EP1908161A1 - Antrieb und verfahren - Google Patents

Antrieb und verfahren

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Publication number
EP1908161A1
EP1908161A1 EP06754241A EP06754241A EP1908161A1 EP 1908161 A1 EP1908161 A1 EP 1908161A1 EP 06754241 A EP06754241 A EP 06754241A EP 06754241 A EP06754241 A EP 06754241A EP 1908161 A1 EP1908161 A1 EP 1908161A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive
drive components
frequency
excitation
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP06754241A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Christ
Stephan Rhode
Petr Osipov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Publication of EP1908161A1 publication Critical patent/EP1908161A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/26—Power factor control [PFC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/0006—Vibration-damping or noise reducing means specially adapted for gearings

Definitions

  • the invention relates to a drive and a method.
  • drives which include electric motors, which are powered by a converter and drive a transmission.
  • the invention is therefore based on the object to improve drives in vibration engineering terms.
  • the object is achieved in the drive according to the features specified in claim 1 and in the method according to the features specified in claim 13.
  • the drive comprises drive components
  • each type of excitation, in particular oscillation mode, of a drive component can be assigned a characteristic curve, in particular in the frequency-rotational speed space, wherein the speed dependence of the associated excitation frequency can be represented by means of the characteristic curve,
  • the engine being operable in a work area
  • drive components and / or the work area are selected such that the characteristics in the work area are spaced apart from each other and spaced apart by resonance frequency bands of the drive components.
  • the motors, converters and gearboxes are separately developable and constructible.
  • they can be considered elements of a Modular system and thus offer economic benefits, especially in terms of delivery time, costs and necessary storage volume.
  • Each of these drive components is independent in terms of vibration technology due to its separate design.
  • the person skilled in the art projects a drive which is suitable for solving a drive task in a system.
  • the components according to power, torque, electrical connection options can be configured together by the skilled person and combined as a drive.
  • the mechanical and electrical requirements can be met by suitable selection of the drive components.
  • Vibrations of the individual drive components in their interaction and their interaction by the expert are considered.
  • the exciter frequencies do not coincide and thus no large oscillations can be excited.
  • the energy is not transferred to a resonant system, such as a natural vibration of the drive.
  • a resonant system such as a natural vibration of the drive.
  • the drive components and / or the working area are provided such that the curves are spaced from each other in the working area, wherein the distance is greater than 10 Hz, when the number of revolutions of the electric motor is greater than 100 revolutions per minute.
  • the drive components and / or the working area are provided such that the characteristic curves in the working range of resonance frequency bands of the drive components are spaced, wherein the distance is greater than 100 Hz, when the number of revolutions of the electric motor is greater than 100 revolutions per minute.
  • the types of excitation include higher harmonics of at least one type of excitation, such as first, second, third and / or fourth harmonics, ie harmonics.
  • the advantage here is that the consideration of the fundamental and the essential harmonics is sufficient. The higher the order of the harmonics, the lower the energy input.
  • only essentials are provided as types of excitement. The advantage here is that in this way only the necessary types of excitation are taken into account.
  • Essential are those who enter an energy current in the drive, which can be greater than the dissipated, if the entry is made at a natural frequency or in an associated resonant band. In this case, the oscillation swings in such a way that dangerous or disturbing conditions can arise.
  • the drive components are selected such that the characteristics do not intersect in the work area.
  • the energy input into the drive does not add up.
  • the drive components are selected such that none of the characteristic curves in the work area cuts a resonant frequency band of the drive component.
  • the transmission ratio in particular the driving gear, is rational and not integer.
  • the advantage here is that engine excitation-type characteristics can never intersect these transmission excitation-type characteristics because motor-excitation-type characteristics are proportional to the number of poles of the engine, which is always even.
  • the work area in the inverter is considered and deposited so that critical speeds or critical speed ranges of the engine does not occur permanently, in particular less than 5 associated vibration periods.
  • the advantage here is that a ramp-up of the speed is allowed and does not lead to adverse effects, with critical speeds or critical speed ranges of the engine can occur briefly. However, if the time of occurrence is less than five, Associated with this speed oscillation periods, the resonance oscillation is too little energy supplied and thus dangerous high vibration amplitudes avoided.
  • the working range extends from standstill to the maximum speed of the motor and / or up to the rated speed of the motor.
