Motorku. iel. 1. Einfiihrung

3.2. 1 2

DK 681.3: 518.5: 621.825 : 621.831

Motorku iel

Untersuchung des Einflusses der Motorkupplung auf die dynamischen Beanspruchungen spielbehafteter Hubwerk6SY51ßW mit Hilfe eines Analogrechners

Von Andrea. Seeliger, BerUn

Zum

Steuern

der Antriebsmotoren von Hubwer-

ken wie z. B. Aufzügen

und

Kränen verwendet man

besondere

Anlaßschaltungen, die ganz bestimmte Schwingungscharakteristiken haben. Da hierdurch

u. U.

Schwingungen

mit

der EIgenfrequenz der

HUbwerkssysteme angefacht werden, ist beim

Aus-

legen besonderes Augenmerk auf die Eigenschaf-

ten der Kupplung

zwischen

dem Antriebsmotor einerseits

und

Bremsscheibe, Getriebe, Seiltrom-

mel und Last

andererseits

zu richten; durch ent- sprechende

Federsteife und Dämpfung

der

Kupp

-

lung

lassen

sich die unerwünschten Drehschwin- gungen wei

tgehend vermeiden.

Dr .. lny. AndreM Sceli(fC1' ist wi88cnsolwJtLicher Jltlita1'beite1' im Institut Jilr FiJ,.del'teohnik 'I.md Gelriebeteoh1lik der Pech.

?li8Ch61i, Universität BetUn (IniJtitut8leiter Prof, ])r,-1ng.

Sieufried l1öttcller).

VDI-Z 116 (1974) Nr. 2 - Februar

• 1. Einfiihrung

Die Bauolomonto von Kl'anhubwodton tmool'liagen im botdoblichol'l. Einsa.tz einem komploxon Boanspl'Uo}umgs- gaachohen, da sich einot' in ihl'o~' Intenaitti,t statisl,isch VOI'-

teilten, Cjl1nsisto.tischon GnmdbolnstlUl.g dmch die weoh·

solnden Gowichte del' zu förderndon GUtor 7.oitlioh sohnell vodilldol'liche ZusatzboanSpl'llchungon infoJge von ant.riobs·

b~w, u.btriebssoit.igen ])J'Ohmoment.Anreglmgon üb(wlagel'n, BOLl'iobsmoss\,ngen an Hüt.tonkl'o.nhubwod{en [1; 2]

~aigtOIl, daß der zoitlioho Vodo.uf und die Höchst.werte dOt,

V0l11 drehrn01nontfilhl'ondol1 Bauteil zu ert,l'agendon Span.

nungon nicht IlI.H' 'von der Art des vorwondeten Antriobs, dal' Moto,'lwpphmg wul dar Al'beitaaufgabe des Kl'n.ns a.b·

hängen, sondern dal'übol' hinaus in stadtem Maße dUI'oh die Größe von Oetl'Iabelof.le bzw, Kupplwlgaapiel beeinflußt wf;H'don,

Füt, die Diskussion diosol' Abhängiglteiten bietet sich das mat.hematischo Naohbilden eines Hubwal'ka dUl'oh ein an dia Vol'ili.i.ltnisso dor 1?l'axis ang!;lpaßtos meohanischcs :Er.

SlLt1.syatem und dos Löson seiner Beweglmgsgloichungen mit einom Analog~'oohnel' an, Es soi dar bOll.nspruobmlgs.

intansive Vorgang des elokt.rischen Stillsetzens eines zwoi.

stufigon Hubget.l'iobos aus synchroner SOllkdroht.o.hl bo·

handolt, woboi dar (l,1a Antl'ieb eingeBotzoo JG,G·kW.Aayn.

chl'On-Schleifl'inglüufol'oMotor währond doa Bremsens zu·

näohst 111it zweiphnsigol' Stül'ldGI'Spela\Ulg tUld anschlioßend entlang oinor GagOllatl'om.Konnli.n.ie al'boiteto,

Gagonstand der Untersuchtul.gon am Roohner war das Einwi\'l<en der vom Mota!' in dn.a Getdobe eingoloitoten DrehaohwinglUl.gsana'agung auf die SYBtemant.wol't des be·

trachteten VOI'stiohshubwel'h:s, Dibl 1, woiterhin das Vel'o dl'ohapiol im Antriobswel1onatro.ng und das Vorhalten zweier Motol'kupplungem, mit untersohiedlichen Kenn·

wort.on,

Bild 1.

:J,G·Mp-VOI'fJllch8hubwerk (3G kN).

107

• 2. HIlbwerk lind mechanisches Ersntzmodell DiO techniachon .Daten. des anulog simuliOl'ton HuhwoI'lc8 finden sloh in T."fell.

Tafol 1. Toohnisoho Daton des nnalogsimuliorton Hubwol'ks.

MfD(!rnft!o Hu\)fiihigkclt: :1,0 \\(1) (30 leN) Antriobsmot.ol':

lIf otOI"l~to\l(lnirig:

Motol']cupplnllg:

JJl'omsBchoibo:

1).'OrniJ.IÜft,1)1' : QoLdobo: Soiltrommol:

SoiHibo1'aotz\"lg:

lI; \I iJge:,oh \\' i 1111 19le ci t.:

Siemens hR fi71- 0D, 15,5 kW hci dO% ED, Nonndroh'l.ahl '11)1)111} = ^fidOU/min

SiOlllonl). ohlc(Ol·Sohützollstouorullg

Roifen!wPI'!lIli!l fnit rOdi(llcr In:\\'. g(lkr'Ou;r.lO"

Cewobcoil)lage 3Jl5mmDmr.

l:ldr'o Bd a

2 Stur!)!), achriigvl)l"7.(lllTit, iOotr, - [0,05

400mm Dm!'. q

"S- 2

vJl- 20,21l1{ll1in

Das Versuchshnbwork lä.ßt sich [3 ⁱ 4] wltor dor An- nahm.a, dn.ß dio Gotl'iebewollon im Gaganau.t'/. ZUI' Kllpplung uls stiu'l' bOMachtet wOl'den kÖlmen, ZW' Form eines 7.wei.

mnssen.Drbhschwingors, BiM 2, voroinfaohon, Dio SChWlUlg- IYlß$$O $1 $tollt dabei dio tl'tigel'l M'o..sael'l von, Motol'liillfel'

