Praktikum mit dem maxon selection program (MSP) - Maxon Motor

Praktikum mit dem maxon selection program (MSP)
Zweck und Ziel
Die Teilnehmer …
- erlernen die Bedienung des maxon selection program.
- führen eine Motor-Getriebe-Auswahl für Dauerbetrieb und Zyklusbetrieb aus.
- berechnen die Massenträgheit eines zusammengesetzten Körpers.
Übung 1: MSP-Download und Installation. Information über Versionen.
Ziel: Herunterladen der aktuellen Version des MSP. Vorbereitung zum Start.
1. Laden Sie die aktuelle MSP-Version von www.maxonmotor.com herunter und speichern Sie diese
auf Ihrem Rechner.
2. Führen Sie das Installationsprogramm (maxon_msp_Setup.exe) aus.
Die folgende Dateistruktur wird erzeugt:
3. Der Ordner db enthält die Daten: Dateien mit Produktdaten, Kombinationsinformationen und Dateien,
um das Programm in verschiedenen Sprachen auszuführen.
– Die Datenbank enthält lediglich Produkte, die im maxon Katalog aufgeführt sind. Beachten
Sie, dass einzelne Katalogprodukte nicht enthalten sind. Einige Produkte können aufgrund
Ihrer Struktur nicht in der Datenbank integriert werden, wie etwa die Motoren mit integrierter
Elektronik.
– Über das Speicherdatum der neuesten Produktdatei können Sie abschätzen, wie aktuell
die Datenbank ist. Typischerweise wird die Datenbank halbjährlich aktualisiert (im April und
wenn nötig im Herbst).
4. Der Ordner help enthält die Hilfeinstruktionen.
5. Starten Sie das MSP durch Klick auf das MSP-Symbol ( ) auf dem
Desktop oder durch öffnen von msp.exe in den Programmdateien.
– In der unteren linken Ecke finden Sie die Programmversion
(aktuell V1.2 vom November 2007). Verwechseln Sie die Programmversion
nicht mit der Datenbankversion.
6. In der linken Spalte können Sie den Betriebsmodus (Selektion, Lastrechner,
Vergleich) und die Sprache wählen. Sie finden ebenfalls die
Bedienknöpfe zum erzeugen, öffnen und speichern von MSP-
Anwendungen. Zusätzlich gibt es einen Direktzugang zum Trägheitsrechner
(oranger Knopf) und zur Kontexthilfe (blauer Knopf).
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Übung 2: Selektion für Dauerbetrieb
Ziel: Lernen Sie die wichtigsten Schritte zur Benützung des Programmmodus Selektion anhand eines
einfachen Beispiels.
Förderbandantrieb
Für Antrieb eines Förderbands wird eine Motor-Getriebe-Einheit
benötigt. Das Netzgerät liefert 24 VDC und 5 A.
In einer ersten Näherung wird angenommen, dass das Band
dauernd mit einer maximalen Geschwindigkeit von 0.5 m/s läuft.
Die Reibung des leeren Bandes beträgt 40 N. Die zusätzliche
Reibung durch die Last (max. 3 kg) sei 9 N. Somit ergibt sich eine
Gesamtlast von 49 N.
1. Wählen sie 'Selektion' in der linken Spalte. Lesen sie die Anweisungen im Hauptteil des Bildschirms.
2. Eingabe des Netzgeräts
Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Netzteil’
Schritt 2: Geben sie die vorhandene Versorgungsspannung und den vorhandenen
Strom ein (in unserem Beispiel 24 V, 5 A).
Schritt 3: Falls Ihre Netzgerät kurzzeitig einen höheren Strom zulässt, können
Sie dies im 'Detail>>' –Teil des Dialogfensters eingeben.
Schritt 4: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'.
Hinweis: Falls Sie noch nicht wissen, welches Netzteil sie einsetzen wollen, können
Sie die vordefinierten Werte belassen, oder gar höhere Werte eingeben. Das MSP
wird für jede Lösung anzeigen, wie viel Spannung und Strom benötigt werden.
