Das Bewegungsprofil gibt den Ausschlag

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November 2016

 

Eine durchdachte Antriebsauslegung hilft, Anschaffungs- und Betriebskosten einer Maschine möglichst niedrig zu halten. Wie effizient und zuverlässig ein Motor die geforderten Bewegungsabläufe im Betrieb umsetzt, entscheidet die Gestaltung des Bewegungsprofils.

Bei der Auslegung eines Antriebs sind in den meisten Fällen die beiden Größen Weg und Zeit die Hauptvorgaben. Zum Schutz der Mechanik sind oftmals noch die Werte der maximal zulässigen Beschleunigung und Geschwindigkeit vorgegeben. Die Werte für Zeit, Beschleunigung und Geschwindigkeit dürfen nicht überschritten und der Wert für den Weg weder über- noch unterschritten werden. Auf der Grundlage dieser Vorgaben lassen sich Bewegungsprofile berechnen, die maßgeblich die Effizienz eines Antriebs beeinflussen. Unterstützung bieten Softwaretools. Welche Auswirkungen das Bewegungsprofil auf die Effizienz und die Größe eines Antriebs hat, zeigen wir in unserem Beispiel.

Die Möglichkeiten

Die Möglichkeiten: Wenn die beiden Größen Weg und Zeit konstant bleiben, lässt sich ein Bewegungsprofil zwischen zwei Extremen verändern: von einem Dreieckverlauf in Richtung eines Trapezverlaufs. Innerhalb dieser beiden Extreme verändern sich die Größen des Beschleunigungs- und des Effektivdrehmoments.


 
 

Auswahl nach Trapezverlauf

Bei einem Geschwindigkeitsverlauf nach Trapez mit steiler Beschleunigungsrampe treten sehr hohe Beschleunigungskräfte auf.

Das Effektivdrehmoment ist kleiner als das zulässige Dauerdrehmoment des Motors. Das Beschleunigungsdrehmoment erfordert ein so hohes Maximaldrehmoment, dass die Größe des Motors im Wesentlichen davon bestimmt wird.

Auswahl nach Trapezverlauf
 
Der Motor ist thermisch nicht ausgenutzt.

Der Motor ist thermisch nicht ausgenutzt.  
Masse: 100%
Bauraum: 100%


Auswahl nach Dreieckverlauf

Bei einem Geschwindigkeitsverlauf mit Dreieck tritt die geringste Beschleunigungskraft auf.

Das Beschleunigungsdrehmoment ist viel kleiner als das zulässige Maximaldrehmoment des Motors. Das Effektivdrehmoment erfordert ein so hohes Dauerdrehmoment, dass die Größe des Motors einzig und allein davon bestimmt wird.

 
Auswahl nach Dreieckverlauf
Der Motor ist dynamisch nicht ausgenutzt.

Der Motor ist dynamisch nicht ausgenutzt.
Einsparung gegenüber Trapez:
 
Masse: –52%
Bauraum: –44%


 

Die optimale Lösung

Bei einem Geschwindigkeitsverlauf mit Trapez nach Drittel-Regel (die Beschleunigungs-, die Konstant- und die Bremsphase dauern je ein Drittel der gesamten Zeit) tritt das kleinste Effektivdrehmoment auf. Das Maximaldrehmoment steht in einem ausgewogenen Verhältnis dazu. Das entspricht der Charakteristik eines Servomotors.

Mithilfe des Softwaretools IndraSize lassen sich durch die Anwendung von Bewegungsgesetzen höherer Ordnung zusätzliche Optimierungspotenziale ausschöpfen. Deutlich wird das, wenn das Trapezprofil nach Drittel-Regel mit einem Polynom dritter Ordnung kombiniert wird. Das Effektivdrehmoment und die erforderlichen Maximaldrehmomente lassen sich dadurch so weit optimieren, dass die Auswahl eines Motors kleinerer Bauart möglich ist.

Die optimale Lösung
 
Der Motor wird bestmöglich ausgenutzt.

Der Motor wird bestmöglich ausgenutzt.
Einsparung gegenüber Trapez:
 
Masse: –57%
Bauraum: –56%


Freier Download des Engineeringtools IndraSize: www.boschrexroth.de/indrasize