\.llld Jl1otol'seitigor Kupplungshälfte ^dtH',

e

2 stoht für die auf die Antriebswelle des Hubwerks bezogenen Anteile von gotl'ioboseitigol' KupplnngshtUfto, Bl'oIYl$scheibe, Getriebe, Seiltt'ol'l1l'Y'lol und Lo..at, Die bei don Dl'ehtnMSen sind übol' elie Motorkupplung mit der Fcdersteife 0 und der Dämpfung

l' miteinandOl' vOl'bundon,

~,

c = f (11')

11'=</1 -11'2 r

e, _e,

19~,2

ßi1tl 2. Mechanisches l~l'an.t'/.eyatom dos V0l'8llCh8hllbwerhs, 'P.,·Hiuty,·ung im TClxt,

Dio qUMistatisch ermittelten Dl'ohfedel'·Kennlillion det' beiden ^fUll Pl'ü!stnnd eingesetzten ,Roirenkupplungon K₁ und I<2 '/.oigt ßi1tl 3, In dio infOlgo von Diimpfllng ulld Kl'ieohverhalten des Reifenmatel'ials entstehenden Ryste- n=!soschleifon läßt, sich eine mit,tlere, nicht,linoal' verlaufende Konniinio (goalil'icholt) oinko.gan, dOI'an Vol'iaLlf (c EIl f(4p) mili

<r als dem ''Vinkel dei' ReIMivve,'dl'ohl.lng dei' J(Uprlllng~­

hälfton untor dol' Einwirkung oines Drohmoments M) füt' beido J(llpplungoi'1 \lbol' Diodonfllllktiollsgobol' in den Heohnel' eingegeben wUl.'do.

Maßgebend für die Momontenbeanspl'uchl.lng dcs im TtnhmOII.dol' vOdiegenden Untersuchung botrachteton An- triebswellonstl'fLl1ga (\os H\.llnvOl'ks ist die uua don Einz.ol- verdrohungen <rl und <r2 der Dl'ehrna-6son 0 1 \.lJ1d

e;!

\.'0811.\.

liiOI;ondo ftolativvol'dl'ohungrp. Aus dicsom Grunde empfiohlt Kloue.r [5J, 'l.\.li'n V01'l'ingO~'I) d08 n,aehenallfwandil den in Bild 2 sldzziel'ten Zwoil1'lG-6sen·DI'ohschwingol' ^{L\ll' oinon

]~inrnftssen~chwi_ngot' mit dOl' Vnrinblen

(I)

zu l'oduziol'en.

Dia Bewog11i'lgf;lgloichllng des ch·ohschwingungsfi.\higen Systems, (Iu-~ thll'ch ein vom Motol' boi SchftltvOl'gii.l'lgon elos

Hllbtriebwcrl~s abgegebencs Ll.lftspu,ltmoll1QJlt )l;[Lsll(t) 01"

l'egt wil'c1, lauliQt, unter Zllhilfennhmo dcs DI'I111sn.t\'.cs ch"nn:

. . . (2).

108

ßilcl 3. Stt'l,tisohe DI'ohfedOI'-](onnlinion zweiol'l'(upplllngon, '000

8T

,.

⁸⁰⁰ Nm _7/

c /

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^-600

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E 400 I---

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V~""'/L7 200- Verdrehungop-

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•

Uihla.1. J{\Lpplmig KI; mit-tlcl'o Fcdm'kol1stu,nto Cm _ 1,005 JO~ l'-!ClIl, I't'!lnt.ive Diimpfu])g tp - 0,85,

'000

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- 71 / * ~ - .

^{-600 800}

'f/

_-'000

10-¹

lilß,3,2

ßih13.2, Kupplung H,2i mittlCll'o FCldCll'lwllstnllto em = O.:USI5'10^G Nom, J'I.;lotivu 1 )iirnpflllig 'I' _ l,a45,

Mit

1 1 1

-

_&,

- - + -

$, $, ^(:1)

und 0 1=3tNolTIs!! sowio O₂- ß7,7riNcrns!! litßt sich dus I'cduziCl'to 'rl'iighoit~lInornont, doa Einrnnsaolil1chwiligOl'8 ".11 A_r= 21,20 NC1TI8² b01'()chn6n,

• 3. Motorpriifst.nd

Dia Al1\.'egl.lllgsf\.U1I<tionen des Luftspaltmoments Jl1Lsl)(t), dio der n'lit eine!' ohk(O).Anlaßschnltllng schUt,z.en-

gesteuel'~e 16,(l-k\oY- Chleifl'inglii.llfOI' in dua ihlYl BuCh- goacho.1tota Getriebe einleitet, wal'en für eine wil,'\diohkeits·

gott'oue Simulation des Schwi_ngungsgoschohens 1113 Grund- lage zum Progmi'l1mion:.m doa AI~nlogl'echl'lol'fI vorab ^'/.1.1 al"

mitteln, Z:U dioaorn Zweck w\.ll.'do ein bosondol'ol' Pl'üfstund, ßih14, für clen auch zum Antrieb des 3,ß.Mp.Hubwel'ks (3G ltN) verwondeton Motol' (vgl. 'raral I) kOil'.dpiol't, dol' oa gostattoto, dia Lllftapultmomont·Zeit·!i'\.U1ktion<3!'l (\'11' ullo

atutiont~l'en und inatntionäl'on Botriebsphnaoll hmedmlb der viel' Qunclrnntell des Drehmomont-Drehzahl-Kennlinion- feldes aurzuzeichnon, 1)0. nach fht1t1taket1'ii [6J do!' zoit.licho VOI'lauf.' des MotoOl'I\.lftspaltmoment.s der nnlaufonden As.Yn· ehl'oml1nsehine von der Größe dos 'l'I'UghoiLsn10n1ents del' zu bcsehlounigondon DI'ohl1'lMaen (~bhij.ngt, wird elßS onlispl'a- choodq Schw\.lngmolllent des Vel'suchshubwerll;s beim