  • the working range extends from standstill to the maximum speed of the motor and / or up to the rated speed of the motor, with such critical speeds are excluded in which an excitation frequency of at least two types of excitation is equal and / or an exciter frequency falls within a resonant frequency band.
  • the advantage here is that the work area is stored in the inverter and thus the inverter only the motor drives and supplies such that the critical speed or critical speed ranges of the engine can not occur - at least not permanently.
  • the work area by means of the electronic control in the inverter can be stored and taken into account.
  • the drive angle sensors or speed sensor are connected to the rotor shaft of the motor from which the inverter can determine the speed directly and thus a check of the engine in terms of critical speeds or critical speed ranges of the engine is executable.
  • each type of excitation, in particular vibration mode, a drive component is assigned a characteristic, in particular in the frequency-speed space, wherein the speed dependence of the associated excitation frequency is represented by means of the characteristic curve,
  • the drive components and / or the working area are selected such that the characteristic curves in the work area are spaced apart from one another and from resonance frequency bands of the drive components.
  • the advantage here is that the method discloses a teaching, as the drive from a kit, so from a given amount of drive components, those who seeks to make a quiet drive after connecting them. It is essential that it is considered whether the exciter frequency of one of the drive components coincides with an excitation frequency of another drive component and / or with a resonance frequency, in particular of the other drive component.
  • the expert reads that he must pay attention to the characteristics at all. In addition, he should control the spacing of the characteristics. The expert reads clearly that the distance of the curves should be as large as possible. If characteristics meet at speed 0, it will be clear to those skilled in the art that this has nothing to do with the cause of noise.
  • the audible range of frequencies is substantially relevant to the invention. In exceptional cases, such as in very large gearboxes, the infrasound range can be essential.
  • the drive components from a
  • Modular system selected that includes several, different maximum torques associated sizes within which different variants of the drive components are provided.
  • the advantage here is that the drive can be assembled from different components according to different technical criteria.
  • the teaching of the invention is that in addition, the characteristics are observed and should be used for selecting according to the criteria mentioned in the claims. This is surprising for a person skilled in the art, as he usually searches from the existing series, so kits, those drive components that meet its technical requirements regarding the drive technology task.
  • gear with different translations in particular the driving gear stage, as variants and includes motors with different number of poles and / or number of teeth as variants as well as with simple three-phase winding and various harness winding.
  • the advantage here is that the selection of the gear is tuned to the selection of engines.
  • the drive components are selected such that the transmission ratio of the transmission, in particular the driving gear stage, is not integer, that is rational.
  • the characteristic can never coincide with a characteristic of the engine, in particular synchronous motor. Because in a synchronous motor there are excitations, which can be marked by straight lines whose slope corresponds to an integer multiple of the number of poles. In this case, therefore, the slope is always even, because the synchronous motor always has a number of pole pairs, that has an even number of poles. Due to the simple rule of selecting gearboxes with a rational transmission ratio, therefore, a low-noise drive can be provided.
  • the drive components are selected such that the number of poles and the stator tooth number of the motor have a common integer divider.
  • the advantage here is that the noise is even lower, although the cogging can be slightly increased. However, it has been found that overall a lower tendency to oscillations occurs.
  • the drive components are selected such that the transmission comprises a planetary gear stage and / or an angular gear stage and / or a spur gear stage.
  • the transmission comprises a planetary gear stage and / or an angular gear stage and / or a spur gear stage.
  • the working range comprises only rotational speeds which are present so long that such little energy occurs in the associated vibration form that the radiated sound power is provided below a predefinable critical value.
  • the work area comprises only rotational speeds, which are each provided for longer than one second.
  • the motor is a synchronous motor, in particular with a reference to permanent magnets of the rotor pole number.
  • the advantage here is that the number of poles is always even and therefore the characteristics are different from characteristics of the transmission, in particular with a rational ratio.
  • the method is carried out in a computer to which at least parameters and data relating to the drive are input.
  • a method is executable, which is connected via the Internet with another computer.
  • the processor executing the method then takes into account the data and returns the optimum type of drive components.
  • the plant configuration including the drive configuration can be executed on a computer at any location.
  • the data on the determining computer are always kept up to date. In particular, this computer can be integrated in the computer network of the manufacturer.
