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Hallöchen.
ich muss ein Entwurf für die Uni machen, bei dem ich einige Probleme habe.
Folgende Daten: -Verschiebeeinheit mit m=1500kg
                -Vf1= 5.....2500mm/min
                -Vf2=20m/min
                -von 0 auf 20m/min in 0.2s
                -Verfahrweg 450mm

Für diese Daten sollen wir einen Motor auslegen, um diese Masse in der kurzen Zeit auf die 20m/min zu bringen aber gleichzeitig noch 5-2500mm/min fahren. Ohne Getriebe nur mit einem Zahnriementrieb und mit einem Motor.
Was könnte man da für einen Motor nehmen, welcher diese Beschleunigung vom Moment her hinbekommt aber gleichzeitig diese 5mm/min hinbekommt?

Bis jetzt laufen alle überlegungen in den sand, da immer irgendetwas nicht hinhaut. entweder die beschleunigung oder die geringste drehzahl gibt probleme.

Danke schonmal im vorraus..

MfG Lars

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BA-Student Maschinenbau - Konstruktion

Firma:

HETEK Hebetechnik GmbH
Unter den Linden 1
99830 Treffurt

Berufsakademie:

Eisenach

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Leistung, Drehmoment und Drehzahl hast Du schon ausgerechnet?

Prinzipiell können Servomotore perfekt, Drehstommotore am Umformer mit Einschränkungen ab Drehzahl null (volles) Moment aufbauen.

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mfg - Leo

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Zitat:

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Original erstellt von hannibalsgurke:
Hallöchen.
ich muss ein Entwurf für die Uni machen, bei dem ich einige Probleme habe.
Folgende Daten: -Verschiebeeinheit mit m=1500kg
                -Vf1= 5.....2500mm/min
                -Vf2=20m/min
                -von 0 auf 20m/min in 0.2s
                -Verfahrweg 450mm

MfG Lars

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Das ist also augenscheinlich wiedereinmal eine Studienleistung. Ich beantworte Deine Fragen, und Du nennst Deinem Betreuer die Quelle .... 

Vf2=20m/min=(2/3)m/s

Anfangs kinetische Energie W_kin=0, W_kin(2/3 m/s) = 0.5 *1500kg * (2/3)^2 m^2/s^2  = 0.5 * 1500 *(4/9) J = (3000)/9J=333,333...J (Achtung: Nur fuer die zu bewegenden Masse. ....)

Minimal erforderliche Leistung berechnet sich nach der Theorie Optimaler Linearer Regler zu  P_min= 333,333...J/0.2s= 333,333*5W = ca. 1670W

Damit eine ganz klare, einfach Aufgabe für einen Servomotor.

Du kannst einen permanent erregten Synchronmotor (WARUM?? Vorteil, Nachteil), einen Asynchronmotor mit (Vektor-)Regelung des Ankerfeldes (WARUM??? Vorteil, Nachteil) oder einen Gleichstrommotor (WARUM??? Vorteil, Nachteil) verwenden.

Wie kühlst Du, und warum kühlst Du genauso wie Du es spezifiziert hast?

BTW: Kannst Du nur rotatorische Antriebe einsetzen, oder könntest Du auch Linearmotoren einsetzen? Welche und warum?

mfg HA

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Hallo Lars,

bei uns im Unternehmen rechnen wir solche Probleme mit Cymex von Wittenstein Alpha.

Thomas

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Zitat:

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Original erstellt von hannibalsgurke:
Hallöchen.
ich muss ein Entwurf für die Uni machen, bei dem ich einige Probleme habe.
Folgende Daten: -Verschiebeeinheit mit m=1500kg
                -Vf1= 5.....2500mm/min
                -Vf2=20m/min
                -von 0 auf 20m/min in 0.2s
                -Verfahrweg 450mm

Für diese Daten sollen wir einen Motor auslegen....

Danke schonmal im vorraus..

MfG Lars

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Hi,

das is doch eine ganz normale Achse von einem ganz normalen BAZ...
(BAZ=Bearbeitungszentrum=CNC-Fräsmaschine. Die können sogar bis 35m/min)

Und was haben die?? - einen entsprechend dicken Servomotor und eine entsprechend dicke Kugelumlaufspindel.

