Antriebstechnik Flashcards
(43 cards)
Aus welchen Komponenten ist eine NC-Vorschubachse
aufgebaut?
- Schlitten, Support
- Antriebsmotor: Erzeugung der Bewegung
- Transmission: Übertragung der Motorbewegung auf einen Vorschubschlitten
- Tachogenerator zur Rückmeldung der Drehzahl
- Messsystem: Rückmeldung der Position an den Regler
- Steuerung: Vorgabe der Bahn, Interpolation der Achsbewegungen
- Regler: Anfahren und Halten der Position
- Führungen
- Gestellkomponente
Skript 12.
Die Vorschubachse einer Produktionsmaschine besteht aus einer Vielzahl von Komponenten (vergleiche Bild 12.1). Bild 12.2 zeigt die Funktion einer Vorschubachse. Der Antrieb des Supports erfolgt über einen Servomotor, dessen Drehbewegung über einen Kugelgewindetrieb und ggf. ein Getriebe in eine Linearbewegung umgesetzt wird. Der Motor meldet über ein Strommessglied und einen Tachogenerator an den Regler den Strom und die Drehzahl zurück. Die Lage des Supports wird durch ein Messsystem erfasst, im Bild 12.2 ist ein direktes Messsystem dargestellt, welches direkt die Position des Supports erfasst und an den Regler zurückgibt. Dabei wird die Position sowie die Geschwindigkeit, mit der diese Position angefahren werden soll, durch die Steuerung vorgegeben. Die Ansteuerung des Motors erfolgt über einen Regler oder Leistungsverstärker. Dieser verarbeitet die Sollwertvorgaben aus der Steuerung sowie die Rückmeldungen der Istwerte von Strom, Geschwindigkeit und Lage und legt daraus den neuen Stromwert fest. Damit der Support in die richtige Richtung fährt, benötigt die Vorschubachse Führungen, die zur Lagefixierung mit dem Gestell fest verbunden sind.
Ergaenzung 126.
Welcher Vorteile bietet der Aufbau von NC-Vorschubachsen hinsichtlich des modularen Aufbaus von Werkzeugmaschinen?
Flexibilität im Maschinenaufbau, einfache Wartung, Austauschbarkeit
- Flexibilität in der KonstruktionAnpassung an verschiedene Anforderungen: Durch den modularen Aufbau können unterschiedliche Werkzeugmaschinenvarianten einfach durch Kombination standardisierter Vorschubachsen realisiert werden (z. B. Drehmaschinen, Fräsmaschinen oder Bearbeitungszentren).
Skalierbarkeit: Die Achsen können je nach Kundenanforderung erweitert oder reduziert werden, z. B. durch Hinzufügen zusätzlicher Achsen (4- oder 5-Achs-Bearbeitung). - Kürzere EntwicklungszeitenWiederverwendung von Baugruppen: Module wie Kugelgewindetriebe, Führungen oder Motoren können als standardisierte Einheiten in verschiedenen Maschinentypen verwendet werden, was die Entwicklungszeit reduziert.
Schnellere Prototypenentwicklung: Der modulare Aufbau ermöglicht eine schnelle Implementierung und Testphase neuer Maschinen. - KosteneffizienzSerienfertigung: Standardisierte Vorschubachsen können in größeren Stückzahlen produziert werden, was die Produktionskosten senkt.
Reduzierte Lagerhaltung: Durch die Verwendung standardisierter Module können Ersatzteile und Baugruppen einfacher gelagert und verwaltet werden. - Einfache Wartung und ReparaturAustauschbarkeit: Defekte Module können einfach ausgetauscht werden, ohne die gesamte Maschine zu demontieren.
Schnelle Fehlerdiagnose: Dank standardisierter Schnittstellen und Komponenten können Fehler leichter lokalisiert und behoben werden. - Zukunftssicherheit und NachrüstungUpgrades: Neue Technologien, wie leistungsfähigere Motoren oder Steuerungskomponenten, können in bestehende Maschinen integriert werden, ohne den gesamten Aufbau zu ändern.
Erweiterung der Funktionalität: Zusätzliche Module (z. B. zusätzliche Achsen oder Werkzeugsysteme) können problemlos hinzugefügt werden. - Globale StandardisierungEinheitliche Schnittstellen: Modular aufgebaute Vorschubachsen ermöglichen es, Maschinen weltweit einheitlich zu produzieren und zu warten.
