Back to top

Exzentrizität, Flattern und wie ein Servosystem helfen kann

11 Mär 2016
Application Team India

Die Exzentrizität ist als das Maß definiert, um das eine Walze von der absolut kreisrunden Form abweicht. Im Idealfall sollte die Exzentrizität Null betragen; in der Realität ist dies jedoch nie der Fall. Im Grunde besitzt keine einzige Walze einen perfekt kreisförmigen Querschnitt, da sie von einer Maschine hergestellt wurde, die selbst Bearbeitungsfehler hat (denn auch sie ist das Produkt einer anderen Maschine usw.).

Wenn eine exzentrische Walze von einem Motor gedreht wird, ist Flattern die Folge. Als Flattern gilt die Winkelabweichung der Rotationsachse bei einer Umdrehung.

Lassen Sie uns nun untersuchen, auf welche Weise die Exzentrizität die Leistung der Maschine beeinträchtigen kann.

Eccentric Roll Load Profile

Betrachten Sie nun zwei Walzen, die miteinander in Kontakt stehen, wobei der Durchmesser der einen Walze halb so groß ist wie der Durchmesser der anderen.

Eccentric Rolls

Im Zusammenhang mit einem Induktionsmotor würde man bei konstanter Drehzahl ein konstantes Drehmoment erwarten. Da die Last jedoch (aufgrund der Exzentrizität) Schwankungen unterworfen ist, variiert auch das Drehmoment. Das Ergebnis ist höhere Beschleunigung des Motors.

T = J X α (T – Drehmoment, α – Winkelbeschleunigung, J – Trägheitsmoment)
Daher: α = T / J

Eine Änderung des Drehmoments führt also zu einer Änderung der Beschleunigung und damit zu einer Änderung der Drehzahl.
Wenn der Motor ein konstantes Drehmoment liefert, sieht das Drehzahlprofil aufgrund der schwankenden Last wie in der folgenden Abbildung aus:

Eccentric Rolls Speed Profile

Um eine konstante Drehzahl aufrechtzuerhalten, muss der Motor ein an die Schwankung der Last angepasstes Drehmoment liefern.

Eccentric Rolls Torque Profile

In der Regel muss der Motor alle 100 ms auf Änderungen des Drehmoments reagieren (z. B. bei einer Walze mit 600 U/min). Induktionsmotoren weisen allerdings normalerweise eine Drehmomentanregelzeit von 350–400 ms auf. Das heißt, dass Induktionsmotoren auch mit einer hervorragenden Antriebssteuerung nicht in der Lage sind, innerhalb der benötigten Zeit zu reagieren. Je mehr Walzen miteinander verbunden sind, umso größer ist die Schwankung der Last. In Produktionsmaschinen rotieren zahlreiche Walzen mit sehr hohen Drehzahlen.

Wie können Servosysteme hier von Nutzen sein?

1. Konventionelle, von Induktionsmotoren angetriebene Systeme sind nicht dynamisch genug, um auf derart schnelle Änderungen (im Größenbereich von 100 ms) reagieren zu können.
2. Synchronservomotoren mit Permanentmagnet (z. B. AKM Servomotoren) zeichnen sich durch Drehmomentanregelzeiten von 80–100 ms und damit schnellere Reaktionszeiten aus.
3. Die Stromregler-Taktzeit beim schnellsten Servoverstärker der Branche, dem AKD Servoregler, beträgt 670 ns. Diese hohe Geschwindigkeit trägt mit dazu bei, dass der Servomotor die gewünschte Reaktionszeit erreicht.

Eccentric Rolls Servo Response

Wenn es um die Reaktion auf variable Drehmomentanforderungen aufgrund der Exzentrizität der Mechanik geht, bieten Servo-Antriebssysteme im Vergleich zu herkömmlichen Systemen also eine deutlich bessere Leistung. Welche durch Exzentrizität verursachten Probleme hatten Sie in letzter Zeit zu bewältigen?

Über den Autor

Application Team India

Application Team India
This was written by one of our Application Engineers in Mumbai. You can reach the Indian team by email: sales.india@kollmorgen.com

Blog Taxonomy Helper

Allgemein
Applikationen
Business
Embedded Motion
Engineering
Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF)
Fieldbus
Food Regulations
Geschichte
Installationshinweise
Interconnectivity
Luftfahrt und Verteidigung
Medical
Oil and Gas
Packaging
Robotics
Technologie
Universitätspartnerschaften