  • the method is carried out by the computer, with the best possible matching drive components are selected from a kit of drive components according to at least technical criteria, such as willing to put maximum torque and / or speed of the output shaft.
  • the advantage here is that in the project planning not only the necessary mechanical engineering criteria, such as connection mass and interface training, torque and speed but also environmental protection values are considered, such as vibration and noise.
  • the drive components are provided integrated in a housing.
  • the advantage here is that even when constructing the housing is carried out such that the resonance of the housing does not coincide within the work area with a determinable exciter frequency.
  • the type of transmission and the design of the motor, in particular its number of poles and the like, can be fixed even before the construction of the housing.
  • the characteristics of the excitation frequencies, which are caused by teeth engagement frequency, Poliere and the like can be determined.
  • the housing is so stiff executable that even when constructing, for example, with a FEM method, so finite element method, a modal analysis is executable. In this way, then the rigidity of the housing in some areas or in total can be improved until the natural vibration is outside the range of the known exciter frequencies.
  • FIG. 1 shows a first drive according to the invention.
  • the transmission 1 is driven by the electric motor 2 and powered by the inverter 3. Although the output at the output shaft 4 speed should make a high power transferable. Overall, however, the drive should be made as quiet as possible.
  • the speed-dependent and speed-independent exciter frequencies of the respective drive component are determined.
  • the associated speed-dependent and speed-independent exciter frequencies of the respective drive component are determined.
  • the associated speed-dependent and speed-independent exciter frequencies of the respective drive component are determined.
  • a frequency band around these frequencies is taken into account in each case instead of the frequencies.
  • a resonance frequency band is taken into account instead of the resonance frequency.
  • the meshing frequency is determined as an excitation frequency by the number of teeth multiplied by the speed of the motor of the pinion connected to the rotor shaft of the motor.
  • the meshing frequency is determined by the relative speed of the sun. The other gear stages bring in further exciter frequencies. The number of poles of the motor multiplied by the rotational frequency of the rotor results as a further excitation frequency, the exciting motor frequency.
  • the inverter is operated with a pulse width modulation frequency that is independent of the speed of the motor, that is constant.
  • a pulse width modulation frequency that is independent of the speed of the motor, that is constant.
  • the excitation frequencies are calculable.
  • the drive is then projected low and then has a low noise, when the lines of the exciter frequencies are not close.
  • the first four harmonics are particularly important. Even higher harmonics can usually be neglected. The same applies to the subharmonics.
  • the number of poles of the motor and pulse width modulation frequencies of the inverter are chosen such that there is no overlap of the line. Mathematically, this can be expressed by the inequality conditions
  • the working range covers all speeds from standstill to the rated speed of the motor or an even higher maximum permissible speed.
  • the working area may also include those speeds which are used during operation, in particular permanently.
  • the work area defined in this case covers only these two speeds.
  • all intermediate speeds are also counted to the working area.
  • Another advantageous working range is the range of those speeds that are used permanently.
  • the aforementioned natural frequencies Fres can be moved to higher areas if the housing parts are stiffened accordingly.
  • the stiffening can already be provided in the construction with FEM methods.
  • the drive is made compact, so gear, motor and inverter in a housing.
  • the excitation frequencies act on the same object.
  • FIG. 2 shows the fundamental frequency and the first, second and third harmonics. Accordingly, the characteristics 22 of the speed-dependent transmission exciter frequency are shown.
  • the fundamental frequency of the meshing frequency of the driving step is the same.
  • the first, second and third harmonic are shown because they contribute significantly.
  • the pulse width modulation frequency of the inverter a turn speed-dependent, introduced via the motor excitation frequency 23 introduced.
  • the fundamental frequency is 4kHz or 16kHz.
  • the other excitation frequencies are arranged around this excitation frequency with a frequency spacing, which is due to the structure of the engine.
  • Essential parameters are the number of poles and the number of teeth of the stator and the parameters of the rotor. In a synchronous motor, for example, the number of permanent magnets is essential.
  • a motor resonance 24 which lies in a speed-independent frequency band.
  • the characteristics of the motor excitation frequencies, transmission excitation frequencies and the frequency caused by the inverter, introduced via the motor exciter frequencies are identical to the characteristics of the motor excitation frequencies, transmission excitation frequencies and the frequency caused by the inverter, introduced via the motor exciter frequencies.