G.  thomas

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Tja, Nachbar
Da hamse Dir ein Ei ins Nest gelegt. Warum?

Motor ohne Getriebe direkt auf Zahnriemenrad ist Blödsinn, wenn es um Linearbewegungen geht. Das kann nicht klappen, denn einerseits wird der Motor nur mit minimaler Drehzahl bewegt. Andererseits bräuchte man aber ein Riesen-Moment an der Motorwelle.

Was lernen wir:

Geht nicht - gibt's ja doch .. 

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vielleicht kein Getriebe bzw. schaltbares Getriebe, sondern eine Übersetzung. Moderne CNC Maschinen wenn ich das Beispiel von MYCA aufgreife, schalten nicht.

gruß Heiko

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Zitat:

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Original erstellt von hannibalsgurke:
Hallöchen.
ich muss ein Entwurf für die Uni machen, bei dem ich einige Probleme habe.
....

Bis jetzt laufen alle überlegungen in den sand, da immer irgendetwas nicht hinhaut. entweder die beschleunigung oder die geringste drehzahl gibt probleme.

Danke schonmal im vorraus..

MfG Lars

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Falls die Aufgabenstellung so stimmt, hat man Dir tatsaechlich ein Ei gelegt.....

Entgegen den Äußerungen hier im Forum geht es auch ohne Getriebe mit  Sonderbauformen vonn Motoren. Diese Lsg. sind durchaus verflixt teuer, ihnen fehlt (praktisch) das Getriebelos, sie können sich daher hervorragend eignen für hochgenauen Reversierbetrieb.

Es ist nirgends eine Drehzahl gefordert, sondern nur maximale und minimale Verfahrgeschwindigkeit.  Nehme eine beliege mechanische Übersetzung, um Rotation in Linearbewegung umzusetzen, so benoetigst Du für Deinen Motor ein Verhältnis von minimaler zu maximaler Drehzahl von 1:500, falls Du mit polumschaltbaren Motoren arbeiten kannst, ansonsten 1:4000.

Denke über Linearmotoren nach!
Denke über axialgeflutetet Motoren und (getriebelose) Ringmotoren nach!

Die geringste Drehzahl kannst Du zuverlässig eigentlich nur mit einem elektrischen Konzept erschlagen. Mit diesem einen Konzept hast Du dann auch kein Problem mit der maximalen Drehzahl. (TIPP: Ich habe ein gleichartiges Problem hier neulich diskutiert. Auch ein armer Student in der gleichen Lage. Such einmal im Forum!).

BTW: Welche maximale Bremsverzögerung muss eigentlich erzeugt werden? Welcher Anteil der 450mm Verfahrweg soll mit 20m/min denn gefahren werden? Wie verträgt sich das mit der maximal geforderten Beschleunigung?

BTW^2: Diese Anfragen nach solchen Lsg. häufen sich zur Zeit massiv im Forum. Augenscheinlich gibt es einen Bedarf an solchen Lösungen. Von Studenten die Entwicklung solcher Lsg. zu fordern, einschliesslich der verdammt komplexen Maschinendynamik dahinter, in die selbstverständlich die (dynamischen) Eigenschaften der Antriebsregelung mit eingehen, ist schon vom Feinsten. Dass die Hochschullehrer und Assistenten allerdings genauso offensichtlich ihren Betreungspflichten nicht nachkommen, ggf. die Problematik selbst nicht verstanden haben, ist ein Skandal.

BTW^3: Steht da zufälligerweise eine Anwendung im Druckbereich dahinter? Zufälligerweise leitfähige Folien und leitfähiges Glas, gedruckte, aktive Schaltungen? Die Fragestellungen von Euch kommen mir aus meinem vorherigen Leben irgendwie so verdächtig bekannt vor, auch mit den Massen ;->....

mfg HA

[Diese Nachricht wurde von adamsh am 14. Dez. 2009 editiert.]

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Alles richtig, HA. Ein Linearmotor könnte eine mögliche Alternative sein. Aber Handling und Montage ist ein Erlebnis.

Und ich bleibe dabei: Zahnriemenrad direkt auf die Motorwelle geht nicht. Der Arbeitspunkt des Motors muss im Eilgang im Bereich der Maximalleistung liegen.

