Software: SimX - Nadelantrieb - Geometrie und Waerme - Geometriemodell: Unterschied zwischen den Versionen
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Wir erweitern den Algorithmus-Abschnitt des Geometrie-Elements um die dafür erforderlichen Grundzusammenhänge. Dabei muss man die geometrischen Grundzusammenhänge in einer sequentiell berechenbaren Reihenfolge anordnen! | Wir erweitern den Algorithmus-Abschnitt des Geometrie-Elements um die dafür erforderlichen Grundzusammenhänge. Dabei muss man die geometrischen Grundzusammenhänge in einer sequentiell berechenbaren Reihenfolge anordnen! |
Version vom 17. März 2014, 14:10 Uhr
Im Eisenkreis des Topfmagneten muss eine geeignete Spule untergebracht werden. Der ohmsche Widerstand und die Windungszahl dieser Spule bestimmen wesentlich die Funktion des Antriebs und sollen weiterhin konstruktive Basis-Parameter bleiben.
Am Beispiel der Grobgeometrie des Elektro-Magneten soll gezeigt werden, wie man auf der Grundlage relativ vieler, nichtlinearer Zusammenhänge den Algorithmus für das zugehörige Verhalten eines Modell-Elementes entwickelt:
- Dazu erzeugen wir für die Arbeit in der aktuellen Etappe eine Dateikopie Etappe3_xx.isx aus dem Modell Etappe2b_xx.isx.
- Im lokalen Element-Type MagnGeo ergänzen wir die noch nicht definierten konstruktiven Kenngrößen entweder als Parameter oder Variable (Ergebnisgrößen) im Komponentenabschnitt.
- Parameter:
- konstruktive Basis-Parameter, welche bei der Optimierung veränderbar sind (nur: d_Anker, d_Magnet, w_Spule, R20_Spule ← Umbenennen von R_Spule!)
- stofflich-technologische "Konstanten" oder Modell-Koeffizienten, welche bei der Optimierung nicht verändert werden können
- Variable:
- konstruktive Größen (Maße/Bauteilspezifikation) oder Bewertungsgrößen, welche im Algorithmus des Verhaltens berechnet werden müssen
- zusätzlich erforderliche Zwischenergebnisse ergänzt man im Verlauf der Algorithmus-Entwicklung!
Wir erweitern den Algorithmus-Abschnitt des Geometrie-Elements um die dafür erforderlichen Grundzusammenhänge. Dabei muss man die geometrischen Grundzusammenhänge in einer sequentiell berechenbaren Reihenfolge anordnen! Die berechneten Größen stehen anderen Elementen des Modells wertmäßig zur Verfügung:
Der verfügbare Wickelraum sollte möglichst vollständig mit dem Spulendraht gefüllt werden:
- Berechnet werden soll der benötigte Drahtdurchmesser bei Vorgabe von Widerstand und Windungszahl.
- Es muss unterschieden werden zwischen RSpule (für die aktuelle Betriebstemperatur) und R20Spule (bei 20°C).
- Ausgegangen wird von der Dimensionierungsgleichung:
- Diese ergibt umgestellt:
- Der aktuelle Spulenwiderstand mit "ΔT=Temperaturdifferenz zu 20°C" ist:
- Benötigt wird die mittlere Windungslänge:
- Die Wickelhöhe ist definiert durch die Geometrie des Eisenkreises:
- (Berechnung der Wandstärke des Eisentopfes siehe unten!)
- Damit ist der benötigte Wickelquerschnitt für den Draht bestimmbar, denn aus:
- folgt:
- Damit ergibt sich als benötigte Wickellänge:
Man sollte auf einen gleichmäßigen Querschnitt des Eisens im Flussverlauf achten:
- Die Querschnittsfläche ist vorgegeben durch die Kreisfläche des Ankers bzw. Kerns.
- Im Deckel breitet sich der Fluss näherungsweise radial aus. Hier ist der kritische Querschnitt die Mantelfläche im Loch:
- Die erforderliche Dicke ist Deckel=dAnker/4,
- da
- Die Wandstärke des Topfes ergibt sich unter diesen Bedingungen zu:
- aus der Gleichheit der Flächen: π/4·d2Anker =π/4·(d2Magnet -(dMagnet - 2·Wand)2)
Längen der Eisenabschnitte:
- Für den Eisenkreis wurden bereits die Wandstärken für die Deckel und den Hohlzylinder bestimmt. Benötigt wird hinreichend genau die Eisenweglänge:
- Die Länge des Kerns lässt sich aus der benötigten Wickelbreite bestimmen:
- Die Länge des Ankers ist so zu wählen, dass sich der Arbeitsluftspalt ungefähr an der Grenze des oberen Spulendrittels befindet:
- Die sich ergebende Länge des Magneten
- muss anhand der geforderten maximalen Bautiefe bei der Optimierung als Restriktionsgröße berücksichtigt werden!
Geometrie des Spulenstreufeldes:
- In relativ geschlossenen Magnetkreisen hat es sich bewährt, nur den Wickelraum der Spule für die Ausbreitung des Spulenstreufeldes zu berücksichtigen. Für Luftspulen ohne Eisenkreis bzw. mit vernachlässigbarem Eisen-Rückschluss müsste man jedoch den "unendlichen" Raum für die Ausbreitung des Spulenstreufeldes berücksichtigen.
- In unserem geschlossenem Topfmagneten verfügen wir erst jetzt über die konkreten Abmessungen des Hohlzylinder-förmigen Wickelkörpers. Diese verwenden wir als Parameter für den magnetischen Widerstand des Spulenstreufeldes:
- In Abhängigkeit von der konkreten Magnet-Geometrie erfolgt nun eine Anpassung der wirksamen Spulenstreuung.