3. Eingabe der mechanischen Antriebsauslegung
Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Antrieb’
Schritt 2: Wählen Sie 'Förderband' und verschieben Sie es mit den Pfeilknöpfen
in den Bereich zur Antriebseingabe.
Schritt 3: Geben Sie die Durchmesser der Rollen ein (in unserem Beispiel
0.1 m). Ändern Sie zuerst die Einheit auf 'm', dann geben sie den Wert
ein. Durch wählen einer anderen Einheit, wird der Wert automatisch
umgerechnet: Dies ist ein eingebauter Einheitenrechner!
Schritt 4: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'.
Hinweis: Sie können zusätzlich die Verluste in Ihrem Antrieb über die Eingabe
eines Wirkungsgrades berücksichtigen. In unserem Beispiel schlagen wir die Reibverlus
te aber zur Last. Deshalb belassen wir den Wirkungsgrad bei
100%.
4. Lasteingabe für Dauerbetrieb
Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Last’
Schritt 2: Geben sie die benötigte maximalen Lastgeschwindigkeit und Förderkraft
ein (in unserem Beispiel 0.5 m/s und 49 N).
Schritt 3: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'.
Hinweis: Dies ist die einfachste Variante zur Lasteingabe.
Ein Förderband macht eine Linearbewegung. Somit müssen Geschwindigkeit
und Kraft eingegeben werden. Für rotative Antriebe verlangt das
MSP Drehzahl und Drehmoment.
Hinweis: Sobald die Last definiert ist, beginnt das MSP mit der Suche nach allen möglichen Motor-
Getriebe-Kombinationen, die in der Liste der Lösungen dargestellt werden.
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5. Analyse der Liste der Lösungen
Die Liste der Lösungen wird ohne Einschränkungen und Filterungen zusammengestellt: Alle Möglichkeiten,
die gemäss Spezifikationen möglich sind, werden aufgeführt. Dies ergibt meist eine lange
Liste von Getriebe-Motor-Kombinationen. Die Anzahl Einträge finden Sie links.
Die grosse Arbeit besteht nun darin, diese Liste auf die am besten passenden Lösungen zu reduzieren.
Dazu stellt das Programm verschiedene Möglichkeiten zur Filterung, Tabellenmanipulationen
und Entscheidungshilfen zur Verfügung.
Unter der 'Hilfe' finden sie weitere Informationen zu Filterung und Tabellenmanipulation.
− Voreinstellung: Die Liste wird nach der Auslastung des Motors sortiert.
− Untersuchen sie die Liste der Lösungen: Welche Motoren finden Sie? Welche Getriebe?
Wie viel Strom und Spannung werden von den verschiedenen Lösungen benötigt? Was
sind die Abmessungen? Welches Kommutierungssystem? …
Im unteren Teil des Bildschirms finden Sie ein Diagramm zur schnellen Beurteilung der markierten
Lösung.
− Doppelklick vergrössert das Diagramm. Oder im Kontextmenu (rechter Mausklick).
− Information zur Interpretation finden Sie ebenfalls in der Hilfe über das Kontextmenu.
6. Die Liste der Lösungen filtern
Falls Sie für unser Beispiel einen bürstenlosen Motor möchten, könnte eine Filterstrategie der Liste
der etwa 370 Lösungen folgendermassen aussehen:
Schritt 1: Klicken Sie auf den Filter ‘Optimaler Bereich'. Dies eliminiert alle Lösungen, die sehr stark
ausgelastet (in der Nähe des maximalen Dauerdrehmoments, d.h. ohne Reserve) oder
unterlastet (zu grosser Motor) sind, oder die die vorhandene Spannung schlecht ausnützen.
Dies verkleinert die Liste auf etwa 75 Lösungen.
Schritt 2: Jetzt suchen Sie Lösungen mit bürstenloser Kommutierung. Setzen Sie einen Individualfilter
'bürstenlos' mit der rechten Maustaste auf einem entsprechenden Eintrag in der Tabelle.
