Systemsimulation von effizienten Antrieben - SWISS ENGINEERING ...

ITI GmbH
3D-Modell eines Schürfkübelbaggers
mit Reduzierung der
Antriebsschwingungen per Kompensationselement
(vgl. Heuer/
Grusdat/Schramm/Schreiber 2012).
maschinen mit rückspeisefähigen
Wechselrichtern ersetzt. Neben
energetischen Betrachtungen
standen hier insbesondere
die Schwingungs eigenschaften
der Antriebstränge im Fokus.
Besonders in den Schwenkwerkantrieben
kann es aufgrund
von Spiel in Getrieben zu
Schwingungsanregungen kommen,
welche beispielsweise
durch den am Ausleger pendelnden
Schürfkübel verursacht
werden. Das 3D-Modell des
Baggers und die Modelle von
Antriebsstrang, Motoren und
Ansteuerung ermöglichen die
realistische Abbildung dieser
Effekte. Ein Kompensationselement
für die Drehmomentsteller
wurde simulationsgestützt entwickelt,
dessen Wirksamkeit
im praktischen Einsatz nach ­
ge wiesen wurde.
Veränderlicher
Antriebsdrehzahl
Viele Verarbeitungsmaschinen
benötigen ungleichförmige periodische
Abtriebsbewegungen
bei möglichst hohen Taktzahlen.
Oft begrenzen aber Lärm, Verschleiss,
überhöhte Belastungen
oder Störungen des technologischen
Prozesses aufgrund von
Schwingungen die erreichbare
Höhe der Arbeitsgeschwindigkeiten.
Infolge der Massenkräfte,
die mit dem Quadrat
der Drehzahl zunehmen, und
der technologischen Kräfte
sind die Antriebsmomente
und die Antriebsgeschwindigkeit
periodisch veränderlich,
was zu Schwingungsanregungen
führt. Um Abtriebsbewegungen
für technologische
Forderungen mit ungleichförmig
übersetzen den Getrieben
zu erreichen, wird ein System
oft für konstante Antriebsdrehzahlen
ausgelegt. Dies ist
jedoch aus energetischer Sicht
nicht die beste Lösung (vgl.
Dresler/ Schreiber 2011). Der
Einfluss der Drehzahlschwankung
auf den Energiebedarf und
die Schwingungen des Abtriebs
wurde per Simulation analysiert
und eine Methode erarbeitet,
wie Kurvenscheiben mit HS-
Profil bei periodisch schwankenden
Antriebsdrehzahlen
auszulegen sind. Damit werden
sowohl ein energetisch günstiger
als auch schwingungsarmer
Betrieb der Maschinen möglich.
Simulation als Werkzeug
Die Energieeffizienz bestimmt
neben dem Klimawandel auch
die Wettbewerbsfähigkeit der
betreffenden Unternehmen. Ihre
Umsetzung bedarf nicht nur
neuer technischer und marktreifer
Antriebskomponenten,
sondern auch neuer Methoden,
um deren Systemwirkungen
im Zusammenspiel mit
dem Arbeitsprozess zu bewerten
und optimal abzustimmen.
Eine unbedachte und in ihren
technischen wie wirtschaftlichen
Auswirkungen nicht geprüfte
Antriebsdimensionierung kann
schwerwiegende wirtschaftliche
Folgen haben. Simulationssoftware
ist ein wichtiges, notwendiges
Werkzeug um Sparpotenziale
frühzeitig zu erkennen und die
Energieeffizienz sowie technische
Verfügbarkeit und Leistungsfähigkeit
von Anlagen und Maschinen
über alle Branchen hinweg
zu erhöhen.
Uwe Schreiber und
Christoph Schramm
ITI GmbH Dresden
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