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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 Abbildung 5-8 hat sich jedoch deutlich reduziert. Diese Steigung entspricht der Proportionalverstärkung der Regelstrecke. Auslenkung x[mm] ] 1,8 1,5 1,2 0,9 0,6 0,3 -2E-15 Aktorkennlinie SR3 Δ=‐20.25% 0 0,2 0,4 0,6 Spulenstrom I[A] Abbildung 5-8:Vergleich der Aktorkennlinien vor und nach dem Test bei 100Hz Bei einer Abnahme ist eine höhere Strom- und damit Leistungsaufnahme erforderlich, um den Shutter statisch um den gleichen Betrag auszulenken. Da mit steigender Leistungsaufnahme wiederum eine Erwärmung des Aktors durch die im Ohmschen Anteil der Spule umgesetzten Wirkleistung einhergeht, erwärmt sich die Spule mit zunehmender Testdauer immer stärker, wie auch durch Messung mittels Pt1000 Element festgestellt wird: Am Messpunkt beträgt die Zunahme der Temperatur ca. 10°C. Dieser befindet sich jedoch an der Außenseite der Spule, weshalb aufgrund der thermodynamischen Gegebenheiten im Inneren ein wesentlich höherer Temperaturanstieg anzunehmen ist. Aufgrund der Aktordimensionen ist diese jedoch nicht erfassbar. Da das Verhalten des Aktormagneten, das für die Auslenkung des Shutters ursächlich ist, eine Temperaturabhängigkeit aufweist, verstärkt sich der Degradierungseffekt überproportional, da mit steigendem Strom die Erwärmung und mit steigender Erwärmung wiederum der Strom ansteigt. Aufgrund dieser Erkenntnisse werden nun gesondert Untersuchungen zur Verifikation des Aktors angestellt, um genaueren Aufschluss über dieses Phänomen zu erhalten. Diese werden im Rahmen der Robustheitsuntersuchung des Reglers gesondert in Kap. 6.2.2 erörtert. 30 SR#3 Before Degradation SR#3 After Degradation

5. Verifikation der Lebensdauer Ergebnisse des Tests bei 40Hz Betriebsfrequenz: Auch beim 40Hz Betrieb werden wieder Spulenstrom und Positionssignal als Hauptindikatoren genutzt, um Degradationen aufzudecken. Um hier direkt die Einflüsse auf das Verhalten im spezifizierten Betriebsmodus detektieren zu können, wird die Testfrequenz während der Akquirierung der Messzyklen, die für die Auswertung herangezogen werden, auf die im Normalbetrieb verwendeten 10Hz und 16% Pulsweite herabgesetzt. Dies hat wiederum den Vorteil, dass das Controlboard mit Regelung ebenfalls im spezifizierten Frequenzbereich arbeitet und Einflüsse auf das Messergebnis, die auf den Frequenzgang während der Messung zurückzuführen wären, ausgeschlossen werden können. Des Weiteren können im Falle einer erneuten Bauteildegradation der Auswirkungen auf das Verhalten im Normalbetrieb effektiver quantitativ abgeschätzt werden, da der Leistungsumsatz des Aktors während der Messung dem im Normalbetrieb entspricht. In Abbildung 5-9 und Abbildung 5-10 bzw. Abbildung 5-11 sind jeweils die Messungen von Aktorstrom über der Zeit sowie Shutterauslenkung bzw. Sensorsignal über der Zeit, die bei einer Pulswiederholfrequenz von 10Hz und einer Pulsweite von 16% gemessen werden, aufgetragen. Nach einer Testlaufzeit von knapp fünf Monaten werden ca. 380 Mio. Zyklen absolviert. Dabei zeigen sich keinerlei Schädigungen oder Auffälligkeiten an der mechanischen Struktur, die im Rahmen einer Verifikation näher zu untersuchen wären. Laut Untersuchungsergebnissen im Rahmen von Wöhlerversuchen befindet sich die verwendete Titanlegierung nach einer Wechselspielzahl von ca. 3 Mio. im Bereich der Dauerfestigkeit. Dort können theoretisch beliebig viele Lastwechsel unterhalb einer bestimmten Lastgrenze ertragen werden, ohne dass es zur Schädigung durch Rissbildung oder –ausbreitung kommt. Diese Grenzanzahl von Schwingspielen wurde im Test um knapp den Faktor 100 überschritten. Deshalb kann darauf geschlossen werden, dass geometrische Auslegung, Ausgangsmaterial sowie fertigungstechnische Bearbeitung genügend Sicherheitsspielraum bieten, sodass die mechanische Shutterstruktur die in den Spezifikationen geforderten ca. 30 Mio. Arbeitszyklen unbeschadet übersteht. 31

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