Herstellerübergreifende Kompatibilität: Dank Standards wie ISO oder DIN können Module verschiedener Hersteller in eine Maschine integriert werden. - Optimierung der LeistungAnpassung an spezifische Anwendungen: Durch die modulare Bauweise können Vorschubachsen mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen (z. B. höhere Genauigkeit oder Belastbarkeit) kombiniert werden, um optimal auf den Einsatzzweck abgestimmt zu sein.
Effiziente Ressourcennutzung: Module können gezielt für bestimmte Maschinenkonfigurationen genutzt werden, wodurch Überdimensionierungen vermieden werden.
Was ist der Ruck? Weshalb gibt es eine Ruckbegrenzung bei Werkzeugmaschinen?
Der Ruck beschreibt die zeitliche Änderung der Beschleunigung einer Bewegung, also die dritte Ableitung der Position nach der Zeit oder die erste Ableitung der Beschleunigung.
In Werkzeugmaschinen wird der Ruck begrenzt, um eine gleichmäßige und präzise Bewegung der Vorschubachsen zu gewährleisten. Eine zu hohe Ruckbelastung kann zu unerwünschten Effekten führen.
Schonung der Mechanik: Verhindert Verschleiß und Vibrationen.
Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit: Stabilere Bewegung und bessere Oberflächenqualität.
Schutz von Steuerung und Antrieben: Reduziert Belastung und Energieverbrauch.
Verhinderung von Schäden: Schützt Werkstücke und Werkzeuge vor Brüchen.
- Vermeidung mechanischer BelastungenSchonung der Mechanik: Ein plötzlicher, starker Wechsel in der Beschleunigung erzeugt hohe dynamische Kräfte, die die Mechanik (z. B. Kugelgewindetriebe, Führungen) und Lager unnötig belasten und zu vorzeitigem Verschleiß führen können.
Reduktion von Vibrationen: Hohe Ruckwerte erzeugen Vibrationen in der Maschine, die die Präzision und die Lebensdauer der Komponenten negativ beeinflussen. - Verbesserung der BearbeitungsgenauigkeitStabilität der Bewegung: Eine gleichmäßige und ruckbegrenzte Bewegung führt zu weniger Schwingungen und erhöht die Positionier- und Wiederholgenauigkeit.
Oberflächenqualität: Insbesondere bei hochpräzisen Bearbeitungen wie Fräsen oder Schleifen sorgt eine kontrollierte Bewegung ohne abrupte Wechsel in der Beschleunigung für bessere Oberflächen. - Schutz der Steuerung und AntriebeSchonung von Servoantrieben: Plötzliche, hohe Ruckwerte belasten auch die Motoren und deren Regelungselektronik, was die Lebensdauer dieser Komponenten verkürzt.
Reduktion des Energieverbrauchs: Sanfte Bewegungen mit begrenztem Ruck verbrauchen weniger Energie und vermeiden Spitzenlasten in den Antrieben. - Komfort und SicherheitReduzierung von Geräuschen: Abrupte Bewegungen führen zu plötzlichen Geräuschen und einem “ruckartigen” Betrieb, was den Bedienkomfort und die Arbeitsumgebung beeinträchtigen kann.
Verhinderung von Schäden: Ein hoher Ruck kann bei empfindlichen Werkstücken oder Werkzeugen (z. B. bei dünnen Fräsern oder spröden Materialien) zu Brüchen oder Schäden führen.
Beschreiben Sie den Arbeitsablauf bei CNC gesteuerten Maschinen?
Der Arbeitsablauf ist dabei so aufgebaut, dass nur der gerade aktuelle Teil des NC- Programms in der CPU der Steuerung gespeichert zu werden braucht. Nachgeschaltet zur Steuerung arbeitet in jeder Achse ein Achsregler. Produktionsmaschinen verwenden P/PI/PID Regler mit teils sehr aufwändigen Filtern. Für die Achsregelung wird ein Lage-, Drehzahl- und Stromregler als Kaskadenregelung verwendet
Ergaenzung 129.
