Unkonventionelle Aktoren: eine Einführung
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| Published: |
München
Oldenbourg
2013
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| Edition: | 2., erg. und aktualisierte Aufl. |
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INHALT
VORWORTE V
1 EINFUEHRUNG 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 7
1.4.1 *INTELLIGENTE" FESTKOERPERAKTOREN 7
1.4.2 SELF-SENSING-FESTKOERPERAKTOREN 9
1.5 ENTWURF VON AKTOREN 10
1.6 CHARAKTERISIERUNG VON AKTOREN 13
1.6.1 KENNGROESSEN 13
1.6.2 KENNGROESSEN-DIAGRAMME 19
2 PIEZOELEKTRISCHE AKTOREN 23
2.1 PHYSIKALISCHER EFFEKT 23
2.2 PIEZOELEKTRISCHE BAUELEMENTE 25
2.2.1 PIEZOELEKTRISCHE WERKSTOFFE 25
2.2.2 PIEZOKERAMISCHE ELEMENTE 30
2.3 PIEZOAKTOREN MIT BEGRENZTER AUSLENKUNG 31
2.3.1 STAPELAKTOREN UND MULTILAYER-AKTOREN 31
2.3.2 STREIFENTRANSLATOREN 37
2.3.3 BIEGEWANDLER 37
2.3.4 KOMPOSITE-WANDLER 38
2.3.5 PIEZOWANDLER MIT WEGUEBERSETZUNG 39
2.4 AKTOREN MIT UNBEGRENZTER AUSLENKUNG (PIEZOMOTOREN) 41
2.4.1 MOTOREN FUER DEN QUASISTATISCHEN BETRIEB 42
2.4.1.1 WURM- UND SCHREITANTRIEBE 42"
2.4.1.2 TRAEGHEITSANTRIEBE 45
2.4.1.3 PIEZO ACTUATOR DRIVE (PAED*) 45
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X INHALT
2.4.2 MOTOREN FUER DEN RESONANTEN BETRIEB (ULTRASCHALLMOTOREN) 47
2.4.2.1 STEHWELLEN-MOTOREN 48
2.4.2.2 WANDERWELLEN-MOTOREN 52
2.5 MESSEN VON PIEZOELEKTRISCHEN KENNGROESSEN 54
2.6 STEUERELEKTRONIK FUER PIEZOANTRIEBE 56
2.6.1 LEISTUNGSVERSTAERKER 57
2.6.2 LINEARISIERUNG DES AKTOR-UEBERTRAGUNGSVERHALTENS 60
2.7 ANWENDUNGSBEISPIELE 61
2.7.1 POSITIONIERTISCH 61
2.7.2 DIESELINJEKTOR 62
2.7.3 HAUTSCANNER 63
2.7.4 ENTWURFSAUFGABE PIEZOTRANSLATOR 65
2.8 ENTWICKLUNGSTENDENZEN 68
3 MAGNETOSTRIKTIVE AKTOREN 71
3.1 PHYSIKALISCHER EFFEKT 71
3.2 MAGNETOSTRIKTIVE BAUELEMENTE 72
3.2.1 WERKSTOFFE 72
3.2.2 MAGNETOSTRIKTIVE ELEMENTE 76
3.3 MAGNETOSTRIKTIVE AKTOREN MIT BEGRENZTER AUSLENKUNG 76
3.3.1 TRANSLATOR 77
3.4 MAGNETOSTRIKTIVE AKTOREN MIT UNBEGRENZTER AUSLENKUNG 82
3.5 MESSEN VON MAGNETOSTRIKTIVEN KENNGROESSEN 84
3.6 ELEKTRONISCHER LEISTUNGSVERSTAERKER 85
3.7 ANWENDUNGSBEISPIELE 86
3.7.1 UNTERWASSER-SONARSYSTEM 86
3.7.2 DYNAMISCHER VIBRATIONSABSORBER 86
3.7.3 HYBRIDER LINEARMOTOR 88
3.7.4 ENTWURFSABLAUF 89
3.8 VERGLEICH ZWISCHEN PIEZOELEKTRISCHEN UND MAGNETOSTRIKTIVEN WANDLERN
94
3.9 ENTWICKLUNGSTENDENZEN 95
4 AKTOREN MIT ELEKTRORHEOLOGISCHER FLUESSIGKEIT 97
4.1 EINIGE RHEOLOGISCHE GRUNDLAGEN 97
4.2 ELEKTRORHEOLOGISCHER EFFEKT 99
4.3 TECHNISCHE REALISIERUNG 101
4.3.1 WERKSTOFFE 101
