Transcript Unsere Empfehlungen

11
Antriebsauslegung
11.2
Auswahl Motor
________________________________________________________________
11.2.8
Lastabstimmungsfaktor
[Topic-IDs]
100142
Der Lastabstimmungsfaktor ist für drehzahl- oder winkelgeregelte dynamische Beschleunigungsantriebe ein wichtiges Beurteilungskriterium.
• Der Lastabstimmungsfaktor ist das Verhältnis vom Lastträgheitsmoment (reduziert auf die Motorwelle) zum Trägheitsmoment des Motors:
JL
k J = --------------2
i ⋅ JM
• Der Lastabstimmungsfaktor kJ ist ein wichtiger Indikator für:
• Beschleunigungsvermögen
• Regelungsqualität bei drehzahl- oder winkelgeregelten Antrieben
• Stabilitätsgrenzen der Regelung bei drehzahl- oder winkelgeregelten Antrieben
Nur für internen Gebrauch
• Ein hoher kJ-Faktor ist bei drehmomentgesteuerten Systemen unkritisch.
• Bei kleinen kJ-Faktoren ist die Last nicht sehr dominant und der Motor hat bereits einen deutlichen Einfluss auf das Beschleunigungsvermögen des Antriebs.
• Ein größerer Motor ist keine Lösung, denn dadurch wird die geforderte Dynamik ggf. nicht erreicht.
• Lösungen sind entweder eine größere Getriebeübersetzung im Rahmen der Möglichkeiten
(Maximaldrehzahl Motor und Getriebeantrieb beachten) oder der Einsatz von trägheitsarmen Motoren (z. B. Synchronmotoren, 120-Hz-Motoren).
DSD berechnet die auftretenden Lastabstimmungsfaktoren, d. h. die Fehlanpassung der Trägheitsmomente automatisch.
• Die berechneten Werte werden in den verschiedenen Masken als Vorschauwerte und nach Festlegung der Komponenten auch als Istwerte angezeigt und protokolliert.
• Abhängig von der Anwendung wird im DSD der Lastabstimmungsfaktor kJ fest vorgegeben:
• Bei Anwendungen mit horizontaler Bewegungsrichtung ist kJ = 20 voreingestellt.
• Bei Anwendungen mit vertikaler Bewegungsrichtung (Neigungswinkel > 45°) ist kJ = 50 voreingestellt.
• Bei drehzahlgesteuerten Wickelantrieben ist kJ = 500 als Grenzwert voreingestellt. Der Lastabstimmungsfaktor ist nur bei drehzahlgeregelten Wicklern von Bedeutung.
• Ist der Lastabstimmungsfaktor kJ < 0.5, so ist der Antrieb nicht mehr optimal abgestimmt.
• In diesem Fall ist der Motor und nicht mehr die Last dominant (siehe Abb. [11-6]).
• Für Beschleunigungsantriebe ist es dann günstiger, eine andere Übersetzung oder einen
trägheitsärmeren Motor zu wählen.

Hinweis!
• Für Beschleunigungsantriebe sind Lastabstimmungsfaktoren kJ < 0.5 ungünstig.
• Für quasistationäre Antriebe (Beschleunigungsmomente sind hier nicht dominant)
sind Lastabstimmungsfaktoren kJ < 0.5 unkritisch.
• Z. B. bei Antrieben in der Fördertechnik kann der Lastabstimmungsfaktor kJ deutlich unter 0.5 liegen.
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11
Antriebsauslegung
11.2
Auswahl Motor
________________________________________________________________
11.2.8.1
Erforderliches Beschleunigungsmoment
[Topic-IDs]
100143
Die folgende Abbildung zeigt das erforderliche relative Beschleunigungsmoment als Funktion des
kJ-Faktors, wobei die mit Ampelfarben gewählte farbliche Darstellung einen groben Richtwert für
optimale Systemeigenschaften von Bewegungsantrieben gibt.
• Bei größeren kJ-Faktoren wird die Last zunehmend dominanter in der Bilanz der Trägheitsmomente und ein größerer Motor verringert das Beschleunigungsvermögen nur geringfügig,
bringt aber eine bessere Regelqualität und des Systems.
• Bei einem Lastabstimmungsfaktor von kJ = 1 wird die Antriebsgröße auf ein Minimum reduziert.
11.2.8.2
Faktoren für Stabilität und Qualität der Regelung
[Topic-IDs]
100144
Die Stabilität und Qualität der Regelung hängt neben dem kJ-Faktor aber noch von weiteren Faktoren ab, z. B.:
• Zyklischer Lastwechsel (Vorzeichenwechsel im Drehmoment)
• Spiel in den mechanischen Übertragungselementen (z. B. Getriebe, Kupplung, Passfeder, Gelenkwelle, Kette)
• Elastizität in den mechanischen Übertragungselementen
• Anregung der mechanischen Eigenfrequenz der Anwendung
• Dämpfung der Übertragungselemente

