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Analyse und Optimierung des Anschlagverhaltens von piezoelektrischen Aktoren

Greiner, Felix :
Analyse und Optimierung des Anschlagverhaltens von piezoelektrischen Aktoren.
Technische Universität Darmstadt
[Diplom- oder Magisterarbeit], (2006)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit behandelt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einsatz piezoelektrischer Biegeaktoren in Textilmaschinen, genauer in Wirkmaschinen. Es werden Aktoren verwendet, um Fadenführungen für einzelne Fäden zu positionieren. Ihre gezielte elektrische Ansteuerung im Wirkprozess beeinflusst die Maschenbildung der Fäden und dadurch entsteht ein Muster im Textil. Jeder Biegeaktor muss an der Zielposition eine Haltekraft aufbringen und wird deshalb gegen zwei Anschläge in der Vorrichtung angesteuert. Schlägt die Spitze des Aktors an einem Anschlag auf, findet ein Prellvorgang des Biegeaktors statt. Dadurch werden die Piezokeramiken des Biegeaktors starker mechanischer Belastung ausgesetzt.

Ziel der Arbeit ist, das Anschlagverhalten des Aktors zu analysieren und zu optimieren.

Die Prinzipien- und Patentrecherche stellt bestehende Lösungen für das Ansteuerungsverfahren des Aktors dar. Neben Gegenimpulsen vor dem Auftreffen des Biegeaktors am Anschlag werden Vorformungsverfahren der Ansteuerungssignale betrachtet. Eine ausführliche Prinzipienrecherche beschäftigt sich mit der Neugestaltung der Einspannung für den piezoelektrischen Biegeaktor in der Vorrichtung. Parameter der Einspannung werden mit dem Ziel variiert, die Schnittlasten im Bieagktor zu minimieren. Messungen zeigen den Zusammenhang zwischen dem Ort der Einspannung und der Leistungsfähigkeit des Aktorsytems. Die statischen Eigenschaften des Systems sind in einem analytischen Modell auf Basis der technischen Biegetheorie abgebildet. Sie werden im Labor messtechnisch mit Hilfe eines Lasertriangulators verifiziert. Dazu wird der bestehende Messplatz um eine hochdynamische Hochspannungstreiberstufe erweitert, die über ein in der Arbeit geschriebenes Programm in National Intruments LabView angesteuert wird. Dieses Programm liest die Auslenkungsinformation des Triangulators ein und ermöglicht so die dynamische Untersuchung des Schwingungsverhaltens bis zu einer Frequenz von 10 kHz.

Im Rahmen der Arbeit aufgenommene digitale Hochgeschwindigkeits-Filmaufnahmen mit 2000 Bildern pro Sekunde sind die Basis für die Untersuchung des dynamischen Aktorverhaltens im Laboraufbau und in der Textilmaschine. Mit Hilfe der OpenSource Software ImageJ werden die Bilddaten analysiert. Im Verlauf der Arbeit entstandene Skripte in Microcal Origin erlauben die teilautomatisierte Regression und Auswertung der Messdaten.

Für den Aufbau im Labor und für die Vorrichtung zum Einsatz in der Textilmaschine sind neue Einspannvorrichtungen konstruiert und zum Teil gefertigt worden. Sie ermöglichen die Untersuchung der Auswirkungen von der Einspannung auf das Prellverhalten der Biegeaktoren.

Typ des Eintrags: Diplom- oder Magisterarbeit
Erschienen: 2006
Autor(en): Greiner, Felix
Titel: Analyse und Optimierung des Anschlagverhaltens von piezoelektrischen Aktoren
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit behandelt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einsatz piezoelektrischer Biegeaktoren in Textilmaschinen, genauer in Wirkmaschinen. Es werden Aktoren verwendet, um Fadenführungen für einzelne Fäden zu positionieren. Ihre gezielte elektrische Ansteuerung im Wirkprozess beeinflusst die Maschenbildung der Fäden und dadurch entsteht ein Muster im Textil. Jeder Biegeaktor muss an der Zielposition eine Haltekraft aufbringen und wird deshalb gegen zwei Anschläge in der Vorrichtung angesteuert. Schlägt die Spitze des Aktors an einem Anschlag auf, findet ein Prellvorgang des Biegeaktors statt. Dadurch werden die Piezokeramiken des Biegeaktors starker mechanischer Belastung ausgesetzt.

Ziel der Arbeit ist, das Anschlagverhalten des Aktors zu analysieren und zu optimieren.

Die Prinzipien- und Patentrecherche stellt bestehende Lösungen für das Ansteuerungsverfahren des Aktors dar. Neben Gegenimpulsen vor dem Auftreffen des Biegeaktors am Anschlag werden Vorformungsverfahren der Ansteuerungssignale betrachtet. Eine ausführliche Prinzipienrecherche beschäftigt sich mit der Neugestaltung der Einspannung für den piezoelektrischen Biegeaktor in der Vorrichtung. Parameter der Einspannung werden mit dem Ziel variiert, die Schnittlasten im Bieagktor zu minimieren. Messungen zeigen den Zusammenhang zwischen dem Ort der Einspannung und der Leistungsfähigkeit des Aktorsytems. Die statischen Eigenschaften des Systems sind in einem analytischen Modell auf Basis der technischen Biegetheorie abgebildet. Sie werden im Labor messtechnisch mit Hilfe eines Lasertriangulators verifiziert. Dazu wird der bestehende Messplatz um eine hochdynamische Hochspannungstreiberstufe erweitert, die über ein in der Arbeit geschriebenes Programm in National Intruments LabView angesteuert wird. Dieses Programm liest die Auslenkungsinformation des Triangulators ein und ermöglicht so die dynamische Untersuchung des Schwingungsverhaltens bis zu einer Frequenz von 10 kHz.

Im Rahmen der Arbeit aufgenommene digitale Hochgeschwindigkeits-Filmaufnahmen mit 2000 Bildern pro Sekunde sind die Basis für die Untersuchung des dynamischen Aktorverhaltens im Laboraufbau und in der Textilmaschine. Mit Hilfe der OpenSource Software ImageJ werden die Bilddaten analysiert. Im Verlauf der Arbeit entstandene Skripte in Microcal Origin erlauben die teilautomatisierte Regression und Auswertung der Messdaten.

Für den Aufbau im Labor und für die Vorrichtung zum Einsatz in der Textilmaschine sind neue Einspannvorrichtungen konstruiert und zum Teil gefertigt worden. Sie ermöglichen die Untersuchung der Auswirkungen von der Einspannung auf das Prellverhalten der Biegeaktoren.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Ansteuersignalform, Biegeaktor piezoelektrisch (PZT), Hochgeschwindigkeit Filmaufnahme, Messplatz für Piezobiegewandler, Piezoansteuerung, Prellen, Programm Image J
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 31 Aug 2011 10:15
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1596

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 27-07-2005

Ende Datum: 24-03-2006

Querverweis: 17/24 EMKS 1607

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKD 1596
Gutachter / Prüfer: Ballas, Dipl.-Ing. Rüdiger ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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