Arbeitsablauf in der CNC-Steuerung:
Interpretation des NC-Codes:
Der NC-Code, der die Bewegungsgeometrie (z. B. G-Code) beschreibt, wird von der Steuerung gelesen und interpretiert.
Die Steuerung analysiert den aktuellen Abschnitt des Programms und berechnet daraus die Bewegungsbefehle für die Maschinenachsen.
Optimierung und Berechnung der Achssollwerte:
Die Steuerung optimiert die Bewegungsprofile, beispielsweise durch die Ruckbegrenzung und die Einhaltung dynamischer Maschinenlimits (z. B. max. Geschwindigkeit, Beschleunigung).
Aus den Verfahrbefehlen des NC-Programms werden Sollwerte für jede Achse generiert.
Feininterpolation:
In der Feininterpolation wird der Bewegungsbefehl weiter verfeinert und aufgeteilt, sodass pro Interpolationstakt und Achse ein präziser neuer Sollwert berechnet wird.
Dies ermöglicht eine gleichmäßige und präzise Bewegung der Achsen, auch bei komplexen Geometrien.
Speicherbedarf in der CPU:
Nur der aktuell benötigte Teil des NC-Programms wird in der CPU der Steuerung gespeichert, wodurch die Rechenleistung effizient genutzt wird.
Regelung durch Achsregler:
Nachgeschaltete Achsregler: Für jede Achse gibt es einen separaten Regelkreis, der die generierten Sollwerte umsetzt.
Regler-Typen: Produktionsmaschinen verwenden P-, PI- oder PID-Regler mit zusätzlichen Filtern, um Störungen zu minimieren und die Regelgenauigkeit zu erhöhen.
Kaskadierte Regelung in den Achsreglern:
Für die Achsregelung wird ein kaskadierter Regelkreis eingesetzt, der in drei Ebenen arbeitet:
Stromregler (innere Ebene): Regelt den Motorstrom und damit das Drehmoment oder die Vorschubkraft. Diese Ebene reagiert sehr schnell.
Drehzahlregler (mittlere Ebene): Regelt die Rotations- oder Vorschubgeschwindigkeit der Achse.
Lageregler (äußere Ebene): Regelt die exakte Position der Achse anhand der vom NC-Programm vorgegebenen Sollwerte.
Verwendung aufwändiger Filter:
Um hohe Präzision zu gewährleisten, werden in der Steuerung und den Reglern Filter eingesetzt, um mechanische oder elektrische Störungen zu eliminieren (z. B. Vibrationsfilter oder Bandpassfilter).
Beschreiben Sie den Kaskadenregler wie er bei
Werkzeugmaschinen eingesetzt wird?
Kaskadenregler
* Übergeordneter Lageregler,
* Darunter untergeordneter Drehzahlregler (Geschwindigkeitsregler)
* Darunter untergeordneter Stromregler (Beschleunigungsregler)
* Messsysteme
* i: z.B. Hall-Sensor
* n: Tachogenerator
* x: Positionsmesssystem
Der Kaskadenregler hat den Vorteil,
dass er nicht als Gesamtsystem ausgelegt werden muss. Schritt für Schritt, kann zuerst
der Stromregler, danach der Drehzahlregler und zum Abschluss der Lageregler ausgelegt
werden.
Ergaenzung 130.
Weshalb wird ein kaskadierter Regelkreis bei WZM eingesetzt?
eingesetzt, um die präzise Regelung der Bewegung und Position der Achsen sicherzustellen. Diese Methode teilt die Regelung in mehrere, hierarchisch angeordnete Ebenen auf, die nacheinander arbeiten und verschiedene physikalische Größen regeln (z. B. Strom, Geschwindigkeit, Position). Dadurch wird eine schnelle, stabile und präzise Steuerung ermöglicht.
Vorteile
Hohe Präzision: Jede Regelungsebene arbeitet optimal, was zu einer präzisen Bearbeitung und Positionierung führt.
Schnelle Reaktion: Störungen werden schnell erkannt und auf der entsprechenden Regelungsebene kompensiert.
Stabilität: Das System bleibt auch bei wechselnden Lasten oder schnellen Bewegungen stabil.
Skalierbarkeit: Der Regelkreis kann an Maschinen mit unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden.
Welche Anforderungen werden an elektrische Maschinen im
Werkzeugmaschinenbau gestellt?
