Service & Support. Motorprojektierung mit SIZER und Berücksichtigung der Auslastung des eingesetzten Fremdmotors. Retrofit Ersetzen eines Fremdmotors

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Lennart Schubert
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Fremdmotors Retrofit Ersetzen eines Fremdmotors

1 Deckblatt Motorprojektierung mit SIZER und Berücksichtigung der Auslastung des eingesetzten Fremdmotors Retrofit Ersetzen eines Fremdmotors FAQ Januar 2012 Service & Support Answers for industry.

2 Fragestellung Dieser Beitrag stammt aus dem Siemens Industry Online Support. Es gelten die dort genannten Nutzungsbedingungen ( Durch den folgenden Link gelangen Sie direkt zur Downloadseite dieses Dokuments. Frage Wie kann die Motorauslastung bei einer bestehenden Anlage überprüft werden, um bei einem Retrofit eine Überdimensionierung des Siemens-Motors zu vermeiden? Antwort Folgen Sie zur umfassenden Beantwortung dieser Frage den in diesem Dokument aufgeführten Handlungsanweisungen und Hinweisen. 2 V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

3 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Beispiel Retrofit Gegeben Gesucht Ablaufkette Erstellung der Fremdmotorkennlinie Eingabe der Systemeigenschaften / Mechanikdaten in SIZER Antriebssystemeigenschaften wählen Mechanisches System definieren Übertrag der mit SIZER berechneten Werte in das Exceltool Ruckbegrenzung verwenden Ruckwerte abfragen Ruckwerte sind nicht bekannt Unterschied mit / ohne Ruckbegrenzung Ohne Ruckbegrenzung Mit Ruckbegrenzung j = 150m/s² Zusammenfassung V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

4 1 Beispiel Retrofit 1 Beispiel Retrofit Ein bestehender Motor soll durch einen Siemens-Motor ersetzt werden. 1.1 Gegeben Fremdmotorbezeichnung mit Kennlinie Systemeigenschaften wie z.b. Mechanik Lastzyklus Daten als Beispiel als Fremdmotor wird ein 1FT7102-1AC7 gewählt als Mechanik wird eine Kugelrollspindel verwendet Eigenmasse des Spindeltisches = 1600kg Spindelsteigung = 12mm Spindeldurchmesser = 45mm Spindellänge = 1018mm Reibmoment = 10Nm Lastzyklus Verfahrprofil entspricht einem Trapez Fahrzeit = 1,25s Geschwindigkeit = 30m/min Beschleunigung / Verzögerung = 10m/s² 1.2 Gesucht optimaler Ersatz des Fremdmotors 1FT7 mit einem 1FK7-Motor 4 V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

2 Ablaufkette 2 Ablaufkette Erstellung der Fremdmotorkennlinie mit Exceltool Eingabe der

Übertrag der mit SIZER berechneten Werte wie Effektivmoment, Maximalmoment in das Exceltool, siehe

Ja Motorassistent im SIZER weiter folgen Trägheitsverhältnis max. 3-5?

5 2 Ablaufkette 2 Ablaufkette Erstellung der Fremdmotorkennlinie mit Exceltool Eingabe der Systemeigenschaften / Mechanikdaten in SIZER Ruckbegrenzung verwenden / erhöhen Eingabe Lastzyklus Übertrag der mit SIZER berechneten Werte wie Effektivmoment, Maximalmoment in das Exceltool, siehe Seite 6 Nein Arbeitspunkte in Kennlinie? Ja Motorassistent im SIZER weiter folgen Trägheitsverhältnis max. 3-5? Nein Ja Vergleich mit Wert im Exceltool Motorbaugröße verändern / High Inertia / High Dynamic wählen Vergleichbare Größenordnung? Nein Ja Weiter im SIZER mit Auswahl Motormodul V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

Je eine Spalte für S1-Moment und maximales Moment. siehe Abbildung 3-1.

