Dreishing, Florian
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- PublicationOpen AccessAuslegung und methodische Entwicklung von biegeflexiblen elektrischen Linearmotoren(UB HSU, 2024-11-04)
; ; ;Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr HamburgBiegeflexible Linearantriebe bieten im Gegensatz zu starren Antrieben neue Gestaltungsmöglichkeiten bei der Auslegung innovativer weicher Antriebssysteme. Als Anwendungen kommen weiche Exoskelette, sogenannte Exosuits, oder Systeme im Bereich der Softrobotik infrage. Zentrales Ziel dieser Arbeit ist es, durch methodisches Vorgehen die Entwicklung eines elektrischen Linearmotors in biegeflexibler Bauform umzusetzen. Die Entwicklungsmethodik erstreckt sich über mehrere Abstraktionsebenen von einer konzeptionellen Analyse über eine modellbasierte Auslegung bis hin zum Aufbau und der Inbetriebnahme eines Prototyps, der abschließend einer experimentellen Analyse unterzogen wird. In der konzeptionellen Analyse werden Bauformen und Funktionsprinzipien von linearen Maschinen in Hinblick auf die Umsetzung in biegeflexibler Form erörtert. Auf Grundlage dessen wird die permanentmagneterregte lineare Synchronmaschine in tubularer Bauform als Topologie ausgewählt und ein Grundkonzept des Motors erstellt. Für das Grundkonzept wird mithilfe mathematischer Modelle eine Optimierung der Geometrie hinsichtlich der Kraftdichte vorgenommen. Dies umfasst die Erarbeitung eines geometrischen Modells des gebeugten Motors zur Abschätzung mechanischer Randbedingungen und die Anwendung einer analytischen Methode zur Berechnung der elektromagnetischen Kraft für die Optimierung. Auch die Integration eines flexiblen, schwach ferromagnetischen Materials wird geprüft. Weiterhin wird ein Positionserfassungssystem ausgelegt, welches mit der flexiblen Struktur des Motors vereinbar ist. Ein entsprechend der modellbasierten Auslegung entworfener Prototyp des Linearmotors wird gefertigt und in Betrieb genommen. Dazu wird eine Regelung implementiert, sodass der Motor im kraft- und positionsgeregelten Betrieb experimentell untersucht werden kann. Die Versuche bestätigen die Funktionsweise des Motors für alle vorgesehenen Betriebsarten, verschiedene Belastungen und Beugungen bis zu einem Biegeradius von 200 mm und validieren damit die in dieser Arbeit vorgestellte Auslegungsmethodik. - PublicationOpen AccessSammelband zum Workshop: Entwicklungen und Forschungsergebnisse der Professur für Elektrische Maschinen und Antriebssysteme 2023(Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg, 2024-03-19)
;Benninger, Moritz; ; ; ;Kowalski, Matthias; ; ;Zellmer, FlorianIn diesem Sammelband werden die aktuellen Entwicklungen und Forschungsergebnisse der Professur für Elektrische Maschinen und Antriebssysteme im Jahr 2023 vorgestellt. An der Professur wurden zwei Promotionen abgeschlossen und erfolgreich verteidigt. Das Thema der Dissertation von Herrn Pedram Quseiri Darbandeh lautet „Fault Diagnosis in a Permanent Magnet Synchronous Motor using Deep Learning“. Er untersucht hier sehr strukturiert und umfangreich die Möglichkeiten der datenbasierten Fehlerklassifizierung in Abhängigkeit verschiedener Sensorsignale, Datenaufbereitungsmethoden und verschiedener Trainingsmethoden für neuronale Netze. Herr Johannes Liebrich hat zum Thema „Entwicklung einer Methode zur Chrakterisierung von Hochtemperatur-Supraleitern” promoviert. Die Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse zu Schadensmechanismen und dem Ermüdungsverhalten von Supraleitern. Der entwickelte Versuchsstand kann zudem auch zur mechanischen Untersuchung weiterer Materialproben unter kryogenen Bedingungen verwendet werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen werden in Folgeprojekten supraleitende Spulen erforscht, welche für den Einsatz in Windenergieanlagen geeignet sind. In diesem Jahr konnten zwei Forschungsprojekte abgeschlossen werden. Zum einen ein ZIM-Projekt, welches die Entwicklung einer mobilen und flexibel einsetzbaren Prüfmethode für entmagnetisierte Bauteile zum Ziel