- Anforderungen an elektrische Antriebe (allg.)
- Geeigneter Angriffspunkt und –richtung der Antriebskräfte
- Vermeiden von antriebsbedingten Störungen
- Vorhersagbares, deterministisches Verhalten => Berücksichtigung in Form von Modellen möglich (Feed-forward-Steuerung)
- Ideales Verhalten: Kraft ist linear Abhängig vom Motorstrom 𝐹 = 𝐾 𝑖
- 𝐾: Motorkonstante
- Gefordert, 𝐾 unabhängig von:
- Position
- Geschwindigkeit
- Stromniveau/Belastung
- Toleranzen (Bauabweichungen etc.)
- Temperatur
Beschreiben Sie das Grundprinzip einer elektrischen Maschine.
Motorprinzip (elektrische Energie → mechanische Energie):
- In einer elektrischen Maschine wird ein Strom durch eine Leiterschleife oder eine Wicklung geleitet. - Der Strom erzeugt ein Magnetfeld, das mit einem vorhandenen statischen oder rotierenden Magnetfeld (z. B. eines Permanentmagneten oder einer weiteren Wicklung) interagiert. - Diese Interaktion erzeugt eine mechanische Kraft (Lorentzkraft oder Gesetz von Biot Savart), die auf den Leiter wirkt und eine bewegung erzeugt. - Beispiel: Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in Drehmoment um, das für den Antrieb von Maschinen genutzt wird.
Generatorprinzip (mechanische Energie → elektrische Energie):
- Durch die Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld (z. B. einer rotierenden Spule) wird eine elektrische Spannung induziert (gemäß Faraday’schem Induktionsgesetz). - Die induzierte Spannung treibt einen Strom, wenn der Generator an eine elektrische Last angeschlossen ist. - Beispiel: Ein Generator in einem Kraftwerk wandelt die mechanische Energie von Turbinen (z. B. durch Wasser, Dampf oder Wind) in elektrische Energie um.
Ergaenzung 133.
Welche Verluste haben elektrische Maschinen?
Leistungsverluste: Reibungsverluste
Hysterese- und
Wirbelstromverluste
Ohm’sche Verluste
Kupferverluste, Eisenverluste, Reibungsverluste, Wirbelstromverluste
- Kupferverluste entstehen durch den elektrischen Widerstand der Wicklungen. Der Stromfluss erzeugt
- Hysterese: Ursache: Durch die Umlagerung der magnetischen Domänen im Kernmaterial bei jeder Magnetisierungsänderung. Das Material verbraucht Energie, um seine Magnetisierung zu ändern, was als Wärme verloren geht.
- Wirbelstromverluste: Ursache: Durch die Induktion von Strömen in leitfähigen ferromagnetischen Materialien. Erklärung: Diese Ströme erzeugen Wärmeverluste im Kernmaterial.
Welchem Prinzip folgt der Reluktanzmotor?
basiert auf dem Prinzip der minimalen magnetischen Reluktanz (magnetischer Widerstand). Dieses Prinzip besagt, dass ein magnetischer Fluss immer den Weg mit dem geringsten magnetischen Widerstand sucht. Der Motor nutzt diese Eigenschaft, um ein Drehmoment zu erzeugen.
Beschreiben Sie die Temperaturproblematik bei Elektromotoren in
Werkzeugmaschinen.
Elektromotoren in Werkzeugmaschinen sind während des Betriebs hohen Belastungen ausgesetzt. Dabei stellt die Temperaturentwicklung eine kritische Herausforderung dar, da sie die Effizienz, Leistung und Lebensdauer des Motors sowie die Präzision der gesamten Maschine beeinflussen kann.
Durch den Einsatz effizienter Kühltechniken, thermischer Überwachung und einer optimierten Konstruktion der Motoren kann die Temperatur kontrolliert und die Lebensdauer sowie Effizienz der Maschine gesteigert werden.
Weshalb ist eine Motorschutzschaltung während der Bearbeitung
zu vermeiden?
Eine Motorschutzschaltung ist ein sicherheitsrelevanter Bestandteil, der den Elektromotor vor Schäden durch Überlast, Übertemperatur oder Kurzschluss schützt. Allerdings kann das Aktivieren der Schutzschaltung während der Bearbeitung in Werkzeugmaschinen erhebliche Probleme verursachen.