4.3.2 WIRKPRINZIPIEN UND ENTWURFSHINWEISE 106
INHALT XI
4.4 MESSEN VON ERF-KENNGROESSEN 110
4.4.1 RHEOLOGISCHE KENNGROESSEN 110
4.4.2 ELEKTRISCHE KENNGROESSEN 114
4.5 ELEKTRONISCHER LEISTUNGSVERSTAERKER 115
4.6 ANWENDUNGSBEISPIELE 117
4.6.1 STELLANTRIEB 117
4.6.2 TASTELEMENT 118
4.6.3 ENTWURFSAUFGABE STOSSDAEMPFER 119
4.7 ENTWICKLUNGSTENDENZEN 123
5 AKTOREN MIT MAGNETORHEOLOGISCHER FLUESSIGKEIT 125
5.1 PHYSIKALISCHER EFFEKT 125
5.2 TECHNISCHE REALISIERUNG 126
5.2.1 WERKSTOFFE 126
5.2.2 WIRKPRINZIPIEN 129
5.2.3 WANDLERENTWURF 132
5.3 MESSEN VON MRF-KENNGROESSEN 136
5.3.1 RHEOLOGISCHE KENNGROESSEN 136
5.4 ELEKTRONISCHE LEISTUNGSVERSTAERKER 139
5.4.1 ANALOGE LEISTUNGSVERSTAERKER 140
5.4.2 SCHALTENDE LEISTUNGSVERSTAERKER 141
5.5 ANWENDUNGSBEISPIELE 142
5.5.1 BREMSE 142
5.5.2 MOTORLAGER 143
5.5.3 SPANNVORRICHTUNG FUER WERKSTUECKE 146
5.5.4 ENTWURFSAUFGABE KUPPLUNG 147
5.6 VERGLEICH ZWISCHEN ERF- UND MRF-AKTOREN 151
5.7 ENTWICKLUNGSTENDENZEN 152
6 AKTOREN MIT THERMISCHEN FORMGEDAECHTNIS-LEGIERUNGEN 155
6.1 PHYSIKALISCHER EFFEKT 155
6.2 KOMMERZIELLE FORMGEDAECHTNIS-LEGIERUNGEN 158
6.3 AUFBAU VON THERMISCHEN FG-AKTOREN 161
6.3.1 AKTORKONZEPTE 161
6.3.2 BEHEIZUNG VON THERMISCHEN FG-BAUTEILEN 163
6.3.3 DIMENSIONIERUNG VON NITI-BAUTEILEN 164
6.4 ANWENDUNGSBEISPIELE 166
6.4.1 KLAPPENANTRIEB 166
6.4.2 MODELLBAU 167
XII INHALT
6.4.3 STELLZYLINDER FUER GROSSE LASTEN 168
6.4.4 AF-/ OL S-AKTOR 168
6.5 ENTWICKLUNGSTENDENZEN 169
6.6 VERGLEICH MIT DIREKT KONKURRIERENDEN AKTORPRINZIPIEN 170
7 AKTOREN MIT MAGNETISCHEN FORMGEDAECHTNIS-LEGIERUNGEN 175
7.1 PHYSIKALISCHER EFFEKT 175
7.2 KOMMERZIELLE FORMGEDAECHTNIS-LEGIERUNGEN 177
7.3 AUFBAU VON MAGNETISCHEN FG-AKTOREN 179
7.3.1 ENTSTEHUNG DER AKTORISCHEN KENNLINIENVERLAEUFE 180
7.3.2 BETRIEBSARTEN VON MFG-AKTOREN 181
7.3.3 ERZEUGUNG ORTHOGONALER MAGNETFELDER 185
7.3.4 DYNAMISCHES UND STATISCHES VERHALTEN 187
7.4 MESSEN VON AKTOR-KENNGROESSEN 189
7.5 ELEKTRONISCHE ANSTEUERUNG 190
7.6 ANWENDUNGSBEISPIELE 192
7.6.1 EXPERIMENTIER-AKTOR VON ADAPTAMAT 192
7.6.2 POSITIONSREGELUNG 193
7.6.3 MULTISTABILER AKTOR 196
7.6.4 ENTWURFSABLAUF 197
7.7 VERGLEICH ZWISCHEN MFG-AKTOREN UND MAGNETOSTRIKTIVEN SOWIE
TFG-AKTOREN. 199
7.8 ENTWICKLUNGSTENDENZEN 199
8 ELEKTROCHEMISCHE AKTOREN 201
8.1 ELEKTROCHEMISCHE REAKTIONEN 201
8.2 TECHNISCHE REALISIERUNG 202
8.2.1 NICKEL-WASSERSTOFF-ZELLE 202
8.2.2 ZINK-LUFT-ZELLE 205
8.3 ANWENDUNGSBEISPIELE 205
8.4 ENTWICKLUNGSTENDENZEN 207
8.5 VERGLEICH MIT DIREKT KONKURRIERENDEN AKTORPRINZIPIEN 207
8.5.1 DEHNSTOFF-ELEMENTE 207