  • the resonant frequency band is understood to be that frequency band which is arranged around the respective natural frequency, that is to say the resonant frequency, of a drive component or one of its subcomponents.

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Abstract

Antrieb und Verfahren zum Projektieren eines Antriebs, umfassend Antriebskomponenten, wobei als Antriebskomponenten zumindest ein Getriebe und ein dieses antreibender von einem Umrichter versorgter Elektromotor vorgesehen sind, wobei jeder Erregungsart, insbesondere Schwingungsmode, einer Antriebskomponente eine Kennlinie, insbesondere im Frequenz-Drehzahl-Raum, zugeordnet wird, wobei mittels der Kennlinie die Drehzahlabhängigkeit der zugehörigen Erregerfrequenz dargestellt wird, wobei der Motor in einem Arbeitsbereich betrieben wird, die Antriebskomponenten und/oder der Arbeitsbereich derart ausgewählt sind, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich voneinander und von Resonanzfrequenzbändern der Antriebskomponenten beabstandet verlaufen.

Description

Antrieb und Verfahren
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen Antrieb und ein Verfahren.
Es sind Antriebe bekannt, die Elektromotoren umfassen, welche von einem Umrichter versorgt sind und ein Getriebe antreiben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Antriebe in schwingungstechnischer Hinsicht zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Antrieb nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 13 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Antrieb sind, dass der Antrieb Antriebskomponenten umfasst,
wobei als Antriebskomponenten zumindest ein Getriebe und ein dieses antreibender von einem Umrichter versorgter Elektromotor vorgesehen sind,
wobei jeder Erregungsart, insbesondere Schwingungsmode, einer Antriebskomponente eine Kennlinie, insbesondere im Frequenz-Drehzahl-Raum, zuordenbar ist, wobei mittels der Kennlinie die Drehzahlabhängigkeit der zugehörigen Erregerfrequenz darstellbar macht,
wobei der Motor in einem Arbeitsbereich betreibbar ist,
wobei die Antriebskomponenten und/oder der Arbeitsbereich derart ausgewählt sind, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich voneinander und von Resonanzfrequenzbändern der Antriebskomponenten beabstandet verlaufen.
Vorteilig ist dabei, dass die Motoren, Umrichter und Getriebe getrennt voneinander entwickelbar und konstruierbar sind. Beispielsweise lassen sie sich als Elemente eines Baukastensystems entwickeln und bieten dadurch wirtschaftliche Vorteile, insbesondere hinsichtlich Lieferzeit, Kosten und notwendiges Lagervolumen. Jede dieser Antriebskomponenten ist wegen der separaten Konstruktion schwingungstechnisch eigenständig. Der Fachmann projektiert einen Antrieb, welcher zur Lösung einer Antriebsaufgabe in einer Anlage geeignet ist. Dabei sind vom Fachmann die Komponenten gemäß Leistung, Drehmoment, elektrischer Anschlussmöglichkeiten zusammen projektierbar und als Antrieb zusammenfügbar. Die maschinenbaulichen und elektrischen Anforderungen sind durch geeignete Auswahl der Antriebskomponenten erfüllbar.
