Fachartikel aus MECHATRONIK 9-10/2015, S. 56 bis 58
Simulation
Einstieg in die Schwingungsanalyse
Simulation erleichtert und verbessert den Auslegungsprozess. Methoden zur Analyse des dynamischen Verhaltens mechatronischer Antriebsstränge – insbesondere des Schwingungsverhaltens.
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| Gesamt-Simulationsmodell des Antriebsstrangs
(Bild: RWTH Aachen) |
Von Andreas Bubert, Prof. Rik W. De Doncker, Philipp Kauffmann
Bei industriellen Anwendungen mit mechatronischen Antriebssträngen – wie in Maschinenprüfständen, der Fördertechnik oder in Automotive – liegt der Fokus allgemein auf Stabilität und Kosten. Schwingungen werden dabei häufig vernachlässigt. Das liegt teilweise am fehlenden Bewusstsein für diese Materie, aber auch an der komplexen Bestimmung des Schwingungsverhaltens, da sowohl elektrische als auch mechanische Kompetenzen benötigt werden.
Ebenso gehört eine Simulationssoftware – besonders im Mittelstand – immer noch nicht zum Standardentwicklungswerkzeug vieler Produzenten. So wird häufig viel Zeit in die Entwicklung und Produktion von Prototypen investiert, die zwar einzeln den Anforderungen entsprechen, im Zusammenspiel jedoch Schwingungsprobleme verursachen.
Schwingungen als Sicherheitsaspekt
Dabei stellen Schwingungen im Antriebsstrang einen kritischen Sicherheitsaspekt dar: Wenn im Betrieb Resonanzfrequenzen getroffen werden, können unkontrollierte Vibrationen auftreten, die zu Materialschäden oder gar Personenschäden führen. Dabei gehören der Motor inklusive der Regelung und das Getriebe zu den Komponenten, die Schwingungen anregen können. Wenn das Getriebe mit einem konstanten Moment betrieben wird, führt die sich ändernde Steifigkeit des Zahnkontakts zu einer Anregung des Ausgangsmoments.
Neben dem Getriebe können auch die Raumharmonischen des Motors – zum Beispiel Cogging Torque – Schwingungen im Antriebsstrang verursachen, falls die Motorregelung nicht in der Lage ist, diese auszuregeln. Daher ist eine genaue Betrachtung des Antriebsstrangverhaltens bereits in der Auslegungsphase unentbehrlich.
www.isea.rwth-aachen.de
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