8.5.2 METALLHYDRID-AKTOREN 209
9 AKTOREN MIT ELEKTROAKTIVEN POLYMEREN 211
9.1 DIELEKTRISCHE ELASTOMERAKTOREN 212
9.1.1 PHYSIKALISCHER EFFEKT 212
9.1.2 WERKSTOFFE S. 214
INHALT XIII
9.1.3 AUFBAU VON DE-AKTOREN 217
9.1.3.1 MEMBRANAKTOREN 217
9.1.3.2 WEITERE BAUFORMEN 222
9.1.4 MESSEN VON AKTOR-KENNGROESSEN 223
9.1.5 ELEKTRONISCHER LEISTUNGSVERSTAERKER 225
9.1.6 ANWENDUNGSBEISPIELE 227
9.1.6.1 EXPERIMENTIER-AKTOR VON DANFOSS 227
9.1.6.2 LASER SPECKLE REDUCER 228
9.1.6.3 STAPELAKTOR FUER HOHE FREQUENZEN 230
9.1.6.4 RECHENBEISPIEL MEMBRANAKTOR 230
9.1.7 ENTWICKLUNGSTENDENZEN 233
9.2 IONENAKTIVE POLYMERAKTOREN 234
10 MIKROAKTOREN 237
10.1 KRAFTERZEUGUNGSPRINZIPIEN 237
10.2 HERSTELLUNGSVERFAHREN UND WERKSTOFFE 241
10.3 ANWENDUNGSBEISPIELE 242
10.3.1 MIKROFLUIDISCHE KOMPONENTEN UND SYSTEME 242
10.3.2 AKTOREN FUER MIKROOPTISCHE SYSTEME 245
10.3.3 MIKROANTRIEBE UND GREIFERSYSTEME 246
10.4 ENTWICKLUNGSTENDENZEN 249
11 LEISTUNGSVERSTAERKER FUER UNKONVENTIONELLE AKTOREN 2S1
11.1 EINFUHRUNG 252
11.1.1 EIN-, ZWEI- UND VIERQUADRANTEN-BETRIEB 252
11.1.2 SCHALTENDE, ANALOGE UND HYBRIDE LEISTUNGSVERSTAERKER 254
11.1.3 VERGLEICH DER SCHALTUNGSKONZEPTE 260
11.2 LEISTUNGSELEKTRONIK FUER PIEZOAKTOREN UND ERF-AKTOREN 262
11.2.1 ANSTEUERUNG VON PIEZOAKTOREN 262
11.2.2 ANSTEUERUNG VON ELEKTRORHEOLOGISCHEN FLUESSIGKEITEN 264
11.2.3 WICHTIGE KENNGROESSEN FUER DEN VERSTAERKERENTWURF. 264
11.3 LEISTUNGSELEKTRONIK FUER MAGNETOSTRIKTIVE AKTOREN UND MRF-AKTOREN
266
11.3.1 ANSTEUERUNG VON MAGNETOSTRIKTIVEN UND MAGNETORHEOLOGISCHEN
AKTOREN 267
11.3.2 WICHTIGE KENNGROESSEN FUER DEN VERSTAERKERENTWURF. 268
11.4 VORGEHENSWEISE BEI DER AUSWAHL EINES VERSTAERKERS 269
12 SELF-SENSING-AKTOREN 271
12.1 EINFUEHRUNG 271
12.2 OPERATORBASIERTE MODELLIERUNG VON FESTKOERPERAKTOREN 273
^
12.2.1 ^MODELLBESCHREIBUNG IN GLEICHUNGSFORM 274
12.2.2 MODELLBILDUNG IN FORM VON SIGNALFLUSSPLAENEN 275
XIV
INHALT
12.3 METHODEN ZUR NUTZUNG DES SELF-SENSING-EFFEKTES 277
12.3.1 ZUSTANDSGROESSENBASIERTE METHODE 277
12.3.2 PARAMETERBASIERTE METHODE 279
12.3.3 VORAUSSETZUNGEN FUER DIE REKONSTRUKTION DER MECHANISCHEN GROESSEN
280
12.4 MESS- UND LEISTUNGSELEKTRONIK 281
12.4.1 MESSKREIS FUER SPANNUNG UND POLARISATIONSLADUNG 281
12.4.2 LEISTUNGSELEKTRONIK 282
12.5 LINEARISIERUNG DER AUSGANG-EINGANG-CHARAKTERISTIK 282
12.6 ANWENDUNGSBEISPIEL: PIEZOELEKTRISCHER MIKROPOSITIONIERANTRIEB 285
NACHWORT 289
LITERATUR 291
INDEX 303 |
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| author | Janocha, Hartmut 1944- |
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