Eine Motorschutzschaltung während der Bearbeitung ist zu vermeiden, da sie zu plötzlichen Maschinenstillständen, Werkstück- und Werkzeugschäden sowie zu Zeit- und Produktionsverlusten führen kann. Stattdessen sollten präventive Maßnahmen, wie die Überwachung der Motorparameter und eine schrittweise Leistungsreduzierung, eingesetzt werden, um den Motor zu schützen, ohne die Bearbeitung abrupt zu unterbrechen.
Welche Arten von Elektromotoren/Motorprinzipien kennen Sie?
Wie unterscheiden sich die Drehzahl-/Drehmomentkurven?
Ein Antrieb soll Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge bei Vor- und Rückwärtsfahrbewegungen ermöglichen. In diesem Zusammenhang spricht man vom sogenannten Vierquadrantenbetrieb (Bild 12.10). Je nach Bauart lässt sich die Bremsenergie elektrisch zurückgewinnen oder wird über Widerstände in Wärme umgewandelt. Die elektrischen Maschinen in Tabelle 12.1 lassen sich anhand mehrerer Unterscheidungskriterien ordnen. Auf der ersten Hierarchiestufe unterscheidet man zwischen Drehfeldmaschinen (Asynchron- und Synchronmaschinen) und Gleichstrommaschinen, wobei der EC-Motor eine Zwischenstellung zwischen Gleichstrommaschinen und Synchronmaschinen einnimmt. Prinzipiell sind alle Arten rotierender Antriebe auch linear ausführbar; Drehfeld → Wanderfeld:
Synchron-/EC-Linearmotoren
Asynchron-Linearmotoren
Reluktanz-/Schritt-Linearmotoren
Ergaenzung 138.
Drehzahl-/Drehmomentkurven:
* Gleichstrommotor: Lineare Beziehung.
* Asynchronmotor: Schlupfabhängiges Drehmoment.
* Synchronmotor: Konstantes Drehmoment bis Nenndrehzahl.
Wie unterscheiden sich schnelldrehende Elektromotoren von Elektromotoren mit hohem Drehmoment?
Schnelläufer:
* hohe Dynamik
- geringe Drehmomente
Drehmomentmotor:
* hohes Drehmoment
* geringe Dynamik
Welche Vorteile haben Gleichstrommaschinen im Nebenschluss?
Gleichbleibende Drehzahl bei wechselnden Lasten.
Gleichstrommaschinen im Nebenschluss bieten eine Kombination aus stabiler Drehzahl, einfacher Regelbarkeit und hoher Zuverlässigkeit. Sie sind ideal für Anwendungen, die präzise Steuerung und gleichmäßigen Betrieb erfordern
1. Geringe Drehzahländerung bei Belastung
Die Drehzahl der Maschine bleibt relativ konstant, auch wenn sich die Belastung ändert. Grund: Der Erregerstrom wird unabhängig vom Ankerstrom gespeist, sodass der Erregerfluss nahezu konstant bleibt. Dadurch bleibt die Drehzahl bei Laständerungen stabil. Vorteil: Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, die eine konstante Drehzahl erfordern, wie z. B. Förderbänder oder Werkzeugmaschinen.
- Gute RegelbarkeitNebenschlussmaschinen ermöglichen eine einfache und präzise Drehzahlregelung.
Drehzahlsteuerung: Durch Änderung der Ankerversorgungsspannung.
Feldregelung: Durch Veränderung des Erregerstroms (z. B. Feldschwächung).
Vorteil: Ideal für Anwendungen, bei denen die Drehzahl flexibel angepasst werden muss. - Hohe BetriebssicherheitDer Erregerkreis ist unabhängig vom Ankerstrom, was den Betrieb sicherer und stabiler macht.
Selbst bei Belastungsschwankungen bleibt der Erregerstrom konstant.
Vorteil: Zuverlässigkeit und Stabilität in anspruchsvollen Einsatzumgebungen. - Gleichmäßiger AnlaufIm Vergleich zu Reihenschlussmaschinen laufen Nebenschlussmaschinen ruhiger an, da die Drehzahl nicht von der Belastung abhängt.