Weiter ist bei der Erfindung von Vorteil, dass bei der Schaffung des Antriebs die
Schwingungen der einzelnen Antriebskomponenten in ihrem Zusammenspiel und ihrer Zusammenwirkung vom Fachmann berücksichtigbar sind. Die Erregerfrequenzen fallen nicht zusammen und es können somit keine großen Schwingungen angeregt werden. Insbesondere wird die Energie nicht in ein resonantes System übertragen, wie beispielsweise eine Eigenschwingung des Antriebs. Somit ist also durch die Erfindung der Antrieb und auch die zugehörige Anlage in schwingungstechnischer Sicht, also auch geräuschentwicklungsmäßig, verbessert. Durch die geringeren Geräuschemissionen ist daher auch der Umweltschutz verbessert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antriebskomponenten und/oder der Arbeitsbereich derart vorgesehen, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich voneinander beabstandet verlaufen, wobei der Abstand größer ist als 10 Hz, wenn die Umdrehungszahl des Elektromotors größer ist als 100 Umdrehungen pro Minute.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antriebskomponenten und/oder der Arbeitsbereich derart vorgesehen, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich von Resonanzfrequenzbändern der Antriebskomponenten beabstandet verlaufen, wobei der Abstand größer ist als 100 Hz, wenn die Umdrehungszahl des Elektromotors größer ist als 100 Umdrehungen pro Minute.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung gehören zu den Erregungsarten auch höhere Harmonische von mindestens einer Erregungsart, wie beispielsweise erste, zweite, dritte und/oder vierte Harmonische, also Oberschwingungen. Von Vorteil ist dabei, dass die Berücksichtigung der Grundschwingung und der wesentlichen Harmonischen ausreichend ist. Je höher die Ordnung der Harmonischen ist, desto geringer ist der Energieeintrag. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind als Erregungsarten nur wesentliche vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass auf diese Weise nur die notwendigen Erregungsarten berücksichtigt werden. Wesentliches sind dabei diejenigen, die einen Energiestrom in den Antrieb eintragen, der größer sein kann als der dissipierte, wenn der Eintrag bei einer Eigenfrequenz oder in einem zugehörigen Resonanzband erfolgt. In diesem Fall schaukelt sich die Schwingung derart auf, dass gefährliche oder störende Zustände entstehen können.
Insbesondere sind daher als Erregungsarten nur derartige Erregungsarten vorgesehen, deren zugehöriger Energiestrom größer ist als derjenige Energiestrom, der beim Schwingen des Antriebs mit dieser Erregungsart dissipiert wird, insbesondere bei einer auftretenden Resonanz dissipierte.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antriebskomponenten derart ausgewählt, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich sich nicht schneiden. Somit addiert sich der Energieeintrag in den Antrieb nicht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antriebskomponenten derart ausgewählt, dass keine der Kennlinien im Arbeitsbereich ein Resonanzfrequenzband der Antriebskomponente schneidet. Von Vorteil ist dabei, dass keine Energie in einem Resonanzbereich zugeführt wird und somit gefährliche oder störende Zustände vermeidbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Übersetzungsverhältnis, insbesondere der eintreibenden Getriebestufe, rational und nicht ganzzahlig. Von Vorteil ist dabei, dass Motor- Erregungsart-Kennlinien niemals diese Getriebe Erregungsart-Kennlinien schneiden können, weil Motor-Erregungsart-Kennlinien proportional zur Polzahl des Motors sind, die stets geradzahlig ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Arbeitsbereich im Umrichter derart berücksichtigt und hinterlegt, dass kritische Drehzahlen oder kritische Drehzahlbereiche des Motors nicht dauerhaft auftreten, insbesondere weniger als 5 zugehörige Schwingungsperioden. Von Vorteil ist dabei, dass ein Hochfahren der Drehzahl erlaubt ist und nicht zu nachteiligen Effekten führt, wobei kritische Drehzahlen oder kritische Drehzahlbereiche des Motors kurzzeitig auftreten können. Wenn jedoch die Zeitspanne des Auftretens geringer ist als fünf, zu dieser Drehzahl gehörige Schwingungsperioden, wird der Resonanzschwingung zu wenig Energie zugeführt und somit gefährlich hohe Schwingungsamplituden vermieden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung reicht der Arbeitsbereich vom Stillstand bis zur maximalen Drehzahl des Motors und/oder bis zur Nenndrehzahl des Motors. Alternativ reicht der Arbeitsbereich vom Stillstand bis zur maximalen Drehzahl des Motors und/oder bis zur Nenndrehzahl des Motors, wobei derart kritische Drehzahlen ausgenommen sind, bei denen eine Erregerfrequenz von mindestens zwei Erregungsarten gleich ist und/oder eine Erregerfrequenz in ein Resonanzfrequenzband fällt. Von Vorteil ist dabei, dass der Arbeitsbereich hinterlegbar ist im Umrichter und somit der Umrichter den Motor nur derart ansteuert und versorgt, dass die kritischen Drehzahlen oder kritischen Drehzahlbereiche des Motors nicht auftreten können - zumindest nicht dauerhaft.
Somit ist also der Arbeitsbereich mittels der elektronischen Steuerung im Umrichter hinterlegbar und berücksichtigbar. Je nach Antrieb sind auch Winkelsensoren oder Drehzahlgeber mit der Rotorwelle des Motors verbunden, aus denen der Umrichter die Drehzahl direkt bestimmen kann und somit eine Überprüfung des Motors hinsichtlich der kritischen Drehzahlen oder kritischen Drehzahlbereiche des Motors ausführbar ist.