Die Kolonne wird rot markiert.
T Dies verkleinert die Liste auf etwa 37 Lösungen.
Schritt 3: Jetzt suchen Sie Lösungen mit kleinem Durchmesser. Verschieben sie den Filterregler für
den Durchmesser (linke Seite) ganz nach links (32 mm).
Dies verkleinert die Liste auf etwa 4 Lösungen (die alle einen eher teuren EC-powermax-
Motor enthalten).
Wenn Sie einen grösseren Durchmesser erlauben (z.B. >42 mm) erhalten Sie eine grössere
Auswahl mit etwa 15 Lösungen basierend auf den Motortypen EC 40, EC-max 40
und EC-4pole.
Schritt 4: Wählen sie nun die Lösung, die Ihnen am Besten zusagt.
Hinweis: Mit dem Knopf 'Filter zurücksetzen' kehren Sie immer zur vollständigen Liste zurück.
Hinweis: Wie sie erkennen hängt das Herausfinden der "richtigen Lösung" nicht nur von physikalischen
Parametern (Spannung, Strom, Abmessungen, …) ab, sondern auch von Ihren
Vorlieben und von der Anwendung (z.B. bei der Wahl des Kommutierungstyps und dem
Ausmass der Leistungsreserve).
7. Datenblatt
Schritt 1: Öffnen Sie das Datenblatt durch Doppelklick auf die Lösung. (oder via Kontextmenu)
Schritt 2: Welche Informationen stehen auf den verschiedenen Seiten des Datenblattes?
Schritt 3: Benützen Sie den Hilfeknopf, um mehr über die Interpretation des Diagramms zu erfahren.
Schritt 4: Benützen Sie den Drucker-Knopf, um das Datenblatt zu drucken.
8. Speichern Sie Ihre Anwendung
Schritt 1: Speichern Sie Ihre Anwendung über den ‘Speichern' Knopf unten links.
Schritt 2: Öffnen Sie eine gespeicherte Anwendung. Was geschieht?
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Übung 3: Selektion für einfachen Zyklusbetrieb
Ziele: Wie kann man Filter für Motoren und Getriebe im Voraus setzen? Erweiterte Lasteingabe mit kurzen
Beschleunigungsphasen (einfacher Zyklusbetrieb). Wie kann man Steuerungen in der Selektion berücksichtigen?
Förderbandantrieb
1. Motorfilter setzen
Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Motor’.
Schritt 2: Lassen Sie alle DC-Motortypen weg.
Schritt 3: Setzen sie die Umgebungstemperatur auf 40°C.
Schritt 4: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'.
Eine grobe Schätzung für die Beschleunigung zeigt, dass
zusätzlich etwa 10 N während der Beschleunigungsphase (1 s)
benötigt werden. Ein Beschleunigungs- und Bremsvorgang
findet alle paar Sekunden statt.
Das Förderband läuft in einer Fabrikhalle, die im Sommer bis
zu 40°C heiss werden kann.
Aus Lebensdauergründen sollte ein bürstenloser EC Motor
zum Einsatz kommen.
Hinweis: Da wir schon eine Last definiert haben, beginnt das MSP eine
neue Selektion sobald wir einen Dialog verlassen.
2. Lasteingabe für einfachen Zyklusbetrieb
Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Last’.
Schritt 2: Klicken Sie auf den Knopf ‘Zyklisch’.
Schritt 3: Geben Sie die benötigte maximale Förderkraft und ihre Dauer ein
(in unserem Beispiel 59 N und 1 s).
Schritt 3: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'.
Hinweis: Dies ist ein sehr einfacher Weg, eine bekannte kurzzeitige Spitzenbelastung
zu integrieren.
3. Analysieren und filtern Sie die Liste der Lösungen in ähnlicher Weise wie in der vorherigen Übung.
Hinweise:
− Beachten Sie den zusätzlichen Arbeitspunkt im Diagramm!