Vorteil: Besonders geeignet für Maschinen, die empfindlich auf plötzliche Last- oder Drehzahlschwankungen reagieren, wie z. B. Pumpen oder Lüfter. - Möglichkeit des GeneratorbetriebsNebenschlussmaschinen eignen sich hervorragend als Generatoren, da sie eine konstante Ausgangsspannung liefern können, wenn die Drehzahl konstant gehalten wird.
Vorteil: Nützlich in Anwendungen wie Notstromaggregaten oder Batterieladesystemen. - Geringere Gefahr von ÜberschlägenDa die Drehzahl auch bei Leerlauf oder geringer Belastung begrenzt bleibt, besteht weniger Gefahr von mechanischen Schäden oder Funkenbildung, wie sie bei Reihenschlussmaschinen auftreten könnten.
Vorteil: Erhöhte Betriebssicherheit, insbesondere bei empfindlicheren Maschinen. - Universelle EinsetzbarkeitDie Nebenschlussmaschine ist sowohl für konstante Lastanwendungen als auch für Anwendungen mit variabler Last geeignet.
Beispiele: Werkzeugmaschinen, Förderanlagen, Pumpen, Lüfter oder Prüfstände.
Ergänzung 140.
Welche Vorteile haben Gleichstrommaschinen im Reihenschluss?
Hohe Anlaufmomente, geeignet für variable Lasten.
- Hohes AnlaufmomentVorteil: Die Maschine erzeugt ein sehr hohes Drehmoment im Stillstand oder bei niedrigen Drehzahlen.
Grund: Bei niedrigen Drehzahlen fließt ein hoher Strom durch die Reihenschlusswicklung, wodurch der magnetische Fluss und das Drehmoment stark ansteigen.
Anwendung: Ideal für Antriebe, die schwere Lasten aus dem Stillstand bewegen müssen, wie z. B. Kräne, Züge, Aufzüge oder Fördermaschinen. - Automatische Anpassung an die BelastungVorteil: Die Drehzahl passt sich automatisch an die Belastung an.
Grund: Bei steigender Belastung sinkt die Drehzahl, wodurch der Strom (und damit das Drehmoment) zunimmt, um die Last auszugleichen.
Anwendung: Nützlich in Maschinen, die unter stark schwankenden Lastbedingungen arbeiten, wie z. B. Werkzeugmaschinen oder Fahrzeugantriebe. - Hohe Leistung bei niedrigen DrehzahlenVorteil: Die Maschine kann hohe Leistungen auch bei niedrigen Drehzahlen liefern, da das Drehmoment proportional zum Strom ist.
Anwendung: Besonders vorteilhaft bei Anwendungen, die langsame, kraftvolle Bewegungen erfordern, wie Seilwinden oder Förderbänder. - Einfache BauweiseVorteil: Die Schaltung der Erregerwicklung in Reihe mit der Ankerwicklung macht die Maschine konstruktiv einfach und robust.
Grund: Es wird kein separater Erregerkreis benötigt.
Anwendung: Dies reduziert die Kosten und vereinfacht den Einsatz in mobilen Anwendungen wie Fahrzeugen oder portablen Maschinen. - Robustes Verhalten bei ÜberlastungVorteil: Die Maschine kann kurzfristig hohe Überlastströme verarbeiten.
Grund: Durch die Zunahme des Stroms steigt der magnetische Fluss, was die Drehmomentkapazität deutlich erhöht.
Anwendung: Dies ist wichtig in Anwendungen mit kurzfristigen Spitzenlasten, wie z. B. beim Starten von schweren Maschinen. - Selbstregulierung der LeistungVorteil: Die Maschine reduziert ihre Drehzahl bei Erhöhung der Last, was hilft, die Belastung auf die Maschine gleichmäßig zu verteilen.
Grund: Bei einer Erhöhung der Last sinkt die Drehzahl, wodurch mehr Strom fließt und die Maschine mehr Leistung liefern kann.
Anwendung: Besonders nützlich in Anwendungen mit variabler Last, wie Straßenbahnen oder Förderanlagen. - Kostengünstig und zuverlässigVorteil: Reihenschlussmaschinen sind günstig in der Herstellung und sehr zuverlässig.
Grund: Der Wegfall von separaten Erregerschaltungen und die robuste Bauweise machen sie weniger fehleranfällig.
