Aktualisiert: 2023-06-22
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Modellbildung und Simulation hochdynamischer Fertigungssysteme
Schlüsselwort: Direktantrieb
Modellbildung und Simulation hochdynamischer Fertigungssysteme
Modellbildung und Simulation hochdynamischer Fertigungssysteme
Die Vernier-Maschine als Direktantrieb für Traktionsanwendungen
In Traktionsanwendungen werden in der Regel hohe Drehmomente bei niedrigen Raddrehzahlen benötigt, weshalb die Kombination aus einer schnelldrehenden Maschine und einem mechanischen Getriebe gängige Praxis ist. Die mechanischen Komponenten bringen jedoch einige negative Eigenschaften mit sich, weswegen besonders bei elektrisch angetriebenen Zweirädern ein vorteilhaftes Systemverhalten durch den Einsatz von Direktantrieben erreicht wird. Aufgrund des begrenzten Bauraums müssen die eingesetzten Antriebsmaschinen hohe Drehmomentdichten erreichen. Um die Drehmomentdichte der bisher verwendeten permanenterregten Synchronmaschinen zu steigern, können Flussmodulationsmaschinen eingesetzt werden.
Die in dieser Arbeit verwendete Außenläufer-Vernier-Maschine unterscheidet sich von konventionellen permanentmagneterregten Synchronmaschinen hauptsächlich durch die am Stator aufgesetzten Flussmodulationspole und die unterschiedlichen Polpaarzahlen auf Stator und Rotor. Die Konstruktion birgt keine zusätzlichen Komplexitäten sodass im Vergleich zu konventionellen Maschinen kein konstruktiver Mehraufwand und keine relevanten Mehrkosten in der Fertigung zu erwarten sind.
Der in dieser Arbeit durchgeführte gesamtheitliche Vergleich zu konventionellen Permanentmagnet-Maschinen zeigt, dass die Vernier-Maschine grundsätzlich eine geringere Flussverkettung erzeugt. Dennoch erreicht die Vernier-Maschine durch die interne Drehzahlübersetzung eine Drehmomentsteigerung von etwa 150 - 200 %. Die durchgeführten Berechnungen werden durch Messungen überprüft, sodass die getroffenen Überlegungen und die Simulationsmodelle als durch die Messung validiert anzusehen sind. Inwieweit ein Einsatz der Vernier-Maschine sinnvoll ist, kann jedoch nur individuell durch einen Vergleich der Kosten und des Nutzens ermittelt werden. Grundsätzlich eröffnet die Vernier-Maschine neue Möglichkeiten für Direktantriebe in Traktionsanwendungen auf besonders kleinem Bauraum.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Die Vernier-Maschine als Direktantrieb für Traktionsanwendungen
In Traktionsanwendungen werden in der Regel hohe Drehmomente bei niedrigen Raddrehzahlen benötigt, weshalb die Kombination aus einer schnelldrehenden Maschine und einem mechanischen Getriebe gängige Praxis ist. Die mechanischen Komponenten bringen jedoch einige negative Eigenschaften mit sich, weswegen besonders bei elektrisch angetriebenen Zweirädern ein vorteilhaftes Systemverhalten durch den Einsatz von Direktantrieben erreicht wird. Aufgrund des begrenzten Bauraums müssen die eingesetzten Antriebsmaschinen hohe Drehmomentdichten erreichen. Um die Drehmomentdichte der bisher verwendeten permanenterregten Synchronmaschinen zu steigern, können Flussmodulationsmaschinen eingesetzt werden.
Die in dieser Arbeit verwendete Außenläufer-Vernier-Maschine unterscheidet sich von konventionellen permanentmagneterregten Synchronmaschinen hauptsächlich durch die am Stator aufgesetzten Flussmodulationspole und die unterschiedlichen Polpaarzahlen auf Stator und Rotor. Die Konstruktion birgt keine zusätzlichen Komplexitäten sodass im Vergleich zu konventionellen Maschinen kein konstruktiver Mehraufwand und keine relevanten Mehrkosten in der Fertigung zu erwarten sind.
