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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

5. Verifikation der

5. Verifikation der Lebensdauer (Vorfilterung etc.) und Datenverarbeitung (Abspeicherung) weitergereicht werden. Eine Beschreibung der Software kann Anhang 11.B entnommen werden. 5.3. Durchführung des Test Ursprünglich wurde für die Dauer des Tests eine Anzahl von knapp 1.3 Mrd. Schließen/Öffnen - Zyklen angesetzt. Das Zeitverhalten eines Zyklus entspricht der Periodendauer des pulsweitenmodulierten Steuerungssignals, weshalb sich bei Normbetrieb eine Testlaufzeit von ca. 2,5 Jahren ergäbe. Um diese Laufzeit zu verkürzen, wird ein beschleunigter Lebensdauertest 2 bei erhöhter Betriebsfrequenz durchgeführt. Hierbei muss beachtet werden, dass die gewählte Frequenz außerhalb des in Kap. 6.1.1 ermittelten Gebiets der Resonanzerhöhung der mechanischen Struktur liegt, um den Einfluss von resonanten Verstärkungen auf die Ergebnisse ausschließen zu können. Des Weiteren muss die geforderte Auslenkungsamplitude erreicht werden, um die während des Normbetriebs bei Maximalauslenkung vorhandenen Spannungen der Feder zu generieren, die zur Beanspruchung des Materials am Festkörpergelenk führen, deren Ermüdungsfestigkeit überprüft wird. Geht man davon aus, dass, wie in [3] dargestellt, die Shutterwippe bei einer maximalen Stellgröße von ICoil=1A in einer Zeit t1≈6ms auf den Sollwert von s=1,6mm ausgelenkt werden und mit einer aus der gedämpften Eigenfrequenz resultierenden Zeitkonstanten t2=4,5ms wieder in die Nulllage zurückkehren kann, so ergibt sich eine maximale Testfrequenz, bei der noch eine periodische Auslenkung in die Solllagen erreicht werden kann: =99,5Hz Diese kann in Realität jedoch nicht erreicht werden. Grund hierfür ist, dass das Elektronikboard zu Beginn des Tests bereits über eine PD-T1-Regelung verfügt, die provisorisch auf eine Betriebsfrequenz von 10Hz konfiguriert ist. Deren harter Stellgrößenausschlag verzögert die Zeitkonstante beim Einschwingen der Shutterwippe in die 2 HALT (Highly Accellerated Life Test) ist ein ursprünglich aus der Entwicklung/Verifikation von elektronischen Bauteilen stammender Begriff: hierbei wird die Lebensdauer von Bauteilen um einen bekannten Betrag durch extreme Umgebungsbedingungen (erhöhte Temperatur etc.) künstlich reduziert, um aus den statistischen Ausfallszeitpunkten dann die Lebensdauer bei Normbedingungen zurückzurechnen. Bei mechanischen Bauteilen/Baugruppen sind beschleunigte Lebensdauertests eher unüblich, da bei einer Erhöhung der Belastungsfrequenz meist nicht kalkulierbare Effekte eine Rolle spielen: durch erhöhte Massenträgheiten, resonante Verstärkungen im Frequenzspektrum bis hin zu quantenmechanischen Effekten in der Gitterstruktur des Materials können die Messergebnisse verfälscht werden. 22

5. Verifikation der Lebensdauer Nulllage auf ca. t2=8ms. Dadurch erniedrigt sich fmax theoretisch auf ca. 71Hz. Oberhalb dieser Frequenz sind negative Stellgrößen nötig, um die Shutterwippe aus der oberen Solllage auf elektromagnetischem Weg in die Nulllage zu beschleunigen, da die Rückstellkraft der Feder alleine nicht ausreicht, die Shutterwippe vor dem nächsten Führungspuls in die Nullposition zu bringen. Um deshalb die auf zunächst 100Hz spezifizierte Testfrequenz zu erreichen, werden negative Stellgrößenausschläge ermöglicht. Bei der Frequenz von 100Hz könnte somit die Testdauer auf 3 Monate reduziert werden. Da sich mit der Frequenz der Leistungsumsatz des Aktors erhöht, wird die Temperaturabschaltung vorerst auf eine Temperatur von 60°C konfiguriert, die an der Außenseite der Spule erfasst wird. Da die abgetasteten, teilweise pulsförmigen Signale hohe Frequenzanteile beinhalten, wird unter Berücksichtigung der Wandlerresourcen festgelegt, dass Rechtecksignale bis zur fünfzigsten Oberwelle rekonstruierbar sein sollen. Unter Einhaltung des Abtasttheorems werden dann per Software die Konfigurationen des DAQ-Geräts zur Erzeugung, Erfassung, Darstellung und Abspeicherung der betreffenden Signale durchgeführt. Durchführung des Tests bei 100Hz Betriebsfrequenz: Bei einer Pulswiederholfrequenz von 100Hz ergibt sich eine Abtastrate je Kanal von fAbtast=10 . Die dementsprechend gewählten DAQ Einstellungen sind in Tabelle 11-5 ersichtlich. Bei dem Regler, der auf dem Elektronikboard realisiert ist, das für die Durchführung des Tests zur Verfügung steht, handelt es sich um einen PD-T1 Regler. Dieser ist auf 10Hz Betriebsfrequenz eingestellt, damit während des Tests Zwischenmessungen durchgeführt werden, die das Verhalten bei Normalbetrieb (10Hz Pulswiederholfrequenz, 16% Tastverhältnis) zeigen. Der Verstärkungsanstieg des differenzierenden Anteils zu höheren Frequenzen hin hat beim Betrieb mit 100Hz eine geringfügig größere Auslenkung zur Folge. Wird die Pulsweite des Steuersignals zu gering gewählt, kann der obere Sollwert jedoch nicht mehr erreicht werden. Bei zu großer Wahl der Pulsweite stellt sich ein Offset der Position ein und der untere Sollwert kann aufgrund der Masseträgheiten nicht mehr eingehalten werden. Deshalb wird hier zunächst eine mittlere Einstellung von 50% für das Tastverhältnis gewählt. Trotz der zugelassenen negativen Stellgrößen von Ineg=-0.5A zeigt sich bei der Inbetriebnahme, dass die fallenden Flanken des Positionssignals direkt stetig in die steigenden 23

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