6 3 Erstellung der Fremdmotorkennlinie 3 Erstellung der Fremdmotorkennlinie Mit Hilfe des beigefügten Exceltools, werden Eckpunkte der gegebenen Motorkennlinie in die Tabelle des Exceltools übertragen. Je eine Spalte für S1-Moment und maximales Moment. siehe Abbildung 3-1. Ein Übersichtsbild des Tools befindet sich auf der folgenden Seite, Abbildung 3-2. Öffne Tool: Abbildung 3-1 M-Wert ablesen 6 V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

7 3 Erstellung der Fremdmotorkennlinie Abbildung 3-2 Eingabefeld Ergebnisfeld aus SIZER: Motor => Leistungsdaten Drehzahl Moment Effektivpunkt 2261 upm 21,4 Nm Maxpunkt 1250 upm 85,3 Nm Übertragung Ergebnis aus SIZER aus SIZER: Motor => Getriebedaten an Motorwelle Ausgang Zusatzgetriebe Motorträgheit 0,01824 kgm² 0,0091 kgm² 0,00914 kgm² Trägheitsverhältnis J Last : J Motor 1,0 :1 Eingabe Kennlinienpunkte Drehzahl S1 Moment Max Moment M [Nm] S1 Mmax Eff_S1 Eff_Max n [rpm] V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

4 Eingabe der Systemeigenschaften / Mechanikdaten in SIZER 4 Eingabe der Systemeigenschaften / Mechanikdaten in SIZER Im Folgenden werden die Antriebssystemeigenschaften und die gegebenen

8 4 Eingabe der Systemeigenschaften / Mechanikdaten in SIZER 4 Eingabe der Systemeigenschaften / Mechanikdaten in SIZER Im Folgenden werden die Antriebssystemeigenschaften und die gegebenen Mechanikdaten eingegeben. 4.1 Antriebssystemeigenschaften wählen Nachdem ein SIZER-Projekt erstelt wurde, legen Sie die Antriebssystemeigenschaften fest. Im vorgestellten Beispiel wurde die Motorkategorie 1FT/1FK ausgewählt. Anschließend unter Lastart Mechanisches System das System Kugelrollspindel selektiert. Abbildung Mechanisches System definieren In das Fenster Mechanikdaten geben Sie die bekannten Applikationswerte wie z.b. Spindelsteigung ein. In das Fenster Fahrkurven eingeben geben Sie den Lastzyklus ein. 8 V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

9 4 Eingabe der Systemeigenschaften / Mechanikdaten in SIZER Abbildung 4-2 Mechanisches System Lastzyklus eingeben V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

4 Eingabe der Systemeigenschaften / Mechanikdaten in SIZER Abbildung 4-3 Motor Nachdem die Motorträgheit einen

Eine Möglichkeit der Berücksichtigung ist die Eingabe des Wertes in dem Feld Zusatzgetriebe, Abbildung 4-4.

In der Spalte an der Motorwelle werden die berechneten Punkte inklusive Berücksichtigung Fremdmotorträgheit

10 4 Eingabe der Systemeigenschaften / Mechanikdaten in SIZER Abbildung 4-3 Motor Nachdem die Motorträgheit einen erheblichen Einfluss auf die Arbeitspunkte besitzt, muss diese Trägheit berücksichtigt werden. Eine Möglichkeit der Berücksichtigung ist die Eingabe des Wertes in dem Feld Zusatzgetriebe, Abbildung 4-4. Dabei muss als Übersetzung und Wirkungsgrad 1 eingegeben werden. In der Spalte an der Motorwelle werden die berechneten Punkte inklusive Berücksichtigung Fremdmotorträgheit angezeigt. Anschließend zweimal auf Weiter klicken um auf die Ansicht Leistungsdaten zu gelangen. Diese Werte können Sie nun in das Exceltool übertragen. Abbildung V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

5 Übertrag der mit SIZER berechneten Werte in das Exceltool 5 Übertrag der mit SIZER berechneten Werte in das Exceltool Das Exceltool befindet sich auf Seite 6.

11 5 Übertrag der mit SIZER berechneten Werte in das Exceltool 5 Übertrag der mit SIZER berechneten Werte in das Exceltool Das Exceltool befindet sich auf Seite 6. Feld grün: Eingabefeld Feld blau: Ergebnisfeld Tragen Sie in die grünen Felder die Ergebnisse aus Getriebedaten (Trägheiten) und Leistungsdaten (Moment / Drehzahl) ein. Abbildung 5-1 V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

6 Ruckbegrenzung verwenden 6 Ruckbegrenzung verwenden Nachdem die Arbeitspunkte nicht innerhalb der Motorkennlinie des Fremdmotors liegen, muss eine Iterationsschleife durchgeführt werden.