− Klicken Sie auf die Messuhr zwischen Getriebe und Antrieb, um die am Getriebeabgang
benötigten Drehmomente und Drehzahl zu erhalten.
4. Auswahl Regler
Schritt 1: Markieren Sie eine Lösung.
Schritt 2: Unten werden die passenden Steuerungen angezeigt.
Schritt 3: Markieren Sie eine Steuerung und beobachten Sie wie sich das Diagramm anpasst.
Schritt 4: Überprüfen sie die passenden Sensoren (Encoder), indem Sie das Datenblatt öffnen
(Doppelklick oder Kontextmenu).
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Übung 4: Selektion für komplexe Arbeitszyklen
Ziel: Lasteingabe für komplexe Arbeitszyklen kennen lernen.
Förderbandantrieb
Eine genauere Analyse ergibt eine Bewegung mit kurzen Unterbrüchen
(EIN 4 s, AUS 0.5 s). Die Beschleunigungs- und Bremsraten
sind aber ziemlich tief (Beschleunigungszeiten ca. 0.5 s).
Das Band ist 20 cm breit, hat eine Gesamtlänge von (hin und
zurück) von 12 m und bei einer spezifischen Masse von 500 g/m.
Die Rollen sind aus Aluminium.
Beim Zyklusbetrieb berücksichtig das MSP die Beschleunigungskräfte, die aus den Bewegungsprofilen und
den Massenträgheiten aller bewegten Teile berechnet werden.
1. Massenträgheiten des mechanischen Antriebs:
Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Antrieb’.
Schritt 2: Klicken Sie auf 'Detail >>'.
Schritt 3: Berechnen Sie die Trägheitsmomente der Rollen. Klicken Sie auf den
orangen Knopf neben dem Eingabefeld.
Schritt 4: Wählen Sie 'Zylinder/Scheibe' als Körper für die Rolle und verschieben
Sie ihn nach rechts. Geben Sie Durchmesser (10 cm), Länge
(20 cm), und Material (Al) der Rollen ein. Da die Rollen um ihre Symmetrieachse
rotieren, ist der Abstand s = 0. Verlassen Sie den Dialog.
Das Trägheitsmoment wird automatisch ins entsprechende Eingabe-
feld übernommen.
Schritt 5: Wiederholen Sie Schritt 4 für die zweite Rolle.
Schritt 6: Geben Sie die Masse des Bandes von Hand ein.
(in unserem Beispiel 12 mal 500 g/m = 6 kg)
Schritt 7: Beenden Sie den Eingabedialog
mit 'OK'.
2.
Eingabe des Arbeitszyklus
Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Last’.
Schritt 2: Bei der zyklischen Eingabe klicken Sie auf ‘Detail >>’.
Schritt 3: Wählen Sie unter Bewegungsprofil 'Geschwindigkeitsmodus'.
Hinweis: Im 'Positioniermodus' können Sie die Zielpositionen und die Dauern für
die Bewegungen eingeben. Die benötigten Geschwindigkeiten
und
Drehzahlen ergeben sich aus der Berechnung.
Schritt 4: Stellen Sie den benötigten Arbeitszyklus aus den vorhandenen Bewegungsprofilen
zusammen. Es können bis zu 6 Profile in Serie gewählt
werden. Geben Sie die verlangten Parameter ein: Geschwindigkeit,
Zeitdauern, Kräfte
und Massenträgheiten (Eingaben für unser Beispiel auf der nächsten Seite)
Hinweis: Das MSP nimmt an, dass dieser Arbeitszyklus ständig wiederholt wird.
Falls die Bewegung nur sporadisch erfolgt,
fügen Sie einfach am Ende eine genügend
lange Pause ein (’Konstant/Pause’).
Die Schlüsseldaten der Last werden aufgrund dieser Bewegungsprofile neu berechnet
und im oberen Teil des Fensters
dargestellt. Der Einfluss einer Parameteränderung kann
sofort verfolgt werden.
