Feldbasierte Topologieopti­mierung elektromagneti­scher Ventilaktoren

Aufgabe/Zielsetzung

Elektromagnetische Ventilaktoren besitzen eine Vielzahl an Auslegungsparametern,
weisen ein teils stark nichtlineares Verhalten auf und haben bereits einen hohen technischen Entwicklungsstand erreicht, wodurch eine Weiterentwicklung nur mit erheblichen Aufwand realisierbar ist. Durch Einsatz von Methoden der Topologieoptimierung könnte die Effizienz des Entwicklungsprozess erhöht sowie neuartige Strukturen gefunden werden. In physikalischen Domänen wie der Mechanik wird die Topologieoptimierung bereits aktiv angewandt, wurde jedoch für die Elektromagnetik bisher nur in vereinfachter Form untersucht. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird die Topologieoptimierung für die Elektromagnetik adaptiert und für die Randbedingungen und Zielgrößen der Ventilaktoren schrittweise erweitert.

Lösungsweg

Zunächst werden an einem einfachen Beispiel in einem begrenzten Bereich verschiedene Methoden der Topologie-optimierung umgesetzt, wobei eine skriptgesteuerte Kopplung zwischen Optimierer und FEM-Tool zum Einsatz kommt. Darauf aufbauend erfolgt ein iterativer Ausbau des Umfangs durch multikriterielle Zielgrößen; Anpassung an ventilspezifische Kriterien sowie Erweiterung der Freiheitsgrade. Die industrietaugliche Anwendbarkeit wird Anhand realer Referenzmodelle demonstriert und Gestaltungsmaßnahmen abgeleitet, die in Form eines Demonstrators validiert werden. Im Vergleich mit den Ausgangsvarianten wird das erreichbare Verbesserungspotential bewertet, wobei eine verbesserte Aktor-leistung sowie effizienter Materialeinsatz im Vordergrund stehen.

Die präsentierten Forschungsarbeiten erfolgten innerhalb des Projektes “Feldbasierte Topologieoptimierung elektro-magnetischer Ventilaktoren“ (Förderkennzeichen 703450). Die Autoren danken dem Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA für die Förderung und freundliche Unterstützung.