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1/3 Regel für Direktantriebe

Positionierantriebe können bezüglich ihres Bewegungsprofils in drei Kategorien eingeteilt werden:

  1.   Applikationen die von A nach B fahren
  2.   Fliegende Sägen, Querschneider die auf ein Material aufsynchronisieren
  3.   Applikationen die einer NC- oder CNC-Vorgabe folgen

 Die Merkmale der Bahnkurve für die Applikationen, die von A nach B fahren, sind:

  • Die Trajektorie bzw. das Bewegungsprofil ist frei wählbar
  • Die Distanz (Weg/Winkel) und Positionierdauer (Zeit) ist vorgegeben, jedoch ist das Geschwindigkeitsprofil (Geschwindigkeit/Drehzahl), Beschleunigungsverlauf und Ruck wählbar
  • Das gewählte Bewegungsprofil kann
                    -im servoregler-internen Profilgenerator berechnet werden
                    -in einer übergeordneten Steuerung generiert und über ein schnelles Bussystem als Lagesollwert zu Verfügung gestellt sein
                    -in einer CAM-Tabelle synchron zu einem realen oder virtuellen Master vorliegen

 

Die Bewegungs- Merkmale der Anwendungen, die auf ein Material aufsynchronisieren, sind:

  • Während der Bearbeitung (z.B. Schnitt) muss der Antrieb eine vorgegebene Zeit synchron mit dem Material sein
  • Die Restzeit im Zyklus wird darauf verwendet, wieder an die Ausgangsposition zurückzufahren (fliegende Säge) bzw. zum Anschnittwinkel weiterzudrehen (Querschneider)
  • Die Restzeit ist Abhängig von der Synchronzeit und von der Zykluszeit, die durch die Abschnittlänge und der Liniengeschwindigkeit bestimmt wird.
  • Das Bewegungsprofil während der Restzeit ist frei wählbar, muss aber gewisse Vorgaben erfüllen, wie Synchrongeschwindigkeit bei Erreichen und Verlassen des Materials

 

Die Applikationen, die einer NC- oder CNC-Vorgabe folgen:

  • Die Positionssollwerte werden in einer übergeordneten Steuerung für mehrere Achsen berechnet. Zu jedem Zeitpunkt müssen die Achsen in der vorgegebenen Position (auch zueinander) stehen bzw. fahren.
  • Die Positionssollwerte werden zyklisch über ein schnelles Bussystem an die Achsen übertragen.
  • Der Positions-Sollwert muss schnell angeregelt werden. Freiheitsgrade im Bewegungsprofil existieren nicht.

 

Der folgende Artikel widmet sich den Applikationen, die von A nach B fahren!

Das Bewegungsprofil über lineare Drehzahl-Rampen ist heutzutage nicht mehr üblich, weil die Rechenleistung der Trajektorie-Generatoren heute um ein Vielfaches größer ist und komplexe Profile mühelos berechnet werden können.

Dennoch ist der Vergleich zwischen dem Dreiecks-Profil und dem 1/3 Trapez (1/3 Beschleunigung, 1/3 Konstantfahrt, 1/3 Bremsung) als auch dem 1/5 Trapez (1/5 Beschleunigung, 3/5 Konstantfahrt, 1/5 Bremsung) äußerst aufschlussreich.

Hartnäckig hält sich die Meinung, dass große Beschleunigung, viel Strom und demzufolge auch starke Motorerwärmung bedeutet.

Die Abhandlung leitet her, bei welchen Verhältnis aus Beschleunigungs-/Bremszeit zur Gesamt-Positionierdauer die Motorerwärmung ihr Minimum hat.

 

Bei Direktantrieben und Applikationen ohne Getriebe entsteht die geringste Motorerwärmung, wenn das Rampen-Profil einem 1/3 Trapez folgt.

Zusammenfassung der Ergebnisse aus dem Artikel "1/3 Regel für Direktantriebe oder Positionierantriebe ohne Getriebe": 

  • Optimales Geschwindigkeitsprofil entsteht durch Drittelung der Positionierdauer (Trapezbetrieb), so dass Beschleunigungsdauer = Dauer der Konstantfahrt = Bremsdauer ist.
  • Das erforderliche Beschleunigungsmoment im Trapezbetrieb ist gegenüber dem des Dreieckbetriebs nur um 12,5 % größer. Die mechanische Mehrbelastung und die daraus
    folgende Lebensdauer sind daher unwesentlich beeinflusst.
  • Die Motorerwärmung im Trapezbetrieb geht gegenüber der im Dreieckbetrieb um 16% zurück.
  • Bei der Antriebsauslegung kann, wenn der Antrieb im Trapezbetrieb betrieben wird, ein kleinerer Motor gewählt werden. Das effektive Moment ist in dem Fall um 8 % kleiner
    als das des Dreieckbetriebs.

Die Herleitung steht hier im PDF sowie als Powerpoint-Präsentation zur Verfügung:

1/3 Regel für Direktantriebe.pdf  (wählen Sie "Ziel speichern unter")

1/3 Regel für Direktantriebe.doc

1/3 Regel für Direktantriebe.ppt