Und das geht nur mit Getriebe. Wobei natürlich kein Schaltgetriebe gemeint ist.

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Liebes Ehrenmitglied!

1) Maximalleistung im Eilgang: Hatte ich ihm oben so vorgerechnet... Er benötigt hier sicherlich nicht das maximale Drehmoment ;--

2) Das maximale Drehmoment wird wahrscheinlich bei Vf1 benoetigt ... und in der Beschleunigugnphase...

a=0.6666m/s : 0.2s = 3.33333m/s^2
F_a= a*m = 3.3333m/s^2 * 1500kg = 5kN

Für Schrauben folgt mit F*s=W_Weg=W_Drehbewegung=M*2*PI, s Steigungshöhe

Fuer 10mm Seigungshähe wie Trapezspindel:
M= (5kN*0.01m)/(2*PI) = 8Nm

Fuer 40mm Steigungshöhe (dicke Kugelumlaufspindel):
M= 100/PI Nm ~= 30Nm

Beides sind Drehmomente, die üblicherweise OHNE Getriebe von Servomotoren erreicht werden können....

Für Riemenscheibe: Dn=60mm (grenzwertig) ergibt sich ein Drehmoment von M=150Nm (grenzwertig)... Riemenscheibe ist in allen Bereichen eher grenzwertig.

3) Je nach Auslegung steht das maximale Drehmoment immer zur Verfügung.

4) Getriebe: polumschaltbarere Motor ...

mfg HA

[Diese Nachricht wurde von adamsh am 14. Dez. 2009 editiert.]

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Zitat:

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Original erstellt von adamsh:
...Für Riemenscheibe: Dn=60mm (grenzwertig) ergibt sich ein Drehmoment von M=150Nm (grenzwertig)... Riemenscheibe ist in allen Bereichen eher grenzwertig.

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Das schrieb ich ja bereits. Nicht nur grenzwertig, denn es geht nicht. Bleiben wir mal beim Riemenscheiben-Wirkdurchmesser 60 mm und rechnen:

Umfang = 188.5 mm

Daraus ergibt für 20000 mm Weg eine Umdrehungszahl von 106,1. Da dieser Weg im Eilgang in 1 Minute zurückgelegt werden soll, ergibt sich daraus eine Drehzahl am Motor (wohlgemerkt ohne Getriebe) von 106,1 U/min. Und 5 mm/min würde dann etwa 10 Grad/min entsprechen. Das geht aber sowieso nur im Impulsbetrieb.

Und Polumschaltung? Das kenne ich von 2800 Upm auf 1400 Upm o.ä. Aber hier kämen wir nur auf max. 106 Upm

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Immer mit entsprechenden Umrichtern und Drehzahlregelung. mfg HA

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Zitat:

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Original erstellt von W. Holzwarth:
Das schrieb ich ja bereits. Nicht nur grenzwertig, denn es geht nicht. Bleiben wir mal beim Riemenscheiben-Wirkdurchmesser 60 mm und rechnen:

Umfang = 188.5 mm

Daraus ergibt für 20000 mm Weg eine Umdrehungszahl von 106,1. Da dieser Weg im Eilgang in 1 Minute zurückgelegt werden soll, ergibt sich daraus eine Drehzahl am Motor (wohlgemerkt ohne Getriebe) von 106,1 U/min. Und 5 mm/min würde dann etwa 10 Grad/min entsprechen. Das geht aber sowieso nur im Impulsbetrieb.

Und Polumschaltung? Das kenne ich von 2800 Upm auf 1400 Upm o.ä. Aber hier kämen wir nur auf max. 106 Upm

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Alle Argumente sind richtig, Ihre geschätzten und meine.

1) Polumschaltung funktioniert unabhängig von der Drehzahl. Sie koennten z.B. zwischen 24Polen, 12 Polen, 6 Polen und drei Polen umschalten ;->

2) Soweit ich das Problem ueberblicke, funktioniert die Loesung  nur mit einer Synchronmaschine (Das wollte ich nicht so offen sagen...).