hatte. Hierbei ist es möglich mit einer festen Sensoranordnung auf die globale Magnetisierung eines Prüflings in einer magnetisch geschirmten Kammer zu schließen und das Magnetfeld für unterschiedliche Abstände zu ermitteln. Zum anderen wurde das Verbundprojekt KOBRA abgeschlossen, bei dem die Professur einen deutlich leistungsfähigeren Anodenantrieb auf Basis einer „Flux-Switching-Machine“ erforscht und messtechnisch validiert hat. Zudem wurde ein neues ZIM-Projekt zur Entwicklung eines intelligenten Wellenschwingungs-Torsionssensors eingeworben (AI-Torque). - PublicationOpen AccessAbschlussbericht zum ZIM‐Projekt „Intellus ‐ Polymer / Polymeraktuator ‐ Elektromagnetische Simulation ‐ Entwicklung eines Prüfstandes und Durchführung von Testreihen“(Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, 2022-01)
; Im Projekt „Polymeraktuator ‐ Entwicklung eines leichten und flexiblen Polymeraktuators nach dem Prinzip eines elektromechanischen Linearmotors“ hat die Helmut‐Schmidt‐Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg (HSU) sich hauptsächlich mit der Auslegung des Aktuators und dessen Komponenten mithilfe analytischer und numerischer Berechnungen sowie der messtechnischen Evaluation der Prototypen und der Integration in ein Demonstrator‐System beschäftigt. Im Arbeitspaket 1 wurden zunächst diverse Umsetzungsmöglichkeiten zur Ausarbeitung des Aktuators untersucht. Neben dem im Projektantrag vorgestellten Konzept des tubularen Linearmotors wurden Linearmotoren in flacher Bauweise und verkettet Zugankermagnete in Betracht gezogen, welche aber im Sinne der geplanten Anwendung nicht als vielversprechender als der tubulare Linearmotor eingeschätzt wurden. In Arbeitspaket 2 wurde erfolgreich eine elektromagnetische Auslegung des Linearmotors vorgenommen. Dazu wurde zunächst eine analytische Berechnungsmethode erarbeitet, mit der auf Grundlage der Berechnung des magnetischen Feldes im Motor innerhalb geringer Berechnungszeiten sehr genau die Kraft des Motors berechnet werden kann. Mithilfe dieser Methode konnte ein analytisches Modell des Aktuators erarbeitet und durch Finite Elemente (FE) Simulationen validiert werden. Anschließend wurde die Geometrie des Motors auf Basis verfügbarer Magnetgrößen und mechanischer Randbedingungen, die sich auch aus ersten Aufbauversuchen des Aktuators ergaben, optimiert. Die Zielgröße bei der Optimierung ist die Kraftdichte bezogen auf das Motorgewicht, welche in Arbeitspaket 1 als kritische Zielgröße definiert wurde. Auf dieser Grundlage dieser Optimierung wurde beim Projektpartner emtronic die Protottypenfertigung durchgeführt. Ein weiterer Aspekt in Arbeitspakt 2, der sich während des Projekts ergab, ist die Konzeption und rechnerische Analyse der Positionssensorik. Dazu wurde eine Sensorkonfiguration bestehend aus drei Kondensatoren erarbeitet, welche die Läufermagnete detektieren. Dieses Konzept wurde anhand vereinfachter 2D Simulationen analysiert. Im Rahmen des Arbeitspakets 6 wurde der Motor messtechnisch analysiert. Der Schwerpunkt der Motorvermessung lag bei der Messung der Motorkraft. Dazu wurde ein Prüfstand konzeptioniert und aufgebaut, in dem ein Prototyp eingespannt und dessen aufgebrachte Motorkraft mithilfe eines Zug‐ und Schubkraftsensors bidirektional gemessen werden kann. An diesem wird der Läufer des Motors befestigt, während der Ständer feststeht. Der Kraftsensor ist dabei an einen Spindelantrieb gekoppelt, sodass die Motorkraft auch in Abhängigkeit der Läuferposition gemessen werden konnte. Es wurden außerdem die Temperatur des Motors an der Außenseite in Abhängigkeit verschiedener Erregungszustände gemessen. Das letzte von der HSU bearbeitete Arbeitspakt 8 befasst sich mit der Integration des neuen Aktuators in ein Demonstrator‐System. Als Zielsystem war ein Muskelhandschuh für Anwendungen in der Rehabilitation vorgesehen. Dazu wird auf einem Stoffhandschuh ein Drahtseil an einem Finger befestigt und an den Unterarm durchgeleitet, wo der Motor angebracht wird, sodass über eine Ansteuerung des Motors der Finger bewegt werden kann.