TU Darmstadt / ULB / TUbiblio

Thermisches Ersatzschaltbild eines Robotergreifers für Weltraumanwendungen

Joppich, Martin (1990):
Thermisches Ersatzschaltbild eines Robotergreifers für Weltraumanwendungen.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe der elektrischen Analogietechnik ein thermisches Ersatzschaltbild eines Robotergreifers ermittelt. Es ermöglicht die Simulation der thermischen Vorgänge in dem Greifer unter Vernachlässigung der Strahlung. Die Strahlungsverhältnisse wurden gesondert untersucht, um zusätzlich auch den Strahlungseinfluß für den speziellen Anwendungsfall abschätzen zu können.

Ausgangspunkt für das elektrische Modell ist das sogenannte Beuken-Modell. Es beschreibt die eindimensionale Wärmeleitung in planparallelen Wänden. In dem theoretischen Teil der Arbeit wird das Beuken-Modell auf die mehrdimensionale Wärmeleitung mit freier Konvektion erweitert. Darauf aufbauend folgt ein praktischer Teil mit der Ermittlung des thermischen Ersatzschaltbildes. Hauptbestandteil ist hier die Bestimmung von Wärmewiderständen und Wärmekapazitäten mit Hilfe von Wärmeversuchen.

Das thermische Ersatzschaltbild ist auf zwei Arten realisiert worden: Zum einen als elektrische Schaltung, zum anderen auf einem Schaltungs-Simulationsprogramm. Insbesondere das Simulationsprogramm ermöglicht genaue Untersuchungen der Wärmeleitvorgänge im Vakuum und bei freier Konvektion und wurde auch zur Verifizierung der Modellergebnisse benutzt. Die dabei festgestellten Fehler lagen in weiten Bereichen im Rahmen der überhaupt möglichen Meßgenauigkeiten.

In einem letzten Schritt sind die thermischen Belastungsgrenzen für den untersuchten Robotergreifer angegeben, wobei eine maximale Temperatur der Motoren von 100°C bei einer Bezugstemperatur von 20°C vorausgesetzt wurde. Dabei ist zwischen einem Betrieb im Vakuum und mit freier Konvektion bei Normaldruck zu unterscheiden. Im Vakuum darf die durchschnittliche Verlustleistung der Motoren bei einem Betrieb über mehrere Stunden nicht mehr als 0,7W betragen. Es sind Maßnahmen angegeben, bei denen ein höherer Verlustwert hingenommen werden kann. Eine absolute Grenze wird allerdings bei 2W Verlustleistung pro Motor gesehen. Bei freier Konvektion liegt die zulässige Verlustleistung der Motoren wesentlich höher, und zwar im Durchschnitt bei 4,4W pro Motor. In beiden Fällen dürfen dagegen kurzzeitige Verlustleistungen über wenige Sekunden bis zu 20W betragen. Die Höhe dieses Wertes ist nur von der Wärmekapazität des jeweiligen Motors abhängig.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 1990
Creators: Joppich, Martin
Title: Thermisches Ersatzschaltbild eines Robotergreifers für Weltraumanwendungen
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe der elektrischen Analogietechnik ein thermisches Ersatzschaltbild eines Robotergreifers ermittelt. Es ermöglicht die Simulation der thermischen Vorgänge in dem Greifer unter Vernachlässigung der Strahlung. Die Strahlungsverhältnisse wurden gesondert untersucht, um zusätzlich auch den Strahlungseinfluß für den speziellen Anwendungsfall abschätzen zu können.

Ausgangspunkt für das elektrische Modell ist das sogenannte Beuken-Modell. Es beschreibt die eindimensionale Wärmeleitung in planparallelen Wänden. In dem theoretischen Teil der Arbeit wird das Beuken-Modell auf die mehrdimensionale Wärmeleitung mit freier Konvektion erweitert. Darauf aufbauend folgt ein praktischer Teil mit der Ermittlung des thermischen Ersatzschaltbildes. Hauptbestandteil ist hier die Bestimmung von Wärmewiderständen und Wärmekapazitäten mit Hilfe von Wärmeversuchen.

Das thermische Ersatzschaltbild ist auf zwei Arten realisiert worden: Zum einen als elektrische Schaltung, zum anderen auf einem Schaltungs-Simulationsprogramm. Insbesondere das Simulationsprogramm ermöglicht genaue Untersuchungen der Wärmeleitvorgänge im Vakuum und bei freier Konvektion und wurde auch zur Verifizierung der Modellergebnisse benutzt. Die dabei festgestellten Fehler lagen in weiten Bereichen im Rahmen der überhaupt möglichen Meßgenauigkeiten.

In einem letzten Schritt sind die thermischen Belastungsgrenzen für den untersuchten Robotergreifer angegeben, wobei eine maximale Temperatur der Motoren von 100°C bei einer Bezugstemperatur von 20°C vorausgesetzt wurde. Dabei ist zwischen einem Betrieb im Vakuum und mit freier Konvektion bei Normaldruck zu unterscheiden. Im Vakuum darf die durchschnittliche Verlustleistung der Motoren bei einem Betrieb über mehrere Stunden nicht mehr als 0,7W betragen. Es sind Maßnahmen angegeben, bei denen ein höherer Verlustwert hingenommen werden kann. Eine absolute Grenze wird allerdings bei 2W Verlustleistung pro Motor gesehen. Bei freier Konvektion liegt die zulässige Verlustleistung der Motoren wesentlich höher, und zwar im Durchschnitt bei 4,4W pro Motor. In beiden Fällen dürfen dagegen kurzzeitige Verlustleistungen über wenige Sekunden bis zu 20W betragen. Die Höhe dieses Wertes ist nur von der Wärmekapazität des jeweiligen Motors abhängig.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Analogie E-Technik/Wärmelehre, Thermisches Ersatzschaltbild, Wärmekapazität, Wärmeleitung, Wärmestrahlung, Wärmewiderstand
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design (dissolved 18.12.2018)
Date Deposited: 07 Nov 2011 08:57
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 935

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 28-05-1990

Ende Datum: 31-08-1990

Querverweis: 17/24 EMKS 850, 17/24 EMKS 862

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (EMK)

Abschluss: Diplom (EMK)

Identification Number: 17/24 EMKD 935
Referees: Hillenmeier, Dipl.-Ing. Andreas and Weißmantel, Prof. Dr.- Heinz
Corresponding Links:
Export:
Suche nach Titel in: TUfind oder in Google
Send an inquiry Send an inquiry

Options (only for editors)
Show editorial Details Show editorial Details