Anwendung: Für einfache Anwendungen, bei denen Präzision nicht entscheidend ist.
Ergäzung 141.
Beschreiben Sie die Drehzahl-Drehmomentkurve einer
Gleichstrommaschine und erklären Sie wie bei gegebener Drehzahl das
Lastmoment erhöht werden kann.
Wird die Maschine mit einem konstanten Widerstandsmoment MW1 und bei vorgegebener Spannung U1 hochgefahren, beschleunigt der Motor und pendelt sich um den Punkt 1 ein, in dem sich das Widerstandsmoment und das Motormoment im Gleichgewicht be nden. Soll die Drehzahl n1 bei konstantem Moment auf eine Drehzahl n2 erhöht werden, muss nach Gleichung 12.25 die Spannung auf U2 angehoben werden, so dass sich ein neuer Gleichgewichtszustand im Punkt 2 einspielt, der auf der der neuen, durch U2 gegebenen, charakteristischen Gerade liegt. Soll nun das Moment auf den Betrag von MW2 ansteigen (Punkt 3 ), so sinkt die Drehzahl des Motors auf die Drehzahl n3 ab. Um die sen Drehzahlabfall bei wechselnden Lastmomenten aufzufangen, bedarf es einer Regelung, die die Drehzahl unabhängig vom Widerstandsmoment stellt.
Ergänzung 142.
Weshalb unterscheidet man bei elektrischen Maschinen immer
einen Dauerbetrieb und einen Kurzzeitbetrieb?
Dauerbetrieb: Konstant belastet ohne Überhitzung.
Kurzzeitbetrieb: Kurzzeitig überlastbar mit Abkühlphasen.
Ergänzung 143.
Wie hoch kann die maximale Leistungsabgabe im Kurzzeitbetrieb
im Vergleich zum Dauerbetrieb sein?
Bis zu 2-3-mal höher als im Dauerbetrieb.
Weshalb muss bei permanenterregten Synchronmotoren die
Läuferlage erfasst werden?
Ermöglicht genaue Steuerung und Synchronisation zwischen Rotor und Statorfeld.
Für den Betrieb einer Synchronmaschine ist eine Erfassung der Läuferlage erforderlich, die zur Ausregelung des optimalen Lastwinkels dient.Die Aufrechterhaltung dieses optimalen Betriebszustandes erfordert bei veränderlicher Last eine Überwachung der Läuferdrehlage und eine entsprechende Steuerung des Drehfeldes, um sicherzustellen, daÿ der Lastwinkel immer gleich 90 ist.
Worin unterscheiden sich Synchron- und Asynchronmotoren?
Synchronmotor: Rotor dreht synchron zum Statorfeld.
Asynchronmotor: Rotor dreht leicht hinterher (Schlupf).
Synchronmaschine:
* deutlich einfacher regelbar
* keine Erwärmung des Läufers wg. Pernamantmagnete
* Betreib im Kippmement, kaum sinnvoll im Feldschwächbetrieb betreibbar
Asynchronmaschine:
* Betrieb in weiten Drehzahlbereichen durch Feldschwächbetrieb
Synchronmaschine und Asynchronmaschine dynamisch gleichwertig und der
Gleichtrommaschine überlegen
Beschreiben Sie die Drehmoment-Schlupf-Kurve eines
Asynchronmotors.
Der Schlupf ist ein Mass für die Drehzahl-Differenz zwischen Ständerdrehfeld und Läufer.
Steigendes Drehmoment bis zum Nennschlupf, danach Abfall.
Ergänzung 147.
Beschreiben Sie die Drehmoment-Drehzahl-Kurve eines
Asynchronmotors mit den Bereichen konstantes Drehmoment und
konstante Leistung.
Konstantes Drehmoment: Bis Nenndrehzahl.
Konstante Leistung: Oberhalb der Nenndrehzahl
Wie funktioniert ein Schrittmotor?
Stator erzeugt schrittweise magnetische Felder; Rotor folgt diesen in diskreten
Positionen.
* Definierte Winkelschritte, Übersetzung durch Getriebe auf nötige Schrittfeinheit oder
Versetzen von mehreren axial auf der Welle angeordneten Systemen
* Geringe erzielbare Momente.
Erg. 149/150.
