Mechatronische Anwendungen im KFZ Kapitel 2: Aktoren Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper

Bild 2.2_1

Aktoren und Sensoren im KFZ

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Bild 2.2_2

Grundstruktur mechatronischer Systeme

Quelle: VDI Richtlinie 2206

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Bild 2.2_3

Wirkungskette mit Aktor

Quelle: Prof. Bertram, Universität Dortmund

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Bild 2.2_4

Grundstruktur von Aktoren

Quelle: Prof. Bertram, Universität Dortmund

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Bild 2.2_5

Merkmale von Aktoren

Quelle: Prof. Bertram, Universität Dortmund

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Bild 2.2_6

Energieformen und Krafterzeugung bei Aktoren

Quelle: Prof. Bertram, Universität Dortmund

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Bild 2.2_7

Gliederung von Aktoren

Quelle: H. Czichos, Mechatronik, Vieweg 2008

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Bild 2.2_8

Elektrodynamischer Wandler (Systematik)

Quelle: Bosch

Elektrische SpannungElektrischer Strom

Wärme EnergieTemperatur Feld

Elektrische EnergieElektrisches Feld

Magn. EnergieMagn. Feld

Magneto-striktion

Magn. Feldkräfte

Piezoeffekt Elektrische Feldkräfte

Wärme-dehnung

Phasen umwandlung

Verbrennung

Mikrosteller

Elektro-magneto-

mechanische Wandler E-Motor

Magnetsteller

MikrostellerMikrosteller Bi-Metall Memory-Metalle

Airbag

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Bild 2.2_9

Anforderungen an Aktoren

Quelle: Prof. Bertram, Universität Dortmund

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Bild 2.2_10

Betriebsfälle 1

Quelle: Lenze Vertrieb GmbH “Antriebslösungen: Formeln, Auslegung und Tabellen”

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Bild 2.2_11

Betriebsfälle 2

Quelle: Lenze Vertrieb GmbH “Antriebslösungen: Formeln, Auslegung und Tabellen”

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Bild 2.2_12

Betriebsfälle 3

Quelle: Lenze Vertrieb GmbH “Antriebslösungen: Formeln, Auslegung und Tabellen”

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Bild 2.2_13

Elektrodynamischer Wandler mit Lorentzkraft

Quelle: Heimann

U Uind

s = vs

B lF

IR

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Bild 2.2_14

Kraftwirkung eines Magnetfeldes auf einestromdurchflossene Spule

F

F

B

F : Auf die Leiterschleife wirkende Lorenzkraft

B : Magnetischer Fluss des Permanentmagneten

I : Strom durch die Leiterschleife

Quelle: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/motdc.html

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Bild 2.2_15

Kraftwirkung auf den Leiter (Lorentzkraft)

N

S

N

S

N

S

Magnetfeld des Permanent-magneten

Magnetfeld des Leiters

Überlagerte „Kraftwirkung“auf den strom-durchflossenenLeiter (Lorentzkräfte)F

F

Quelle: Heimann

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Bild 2.2_16

Prinzip der Stromwendung (Kommutator)beim Gleichstrommotor

Kohlebürste

Kommutator

Leiterschleife

Quelle: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/motdc.html

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Bild 2.2_17

Aufbau eines zweipoligen Gleichstrommotors

Quelle: Nordmann

Jochring

Erregerwicklung

Erregerpol

Ankerblechpaket

Ankerwicklung

Erregerfeld

Kohlebürste

Kommutator

Welle

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Bild 2.2_18

Bürstenloser elektronisch kommutierter Gleichstrommotor

Quelle: Nordmann

ωN

S1‘3‘

2‘

2

1 3

Läufer-lagegeber

elektronischer Kommutator

Ständer Läufer

Drehstromwicklung 1-1‘ , 2-2‘ , 3-3‘

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Bild 2.2_19

Magnetfeldkräfte Fx und Fy

Quelle: Nordmann

Kraft Fx anziehend

x

Kraft Fy zentrierend

y

Fx = - .b.y = -µ0 .b.yBL

2

µ0

N2i2

4x2Fy = .b.x = µ0

.bBL2

µ0

N2i2

4x

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Bild 2.2_20

Prinzip eines elektromagnetischen Drehwandlers

Quelle: Heimann

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Bild 2.2_21

Elektrischer Schrittmotor

Quelle: Nordmann

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Bild 2.2_22

Funktionsprinzip eines Relais

Elektromagnet

Arbeitskreis

Kontakte

Steuerkreis

S1

S2

~

Eisenanker

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Bild 2.2_23

Aufbau eines Aktors für EMVT

X

X

Spule 1

Spule 2

Anker

Feder

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Bild 2.2_24

Teilgebiete der Fluidtechnik

Quelle: Wallentowitz

Fluidtechnik

Flüssige MedienGasförmige Medien

Hydrostatik Aerostatik

Pneumatik

Aerodynamik

Hydraulik

Hydrodynamik

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Bild 2.2_25

Hydraulikkreislauf

Quelle: Heimann

Reservoir

Motor

Pumpe4/3 - Wegeventil

Drehmotor

Schubmotor

Rückschlag-ventil

Hydro-speicherDruck-

begrenzungs-ventil

M

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Bild 2.2_26

Hydraulik in der Fahrzeugtechnik am Beispieleiner Servolenkung

Quelle: Wallentowitz

Gleichlaufzylinder

Hydraulik-pumpe

Tank

Lenkventil

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Bild 2.2_27

Eigenschaften pneumatischer Stellantriebe

Quelle: Prof. Bertram, Universität Dortmund