Der in dieser Arbeit durchgeführte gesamtheitliche Vergleich zu konventionellen Permanentmagnet-Maschinen zeigt, dass die Vernier-Maschine grundsätzlich eine geringere Flussverkettung erzeugt. Dennoch erreicht die Vernier-Maschine durch die interne Drehzahlübersetzung eine Drehmomentsteigerung von etwa 150 - 200 %. Die durchgeführten Berechnungen werden durch Messungen überprüft, sodass die getroffenen Überlegungen und die Simulationsmodelle als durch die Messung validiert anzusehen sind. Inwieweit ein Einsatz der Vernier-Maschine sinnvoll ist, kann jedoch nur individuell durch einen Vergleich der Kosten und des Nutzens ermittelt werden. Grundsätzlich eröffnet die Vernier-Maschine neue Möglichkeiten für Direktantriebe in Traktionsanwendungen auf besonders kleinem Bauraum.
Aktualisiert: 2023-05-25
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Die Vernier-Maschine als Direktantrieb für Traktionsanwendungen
In Traktionsanwendungen werden in der Regel hohe Drehmomente bei niedrigen Raddrehzahlen benötigt, weshalb die Kombination aus einer schnelldrehenden Maschine und einem mechanischen Getriebe gängige Praxis ist. Die mechanischen Komponenten bringen jedoch einige negative Eigenschaften mit sich, weswegen besonders bei elektrisch angetriebenen Zweirädern ein vorteilhaftes Systemverhalten durch den Einsatz von Direktantrieben erreicht wird. Aufgrund des begrenzten Bauraums müssen die eingesetzten Antriebsmaschinen hohe Drehmomentdichten erreichen. Um die Drehmomentdichte der bisher verwendeten permanenterregten Synchronmaschinen zu steigern, können Flussmodulationsmaschinen eingesetzt werden.
Die in dieser Arbeit verwendete Außenläufer-Vernier-Maschine unterscheidet sich von konventionellen permanentmagneterregten Synchronmaschinen hauptsächlich durch die am Stator aufgesetzten Flussmodulationspole und die unterschiedlichen Polpaarzahlen auf Stator und Rotor. Die Konstruktion birgt keine zusätzlichen Komplexitäten sodass im Vergleich zu konventionellen Maschinen kein konstruktiver Mehraufwand und keine relevanten Mehrkosten in der Fertigung zu erwarten sind.
Der in dieser Arbeit durchgeführte gesamtheitliche Vergleich zu konventionellen Permanentmagnet-Maschinen zeigt, dass die Vernier-Maschine grundsätzlich eine geringere Flussverkettung erzeugt. Dennoch erreicht die Vernier-Maschine durch die interne Drehzahlübersetzung eine Drehmomentsteigerung von etwa 150 - 200 %. Die durchgeführten Berechnungen werden durch Messungen überprüft, sodass die getroffenen Überlegungen und die Simulationsmodelle als durch die Messung validiert anzusehen sind. Inwieweit ein Einsatz der Vernier-Maschine sinnvoll ist, kann jedoch nur individuell durch einen Vergleich der Kosten und des Nutzens ermittelt werden. Grundsätzlich eröffnet die Vernier-Maschine neue Möglichkeiten für Direktantriebe in Traktionsanwendungen auf besonders kleinem Bauraum.
