Elektromechanische Systeme Der Mikrotechnik Und Mechatronik: Dynamischer Entwurf - Grundlagen Und Anwendungen (german Edition)

Elektromechanische Systeme aus elektrischen, mechanischen und akustischen Teilsystemen haben im Präzisionsgerätebau, in der Sensor- und Aktortechnik, der Elektroakustik sowie in der Medizintechnik eine große Bedeutung. Die Vermittlung einer anschaulichen, ingenieurmäßigen Entwurfsmethode für diese Systeme auf der Grundlage einer schaltungstechnischen Darstellung ist das Hauptanliegen des Lehrbuchs. Es ermöglicht einen raschen Einstieg in die mechanischen, akustischen, hydraulischen und thermischen Problemstellungen durch die Anwendung des schaltungstechnischen Grundwissens. Die 2. Auflage wurde neu bearbeitet und didaktisch verbessert. Die Netzwerkbeschreibungsmethodik wurde auf finite Netzwerkelemente und die Kombination mit der Finite-Elemente-Beschreibung (FEM) erweitert: aus der Kombination der Vorteile beider Beschreibungsmethoden ergeben sich neuartige Lösungsansätze vor allem im höheren Frequenzbereich. Das Buch bietet zahlreiche aktuelle Beispiele zum Entwurf von Sensoren und Aktoren sowie von direkt gekoppelten Sensor-Aktor-Systemen. Der Anhang enthält anspruchsvollere Grundlagen zur Signalbeschreibung sowie eine Zusammenstellung wichtiger Materialdaten. Springer Inhaltsverzeichnis 9 Symbolverzeichnis 14 Teil I: Gegenstand des Buchs 23 1. Einführung 24 1.1 Gegenstand des Buchs 25 1.2 Anwendungsfelder und Beispiele elektromechanischer Systeme 27 1.3 Entwurf elektromechanischer Systeme 30 1.4 Simulationsverfahren für elektromechanische Systeme 32 2. Elektromechanische Netzwerke und Wechselwirkungen 37 2.1 Signalbeschreibung und Signalübertragung in linearen Netzwerken 38 2.2 Elektrische Netzwerke 59 2.3 Mechanische Netzwerke 62 2.4 Wechselwirkungen 67 2.5 Strukturierte Netzwerkdarstellung linearer dynamischer Systeme 79 2.6 Grundgleichungen linearer Netzwerke 81 Teil II: Netzwerkdarstellung konzentrierter und verteilter Systeme 83 3. Mechanische und akustische Netzwerke mit konzentrierten Parametern 84 3.1 Mechanische Netzwerke für translatorische Bewegungen 85 3.2 Mechanische Netzwerke für rotatorische Bewegungen 123 3.3 Akustische Netzwerke 132 4. Abstraktes lineares Netzwerk 153 4.1 Koordinaten 153 4.2 Bauelemente 154 4.3 Knoten- und Maschensätze 156 4.4 Eigenschaften des abstrakten linearen Netzwerks 156 5. Mechanische Wandler 161 5.1 Translatorisch-rotatorischer Wandler 161 5.2 Mechanisch-akustischer Wandler 170 5.3 Eigenschaften ausgewählter mechanisch-akustischer Wandler 179 6. Mechanische und akustische Netzwerke mit verteilten Parametern 188 6.1 Darstellung mechanischer Systeme als eindimensionale Wellenleiter 188 6.2 Darstellung akustischer Systeme als eindimensionale Wellenleiter 215 6.3 Modellbildung mit finiten Netzwerkelementen bei Wandlerstrukturen 218 6.4 Kombinierte Simulation mit Netzwerk- und Finite-Elemente-Methoden 227 Teil III: Elektromechanische Wandler 250 7. Elektromechanische Wechselwirkungen 251 7.1 Klassifikation der elektromechanischen Wechselwirkungen 251 7.2 Netzwerkbeschreibung elektromechanischer Wechselwirkungen 255 8. Magnetische Wandler 269 8.1 Elektrodynamischer Wandler 269 8.2 Elektromagnetischer Wandler 286 8.3 Piezomagnetischer Wandler 304 9. Elektrische Wandler 322 9.1 Elektrostatischer Wandler 322 9.2 Piezoelektrische Wandler mit konzentrierten Bauelementen 354 9.3 Piezoelektrischer Wandler als eindimensionaler Wellenleiter 380 10. Reziprozität in linearen Netzwerken 417 10.1 Reziprozitätsbeziehungen in Netzwerken mit nur einer physikalischen Struktur 417 10.2 Reziprozitätsbeziehungen in allgemeinen linearen Vierpolen 419 10.3 Elektromechanische Wandler 421 10.4 Mechanisch-akustische Wandler 424 Teil IV: Anhang 427 A. Materialkennwerte ausgewählter Werkstoffe 428 A.1 Materialkennwerte von kristallinem Quarz 428 A.2 Piezoelektrische Konstanten von Sensor-Werkstoffen 429 A.3 Materialkennwerte metallischer Konstruktionswerkstoffen 430 A.4 