalette Gillette und Oral-B
1940 Prototyp Scherfolienrasierer Antriebsprinzip Schwingankerantrieb Reluktanzprinzip Geschwindigkeit 2-fache Netzfrequenz 100Hz bzw. 120Hz Kein Batteriebetrieb sinnvoll
DC Motoren 320V Betriebsspannung 1V 1 W 1000 W Elektrische Leistungsaufnahme
DC Motoren Leistungsaufnahme [W] 950 600 2 20 0,1 Betriebsspannung [V] 140 320 140 320 1 12 1 Masse [g] 825 300 20 50 1,5
Spezialantriebe warum? Größe, Formfaktor des Antriebes Mehr Möglichkeiten für individuelle Anpassung an den Nutzer Besserer Wirkungsgrad Höhere Arbeitsgeschwindigkeiten Geräusche Lautstärke, Klangbild Vibrationen vermeiden oder verstärken
Linearantrieb Rasierer Rasierer Series 7 Regelung der Frequenz und der Amplitude f = 180 Hz, x = ± 1mm Feder-, Masse- und Dämpfersystem Gegenläufig Motorteile minimale Vibrationen Aktiv angetriebener Kopf Amplitude des Schneidsystemes individuell einstellbar
Linearantrieb Rasierer Rasierer Series 7
Zahnbürstenantrieb - DC Motor DC Motor mit Zahnrad- und Kurbelgetriebe Drehzahlverhältnis Motor zu Abtrieb und Schwenkwinkel fix Maximaldrehzahl begrenzt durch Getriebe: Geräuschentwicklung Wirkungsgrad Lebensdauer
Zahnbürstenantrieb - Sonic Complete Direktantrieb mit Festfrequenzansteuerung +/- 7 Schwenkwinkel, einstellbar f = 260 Hz, einstellbar Kugellager Antriebswelle D16, motor 1. preseries, no.(80803)0010, battery 2,9V, 60% PWM, load with flat PE Wicklung Drehstabfeder, teilweise innerhalb der Antriebswelle 13 12 11 10 amplitude / 9 8 7 6 5 4 3 0 N 0.3 N 0.7 N 1.5 N 2.2 N 3.0 N Magnete 2 1 0 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 frequency / Hz
Kombinierte Zahnbürstenantriebe Erzeugen der Kräfte und Momente durch das elektromagnetische Antriebssystem Linear Rotation Rotation + Linear
Kombinierte Zahnbürstenantriebe Feder-, Masse- und Dämpfersystem mit zwei Resonanzfrequenzen in zwei Bewegungsrichtungen ω 1 = c 1 m M m, J F c Stator, Gehäuse ω 2 = c 2 J m << Masse (Stator, Gehäuse) J << Trägheitsmoment (Stator, Gehäuse)
Ansteuerung der kombinierten Bewegung Microcontroller amplitude rotation 130Hz 130Hz 260Hz 260Hz amplitude Rotation linear 130Hz 260Hz
Ansteuerung der kombinierten Bewegung Berechnung der resultierenden Kurvenform aus den Grundfrequenzen 130 Hz Digitales Pulsmuster 260 Hz Umwandlung in digitale Ansteuerpulse Optimierung der Pulse: Phasenlage Kurzschlußphase Rückspeisung 130 Hz + 260 Hz Motorspannung (V) Strom (A) FFT (Strom)
Ansteuerelektronik Ansteuerung der Motoren über eine Vollbrücke Pulsmuster, d.h. Festfrequenz und konstante Pulsweite, Ansteuerfrequenz oberhalb oder unterhalb der mechanischen Resonanzfrequenz des Antriebssystemes Regelung der Amplitude über die Pulsweite bei Festfrequenz Regelung von Amplitude und Ansteuerfrequenz, Ansteuerung in der Resonanzfrequenz des Antriebssystemes uc U V0 M V2 V1 V3 I
Federn im Antriebssystem Federn sind in allen Antrieben mit oszillierenden Bewegungen notwendig Metall- oder Kunststofffedern Magnetische oder pneumatische Federn Y29001 - neue Federn (4x 0.7/0.7 + 4x 0.6/0.7) Versorgung: 3.6V / PWM: 25% (2V,2000) 1,2 1,1 235 Hz 6 5,5 1 0,9 0,8 129 Hz 5 4,5 4 Weg [mm] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 Winkel [ ] Laser B [mm] Laser A [ ] 0 0 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 Frequenz [Hz]
Simulationstools Mechanik: Elektrische / Magnetische Felder: Elektronik, Elektrik: ProMechanica, SimMechanics / Mathlab, Abaqus Maxwell, Ansys Simulink / Mathlab, Labview, P-Spice
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