Kennlinien eines nachgiebigen fluidmechanischen Antriebes zur Erzeugung einer schraubenförmigen Bewegung - Vergleich Simulation und Messaufbau

Griebel, Stefan; Feierabend, Martin; Bojtos, Attila; Zentner, Lena GND

In diesem Beitrag wird ein nachgiebiger fluidmechanischer Antrieb, mit dem eine schraubenförmige Bewegung für das Heranführen von trockenen Elektroden auf die Kopfoberfläche erzeugt werden kann, untersucht. Es werden die simulierten und gemessenen Kennlinien für Lastmomente von ML = -0.4 Nm bis 0.2 Nm in Schritten von 0.2 Nm miteinander verglichen. Der Antrieb hat eine Höhe und einen Durchmesser von jeweils 50 mm, besteht aus Silikon Elastosil ® 4644 und kann in einem Druckbereich von 0 bis 1 bar betrieben werden. Dabei erreicht dieser ohne Last einen Drehwinkel von ca. 100° und einen Hub von ca. 29 mm. Diese Werte können durch Lastmomente vergrößert werden. Im Bereich von 0 ≤ p ≤ 500 mbar arbeitet der Antrieb überwiegend nach dem Prinzip der Faltung und erzeugt dabei eine nahezu lineare Schraubenkennlinie. Im Bereich von 500 < p ≤ 1000 mbar arbeitet der Antrieb überwiegend nach dem Prinzip der Dehnung und erzeugt hauptsächlich einen Hub, der nahezu unabhängig vom Lastmoment ist. Die Abweichung für Hub und Drehwinkel zwischen dem Ansys® FEM Simulationsmodell und dem Funktionsmuster sind im Bereich für p ≥ 200 mbar ohne Lastmoment unter Berücksichtigung eines experimentell bestimmten Reibmoments kleiner als 10 %. Somit können ergänzend zur Entwicklung und Untersuchung von fluidmechanischen Antrieben Simulationsmodelle eingesetzt werden.

In this paper a compliant fluid-mechanical drive which provides a helical motion for adduction of dry electrodes on the surface of the head is investigated. The simulated and measured characteristics is compared at load torque of ML = -0.4 Nm to 0.2 Nm in steps of 0.2 Nm. The drive has a height and a diameter of 50 mm. It consists of silicone Elastosil ® 4644 and can be used in pressure range from 0 to 1 bar. Advantageously, the drive reaches a rotational angle of approximately 100° and a stroke of about 29 mm. These values can be increased by load torque. In the range from 0 ≤ p ≤ 500 mbar, the drive operates mainly on the principle of folding. In addition, the drive generates a nearly linear helical curve. In the range of 500 < p ≤ 1000 mbar, the drive operates mainly on the principle of strain. Hence, the drive generates a stroke, which is almost independent of the load torque. Furthermore, the deviations of angle of rotation and stroke of the Ansys® FEM simulation model and functional model are in the range of p ≥ 200 mbar without load torque, in consideration of an experimentally determined friction torque, less than 10 %. The simulation models can be used in addition to the development and investigation of fluid-mechanical drives.

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Griebel, Stefan / Feierabend, Martin / Bojtos, Attila / et al: Kennlinien eines nachgiebigen fluidmechanischen Antriebes zur Erzeugung einer schraubenförmigen Bewegung - Vergleich Simulation und Messaufbau. Ilmenau 2013.

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