VOI-Z 116 (1974) Nr. 2 - Februar

nild 4. Moto~'pd.ifstn.nd, A. SohleifHng;kopf b Sohoibenbl'ßn\flo o SohwungBoheibo d Drohmoment-Moßstello

e Motor f Kreuzgelenk g Taohogollerator

MotOl'pdifato.n.d dlU'oh eine spielfrei auf dorn. linkon ';Vollen- ende montierte Drohmnsao c (Bild 4) I'Gpl'ti~entiel't, Zwi·

sohon dieser Schwungaaheibe tUld dem Bleohpab:ot. dos Mooodäufol's lüßt sioh über Delunmgsmeßstl'oifon. wiihrend dol' intel'es!3ierenden Schnltopetationen oin Drehmomenten·

verlauf messon, der naoh einem vom Verfasser [7] ausführ- lich boschriebonon Vel'fahl'en in die zum Schalt.vorgo.ng go- hörigo Ltlftapaltmon:\Ont.en-F'nnktion t,l'anaf'oI'I·niol't wet'~len

kann,

Ein währond doa ZUl'\,iokaohnltens aus synolu'oner Senk- cU'ehzahl (118 = - 1 000 U Imin) auf die N ullstollHl'lg d I' ehk(O} aufgezeiohnetes OS.,;illognl,l'r'lIYl, ßHd 5, vel'deutlioht die Unterschiede zwischen den bisher bekmmten statio·

näl'on Motol'konniinien tUld dem durch die Schüt.zensteue- I'ung bOdingten dynamischen Vel'hnlton dos SOhloifl'ing-

H~ufe1'8; die drei am Motol'pl'üfatand el'fu.ßten Meßgrößen (Drohzahl ttl!(. ilflnlog gen.-.essen, Moool'htftspalt.momont M_Ls1" Dl'el.,.;ahl 1lM, digital gemesson, sowio dol' Stündol'- stl'om is einer Phllso) sind in dioael' B.ojJ'~nfo1ge, VOll oben nach tmt.en betrachto!i, t~urdem Oszillogl'u.mrn angeordnot,

nOl' Scho.ltvo~'g(~ng, der beim Botriob oinos Hubwol'l{f;I bo- aonders starke BennspruchLlng hOI'VOI'I'uft, das elelttrlsohe Bremsen aus dom Sonken mit \Ultel'BchiocUiohen Al't.on der

• tändo,'spoiaoopannw1g (zwei· bzw, dl'eiphosig) und mit dom Kennlinienweohsel des MOtol'Q.,·boitsp11ol<tI:l V61'bundenen Netztl'elU1tmgen wUl'do o.uagowühlt, um den Einfluß von Spiel in der Antl'iebawelle auf die Bet.riobscb'ohmomonte o..lr'l Oetl'iebeeingang zu demonstrioren.

An Ptm.kt a in Bild () wil'd dG~' im I<l't~ftaenJ<betl'ieb mit synehronel' Dl'oh.,;ahl laufende Motor vom Net.z getrennt llt'ld .,;ulYl Abbl'ornsen der Dl'ohmossen zUl)tlohst auf .,;wei- phuaige Ständel'speiatmg (Punkt b) -zul'liol<geachaltet. Diesel' Vorgang löst eine SChwingtmg des l\1otorluftspaltmomont.s mit eir\Bl' Frequenz VOll 100 Hz Init einem relativen Maximum von 462 Nm (2,8 M nenn) o.n "Punkt c aus, del'en

MO

~!NIY\

E ~ 300

~ ~ 200

3 ~

o

H15.5

ßih15, Motorluftspaltmomont M)'.ep(t) boim Schalton auf die Stufen SIltlnd

sr

(gomo •• on).

Erltl.utorung im Text.,

VOI-Z 116 (1974) Nr. 2 - Februar

Bild 0, Stationäre und dynamische; Steuol'kul'ven fül' die tuton

sn

und SI.

Erläutol'tillg Im 'reX\..

- IndBx s; stationllr - - -Index ü: dyn:1mlsch

LuftspaltdrBhmomBnt ML,p

150 200 260 Nm300

AmpliLude pl'oporl..ional ZW' abfallenden Motol'cll'ohzQ,hl go·

l'i.ngol' wü'd, Zwischen dOll llonktoll cl und I) liegt eino w~i.

toro NOIi'/,tI'On.11l..mg mit del' Duuer 6t, wälu'ond doror lIn Stündel'kreis die Sohaltaohütze von ... zwoiphosigell. Bl'oms- atü don dl'oiphnsigen GogOt'H:ltl·ombotl·iob übol'gehen, Die sich anaohlioßende Pendehmg des Luftspaltdl'ohmonlcnta

]JfLs)l mit einer Frequenz von 50 Hz zeigt. don fül' dns An·

schlioßon des Motors o..n aymn'l.otrischo Not.,;!) mit einet' Netz·

fl'oquon.,; vo~ 50lb typischen Vol'lauf einer gedämpfton Sinuaaohwi.ngtUlg mit tli1tel'lagertem. dor sLo.tionül'on Steuol'km'vo zu entnohmOI'lclen Momantenantoil, dessen Höchatwol't (J?llnkt f') in seinem Betrng von der Sohalt.dl'oh- .,;tthl HM be!3timmt wird, In BiM 6 sind die srot.ischon. lIf\d dyna.mischen Bestandtoile von MLsI' fUl· dia Schaitatufen SI! (,.woiph""igoa ot" sog. h-Stufo) und SI (d,eiphnsiges Netz, Gegellstl'omsttüe mit einem dem DrohsuU1 des Motor- Hitüer8 entgegcngesetzt rot.iOl'ondon SttindOl'dl'ohfeld) als F'unktion dc.U' Rotol'dl'eh7.ahl 1lM aufgezeichnet_ Die Geraden

.i11SId lind MSHd stellen du.bei die Abhi.~ngigkeit des ersten relativen Höchst.wert.s dos Luft.spnlt.moments .111.Lsj) vOn

1lM chw, dor naeh vViedel'oinachalten dol' Stii.ndel'apnlU1ung el'l'eioht wird (vorgl. PlUlkte 0 tUld f in Bild 5), Die Steuer- km'ven l'tISTiI und 1\1$113 entsprcchen don im stn.tioni.il'on Bct.rieb gemosaonon Mornonten-J{onnlinion dal' Stllfen SI und

sn.