Hinweis!
DSD erzeugt eine Meldung, wenn ein auf die Anwendung abgestimmter kJ-Faktor im kritischen Bereich liegt.
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Nur für internen Gebrauch
[11-6] Erforderliches Beschleunigungsmoment als Funktion von kJ
11
Antriebsauslegung
11.2
Auswahl Motor
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11.2.8.3
Mögliche Drehzahlregler-Verstärkungsfaktoren
[Topic-IDs]
100145
Die folgende Abbildung zeigt die theoretisch möglichen Drehzahlregler-Verstärkungsfaktoren bei
zyklischen Lastwechseln (grobe Richtwerte):
Nur für internen Gebrauch
grün = OK
gelb = Randbedingungen beachten
rot = Neigung zur Instabilität
[11-7] Theoretisch mögliche Drehzahlreglerverstärkungsfaktoren als Funktion von KJ (Richtwerte)
Aus regelungstechnischer Perspektive wird für ein großes Trägheitsmoment und somit auch einen
großen kJ-Faktor ein hoher Verstärkungsfaktor Vp im Drehzahlregler benötigt.
• Wegen des Spiels und der Elastizität im Getriebe lassen sich mit Standardregelstrukturen nur
bestimmte kJ-Faktoren regelungstechnisch erreichen.
• Ein Überschreiten dieser Werte führt zu verminderter Regelqualität oder gar zu Instabilitäten, insbesondere bei zyklischen Lastwechseln.
• Treten keine Lastwechsel auf, so verschiebt sich der stabile Regelbereich zu größeren kJ-Faktoren.
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11
Antriebsauslegung
11.2
Auswahl Motor
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11.2.8.4
Antrieb mit hohem Lastabstimmungsfaktor optimieren
[Topic-IDs]
100146
Bei drehzahl- oder winkelgeregelten Anwendungen mit zyklischen Lastwechseln lassen sich hohe
Lastabstimmungsfaktoren kJ oft nicht vermeiden. Typische Anwendungen sind:
• Rundschalttische
• Pick- und Place-Anwendungen
• Taktende Wickler
• Positionier-Anwendungen
Mechanische Maßnahmen zur Optimierung
• Spielfreie oder spielarme mechanische Übertragung einsetzen. Zahnriemen sind wegen ihrer
Dämpfungseigenschaften als Übertragungselement gut geeignet.
• Passfedern möglichst durch Spannelemente ersetzen.
Elektrische Maßnahmen zur Optimierung
• Drehmomentvorsteuerung für dynamische Phasen.
• Gezielte Adaptierung, z. B. des Verstärkungsfaktors Vp im Drehzahlregler in Abhängigkeit der
Trägheitsmomente, die wiederum auch variabel sein können.
• Drehzahlregler als P-Regler.
• Adaptierung Drehzahlistwertfilter an Lastträgheitsmoment.
• Verwendung eines ruckarmen Bewegungsprofils, das nicht oder nur schwach anregend auf das
schwingfähige System wirkt.
• Mechanische Eigenfrequenzen nicht anregen.