12 6 Ruckbegrenzung verwenden 6 Ruckbegrenzung verwenden Nachdem die Arbeitspunkte nicht innerhalb der Motorkennlinie des Fremdmotors liegen, muss eine Iterationsschleife durchgeführt werden. Der Kunde muss eine Ruckbegrenzung einsetzen, da sonst der Fremdmotor unterdimensioniert wäre. Siehe Ablaufkette, Seite Ruckwerte abfragen Falls die Ruckwerte bekannt sind, müssen diese bei der Fahrkurvenprojektierung berücksichtigt werden. 6.2 Ruckwerte sind nicht bekannt Der Ruck muss soweit reduziert werden bis die Arbeitspunkte innerhalb der Motorkennlinie liegen. Folgende Richtwerte können als Startpunkte verwendet werden: Kugelrollspindel j max : 300 m/s³ Linearmotor j max : 150 m/s³ Riemenantrieb j max : 100 m/s³ Eine grobe Abschätzung des Rucks ist mit der Formel R: Ruck [m/s³]; a: Beschleunigung [m/s²]; v: Geschwindigkeit [m/s] 3 R = a 2 möglich. v Berücksichtigung des Rucks in der Ansicht Fahrkurven eingeben, Abbildung 6-1. Abbildung V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

6 Ruckbegrenzung verwenden Neu berechnete Werte mit Ruckbegrenzung auf j = 150m/s² Übertrag der Werte in das Exceltool: Abbildung 6-2 Die Arbeitspunkte liegen nun innerhalb der Fremdmotorkennlinie,

13 6 Ruckbegrenzung verwenden Neu berechnete Werte mit Ruckbegrenzung auf j = 150m/s² Übertrag der Werte in das Exceltool: Abbildung 6-2 Die Arbeitspunkte liegen nun innerhalb der Fremdmotorkennlinie, Abbildung 6-2. Es kann mit SIZER der Motorassistent weiter durchgegangen werden. ACHTUNG Das Feld Zusatzgetriebe, Abbildung 6-3, wurde dazu verwendet, die Fremdmotorträgheit zu berücksichtigen, das Feld muss für die weitere Projektierung deaktiviert werden! Abbildung 6-3 Im Beispiel könnte der Fremdmotor 1FT7102-1AC7 mit einem 1FK7103-2AC71 ersetzt werden. V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

7 Unterschied mit / ohne Ruckbegrenzung 7 Unterschied mit / ohne Ruckbegrenzung Der Einfluss der Ruckbegrenzung wird durch die Darstellung der Lastpunkte / Kurve innerhalb der Motorkennlinie gezeigt.

14 7 Unterschied mit / ohne Ruckbegrenzung 7 Unterschied mit / ohne Ruckbegrenzung Der Einfluss der Ruckbegrenzung wird durch die Darstellung der Lastpunkte / Kurve innerhalb der Motorkennlinie gezeigt. 7.1 Ohne Ruckbegrenzung Ohne Ruckbegrenzung entsteht ein rechteckiger Lastkurvenverlauf, Abbildung 7-1. Abbildung Mit Ruckbegrenzung j = 150m/s² Mit Ruckbegrenzung entsteht eine Abrundung der Lastkurve, Abbildung 7-2. Die Drehzahl des Maximalpunktes verschiebt sich nach links. Gegebenenfalls kann ein Motor mit einer geringeren Nenndrehzahl gewählt werden, wodurch sich der Strombedarf reduziert und somit der Umrichter / Einspeisung kleiner dimensioniert werden kann. Abbildung V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

15 8 Zusammenfassung 8 Zusammenfassung Bei einem Retrofit besteht die schwierige Aufgabe einen Fremdmotor durch einen Siemensmotor zu ersetzen. Wenn die Motorauslastung des aktuell eingesetzten Fremdmotors nicht bekannt ist, erfolgt in den meisten Fällen eine Überdimensionierung des Siemens-Motors. Eine 1:1 Abdeckung der Siemensmotorkennlinie mit der Fremdmotorkennlinie ist nur sehr selten gegeben und somit muss der nächst größere Siemens-Motor ausgewählt werden. Dies hat zur Folge, dass evtl. die abhängigen Komponenten wie Umrichter und Einspeisung ebenso überdimensioniert sind und somit die Kosten für das Gesamtsystem stark steigen. Eine Vertreibung des Fremdanbieters ist somit nur noch sehr schwer realisierbar. Hinweis Verwenden Sie die Ruckbegrenzung im SIZER. Vor allem wenn Sie feststellen, dass der eingesetzte Fremdmotor die berechneten Arbeitspunkte nicht abdecken kann. Kontrolle ist mit dem beigefügten Exceltool möglich. V1.0 / 1-14GEIQB, Beitrags-ID:

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