Wesentliche Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass es zum Projektieren eines Antriebs, umfassend Antriebskomponenten, vorgesehen ist,
wobei als Antriebskomponenten zumindest ein Getriebe und ein dieses antreibender von einem Umrichter versorgter Elektromotor vorgesehen sind,
wobei jeder Erregungsart, insbesondere Schwingungsmode, einer Antriebskomponente eine Kennlinie, insbesondere im Frequenz-Drehzahl-Raum, zugeordnet wird, wobei mittels der Kennlinie die Drehzahlabhängigkeit der zugehörigen Erregerfrequenz dargestellt wird,
wobei der Motor in einem Arbeitsbereich betrieben wird,
die Antriebskomponenten und/oder der Arbeitsbereich derart ausgewählt sind, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich voneinander und von Resonanzfrequenzbändern der Antriebskomponenten beabstandet verlaufen. Von Vorteil ist dabei, dass das Verfahren eine Lehre offenbart, wie der Antrieb aus einem Baukasten, also aus einer gegebenen Menge von Antriebskomponenten, diejenigen heraussucht, die nach Verbindung derselben einen geräuscharmen Antrieb herstellbar macht. Wesentlich ist dabei, dass berücksichtigt wird, ob die Erregerfrequenz einer der Antriebskomponenten mit einer Erregerfrequenz einer anderen Antriebskomponente zusammenfällt und/oder mit einer Resonanzfrequenz, insbesondere der anderen Antriebskomponente.
Außerdem liest der Fachmann mit, dass er die Kennlinien überhaupt beachten muss. Darüber hinaus soll er die Beabstandung der Kennlinien kontrollieren. Der Fachmann liest dabei klar mit, dass der Abstand der Kennlinien möglichst groß sein soll. Wenn sich Kennlinien bei Drehzahl 0 treffen, ist für den Fachmann klar, dass dies nichts mit der Verursachung von Geräuschen zu tun hat. Denn die Aufgabe der Erfindung und das Gebiet ist, die Geräusche und die Schwingungsfähigkeit bei einem technischen industriellen Antrieb zu verbessern. Somit ist der hörbare Bereich der Frequenzen für die Erfindung im Wesentlichen relevant. In Ausnahmefällen, wie beispielsweise bei sehr großen Getrieben, kann auch der Infraschall Bereich wesentlich sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Antriebskomponenten aus einem
Baukasten ausgewählt, der mehrere, verschiedenen maximalen Drehmomenten zugeordnete Baugrößen umfasst, innerhalb derer verschiedene Varianten der Antriebskomponenten vorgesehen sind. Von Vorteil ist dabei, dass der Antrieb aus verschiedenen Komponenten nach verschiedenen technischen Kriterien zusammensetzbar ist. Die Lehre der Erfindung ist dabei, dass zusätzlich auch die Kennlinien zu beachten sind und zum Auswählen herangezogen werden sollen gemäß der in den Ansprüchen genannten Kriterien. Dies ist für den Fachmann überraschend, da er üblicherweise aus den vorhandenen Baureihen, also Baukästen, diejenigen Antriebskomponenten sucht, die seine technischen Anforderungen bezüglich der antriebstechnischen Aufgabe erfüllen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind in einer Baugröße Getriebe mit verschiedenen Übersetzungen, insbesondere der eintreibende Getriebestufe, als Varianten umfasst und Motoren mit verschiedener Polzahl und/oder Zähnezahl als Varianten sowie auch mit einfacher Drehstromwicklung und verschiedener hochpoliger Wicklung. Von Vorteil ist dabei, dass die Auswahl der Getriebe abstimmbar ist auf die Auswahl der Motoren. Diese Abstimmung erfolgt erfindungsgemäß vorteiligerweise bezüglich der Kennlinien und/oder Resonanzen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antriebskomponenten derart ausgewählt, dass das Übersetzungsverhältnis des Getriebes, insbesondere der eintreibenden Getriebestufe, nicht ganzzahlig, also rational ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Kennlinie niemals zusammenfallen kann mit einer Kennlinie des Motors, insbesondere Synchronmotors. Denn bei einem Synchronmotor gibt es Erregungen, die durch Geraden kennzeichenbar ist, deren Steigung einem