3) Frequewnzen der Antriebsspannung für o.g. Einsatz lassen sich problemlos einem Synthesizer entnehmen, kein Problem. Da kommen Sie auf Wenige Grade pro Stunde herunter, absolut stabil....

mfg HA

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Lieber HA,

Ich verstehe fast nur Bahnhof bei Deinen Ausführungen. Was soll man da mit Polumschaltung, Synchronmaschine und Synthesizer? (sind ja vielleicht nur andere Ausdrücke für Dinge die ich auch kenne, trotzdem kann ich da in dem Zusammenhang nichts damit anfangen)

Meiner Meinung nach könnte die Anwendung einwandfrei von einem Servomotor abgedeckt werden (vor Allem was den Drehzahlbereich betrifft), aber es steht etwas dagegen was Walter sehr wohl erkannt hat:
Damit ein Servomotor ein einwandfreies Regelverhalten entwickeln kann brauchts ein bestimmtes Verhältniss von innerem Trägheitsmoment zu angetriebenen Massen (reduziert auf einen gemeinsamen Betrachtungspunkt). Und dieses Verhältnis kriegt man nie und nimmer hin mit nur dem System Motor-Zahnriemenrad-Zahnriemen-Masse. Sehr wahrscheinlich kriegt man das Verhältnis hin, wenn ein Getriebe dazwischen gesetzt wird, dass die Motordrehzahl bei max. Verfahrgeschwindigkeit in die Grössenordnung knapp unter die max. Motordrehzahl zu liegen kommt.

Übrigens, bei den eingangs gegebenen techn. Daten justament auf einem Zahnriementrieb zu beharren erzeugt bei mir Kopfschütteln. Das wären Idealbedingungen für einen Kugelgewindetrieb.
Vielleicht ist der tiefere Sinn der Aufgabe ja lediglich, die Unsinnigkeit dieser Vorgabe zu beweisen? <G>

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mfg - Leo

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Hi,

Zitat:

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Das wären Idealbedingungen für einen Kugelgewindetrieb.

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oder doch gleich einen Linearmotor - man braucht ja "nur" um die 2500N um es in Bewegung zu setzen (ohne störende Faktoren)...

G.  thomas

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Zitat:

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Original erstellt von Leo Laimer:
Lieber HA,

Ich verstehe fast nur Bahnhof bei Deinen Ausführungen. Was soll man da mit Polumschaltung, Synchronmaschine und Synthesizer? (sind ja

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Hast Du einen Drehstrom-(Dreiphasen-)Motor mit k*3 Wicklungen, k Wicklungen in Reihe geschaltet, so kannst Du diese aufteilen in (k/n)*n*3, k ganzzahliges Vielfaches von n. Fuer jede Phase schaltest Du dann n Wicklungen parallel. Damit erreichst Du bei gleicher Leistung eine höhere Drehzahl bei verringertem Drehmoment, hast damit ein elektrisches Äquivalent zu einem Getriebe, vgl.: sog. Dahlanderschaltung.

Eine Synchronmaschine ist ein Wechselstrommotor, dessen Rotor sich synchron zum von außen angelegtem Drehfeld bewegt, im Gegensatz zur Asynchronmaschine, deren Rotor sich immer langsamer als das von außen angelegte Drehfeld bewegt. Dieser Frequenzunterschied ist erforderlich, damit im Rotor einer Asynchronmaschine transformatorisch (!) ein Strom in der Rotorwicklung (ggf. mit nur einer Windung, Kurzschlussläufer)  induziert wird, der damit das Feld des Rotors (Läuferfeld) aufbaut.

Ein Synthesizer ist ein Gerät, das periodische Ausgangssignale präzise in Phasenlage (ggf. über die Zeit veränderlich) und Frequenz zu einem Muttertakt erzeugt.  Wird für die hochgenaue Ansteuerung einer Synchronmaschine gebraucht, da in der Regelung der lastabhängige Polradwinkel kompensiert werden muß.

Zitat:

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vielleicht nur andere Ausdrücke für Dinge die ich auch kenne, trotzdem kann ich da in dem Zusammenhang nichts damit anfangen)

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Das sind eigentlich Standardmethoden aus der Antriebstechnik bzw. Messtechnik.