Zuai~tzlioh sind fÜl' die synolu'one Senl(clrehzo.hl (t1₈- - 1000U/min) die Momont.enanfangsworte J.1A Q.n- gegeben,

• 4.

Rechensch.ltungell 4.1. Anregungsfuilktiol1cll

Die gomessenen srotionät'on lind dynamischen Luftapalt- momont-Zoit-Funktionen, denen. der :MotOl' witlll'end des untersuohten Soho.ltvol'gangs folgt, wm'den 0.111 Analog- rechnor mit Hilfe der auf Bild 7 skizzierten Schalt.ung nach- gebildot, die sich in die BOl'oiche

sn

(zweiphnsigo Ständer- apn.1ll1tmgsVel'Sot'glUlg) tutd SI (dreiphasige Stilndersre~.

sung) gliedert, Die nil' die chalt,!ötellnng SIl ehal'o..ktOl'lsta- scho 100-l-h-Sehwingllng des Luftapo.ltdl'ehmomon~ .illLsp Gl'zeugen die drei SU1Us8ohwinger SIl!!, SIIa und SII" deren 109

Dild-7. Reohensohall.ul'Ig filr dia AllJ'egung dm'ch das Luft.·

spaltd,rehn10ment l1'lLs~(t).

l::rltLuterung im TQXII.

.,

_~-snlsl-"

v31 , -- - ,-<

Kr I 'i/

.,

nild 8. l\'(otorll.lftapo..ltmoment M1.f!p(t) beim Schalten (~uf

die Stufen

sn

und

sr

(g01'eohnet).

Signale im Sl.Immierverstärker S1 zusanunengefaßt wOI·dan.

Ebenfnlls in S1 speist man ÜbOl' den Integl'ierer SIll den zeitlichen Vel'lauf der at(Ltiont~ren KeImlinie der St.ufe SIl lI)it 'seinem i\'lomentenanfangswert 1l1AIIJI (vgl. Bild 6) ein. Die Vergleiohe.!.' V 1 LLl'ld V 2 odal,.1ben es. die Ein- wil'lnwgadauol' do~' LOO·Jrz-Anregtmg auf den nachgeschal.

taten Dl'ohachwingor tmd elle Netztl'ennunge~oit D.t zwiachen den Sohaltpositionen

sn

tll'ld SI QX(Lkt 'ltU tel'miniel'en.

Die Rcchonachaltung für die Momentenam'egwl.g der Stufe SI aatrtt aioh u.Uß dem Sohwingel' 8I2, dei' dio godülnpfto 50-Hz-Pendelwl.g von 111 MP liofort, W1.d uem Integrierer SI l ZllSammen, dol', f~usgohond vom Anfangswert MAh, die i!:oitfu.nb:tion dea Luftapaltmoments gemäß dor atatiorllll'on Steuerktu've in analoge WOl'te dol' H.achenl:lpunmmg (Bo·

roich: d:: 10 V) umsotzt, Dia stn,tisohe \Ul.d dynamische Er·

l'egung summiert der Vorstitl'kel' 83, 'übe.!.' 'V2 kann, dem Ablauf des 8enkbl'eJnsvOl'gnngs im \,Inta~'aynohronen Dreh- zahlbci'eich folgend, die Funl,tion MLsp(t) für die Betriebs·

phason

sn

b'ltw. SI abgerufen werden, Blld 8 zOigt dOll Vel"

lauf des vom Reclmor nachgobildeten Moments 11lLsp(t), wobei im ]{oordinn.tonul'spnu1g u.us aynohl'oner Senkdrch·

zflhl (11a^{:::z -} 1000 U Imin) auf die Sclmlt..stelhmg , Ir und boi Erreiohen eines Dl'ohzo.hlnivoalla von - 800 U/min m\ch einor Netztl'onn~oit vOn D.t = 0.1 a auf die Stufe SI gewech.

aolt 'Wil·J,

4.2. Schwingllugssystem

Den Aufbau der Rcohonelementa zUll'l SimuJiel'en des auf einen Ein.mnssonschwingol' mit Spiel jm Fedel'glied l'odu- ziOi'ton Systems "Hubwerk" zeigt Bild 9, Es lasson sich viel' Bereiohe tmtol'soheiden, Der Schwingel' selbst wird dm'ch die Integratol'ol1 11 u.nd I2 gebildet, Am Ei..nga,ng von 11 atohon die ütlßere AnregtUl.g 1'1r..!l1)(t) tUl.d dio llückftilll"

funktionen

--1'q,

sowie die } .. ·'ttnktiOI) - f(tp) (vol'gI. GI. (2)) an, 110

llild 9, RechenschaJtung des l'eduzierten Sohwingungs- systems,

)':rlt\utorung im Text,

-,

IM.9

deron Chai'fioktol"iatik lYIall übet' die Potentiornetol' {L und. b vorändorn kann. Der Blook FGS (Ftmktions-Gebel'-Spiel) el'll1öglioht das Variioren dos Pa,ran'l.DLOi.'S IISpiel in elCH' Hub·

wel'1tso.ntriobswollo" bis Ztl ,"Vel'ten vOn. tpsp

=

1,5°. Im ungofühl,ton ZUßtu.nd dos Systems, cl, h. wälll'end cles Spiel- ausgleiohs, übt clie dreholnsLischo KuppltUlg koine clämp.

fendeWirlmng auf don Scll\vingol' o.1.IS; fUl' dil~aan Zeitl'o.um muß dahol' die Jtüoltfühnulg -1'~ in den Integrator 11 \mter- bt'oohen werden, Der Gleichrichtol' GL st.euort zu eLcsem Zweok für die Gült.igkoil,adn.lIol' dOt, DedingUllg

I

^tp

I

~

I

^tpsp

I

don VOl'gloioher V5 (~n, der infolgedessen witl1l'end des Dtlt'ohluufens der Loso im AnLl'iobswol1enstl'ang elon ltllck·

kopplung8zweig dei' Di.i.mpfung ("Potontiomotel' 0.) unto!'·

bricht.. Mit Hilfo 000 vierten Elementes der Sohwinger-

aoh{~ltlmg, des variablen DiodenfunkLionsgebers Vj)}'G, wird schlioßlich die nichtlillocLl'e Dl'ohfedor-Kernllinie von Kupplung lind Antl'iobswelle in den Reohner eingegoben,

