Antriebselemente TU Dresden

Aufbau:
mechanische Synchronisierung

- reibschlüssige und formschlüssige Kupplung

- Reibschluss solange wie die Drehzahl der Welle ungleich der Drehzahl des Zahnrades

- ab dann erfolgt Übertragung per Formschluss Arbeitsweise:

Kupplung trennt Motor von Getriebe -> ein Gang wird "abgeschalten" und nächster Gang (Zahnrad) wird wie oben beschrieben beschleunigt -> haben Welle und Zahnrad die gleiche Drehzahl wird des neue Zahnrad (der nächste Gang) zugeschaltet

Anwendung:
Synchrongetriebe ( Handschaltung) mit Zugkraftunterbrechung 

Stirnradgetriebe -> 97 bis 99,5% Umlaufrädergetriebe -> 98 bis 99,5% Schneckengetrieb -> 20 bis 97% Hydrodynamisches Getriebe -> 85 bis 90% und weitere 

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- wenn die Drehzahl der Welle gleich der des Zahnrades ist
- weil dann das Reibmoment zwischen den Bauteilen gleich Null ist 

für hochdynamische Vorgänge

Es handelt sich um einen Drehstrommotor, der generell am Servoumrichter betrieben wird.

(Hilfsantrieb)

Es handelt sich um einen Drehstrommotor, der generell am Servoumrichter betrieben wird.

(Hilfsantrieb)

Aktivteil zur Drehmomentenerzeugung ( u.a. Rotor, Stator) Resolver, Inkrementalgeber zur Winkel- und Drehzahlmessung Bremse zum Halten der Position im stromlosen Zustand 

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1. direkter Anlauf am Netz
- sehr hoher Anfahrstrom
- sehr hohe Netzbelastung

2. Stern- Dreieck- Anlauf am Netz
- anfahren des Systems in Sternschaltung um Anlaufstrom zu begrenzen

- danach erfolgt Umschaltung in Dreickschaltung um maximales Moment zu erhalten

3. Sanftanlauf
- durch Einsatz eines Thyristorstellers

4. mittels Frequenzumrichter
- teuerste Technik, jedoch immer volles Anfahrmoment vorhanden 

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auf den Umfang der benötigten Systemparameter

• Masseverteilung 
• Steifgkeitsverteilung
• Haupt und Nebenfreiheitsgerade

• Euler-Bernolli Balken, schubstarrer Balken
• Timoshenko Balken, schubweicher Balken 

Mittels CAD-Modellen

• Zerlegung rotationssymetrischer Körper in Grundkörper, Anwendung analytischer Ansätze
• Masse, Schwerpunkt, polares Massenträgheitsmoment, äquatoriales Massenträgheitsmoment

• Abbildung der Steifigkeiten rotationssymetrischer Körper
• Weiterentwicklung von Ansätzen zur Korrektur der analytisch berechneten Steifigkeiten durch Berücksichtigung von Zusatzlängen

• Volumenmodell
• Vernetzung
• Materialeigenschaften
• Krafteinaleitungspunkte

• Berücksichtigung elsatischer Eigenschaften der Fundamentalstruktur ermöglicht realitätsnahe Abbildung niderfrequenten Phänomene im Antriebsstrang 
• Gewährleistung der Vergelichbarkeit der Messung
• Elastische Modellierung erfordert adäquates Modell des Antriebsstranges(Biegesteifigkeiten)

für einfache balkenähnliche Elemente

• Teilelement ist schlank
• Struktur als schubstarr betrachtet
• Gültigkeit des Hookschen Gesetzes, physikalische Linearität
• Torsionstragheit vernachlässigt
• Struktur im unverformten Zustand gerade (neutrale Faser)

• Definition der elastsichen Strktur durch Abmessungen und MAterialeigenschaften(SimBeam bzw. FEM)
• (Reduktion der FE-Strukur zur MInimierung der Freiheitsgerade des Modells mittels statischer oder dynamischer Reduktion)
• Erzeugung FBI-Datei(flexible body input) mit Information zur Massen- und Steifigkeitsmatrix, zu den Schwingformen (normal modes) und Knoten des Systems zur grafischen Darstellung des Körpers
• Modale Reduktion  und Ermittlung von Antwortfrquenzen auf Schwingungsanregung, Festlegung relevanter Schwingformen des elastischen Sytemes
• Ergebnis: SID-Date(standart input data) mit Informationen zu Modalmatrix und modalen Verformungen aller ausgewählten Knoten

• Gehäuse hat erheblichen Anteil an Gesamtmasse des Systems
• Beachtung vollständiger Trägheit des Systems
• Steifigkeit des Gehäuses kann nicht vernachlässigt werden 
• Methode
  • starres Getriebegehäuse
  • Berücksichtigung von Ersatzsteifigkeiten
  • Modale Ersatzmodelle des Gehäuses

• Getriebgehäusesteifigkeiten durch axiale und radiale Ersatzsteifigkeiten für relevante Lagerpunkte
• Ermittlung mit getrennt durchgeführten FEM-Berechnungen
• Verformung des Gehäuses geht in Systemsimulation ein
• Gesamtsteifigkeit ergibt sich aus Reihenschaltung der Lager- und Gehäusesteifigkeiten im jeweiligen Punkt und der definierten Richtung
• Nachteil: ermittelte Steifigkeitswerte gelten nur für definierten Lastfall

In schwingungsfähigen Systemen bewirkt die Dämpfung, dass freie Schwingungen abklingen und harmonisch erregte Schwingungen im Resonanzbereich endlich groß bleiben. Dabei wird die mechanische Energie in andere Enrgieformen, insbesondere in Wärme, umgewandelt.

• Innere Dämpfung (materialabhängig)
• Äußere Dämpfung (belastungsabhängig)

• Material- bzw. Werkstoffabhängig
• Abhängig von den Verformungswiderständen im Werkstoff
• Berührungs- und Kontaktdämpfung an Fügestellen im Bauteil

• Belastung auf Grund von äußeren Bewegungswiderständen:
  • Reibungen in Lagern
  • Reibung in Aufhängungspunkten/ Abstützungen von Gehäusen
  • Reibung durch Luft- oder Flüssigkeitswiderständen

• Eigenfrequenzen druch Dämpfung zumeist nur gering beeinflussbar
• Syteme in Antriebstechnik nur schwach gedämpft
• transiente Vorgänge verlangen zur Abbildung korrekter Amplituden und Frequenzen ein System mit abgestimmter Dämpfung
• Bestimmung von Dämpfung mit vereinfachten Ansätzen

• Automatisierte Dämpfungsabstimmung durch Parametervariation
  • mechnisches System wird zunächst komplett aufgebaut
  • Zuordung einer variablen in einer Parameterdatei
  • Variation der Dämpfungsparameter
  • nach Berechnung der Eigenfrequenz erflogt Abgleich des tatschlich vorhandenen Lehrschen Dämpfungsmaßes mit zuvor definierten Soll-Dämpfungswerten

• Verwendung von Messsignalen zu Analyse innerer Belastungszustände
• Abbildung des gesamten Antriebsstrang erforderlich
• Einleitung der Lasten an realen Lasteinleitungspunkten
• Ermittlung durch Gegenüberstellung ... mit Hilfe abgestimmter Regler
  • an Messstellen
  • simulierten Zeitverläufen