Aktorik

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Aktorik

Aktoren sind sozusagen die Muskeln adaptronischer Anwendungen. Die vom Regler berechneten Stellgrößen werden über den Aktor in die Struktur eingeleitet und äußern sich dort als Kraft oder Verformung der Struktur. Das ist Abhängig vom Verhältnis der mechanischen Impedanz des Aktors zur Impedanz der der Struktur.
In adaptronischen Anwendungen sind typischerweise Piezoaktoren oder elektrodynamische Aktoren vorzufinden. Trotz ihrer komplementären Eigenschaften lassen sich beide Aktorprinzipien gut zur Schwingungsminderung nutzen.

Bei der Auswahl der Aktortechnologie ist es entscheidend welche Kräfte und Stellwege der Aktor zur Verfügung stellen muss, wo der Betriebsfrequenzbereich liegt und ob der Aktor auch statisch wirkenden Lasten ausgesetzt ist. Teilweise werden in adaptronischen Anwendungen auch elektromagnetische Aktoren verwendet, die sich sehr kostengünstig herstellen lassen. Auch die sogenannten Dielektrischen Elastomere, die kommerziell praktisch noch nicht verfügbar sind, sind hier sehr vielversprechend. Die beiden Letzteren sind allerdings insbesondere aufgrund ihres nichtlinearen Verhaltens für schwingungsmindernde Systeme schwer handhabbar und stellen besondere Anforderungen an die Regelung. Weitere eher seltener Wirkprinzipien elektromechanischer Wandler werden in der Literatur z.B. von Janocha behandelt. [1].

Aktoren für adaptronische Systeme zur aktiven Schwingungsreduktion stellen einen Weg wenn sie mit einer elektrischen Leistung beaufschlagt werden. Wir der Weg durch eine Gegenkraft begrenzt erzeugt der Aktor eine Kraft. Die begrenzende Kraft kann durch einen Dämpfer, eine Steifigkeit oder eine Massenträgheit verursacht werden. Werden die Enden des Aktor ideal fest eingespannt, so dass er keinen Weg stellen kann, erzeugt er seine maximal mögliche Kraft, die Blockierkraft genannt wird. Bei der Auswahl des Aktors muss ein Kompromiss zwischen maximal möglichen Stellweg und maximal möglicher Blockierkraft getroffen werden. Diese Anforderung ergibt sich auf dem Einsatzfall und ist bei der Auslegung des Aktors zu beachten. Einige Aktortypen, z.B. piezoelektrische Aktoren, besitzen zusätzlich zur Aktorwirkung eine eigene Steifigkeit, die ebenfalls bei der Auslegung des aktiven Systems berücksichtigt werden muss. Im Gegensatz dazu bieten z.B. elektrodynamische Aktoren eine Trennung zwischen Aktorwirkung und Steifigkeit. Zum Aufbau eines aktiven schwingungstechnischen Systems werden Aktoren in der Regel zusammen mit passiven Elementen (Steifigkeit, Dämpfung und Masse) zu einem Gesamtelement kombiniert. Wird dieses Element in den Kraftfluss einer Struktur eingefügt, so nennt man das Wirkprinzip aktive Isolation (oder aktives Lager). Wird das aktive Element von außen an die Struktur angebracht, so nennt man das Wirkprinzip Inertialmassenaktor. Häufig wird der Einsatzbereich (Kraft, Weg und Frequenzbereich) durch die Leistung beschränkt, die der Verstärker bereitstellen kann. Bei der Auslegung des Gesamtsystems sind daher Aktor und Verstärker zusammen zu berücksichtigen. Typische Aktoren sind:

• Elektrodynamischer Aktor (Tauchspule https://en.wikipedia.org/wiki/Voice_coil)

• Piezoelektrischer Aktor https://de.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrizit%C3%A4t

• Dielektrischer Elastomer Aktor https://de.wikipedia.org/wiki/Dielektrische_Elastomere


Einzelnachweise

  1. Hartmut Janocha (2013): Unkonventionelle Aktoren, Eine Einführung, Oldenbourg Wissenschaftsverlag GmbH. ISBN: 978-3-486-71886-7