DM Vel'halten des Hubworks bei dynamischel' Aru"ogung dm'oh das MotodufLBpt1ltmomont wil'd dUl'ch die Diffel'en- tialgleichung (2) beaclll·ioben. Bei der analogen Simulation entsprechen den Reohengl'ößon doa Sch'win'gu.ngasyatofns am Ausgang dOl' Rochonolomonte t).natehendo vul'inble Spannllr"lgen, dOI'en Amplituden bestimmte Grenzon (:t: 10V) nioht übersohreiten dürfen, um 'übOI'8touerungon dOl' VOI"

storh:or zu vCl'meidon, Man vonvil'klioht dieae FOl'del'lUlg mittels oinol' sog. NOl'miel'\Ulg, Da.bei werden fül' clna inter- essierende Problem dio voraussichtlich auftrotondon Span.

nlmgsmaximo. abgeschätzt lind 1\1\0 auftretenden Variablen auf dioso l\fax'im(L b07.ogen. [3; 4; 8; u. a.].

• S. Rcchcllllrogrmmll und r,rgcbnissc

Dio in Bild 8 gezeigte En'egerftul..ktion Ml.$I)(t) sollLo für Jen spielfreien Zustand tUld Hit' Spioh\/orta von 'PSJl

=

0,6⁰•

1,0° sowio 1,5⁹ in dOl' Ant,l'iobsweHe l~llf dua nubwel'k ein· wirkon. Dab i wlJ,,\' zllai.~tzlioh der Einfluß zweier verschie·

dener dl'ehelastisoher Kuppllll1g(1); dOl'ol) att1.tiacho ]{enn. linien Bild a enthält, o.uf den Verlauf des in1 i\.ntriebs- woUonAtl'o.ng zwi.aohen Kupphmg und Bremssohoibe dos I-Iubwed<:s herrsohenden Dl'ohmomonta .1Vl(l) zu ldlin~n.

DiMer 10 Wld 11 zeigon die vom A na.logl'eohner für we ncht mögliohen Kombinationen von Kupplungen lUl.d Spiol (wmittelten Ergebnisse,

Am Beispiel dos .Ktll'VOI1ZUges in. Bild JO.J. (tpSI) = 00, Kupplullg K I) aai dia Systemantwol't des Hubworl<:s a,uf die bo1<fUlnte motol'seitige MomentenaJu'ogtmg (Bild 8) ol'läu·

wrt, elle bei t _ 0 beginnt, DM :nubwo!'}c Hi\..lf.'t ~u diesem Zeitpunkt mit 1000 U/o1ul im Senksum. Die Getriebe·

wollen sind wegon des Fehions oines Lo.s~momont8 (.1l.1L ⁼ 0)' dl'ehmomentfi'oi. Der Schwingol' l'alJ"gie~'t twf (laB mit einer Froquonz von t 00 1'[7. pendelnde MotorluftBpaltmoment mit VDI-Z 116 (1974) Nr. 2 - Februar

nild 10, Drehmolllent.,Vol'lnuf an do1' Kupphmg K1.

'"

150

50

o

200 Nm 100

50

o

i: 200

•

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^Nm

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200 Nm 100

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o

0 0,1 0,2

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^{0,3 0,'}

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^0,6

Zeit ( 195,10'

oinor godi~mpfton. • 'inusschwingung, det'on. erstes relat.ivcs Maximum. (Punkt a in Bild 10.1.) bei 1~H'i Nm liogt. Zum Zoitpunkt t₁ Ilut der f:ltntionäre AnLoil von M:Lsp(t), der der Sonkbewegllng entgogongorichtet ist, das 1'1'iebwerl{ bis auf - 800 U/min nbgobl'oni.st, Dei diesel' Drehzahl nUlt du.a SLöndorschiil,:I. dol' Stufe

sn

ab lmd dot' St;atol'hreis wird f;tromios. Du,lllit bl'ioht dns vom Motoi:Hiufel' ausgeübta Bromsn1omont:. "l.uSo.Ji.unon, 1':10 daß dns l:l.übwol"k freie Sohwingungon in seinor EigonfroquOlw. tlln l.Iio MOlllenten- Nullinie nusfühl't. Na.ch Ablauf (hw NotztrOlUlzeit (6t

"" t₂ - t , ) zioht das Stünd(H'Schütz dor GegonsLi'omstufo SI

o.n, wOl'o.ufhin ^(!tu:, sioh im Luft..spalt aufbcLuonl.le .1\:fotor- momGnt eine woitero ol'zwungono Schwi..nglmg cl.es Hub- getriebes mil.. oinoll) I'olativen Höohstwcrt an Punkt b (98 Nm) anl'agt, die nach etwa vior I'ol'iod.on f.l,bgeldlmgen iat.

Die Auswirkungen dca gloichon Sohnltvol'gangs sind fiil' Spiolworoo von ?'SI)

=

0,6°, 1,0° lmd l,ü<:> boi 111IVl,:.lI'iindol'tOl' Motol'kuppluJlg K₁ auf den Bildorn .10.2. bif:l 10,4. wieder·

gegeben. Dor Spialoinflllß liißt sioh mn Anwachson dos Spitzenmoments (Punkt tL) nbleson, das sich Ilach Anwiihlen dar h-Stufo in. der Antriobswello oinstollt. DlIl·oh ein Spiel vOn J ,5° wird gegenübor dom spielfL'eion ZusLand die Momentonbonnspl'lIchllng mit 252 Nm an Punkt a. in Bild 10.4. n{Lhezu verdoppelt,

A\H)h Um Punkt b. o.1so nach dom Einr:solu\.lton dor Gegen- atroll1stufo, ist:. in dOll bOI'ochnoten Solwiobon' die bO(l.I1·

sprUChtUlgsstoigol'Jlde \oVirlumg von Spiol in 001' Gotriebe- Bingangawelle zu erkennen. Die Varhij.!tni8ae liegen jedoch insofern andors, als dol' Dl'ohMhwingor im Gegenso.l:;); 'l.t1 dOn Vorgängen boim Anwtihlen der SchalLsLollulig STI, in der el' sich vOt' Eirrwil'h:en des l\foLol'iuftspo.ltmoments in scinor Ruhelage befindot, dÜl'ch doll. stationären Anl..ci1 dor h- Stufen.Brcmsung zum ZeitptUlkt t₁ (Bild J 0,1.) im R\lbsillH VOl'gosp(l.nnt ist tmd dahor nach dem Verschwinden dos MotOl'1110menLs wälu'ol'ld dOI' NetztrolUUlngszoit 6t fl'oio Sohwingungen in seiner Eigenfrcquonz ausfilhl't. De~' Vor- lauf dor Systomantwort naeh dom "Vieclerein.sohaltell dor

VDI·Z 116 (1974) Nr, 2 - Februar

DU«lll. Dl'ehmoment-VerJo.uf o.n dor Kupplung 1<2.