Zitat:

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Meiner Meinung nach könnte die Anwendung einwandfrei von einem Servomotor abgedeckt werden (vor Allem was den Drehzahlbereich betrifft), aber es steht etwas dagegen was Walter sehr wohl erkannt hat:

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Mein Zitat von oben:

"...
Damit eine ganz klare, einfach Aufgabe für einen Servomotor.

Du kannst einen permanent erregten Synchronmotor (WARUM?? Vorteil, Nachteil), einen Asynchronmotor mit (Vektor-)Regelung des Ankerfeldes (WARUM??? Vorteil, Nachteil) oder einen Gleichstrommotor (WARUM??? Vorteil, Nachteil) verwenden.
..."

Der Begriff "Servomotor" bezeichnet den Einsatzbereich eines Motors, nicht dessen technische Ausführung! Der Student sollte sich Gedanken machen über die unterschiedliche Technik von Servomotoren-

Zitat:

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Damit ein Servomotor ein einwandfreies Regelverhalten entwickeln kann brauchts ein bestimmtes Verhältniss von innerem Trägheitsmoment zu angetriebenen Massen (reduziert auf einen gemeinsamen Betrachtungspunkt). Und dieses Verhältnis kriegt man nie und nimmer

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Unstrittig richtig. Nur warum benötige ich dazu ein mechanisches Getriebe? Der einfachste Ansatz sind polumschaltbare Motoren, siehe oben. Weiter geht es dann mit axial gefluteten Motoren und Ringmotoren.

BTW: Bedenken Sie bitte, das z.B. (polumschaltbare) Ringmotoren in der Leistungsklasse 20MW (bis 50MW) serienmäßig von Siemens als Antriebe für Stein- und Zementmühlen geliefert werden......

Zitat:

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hin mit nur dem System Motor-Zahnriemenrad-Zahnriemen-Masse. Sehr

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Warum nicht? Sie können ja hoch bis zum Ringmotor gehen. Siehe technische Info Siemens. Ringmotoren waren erste Wahl als Antriebe von Fahrkörben in Bergwwerken. ;)

... und Fahrantriebe sind nicht weit vom Problem Zahnriemen und Riemenscheibe entfernt. ;)

Zitat:

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wahrscheinlich kriegt man das Verhältnis hin, wenn ein Getriebe dazwischen gesetzt wird, dass die Motordrehzahl bei max. Verfahrgeschwindigkeit in die Grössenordnung knapp unter die max. Motordrehzahl zu liegen kommt.

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Was spricht gegen einen Ansatz ohne Getriebe, wie gefordert?

Zitat:

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Übrigens, bei den eingangs gegebenen techn. Daten justament auf einem Zahnriementrieb zu beharren erzeugt bei mir Kopfschütteln. Das wären Idealbedingungen für einen Kugelgewindetrieb.

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Unstrittig richtig, siehe meine Beispielrechnung.

"....
Für Schrauben folgt mit F*s=W_Weg=W_Drehbewegung=M*2*PI, s Steigungshöhe

Fuer 10mm Seigungshähe wie Trapezspindel:
M= (5kN*0.01m)/(2*PI) = 8Nm

Fuer 40mm Steigungshöhe (dicke Kugelumlaufspindel):
M= 100/PI Nm ~= 30Nm

Beides sind Drehmomente, die üblicherweise OHNE Getriebe von Servomotoren erreicht werden können.
...."

Der Zahnriemenantreib wurde von mir nicht eingeführt, 

Zitat:

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Vielleicht ist der tiefere Sinn der Aufgabe ja lediglich, die Unsinnigkeit dieser Vorgabe zu beweisen? <G>

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Diese Aufgabe ist nicht unsinnig, sondern trickreich. Es ist ein Modellproblem für auch in der Praxis gegebene Anforderungen.  Es geht darum, ein Getriebe mit all seinen Macken zu vermeiden und  es gibt praktisch ausgeführte  Lsg. zu diesem Problem.

HA

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Eigentlich hätte ich jetzt geschrieben:
Nun mal her mit dem konkreten Auslegungsvorschlag, basierend auf der Aufgabenstellung.

Doch wo steckt der Lars? 
Wenn der gar nicht mehr mitliest, könnte man ja Klartext reden ..

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