Aktualisiert: 2023-05-25
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Modellbildung und Simulation hochdynamischer Fertigungssysteme
Hochdynamische Lageregelung mit elektrohydraulischen Antrieben
Elektrohydraulische Vorschubantriebe, die meist als Direktantrieb mit einem Servozylinder und einem stetig verstellbaren Ventil dargestellt werden, zeichnen sich durch ein sehr schlechtes Regelverhalten im konventionellen P-Lageregelkreis aus. Gründe hierfür sind die geringe Steifigkeit der Ölsäulen im Servozylinder und das stark nichtlineare Verhalten der dynamischen Kennwerte des Antriebes. In dieser Arbeit werden, ausgehend von linearen Regelstrukturen, die im Zustandsraum arbeiten und eine hohe Dynamik in linearisierten Arbeitspunkten ermöglichen, nichtlineare Verfahren untersucht und für die Anwendung an Vorschubantrieben weiterentwickelt. Die Schwerpunkte lagen dabei sowohl auf der Entwicklung eines nichtlinearen Zustandsreglers für große Parameterunsicherheiten als auch auf der Entwicklung adaptiver Zustandsregelungen für elektrohydraulische Vorschubantriebe. Mit Hilfe der erarbeiteten Regelalgorithmen konnte die Dynamik im Lageregelkreis elektrohydraulischer Vorschubantriebe um den Faktor 5 bis 10 gegenüber einer konventionellen Lageregelung erhöht werden.
Aktualisiert: 2022-06-04
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Modellbildung und Simulation hochdynamischer Fertigungssysteme
ETG-Fb. 146: IKMT 2015
In der Fachtagung IKMT werden innovative elektrische, elektronische und mechanische Komponenten vorgestellt und Vorträge über neue Werkzeuge für Entwurf und Simulation ergänzen das Tagungsprogramm.
Feinwerktechnisch und mikrotechnisch hergestellte Antriebe bzw. Antriebskomponenten eröffnen neue Anwendungsmöglichkeiten, gerade, wenn es um die Miniaturisierung von Systemen geht. Neben den konventionellen Antriebsprinzipien gewinnen auch die so genannten unkonventionellen Aktorprinzipien, wie zum Beispiel piezoelektrische Aktoren, an Bedeutung.
Aktualisiert: 2020-09-28
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Technologie der elektrischen Direktantriebe
Der Autor beschreibt aufgrund jahrelanger, umfassender Erfahrung die Probleme, die sich bei der Konstruktion und Herstellung moderner Vorschubsysteme bei Bearbeitungsmaschinen, Messmaschinen, Handlingachsen und Schwenkfräskopf-Baugruppen ergeben, und liefert praxisnahe Lösungen. Dazu gehört das Aufzeigen von Vor- und Nachteilen linearer und rotativer Direktantriebe, der Einsatz von Piezo-Ultraschall-Linearantrieben; außerdem wird die hydrostatische, aerostatische und magnetische Führung und Lagerung von Baugruppen mit Direktantrieb beschrieben. Weiterhin werden Hinweise auf bewährte Steifigkeits- und Dämpfungsmaßnahmen sowie auf Halte- und Bremskonstruktionen gegeben. Der Text ist durch zahlreiche instruktive Skizzen ergänzt.
Aktualisiert: 2021-08-27
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Hochdynamische Lageregelung mit elektrohydraulischen Antrieben
Elektrohydraulische Vorschubantriebe, die meist als Direktantrieb mit einem Servozylinder und einem stetig verstellbaren Ventil dargestellt werden, zeichnen sich durch ein sehr schlechtes Regelverhalten im konventionellen P-Lageregelkreis aus. Gründe hierfür sind die geringe Steifigkeit der Ölsäulen im Servozylinder und das stark nichtlineare Verhalten der dynamischen Kennwerte des Antriebes. In dieser Arbeit werden, ausgehend von linearen Regelstrukturen, die im Zustandsraum arbeiten und eine hohe Dynamik in linearisierten Arbeitspunkten ermöglichen, nichtlineare Verfahren untersucht und für die Anwendung an Vorschubantrieben weiterentwickelt. Die Schwerpunkte lagen dabei sowohl auf der Entwicklung eines nichtlinearen Zustandsreglers für große Parameterunsicherheiten als auch auf der Entwicklung adaptiver Zustandsregelungen für elektrohydraulische Vorschubantriebe. Mit Hilfe der erarbeiteten Regelalgorithmen konnte die Dynamik im Lageregelkreis elektrohydraulischer Vorschubantriebe um den Faktor 5 bis 10 gegenüber einer konventionellen Lageregelung erhöht werden.
Aktualisiert: 2023-04-04
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