Materialkennwerte von Silizium und Passivierungsschichten 431 A.5 Materialkennwerte keramischer Konstruktionswerkstoffen 432 A.6 Materialkennwerte ausgewählter Polymere 433 A.7 Materialkennwerte von Kunststoffen als Konstruktionswerkstoffe 434 A.8 Zusammensetzung und Materialkennwerte ausgewählter Gläser 435 A.9 Materialkennwerte metallischer Lote und Glaslote 436 A.10 Schallgeschwindigkeit und Wellenwiderstand 437 B. Zur Signalbeschreibung und -übertragung in linearen Netzwerken 438 B.1 Fourier-Entwicklung von Zeitfunktionen 438 B.2 Ideale Stoß- und Sprungfunktionen 444 B.3 Das Faltungs-Integral 450 Literatur 454 Index 458 A 458 B 458 C 459 D 459 E 459 F 460 G 461 H 461 I 461 K 462 L 462 M 463 N 463 O 464 P 464 Q 464 R 464 S 465 T 466 U 466 V 466 W 466 Z 467 ISBN-13:,9783540893172 Elektromechanische Systeme aus elektrischen, mechanischen und akustischen Teilsystemen haben im Präzisionsgerätebau, in der Sensor- und Aktortechnik, der Elektroakustik sowie in der Medizintechnik eine große Bedeutung. Die Vermittlung einer anschaulichen, ingenieurmäßigen Entwurfsmethode für diese Systeme auf der Grundlage einer schaltungstechnischen Darstellung ist das Hauptanliegen des Fachbuchs. Es ermöglicht einen raschen Einstieg in die mechanischen, akustischen, hydraulischen und thermischen Problemstellungen durch die Anwendung des schaltungstechnischen Grundwissens. Die 2. Auflage wurde neu bearbeitet und didaktisch verbessert. Die Netzwerkbeschreibungsmethodik wurde auf finite Netzwerkelemente und die Kombination mit der Finite-Elemente-Beschreibung (FEM) erweitert: aus der Kombination der Vorteile beider Beschreibungsmethoden ergeben sich neuartige Lösungsansätze vor allem im höheren Frequenzbereich. Das Buch bietet zahlreiche aktuelle Beispiele zum Entwurf von Sensoren und Aktoren sowie von direkt gekoppelten Sensor-Aktor-Systemen. Der Anhang enthält anspruchsvollere Grundlagen zur Signalbeschreibung sowie eine Zusammenstellung wichtiger Materialdaten. Front Matter....Pages I-XXV Front Matter....Pages 1-1 Einführung....Pages 3-15 Elektromechanische Netzwerke und Wechselwirkungen....Pages 17-62 Front Matter....Pages 63-63 Mechanische und akustische Netzwerke mit konzentrierten Parametern....Pages 65-133 Abstraktes lineares Netzwerk....Pages 135-142 Mechanische Wandler....Pages 143-169 Mechanische und akustische Netzwerke mit verteilten Parametern....Pages 171-232 Front Matter....Pages 233-233 Elektromechanische Wechselwirkungen....Pages 235-252 Magnetische Wandler....Pages 253-305 Elektrische Wandler....Pages 307-401 Reziprozität in linearen Netzwerken....Pages 403-412 Back Matter....Pages 413-454 Elektromechanische Systeme aus elektrischen, mechanischen und akustischen Teilsystemen haben im PrAzisionsgerAtebau, in der Sensor- und Aktortechnik, der Elektroakustik sowie in der Medizintechnik eine groAe Bedeutung. Die Vermittlung einer anschaulichen, ingenieurmAAigen Entwurfsmethode fA1/4r diese Systeme auf der Grundlage einer schaltungstechnischen Darstellung ist das Hauptanliegen des Lehrbuchs. Es ermAglicht einen raschen Einstieg in die mechanischen, akustischen, hydraulischen und thermischen Problemstellungen durch die Anwendung des schaltungstechnischen Grundwissens. Die 2. Auflage w Elektromechanische Systeme aus elektrischen, mechanischen und akustischen Teilsystemen spielen für den Präzisionsgerätebau, die Sensor- und Aktortechnik, die Elektroakustik und die Medizintechnik eine bedeutende Rolle. Die Autoren vermitteln ihren Lesern eine anschauliche, ingenieurmäßige Entwurfsmethode für diese Systeme auf der Grundlage einer schaltungstechnischen Darstellung. Für die 2. Auflage wurde die Netzwerkbeschreibungsmethodik auf finite Netzwerkelemente und die Kombination mit der Finite-Elemente-Beschreibung erweitert. Elektromechanische Systeme aus elektrischen, mechanischen und akustischen Teilsystemen spielen fur den Prazisionsgeratebau, die Sensor- und Aktortechnik, die Elektroakustik und die Medizintechnik eine bedeutende Rolle.