Autor: Nikolay Belyaev

Zielsetzung dieser Arbeit ist, einen Beitrag zum mechatronischen Entwurf von schnellwirkenden elektromagnetischen Antrieben mit wechselsinniger Ankerbewegung und steuerbaren Rastzeiten zu leisten, um optimale Magnetantriebe mit bestimmten dynamischen Parametern zu entwickeln und die Möglichkeiten und Grenzen der Schnellwirkung von unterschiedlichen Magnetsystemen für bestimmte Einsatzfälle zu untersuchen. Der Einsatz elektromagnetischer Antriebe mit hoher Schnellwirkung ist in zunehmendem Maße in vielen Bereichen der elektrischen Antriebstechnik notwendig. In großer Stückzahl werden die schnellwirkenden Magnetantriebe für Ventilsteuerungen in pneumatischen und hydraulischen Systemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei häufig hohe Anforderungen an die Schnellwirkung und kompakte Abmessungen des Magnetantriebs gestellt werden. Außerdem werden Anforderungen an minimale Geräuschemissionen und kleinen Aktorverschleiß geltend gemacht, so dass eine geringe Endgeschwindigkeit des Magnetankers mit dem Wirkelement des Magnetantriebs von großer Bedeutung ist. Schnellwirkende Magnetantriebe sind mechatronische Systeme und können nur als Ganzheit eines hochdynamischen elektro-magneto-mechanischen Energiewandler verknüpft mit der Steuereinrichtung und der mechanischen Belastung des Wirkelementes entworfen werden. Die Schaltzeit eines elektromagnetischen Antriebs kann durch die Steuerung nur bis zu einer Grenze verkürzt werden. Diese Grenze wird durch geometrisch-stoffliche Parameter des Magnetsystems und durch Parameter der mechanischen Belastung bestimmt. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht die Aufgabe der Auswahl einer geeigneten Form und des Aufbaues des Magnetsystems sowie der geeigneten Magnetwerkstoffe, um die kürzesten Schaltzeiten bei gleichzeitig optimalen Abmessungen von Magnetantrieben zu erreichen. Dafür eignen sich die magnetische Resonanzaktoren, deren Schaltzeiten in erster Linie durch die Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems, bestehend aus der Masse des Magnetankers mit Wirkelement und der Rückstellfeder, bestimmt werden. Die Beachtung der wichtigsten die Schnellwirkung beeinflussenden Faktoren und Auswahl der Bewegungsform des Magnetankers bei bestimmten mechanischen Belastungen sind dabei von Bedeutung. Der Entwurf der schnellwirkenden Magnetantriebe erfordert die in der Praxis verwendbaren Verfahren der optimalen Projektierung, die Auswahl der optimalen Konfigurationen der magnetischen und mechanischen Systeme des Magnetaktors, die Bestimmung der Steuerungscharakteristiken bei geforderten dynamischen Parametern und die Untersuchung der physikalischen Grenzen der Schnellwirkung unterschiedlicher Magnetantriebe für bestimmte Einsatzfälle, die die Schwerpunkte dieser Dissertationsarbeit bilden.