Hinweis!
Der im DSD vorab berechnete kJ-Faktor ist nur ein Richtwert und dient als Indikator für
eine stabile Regelung.
• Bei ungünstigen mechanischen Übertragungselementen kann der kJ-Faktor kleiner
sein.
• Den exakten Wert ermitteln Sie entweder durch einen Versuch an der Maschine oder
durch eine Simulation der Anwendung. Für die Simulation benötigen Sie die erforderlichen Parameter.
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323
Nur für internen Gebrauch
• Verzahnungsgetriebe mit möglichst wenigen Stufen verwenden.
11
Antriebsauslegung
11.2
Auswahl Motor
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11.2.8.5
Lastabstimmungsfaktor beim Wickelantrieb
[Topic-IDs]
100147
Wickler-Regelungsverfahren: Zugkraftsteuerung (M)
v
n, M
• Motorregelung: Drehmomentsteuerung
F
r
• Einfluss von kJ: Nein
M
3~
Inverter
Wickler-Regelungsverfahren: Zugkraftregelung (M)
v
n, M
F
r
Fact
Nur für internen Gebrauch
M = f(F, r)
n = f(v, r)
• Motorregelung: Drehmomentregelung
• Einfluss von kJ: Nein
M
3~
Inverter
Wickler-Regelungsverfahren: Zugkraftregelung (n)
v
n, M
F
r
Fact
M = f(F, r)
n = f(v, r)
• Motorregelung: Drehzahlregelung
• Einfluss von kJ: Groß
M
3~
Inverter
Wickler-Regelungsverfahren: Tänzerlageregelung (n)
v
• Motorregelung: Drehzahlregelung
F
n, M
F~FG FG
Actual
position
• Einfluss von kJ: Groß
M
3~
Inverter
Wickler-Regelungsverfahren: Geschwindigkeitsregelung (n)
v
n, M
• Motorregelung: Drehzahlsteuerung
F
r
M = f(F, r)
n = f(v, r)
vact
• Einfluss von kJ: Groß
M
3~
Inverter
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11
Antriebsauslegung
11.2
Auswahl Motor
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Besonderheiten beim drehzahlgeregelten Wickelantrieb
Bei folgenden Anforderungen neigt ein drehzahlgereglter Wickelantrieb zu instabilem Verhalten:
• Wickelantrieb mit hohem Beschleunigungsanteil im Drehmoment
• Intermittierender Wickelbetrieb (häufiger Drehmomentwechsel) beim Abwickler oder Ab- und
Aufwickler. Der kritische Wert für kJ ist deutlich kleiner als bei einem Antrieb ohne Drehmomentwechsel.
Folgende Maßnahmen unterstützen ein stabiles Regelverhalten:
• Präzise Drehzahl- und Drehmomentvorsteuerung
• Tänzereinfluss gering halten
• Filterzeitkonstante für Drehzahlistwert anpassen
• Drehzahlreglerverstärkung an variabler Wicklermasse adaptieren
• Ruck der Liniengeschwindigkeit begrenzen (S-Kurve)

Hinweis!
Verwenden Sie für eine gute Wickelperformance nur spielarme mechanische Übertragungselemente.
• Spielbehaftete mechanische Übertragungselemente (z. B. Verzahnungsgetriebe, Ketten, Gelenkwellen, Wickelwellenaufnahmen) können bereits bei niedrigem kJ-Faktor
ein instabiles Regelverhalten verursachen.
Wickelballen können sehr viel Material aufnehmen, erreichen große Massen und hohe Trägheitsmomente. Dadurch kann sich für das Antriebssystem ein Lastabstimmungsfaktor kJ von bis zu 5000
ergeben.
• Bei drehzahlgeregelten Wickler-Regelungsverfahren generiert DSD eine Meldung, wenn der
Lastabstimmungsfaktor kJ den Wert 500 überschreitet. Die Meldung wird im Auslegungsprotokoll ausgegeben.
• Der Anwender muss selbst beurteilen, welche Auswirkungen ein hoher Lastabstimmungsfaktor
auf das Antriebssystem hat und welche Maßnahmen ggf. zu ergreifen sind.
11.2.9
Radialkräfte/Axialkäfte
[Topic-IDs]
100160
Abhängig von der mechanischen Konstruktion können radiale und axiale Kräfte auf die Motorwelle
bzw. Abtriebswelle des Getriebes wirken. Belastungen aufgrund dieser Kräfte werden in DSD nicht
geprüft und müssen manuell geprüft werden.
Siehe auch:
Radial- und Axialbelastungen der Motor- bzw. Getriebewelle ( 430)
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Nur für internen Gebrauch
• Spielarme mechanische Übertragungselemente mit guten Dämpfungseigenschaften zwischen
Motor- und Wickelwelle (z. B. Zahnriemen oder Direktantrieb)