"

I

200 Nm 100

50

o

200 Nm

10 0 5 0 0

~ 200 Nm 100 0 5

o

20 0 Nm

10 0 50 0

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0 0,1 0,2

V

Zeit ^0,3 t ^0,4

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•

11.1 .

11.2.

11,3

11.11

0,6

Stö.ndorspaJi..nung (Zoitpunkt t_{ll )} hüngt jodoc;h von der TI haaon luge des sollwingendon H\lbwel'hs ab, (Ho gorndo do.nn erreioht ist, wem). dio in dcn Hubsinn gal'ichteto 60.Hz.Polldeltmg dcs Motorluftspnltmomant8 Jl{ LIIp(l) dm'oh don :Motot' oingalaitet wiJ'd,

Die Entkopphmg del' Einflüsso von Spiel wul Phnsollingo nn Plm.kt b sei sptltor bOElclli'iobon, Zunächst 8011 0.111 Dei- spiel d(H' Bildor 10 und I t die l30dout\lng rlO\' Kupphmgs.

konnwel'te (Federkonstante lmd DiimpflUlg) für eUo Renk- tion spiolbeho.ftetol' Tdobwol'ko nur motol'soitigo Momenten- aJU'cgung gO:l.eigt w(;lI"don. Dio Kllpplung K3 , det'on Daten o.u8 Bild 3,2. zu entnehmen sind, weist gogonübel' dor Kupp- lung K₁ eine orhoblich sL/il'koi'O D/impfung boi gloichzeitig niedrigol'Ol' Fodel·stoife auf. Dadurch loaaen sich, wie elle Rochonol'gobnia!3e a.usweisen, die Frequenz der Eigon- aohwinglmg tmd dio Momenton·Höchst.wcrte (llunkto a. in den Bildorn 11,1. bia 11.4.) im Vel'gleich :1.11 den mit der l(uppluflg K1 gewoJU1.enen Ergebnissen siohtbar senkon.

Do.-8 Diagl'anun in Dild 12 vordeutlicht dio ZusQ.I'YII'nGn- hänge zwischen don oim·,olnot'l. Pal'f.I.l'I'Ietal'n. Dabei wurde auf der Absziaao dM Spie! ?,Sp im Antl'iebswellol1stl't\.ng in Grad und auf der Orelinate da,'j für Plmkt a (Bildor 10 und ll) ol'reclmcto Drehmomcnt.jU alifgotjJ'ngOI). Liogen die Rechen- el'gobniii80 fi.\1' dan apielf('eien Zustand nooh relativ dicht beioino.ndel', so zeigt sioh mit zlUlohmondom Spiol boi doi' hüt'tel"en Kupphmg K₁ oin OdlOblich sttl.l'korol' Anstieg dcs Spitzenmolllcnts als boil'Yl mit de~' weiohel.'en Kupphmg K₂ auago1'i.iatoten Hubwerl(. Die beansprucll.lUlgsstoigol'ndo

"Vi1'lwng von Gotrioboloso läßt eich dOl'Ylnach dlll'oh den Einsatz von Kupplungen. rnit hohet' Dl'ehela-atizität und Dümpfung mildern.

111

Bild 12. MornontonJntLximn beim Soh~~lten auf Stufe SIT als F\ml;;tion des Spielwinkols 'Psp für die Kupplungen l{ 1 und K2,

300

Nm

::. c •

_K,

~200

~

•

a

^K,

J '

100 O· 05· 1,0" _1,5⁰

1911.12 ' $plolwinkcl ""51'1

Wie bOJ'oita orwühnt, achwlngt dtlS reohnerisoh auf ein Feder-Musse.Systen-. mit oinem Freiheitsgrad l'cduzierte Hubt.riebwerk wlUll'end dcr Nelzltronn:r. it irn apiolfl'eion

~uatl1nd gedämpft, \.yil'd das in die Getdebe·Eil1gangsstufe gejagte Spiel d\.U'obh\.\lfen, so übt die Motorkupplung auf den Schwinger kein, Dl1mpfwlgsmornent mohr aua, und dia UI'eh~

fnWJson bo~\'cgen sich bis zum Spieluusgleich frei. vVird ntloh Verl3tl'eiohen deI' Neu..:trewlzeit 6t elle im Hubsum wirkende lSO.Hz.Aru'eglUlg der Schaltst.ufo SI motorsoitig oingoleitot) 130 bosteht zwiachon dom Anfungawet·t dea Motorluftl3pt\lt.

moments MLsp(t

=

0) \lud der Sohwi.ngbeweglUlg dcs Hub·

werlts eine Phnsonclifl'el'cnz l!J.rp, dm'on QI'ÖßO vom Spiel- winkel r(51) mithoeinflußt wild_

Eine gesonderte Untersuchung n11l Annlogt'eelmer ergab, daß zwisohen l!J.<p \Uld dom Spitzenwort der Syaoomantwort.

naeh Anregung dw'ch das Motol'luftspo.ltmoment bei oino1' Sohnltdrehzahl auf Stufe SI VOll nM = 800 U/mul dor a".