Schritt 5: Beenden Sie den Eingabedialog mit 'OK'.
MSP Praktikum Sept. 2010 5 / 8

Förderbandantrieb
Für das Förderbandbeispiel wählen wir für die Bewegung ein 'Trapez'-Profil gefolgt von 'Konstant/Pause'.
MSP Praktikum Sept. 2010 6 / 8

Übung 5: Trägheitsrechner
Ziel: Bedienung des Trägheitsrechners
1. Öffnen Sie den Massenträgheitsrechner. Oranger Knopf im linken Teil.
2. Geben Sie die Shutter-Struktur aus Aluminium ein (vgl. Abbildung).
Schritt 1: Für die beiden scheibenförmigen Shutter wählen Sie 'Zylinder / Scheibe' und fügen diese
zur Struktur hinzu (Knopf '>').
Schritt 2: Geben Sie die Abmessungen der Scheiben ein. Beachten Sie, dass diese sich in einem
Abstand von der Drehachse P befinden!
Schritt 3: Für die 4 Stäbe wählen Sie 'Zylinder / Stab quer' und fügen diese zur Struktur hinzu
(Knopf '>').
Schritt 4: Geben Sie die Abmessungen der Stäbe ein. Beachten Sie, dass sich ihre Massenschwerpunkte
in einem Abstand von der Drehachse P befinden!
3. Fragen:
Welche Teile tragen am meisten zum Trägheitsmoment bei?
Wie gross ist das Trägheitsmoment der gesamten Struktur?
Wie gross ist die Masse der gesamten Struktur?
Hinweise für Vereinfachungen
− Das zentrale Teil um die Achse P
kann bei der Berechnung des
Trägheitsmomentes vernachlässigt
werden.
− Die beiden Shutter könnten durch
eine einzige Scheibe mit doppelter
Dicke ersetzt werden.
− Die 4 Stäbe könnten durch einen
Stab mit doppeltem Durchmesser
ersetzt werden.
MSP Praktikum Sept. 2010 7 / 8

Übung 6: Lastrechner
Ziel: Bedienung des Lastrechner-Programmmodus.
1. Wählen sie 'Lastrechner' in der linken Spalte. Lesen sie die Anweisungen
im Hauptteil des Bildschirms.
2. Definieren sie das Netzteil.
3. Falls gewünscht, definieren Sie den Antrieb und geben Lastpunkte ein.
4. Wählen sie eine Motor-Getriebe- Kombination
Schritt 1: Klicken Sie auf das Symbol ‘Motor’.
Schritt 2: Geben Sie eine ’Motor Nr.’ ein oder wählen Sie ein
’Motorprogramm’.
Schritt 3: Markieren Sie den gewünschten Motor in der Liste und drücken Sie 'OK'.
Schritt 4: Wählen Sie ein passendes Getriebe aus der Liste.
5. Resultate:
Sie können ein Datenblatt des Antriebs öffnen.
Mit Hilfe des Diagramms können Sie beurteilen, ob der Antrieb die Lastanforderungen erfüllt.
Hinweis: Dieser Programmmodus macht keine Auswahl, sondern gibt Ihnen die Informationen über
einen bereits bestehenden Antrieb.
Übung 7: Getriebemotor-Vergleich
Ziel: Bedienung des Vergleich-Programmmodus.
1. Wählen sie 'Vergleich' in der linken Spalte. Lesen sie die Anweisungen im
Hauptteil des Bildschirms.
2. Definieren sie das Netzteil. Geben Sie die Spannung für den Vergleich
ein.
3. Falls gewünscht, definieren Sie den Antrieb und geben Lastpunkte ein.
4. Geben Sie einen Antrieb ein, den Sie vergleichen oder ersetzen möchten.
Schritt 1: Wählen Sie einen Motor aus der Liste und übernehmen Sie
dessen Motordaten durch klicken auf den Knopf ’