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Entwurf schnellwirkender elektromagnetischer Antriebe mit wechselsinniger Ankerbewegung und steuerbaren Rasten unter Vorgabe dynamischer Parameter

Zielsetzung dieser Arbeit ist, einen Beitrag zum mechatronischen Entwurf von
schnellwirkenden elektromagnetischen Antrieben mit wechselsinniger Ankerbewegung und
steuerbaren Rastzeiten zu leisten, um optimale Magnetantriebe mit bestimmten dynamischen
Parametern zu entwickeln und die Möglichkeiten und Grenzen der Schnellwirkung von
unterschiedlichen Magnetsystemen für bestimmte Einsatzfälle zu untersuchen.
Der Einsatz elektromagnetischer Antriebe mit hoher Schnellwirkung ist in zunehmendem
Maße in vielen Bereichen der elektrischen Antriebstechnik notwendig. In großer Stückzahl
werden die schnellwirkenden Magnetantriebe für Ventilsteuerungen in pneumatischen und
hydraulischen Systemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei häufig hohe Anforderungen
an die Schnellwirkung und kompakte Abmessungen des Magnetantriebs gestellt werden.
Außerdem werden Anforderungen an minimale Geräuschemissionen und kleinen
Aktorverschleiß geltend gemacht, so dass eine geringe Endgeschwindigkeit des Magnetankers
mit dem Wirkelement des Magnetantriebs von großer Bedeutung ist.
Schnellwirkende Magnetantriebe sind mechatronische Systeme und können nur als Ganzheit
eines hochdynamischen elektro-magneto-mechanischen Energiewandler verknüpft mit der
Steuereinrichtung und der mechanischen Belastung des Wirkelementes entworfen werden.
Die Schaltzeit eines elektromagnetischen Antriebs kann durch die Steuerung nur bis zu einer
Grenze verkürzt werden. Diese Grenze wird durch geometrisch-stoffliche Parameter des
Magnetsystems und durch Parameter der mechanischen Belastung bestimmt. Im Mittelpunkt
der Untersuchungen steht die Aufgabe der Auswahl einer geeigneten Form und des Aufbaues
des Magnetsystems sowie der geeigneten Magnetwerkstoffe, um die kürzesten Schaltzeiten
bei gleichzeitig optimalen Abmessungen von Magnetantrieben zu erreichen. Dafür eignen
sich die magnetische Resonanzaktoren, deren Schaltzeiten in erster Linie durch die
Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems, bestehend aus der Masse des Magnetankers mit
Wirkelement und der Rückstellfeder, bestimmt werden. Die Beachtung der wichtigsten die
Schnellwirkung beeinflussenden Faktoren und Auswahl der Bewegungsform des
Magnetankers bei bestimmten mechanischen Belastungen sind dabei von Bedeutung.
Der Entwurf der schnellwirkenden Magnetantriebe erfordert die in der Praxis verwendbaren
Verfahren der optimalen Projektierung, die Auswahl der optimalen Konfigurationen der
magnetischen und mechanischen Systeme des Magnetaktors, die Bestimmung der
Steuerungscharakteristiken bei geforderten dynamischen Parametern und die Untersuchung
der physikalischen Grenzen der Schnellwirkung unterschiedlicher Magnetantriebe für
bestimmte Einsatzfälle, die die Schwerpunkte dieser Dissertationsarbeit bilden.