dem Diagramm in Bild 13 ersiohtliehe Zlummmonhang bo- steht, wonn man dna Vorhültnis V = J\fjMmJll als Funk- tion von 6rp mütl'iigt. Die Bezugsgl'öße 111_m^l_n = 140 Nm ontsprioht der vom Itoolmer bei 6rp _ O,l) Tt' ausgegobenen, dom kleinaten Dl'ohmornont entspl'ochondon Spannung, die dann atütritt, wenn deJ.' Widnmgasinn von MLsJ) \Uld die Beweglmgsrichtung des Sohwingers gornele entgegengesetzt gerichtet sind_ Das Diagramm el'lo.ubt in diosol' li'Ol'm oin Absohätzen der Ba.ndbreite, in deI' die relutiven Maxima der MomentenbeallspruohW1g zum Zeit.plUUtt b in dcn Reohnerachriaben (Bildor J 0 und 11) liogon können,

Tafel 2 enthmt die Werte der von Spiel und Kupplungs- konngrößen bedingten Phasondifferenz !l.tp zwischen Motor- luftspaltmomont und Systomsch ... ingung für das SchaUen nuf GegenatroDl bei 800 U lmin naoh einer vOl'ungego.ngonon NetztrolUlZeit von l!J.t _ 0,1 8,

rn Ta.fol 3 sind die ltl dor Hubworks·Antl'iobswollo naoh dem Wechsel des MotoJ.'(l.l'beitapunkt13 auf die SteUOI'kurvo SI auftretenden absolut.en Drehllloment.maximn. (Ptm1üe b in don BildOl-n J 0 und 11) in Abhttngigkoit vom Spicl und don Daten der K.upplung :r.ul3ti.mmengofaßt_

1.3t'<;:'- -- -- - - -- - -- - -==-1

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~ '11.2

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0,511' 11' ^1,611' 2.

105,13 Phil6endifferon;Z: /l""

ßild 13, Eintluß der Phnaendifferen'l. l!J.rp zwiaehon Motor- luftI:Jpa.ltmornent und SohwingbeweglUlg uuf die System- o.ntwort M(t) beim SCho.ltvorgang von Stufe

sn

auf SI.

112

'rafel2. Phnsendiffel'enz.

Spiol-

willl,t;elljlS!) If' 0.(1° 1,0⁰ l,G^o

Ph/l8oH. l~upplullg

difTQro/w. Kl

•

0,06", 0 - 0.31'\"

'"

^{l{1\:2 \lpphmg; n} 0,4GI'\" 0,11'\" - 0.1",

Tafel 3. Drehmoment.,

Spiel-

willko! 9181) If' 0,5⁰ 1,0⁰ I,G^o

Dreh. Knpplung

momont.M ]( I 04 87 108 214

ill Nm l{upphll)g;

1\:2 8' 7,' "0 131}

Die T(~fol Hißt ebenfo.lla deli. gi.tnstigcn Einfluß del' Kupp.

lung l{1 auf dila Beunspt'uchungagoschehon o.m Got.riebe· oingang erkennen. Es fällt jedoeh auf, daß das Moment M bei oinem Spiel vOn rpsp = 0,6° gogonlibcr dom spielfreien Zu· stand leioht zW'liokgeht: Hiel' zeigt sich der ol'wlihnl.o ~u·

sam mon hang zwischen det' PhnsemUfferenz 6rp und dOi'n Dl'elunoment _ll! (Bild 13), Aus 'rafel 2 enLnimmt mUll fi.i~'

einen Spielwinl;;el von 0,5⁰ bei boidetl Kupplw\gell ",Veroo in dor Größenordnung von 6rp = 0.5 Tt', Die JJ"unktion V = f (!l.rp) weist für dieso r.)hnsendifforenz zwisohen Luft·

spalt.moment \Uld Sohwingbeweg\lng UmOl'ho.lb dos Int.er- valls 0 S l!J.rp :5 2 11" ein Mi.nimwn aus, Dies bedeutet, daß sich bei diesel' Konstellation. dio Syateml111twort des Sohwin·

gors dm'oh die überlagerte vVu:h:\J'ng von. El'l'ogung und froier Schwingung gerade am schwäehsten verstitl'ltt. Die übrigen betrachteten Spielwinkol fühl'on zu Phnsonelifferonzen, bei donen die Sohwingtmg des Moments .31 (t) angofncht wird, Bozioht man dio in Tafel 3 für Spielwinltel von 0,5° bia 1,5° angegebenen Momontonmaximn auf den ebenfalls in dor Tafel enthaltenen Wert

rol'

ein Spiel von 0°, so erhält man ein bozogonos Momont M

*,

da8 für boide Kupplungon als Funl<tion dea Spiolwinh:ola 9'131) in nUd 14 dargestellt ist, Die Km'von zeigen die für daf.l betraohtete Hubwodt cho.ra1t- tel'iatiaohen EUi.sattlttngon boi tpsp ~ 0,5⁰ j die Einflüsse de~'

versohiedenen genannten Pal'amotol' laasen sich mit Hilfe von Bild 13 sowie Tafel 2 entltoppeln_

Es ergibt sich, daß dtU'oh waohsende Getriebelos6 in dm' Regel -- bis mü re]utiv seltene Zufallskonstollationen

(rpSv ~ 0,5°) - dia Drelunolllent·Höohstwerte beim Ablauf

betriebabedingter SchaltoporBtioncn ansteigen, Es beateht die Mögliohkeit., durch Verringern deL' Drohfoderstoüe der eingesetzton Mot.ol'kupphmg, besondel'l3 wenn dioso Maß- nahme von oiner Erhöhung dor Kupplungsdämpfung be- gleitet wird, Momentellspiu..:on in den Getricbe-Eingangs, wollen von Kranhubworkon abzubauen, wobei Kupplungen höherer Drehelnati'Zität a.uch dio unerwünschton Einwit,·

kungon von Getriebespiel auf den Momeo"tanvQtlauf in den 'rl'iebwor1cen einachl'ünkon,

