Experimentelle Untersuchung von Hochvolt FGL-Ansteuerung

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1 Experimentelle Untersuchung von Hochvolt FGL-Ansteuerung
Paul Motzki Tom Gorges Thomas Würtz Stefan Seelecke Department of Mechatronics, IMSL Intelligent Materials and Systems Laboratory, Saarland University, Germany Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (ZeMA), Saarbrücken, Germany Motivation Stand der Technik: FGL-Draht Aktivierung über Joule‘sche Wärme Stromstärken im Bereich 0 – 4 A Notwendigkeit von Elektronik zur Spannungsanpassung Ziele: Verwendung standardisierter Versorgungsspannungen  12 V, 24 V, 48V, 230 V, 400 V, … High-Speed Aktivierung  Große Hübe und Kräfte im ms-Bereich „Ballistische“ Aktivierung  „künstlicher Hub“ durch extreme Beschleunigung Energieeffizienz  Aktivierung unter „adiabaten“ Bedingungen Load cell SMA-wire Micro-adjustment SMA-clamps Compression spring 1 Laser displacement sensor Air bearing Abb. 1: Prüfstand zur Untersuchung der Hochvolt-Ansteuerung High-Speed Aktivierung Ballistische Aktivierung 9 mm Abb. 4: Momentaufnahme der FGL-Aktivierung mit einem HS-Kamerasystem 60 ms Abb. 2: Exemplarische Messung bei 110 V Abb. 5: Synchronisierte Messwerte und HS-Video zur Interpretation der physikalischen Effekte Abb. 3: Exemplarische Messreihe zum Kraft-Weg Verhalten Energieeffizienz Theoretisches Energieminimum bei adiabater Phasentransformation: 𝑈∙𝑖∙𝑡=𝑚∙𝑐∙∆𝑇+ℎ∙𝑚 𝑚=6.58 𝑚𝑔 𝑐=500 𝐽 𝑘𝑔∙𝐾 ∆𝑇=65 𝐾 ℎ=20 𝐽 𝑔 Zeitinterval für adiabate Bedingungen: ∆ 𝑇 0 =∆ 𝑇 0 ∙ 𝑒 − 𝑡 𝜏 𝜏= 𝐶 𝑡ℎ ∙ 𝑅 𝑡ℎ 𝐶 𝑡ℎ =𝑐∙𝑚= 𝑚𝐽 𝐾 𝑅 𝑡ℎ = 1 𝛼∙𝐴 = 𝐾 𝑊 0.99= 𝑒 − 𝑡 𝜏  Beispiel: 76 µm Draht, 225 mm Länge Druckfeder: N/mm Vorspannkraft: 0.67 N Electr. energy Heating to transform. Latent heat Hub [mm] Strom [A] Puls [ms] Energie [J] ratio [%] Datenblatt 10 0.15 (8.25 V) 1300 1.609 100 High-Speed 2.12 (123 V) 1.85 0.482 30 𝜏= 𝑠 𝑊=0.345 𝐽 𝑡=61.6 𝑚𝑠 Theoretisches Minimum: J (21.4 %) Zusammenfassung Schnelle Aktivierungszeiten im ms-Bereich möglich Ballistische Aktivierungsform erzeugt große Hübe (7-8 %) Energie Einsparungen von % sind möglich Interessante Alternative bei gegebener Spannungsversorgung