1/5 Regel für Motoren mit Getriebe
Positionierantriebe können bezüglich ihres Bewegungsprofils in drei Kategorien eingeteilt werden:
- Applikationen die von A nach B fahren
- Fliegende Sägen, Querschneider die auf ein Material aufsynchronisieren
- 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 Applikationen mit Getriebe entsteht die geringste Motorerwärmung, wenn das Rampen-Profil einem 1/5 Trapez folgt.
Zusammenfassung der Ergebnisse aus dem Artikel "1/5 Regel für Positionierantriebe mit Getriebe":
- Bei wählbarer Getriebeuntersetzung ist das trapezförmige Geschwindigkeitsprofil so zu wählen, dass die Beschleunigungsdauer und die Bremsdauer jeweils 20 % der gesamten Positionierdauer einnehmen.
- Gegenüber dem Dreieckbetrieb sinkt dann die maximale Drehzahl, die während der Positionierfahrt erreicht wird, um 37 %.
- Die Getriebeübersetzung kann deshalb, im Vergleich zum Dreieckbetrieb, um den Faktor 1,6 erhöht werden.
- Das externe Massenträgheitsmoment verkleinert sich durch die zusätzliche Reduzierung, so dass ein kleinerer Motor zum Einsatz kommen kann. Das resultierende Massenträgheitsmoment beträgt im Verhältnis zum Dreieckbetrieb nur 39 %.
- Das erforderliche Beschleunigungsmoment geht daher auf 98 % zurück, obwohl die Beschleunigung um den Faktor 1,56 größer ist. (Die Mechanik muss für diese Beschleunigung ausgelegt werden).
- Das effektive Moment des gewählten Motors für den Trapezbetrieb beträgt im Vergleich zu dem effektiven Moment des Motors, der für Dreieckbetrieb ausgelegt wurde, nur 62 %!
Die Herleitung steht hier im PDF sowie als Powerpoint-Präsentation zur Verfügung:
1/5 Regel für Positionierantriebe mit Getriebe.pdf (wählen Sie "Ziel speichern unter")
1/5 Regel für Positionierantriebe mit Getriebe.doc
1/5 Regel für Positionierantriebe mit Getriebe.ppt