cahier scientifique revue technique luxembourgeoise
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26 CAHIER SCIENTIFIQUE | REVUE TECHNIQUE LUXEMBOURGEOISE 2 | 2010<br />
gefertigten Prototypen führen zur Verifi kation / Validierung<br />
des Simulationsmodells, mit dem Ziel durch Variation von<br />
Parametern eine simulationsgestützte Optimierung durchzuführen.<br />
Mit dieser Vorgehensweise lässt sich eine Reduktion<br />
von Entwicklungszeit und -kosten realisieren. Die oben<br />
beschriebene Herangehensweise wird nachfolgend anhand<br />
der für die mechatronische Druckregeleinheit essentiellen<br />
elektromagnetischen Aktorik, die Bestandteil des Proportionalmagnetventils<br />
ist, detailliert erläutert.<br />
Bild 5_Schnittdarstellung der gesamten mechatronischen Druckregeleinheit<br />
mit elektromagnetischer Aktorik (rechts im Bild)<br />
In Bild 5 ist die Endversion der mechatronischen Druckregeleinheit<br />
dargestellt, die nach einigen Iterationsschritten erzielt<br />
wurde. Diese besteht aus den Kernkomponenten: mechanische<br />
Vordruckreduzierung, Wärmetauscher, Sensoren und<br />
Proportionalmagnetventil. Alle Systemkomponenten sind in<br />
einem kompakten Aluminiumgehäuse vereint.<br />
Bild 6_Wirkungsplan des Proportionalmagnetventils<br />
Das Proportionalmagnetventil setzt sich aus der bereits erwähnten<br />
elektromagnetischen Aktorik zur Erzeugung der<br />
Stellgröße und einem Ventilkörper zur Wandlung der Stellgröße<br />
in eine die Regelgröße beeinfl ussende Größe zusammen<br />
(Bild 5, rechte Teilkomponente). Die proportional wirkende<br />
elektromagnetische Aktorik wurde nach den Richtlinien<br />
in /2/ konstruiert. Die Magnetkraft-Luftspalt-Kennlinien<br />
wurden durch konische Formgebung des Ankergegenkerns<br />
konstruktiv beeinfl usst (siehe Bild 5, rechtes Teilbild).<br />
Modellierung des Gesamtsystems<br />
Ein dynamisches Modell der elektromagnetischen Aktorik<br />
kann nur mit Kenntnis der physikalischen Vorgänge, die<br />
bei Aktion und Interaktion der Teilsysteme eine Rolle spielen,<br />
gebildet werden. Die physikalischen Abhängigkeiten<br />
lassen sich in einem Wirkungsplan darstellen. Ein detaillierter<br />
Wirkungsplan des Proportionalmagnetventils ist in<br />
Bild 6 dargestellt.<br />
Die durch die systemimmanenten Energiespeicher eintretenden<br />
Verzögerungen zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen<br />
der Teilsysteme können durch Differentialgleichungen<br />
mathematisch beschrieben werden. Alternativ zu den<br />
in der einschlägigen Literatur gängigen Simulationsmodellen<br />
für Proportionalmagnete wurde anstatt des i ( ψ , x)<br />
-Kennfeldes ein Ansatz über die magnetische Feldenergie<br />
Em (i,x) erarbeitet.<br />
Eingangsgröße für das mechanische Teilsystem ist die vom<br />
elektromagnetischen Teilsystem erzeugte Magnetkraft. Mit<br />
dieser kann durch Anwendung der Newtonschen Bewegungsgleichung<br />
die Stellbewegung des Magnetankers in<br />
der ersten systembeschreibenden Differentialgleichung (1)<br />
mathematisch formuliert werden.<br />
(1)<br />
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