3

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1911.1~

0,6° 1,0⁰

Spielwinkel 'Ps_p

Dilt114, Einfluß von Kupplungaolnsti~itö.t 1..llld Spielwinltel auf dio Syaoomantwort M(t) beim Sohaltvorgang von Stufe

sn

auf

sr,

VDI-Z 116 (1974) Nr, 2 - Februar

,

• 6. Sd,lußbetrachtung

'~erden ~Um Steuern der Antriebsmotoren besondere An- laßachalttmgen verwendet, 80 empfiohlt es sioh, dar Aus- wahl oiner Motol'kupplung oine Schwingül\gabol'oohnung vorzuaohnlten. die der Ermittlung der Triebwerl(s·Eigen- fl'Qquonzen diont. Boi KOImt.nis dar im Schrifttum behan· delten Sohwingl.lngaformen der Lurtap(~ltdl'ehmomente von Bohützengesteuerten ASYll.ohron.SoWeifringläufol'l1, Kurz- achlo.ßlällfol'motoron uS\'!. Ul..ßt sich do.boi das Vorhl.Ut.nis zwisohen Eigen-und EITogol,r'·oquenr.en .in geoignetor vVeiao über die Federkollstante der Kupplung festlegen, wn Re- aono.nzol'schoinllngon zu vormeiden, A 26105

Schrifttum

[1] Ovel'lach, Ji., u. 1). Wiln8Ch: Untel'auohung del' dyna.

misohen Belastung von Hüttenlrrantriebwerken durch dreholnstiache KupplW\gen, Stahl lW.d Eison Bd, 85 (1965), N,·. 20, S. 1218/57.

[2] BlJucher, S" u, A, SeelJiner: Dynamisohe Beanspl'uchun- gen im Hubgotriebe oines 26 Mp-Bt'nmmonwondokrans, antrieb.teohnik Bd. 11 (1972) N,·. 12, S. 441/44.

DK 621.914.28.004.6 : 621.9.025.7

[3] Wü7t.!ch, .D" n, A, Seeli(Jer: Drehsohwingungen in Hubwarh:santriebawollon, nntriohstoclmih: Bd, 12 (1973) Nr. 4, S. 90/96.

[4] lVün8ch, D., ^ll. A, Seeliger: Betriebsdrehrnomente in Hubwerksantriebswollon, o.ntriobstoclmik Bd, 12 (1073) Nr. 7, S. 185/89.

l5] ]{loUer, K,: Teohnisoho Schwiugwlgslehre, Band J.

BOl'lin, Göttingen, Heidelberg: Springer-Verlag 19lH, L6] Hammakanz" L.: Bl'tnittllmg der StoßbeanaprUOhungen

olektrisoher Masohinen uuI dom olektron.isohen Analog- ,,"ohner. Stahl und EisenB,!. 80(1960)Nr. 21, S. 1889/97.

(71 SeeUger, A,: DM dynamische Kennlinienfeld des achüv/.(;lIlgestQuerten Asynchl'on.-Sohloifringläufer.Me- tors. Arohiv (Ur das Eisenhüttenwesen Bd. 44 (t 973) Nr. 11, S. 869/76.

(8) Giloi, W., u. R, Lauber: Analogl'cohnen. Berlin, Göttin- gon, Heidelberg: SpringOi'-Vol'lng 1963.

Ursache und Vermeidung von Ausbrüchen an Hartmetall-Wälzfräsern

Von Gerd Sulzer, Aachen

Wälzfräser werden heute üblicherweise aus Schnellarbeitsstahl gefertigt, obwohl man von an- deren Ferllgungsverfahren weiß, daß Werkzeuge aus Hartmetall (HM) erhebliche wirtschaflliche Vorteile bringen. HM-Wälzfräsern haftet jedoch der Nachteil an, daß sie zu Ausbrüchen an den Fräserschneiden neigen, die zum vorzeitigen Er- liegen führen. Durch umfangreiche theoretische und praktische Untersuchungen gelang es in- zwischen, die Ursachen für die Ausbrüche zu klä- ren. so daß Hinweise für deren Vermeidung ge- geben werden können.

Dr,-Ing, GCl'd Sulze,. ü# wi88enselwjtl:ichcl' .1l!Litm·beiter im Eaboratot'ium jü?' lVe1'kzeugma-8chi?len und Bet1'ieb8le/we der Rheinisoh· WC8tjalisohen Teohnischen Hoohsohulo Aachen.

VDI·Z 116 (1974) Nr. 2 - Februar

• 1. Einleitung

Im Bereioh des WttlzfrHaOna wOl'don ^ZlU' Zeit fMt aus·

achließlieh W'ol'h:zouge a.us SohneUal'beitssto.hl verwendet, obwohl man bel'eita VOI' ot.wa sieben Jahren mit den ersten Hnrtmetallversuohen begann. Ale Hauptproblem ergab eich jedoch immer wieder dl\8 soheinb(l.r unsystematisohe Auftraten von A1,.Isbl,üchon an den Fräaerachneiden [J], ZWltlohst sah es BO uus, als ob diese Ausbl'Uohe sporo.disoh und ohne Gosotrl.lnäßiglteit auftl'fl.ten, dn. man sio unter den versohiedensten DedinglUlgen beobachtete:

an Fräaern mit llnteraohiodlichon Hartmetallen von veL'schiedonen Herstellern,

un VoIUH~T:trru~'!tan- 1111d Stollenü'äsern,

sowohl an neuen als auch an mohrfaoh Wld unter- achiedlioh nachgesohliffenen VliUzt'l'iiaorn wld unter den vorachiodonsten EinsatzbedinguJ1.gen.

J'edoch stand diesem un.systemntiachen VorhaLten eine

gUHZ; bestimmte Cho.l'o.ktorist,ik entgegen; AUJJbrücho ließQfl sioh feststellen

am UbOl'gallg vom Zuhn kopf ZU_I' auslaufonden Flo.nko,

tm Zähnen im mittleron 'l'oil dos Arbeitsbareiohs

mu

dem Fräser und

I'noiat nicht zu Beginn des Früsereinaatzoo, sondern efst bei einQ!' sichtbaron Vorsohleißma-rh:e, DlU'ch dioso typi.':Iohen Ausbrüohe wird einor'saita das er- fOl'del'iicho NachschLi.ffmaß aufgl'tmc1 der Auabl'llchtiefa 01'-

hablioh größel' und undol'ol'soil;.a wogen des frwl.en Auftre- tons der Ausbrüohe die Standzeit bett'üchtlioh vorktil'zt,

Um. das Hal'tmotall-(HM-)'iVälzfrtlaen wh:oooho.ftlich ",l,I

n1t\ohen, muß mun aoloho Ausbl'ücho vormoidon, d, h'1 das Solmeidvermögen des Hartmetalle muß bossor genutzt 113