Gliederung: Einleitung. Stand der Forschung. Grundlagen, Randbedingungen und Berechnungen. Versuchsprogramm und durchführung

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1 0 Gliederung: Einleitung Stand der Forschung Grundlagen, Randbedingungen und Berechnungen Versuchsprogramm und durchführung Vergleich von Berechnung und Messung Zusammenfassung

2 1 Einleitung: Baukastensystem der SEW

3 2 Stand der Forschung: FVA 69 III (TUM): Programm WT-Plus: entstand aus Überarbeitung von WAEPRO Vorausberechnung der Ölsumpftemperaturen von Stirnradgetrieben Berechnung von Zahnradgetrieben mit Leistungsverzweigung nicht möglich FVA 313 (RUB): Programm PT-Win 1.0 Vorausberechnung der Ölsumpftemperatur von Industrieplanetengetrieben für statische Betriebspunkte (mn>=1,5 T>=1400Nm) Berechnung von spielarmen Servo-Planetengetrieben nicht möglich m n = [0,4;2]; M n = [25;3000]

4 Grundlagen: Verlustleistungen und Wärmeströme eines Servoplanetengetriebes 3

5 4 Grundlagen: Qualitativer Verlauf der Erwärmungskurve Wärmebilanz Beharrung = thermisches Gleichgewicht (Leerlauf, n e = konst. / T = T_ Öl - T_ U ) ΣP v = ΣQ ab Temperatur [ C] T_Öl [ C] 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 Zeit [h] Beharrung: d.h. die Zeit für die Entstehung und Abführung der Verlustwärme ist identisch Qab steigt mit DT: d.h. die entstehende Verlustwärme wird immer schneller abgeführt kleines DT: d.h. die entstehende Verlustwärme wird nicht schnell genug abgeführt T_Umgebung [ C]

6 5 Erweiterter Berechnungsansatz: Berechnungsweg: Eckdaten Gehäuseoberflächen, Verzahnungsdaten WDR- und Lagermaße, Lagerbeiwerte, etc. Randbedingungen max. zul. Öltemperatur Umgebungstemperatur, etc. + P v0 : lastunabhängige Verluste P vp : lastabhängige Verluste Q abk/s : Wärmestrom aus Konvektion und Strahlung Q abwl : Wärmeströme aus Wärmeleitung Iteration: ΣP vges = ΣQ abges Isotherme: M THERM = f (n) Verlust- und Wärmestromanteile sowie die iterative Lösung der Energiebilanz wurden in Näherungsgleichungen umgesetzt.

7 6 Getriebekennlinien: versch. Steigungen der Isothermen wegen unterschiedlicher Anteile i-abhängige Einzelverlustleistungen an P Vges Grenz-Isothermen bei unterschiedlichem T Öl max t = t1 - t2 = 30 K t2 i=4 i=4 i=10 Abtriebsmoment Ma [Nm] t1 i=4 t2 i=10 t1 i=10 Abtriebsdrehzahl na mittel [1/min]

8 7 Prüfstände (Universalprüfstand): HBM T-Messwelle Lagerbock Lastgetriebe: F-Getriebe mit Servomotor Steuerung über Umrichterschaltschrank Prüfgetriebe: PS.F/BS.F gleicher Anschraubwinkel Steuerung mit Movidrive B

9 8 Prüflinge (Auszug): Einflüsse von Baugröße, Bauform, i, Anbau, Motorgröße, T, n untersuchen Typ Baugröße i Adapter Mn [Nm] Mb [Nm] nk [min -1 ] PSF PSF PSF PSBF PSF PSF PSF PSF PSBF PSF PSF

10 9 Versuchsprogramm: Isothermen-Regelung für t ü =const. Regelschleife für M > Hochlauf Beharrung Gehäusetemperatur [ C] n emax bei M a =0 Nm anfahren M a erhöhen, n e wird geregelt Zeit [s] Tstat. Tu Temperaturverlauf

11 10 Versuchsprogramm: Thermographie-Messungen bei M a = 0 Nm Versuchsbeginn Beharrung Ergebnisse: Erwärmungsverläufe und lokale Temperaturquellen!

12 11 Vergleich von Berechnung und Messung: Abweichung Leerlaufdrehzahlen Versuch / Berechnung Abweichungen steigen mit: kleineren Moduln größeren Drehzahlen Optimum PSF DFS56H ne berechnet [Nm] Erklärung: Geltungsbereich abweichend der Näherungsgleichungen von FVA 313 in puncto M, m n,n e PSF CM90L PSF CM112H PSF CM71L PSF CM71L PSBF CM71L PSBF CM112M PSF CM90L ne gemessen [1/min]

13 12 Vergleich von Berechnung und Messung: Vergleich Grenz-Isothermen Berechnung / Messung PSF 521 i=4 CM112H t u =25 C, t Öl =100 C Abtriebsmoment Ma [Nm] (1) Projektierungskurve (2) gemessener Momentenverlauf (3) Berechnung fkorr = 1,3 (4) Berechnung fkorr = 1,8 Abtriebsdrehzahl na mittel [1/min]

14 Unterschied Grenzisotherme und thermische Grenzleistung: 13 Unterschied Grenz-Isotherme / therm. Grenzleistung Für Betriebssicherheit des Antriebs ist nicht die thermische Grenzleistung sondern die Grenzisotherme relevant! Abtriebsmoment Ma [Nm] i=3 Versuchswerte Berechnungswerte fkorr=1,3 Pth = konst [kw] Linear (Berechnungswerte fkorr=1,3) Linear (Versuchswerte) Abtriebsdrehzahl na mittel [1/min]

15 14 Zusammenfassung: Basierend auf den Erkenntnissen des FVA-Projektes 313 wurden Versuche und Berechnungen an Servo-Planetengetrieben durchgeführt. Der Vergleich von Berechnung und Messung ergibt für größere Baugrößen unter Vollast sehr gute Übereinstimmung. Bei kleineren Moduln ist der Einfluss der Anschlusskonstruktion, bei Teillast der Drehzahleinfluss höher als erwartet. Servogetriebe werden häufig in Teillast betrieben. Daher ist es sinnvoll, hierfür Grenz-Isothermen statt der thermischen Grenzleistung zu definieren. Abgebildet werden die Isothermen durch Näherungsgleichungen, die den SEW-Kunden zur Verfügung gestellt werden. Bei immer kompakter werdenden Einheiten aus Motor, Getriebe und Frequenzumrichter ist die vorliegende Arbeit ein Beitrag, um die Betriebs- Sicherheit der SEW-Servogetriebe zu optimieren.