ganzzahligen Vielfachen der Polzahl entspricht. In diesem Fall ist also die Steigung stets geradzahlig, weil der Synchronmotor immer eine Anzahl von Polpaaren aufweist, also eine gerade Zahl von Polen aufweist. Durch die einfache Vorschrift der Auswahl von Getrieben mit rationalem Übersetzungsverhältnis ist also ein geräuscharmer Antrieb bereitstellbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antriebskomponenten derart ausgewählt, dass die Polzahl und die Stator-Zähnezahl des Motors einen gemeinsamen ganzzahligen Teiler aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass die Geräuschentwicklung noch geringer ist, wenn auch das Cogging leicht erhöht sein kann. Es hat sich aber herausgestellt, dass insgesamt eine geringere Neigung zu Schwingungen auftritt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antriebskomponenten derart ausgewählt, dass das Getriebe eine Planetengetriebestufe und/oder eine Winkelgetriebestufe und/oder eine Stirnradgetriebestufe umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass verschiedene Getriebe aus dem Baukasten verwendbar sind und bei all diesen Sorten Schwingungsverminderung, also auch Geräuschminderung, erreichbar ist im Vergleich zu anderen Getriebemotoren, die nur gemäß der antriebstechnischen Anforderungen ausgewählt sind ohne Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Kennlinien.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Arbeitsbereich nur Drehzahlen umfasst, welche derart lange anliegen, dass in der zugehörigen Schwingungsform derart wenig Energie auftritt, dass die abgestrahlte Schallleistung unterhalb eines vorgebbaren kritischen Wertes vorgesehen ist. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Arbeitsbereich nur Drehzahlen, welche jeweils länger als eine Sekunde vorgesehen sind. Somit kann vorteiligerweise keine hohe Energiemenge in einer Schwingungsform aufgebaut werden
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Motor ein Synchronmotor, insbesondere mit einer auf Permanentmagnete des Rotors bezogenen Polzahl . Von Vorteil ist dabei, dass die Polzahl stets geradzahlig ist und daher die Kennlinien verschieden sind von Kennlinien des Getriebes, insbesondere mit rationalem Übersetzungsverhältnis.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung gilt im Arbeitsbereich:
F1 ≠ F2 und
F3 ≠ F2 und
F1 ≠ F3 und
F1 ≠ Fres und F2 ≠ Fres und
F3 ≠ Fres
wobei
F1 = M*(1- fso / f10 ) * z1 * flθ F2 = N * p * f10
F3 = O * (fu / f10 ± p) *f10 mit
P = Polzahl des Motors (= Polpaarzahl * 2) z1 = Zähnezahl des Ritzels / Sonnenrades fsO = Drehfrequenz des Steges (bei Standgetrieben fsO = 0) [Hz] f10 = Drehfrequenz des Rotors / Ritzels / Sonnenrades [Hz] fu = Taktfrequenz des Umrichters [Hz]
Fres= Eigenfrequenz einer Antriebskomponente
M, N = Natürliche Zahlen
O = Natürliche Zahl oder Y2, Vi, ...
Von Vorteil ist dabei, dass die wesentlichen Kennlinien in einfacher mathematischer Form ausdrückbar sind und somit in einer Software einfach integrierbar sind. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Verfahren in einem Rechner ausgeführt, dem zumindest Parameter und Daten eingegeben werden, die sich auf den Antrieb beziehen. Von Vorteil ist dabei, dass an einem Rechner ein Verfahren ausführbar ist, der über Internet mit einem anderen Rechner verbunden ist. Somit kann die Datenweingabe und Parametereingabe an einem geographisch verschiedenen Ort geschehen. Der das Verfahren ausführende Rechner berücksichtigt dann die Daten und meldet den als optimal bestimmten Typ der Antriebskomponenten zurück. Somit ist die Anlagenprojektierung umfassend der Antriebsprojektierung an einem Rechner an beliebigem Ort ausführbar. Die Daten auf dem bestimmenden Rechner sind stets aktualisiert gehalten. Insbesondere kann dieser Rechner im Rechnernetzwerk des Herstellers integriert sein.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Verfahren von dem Rechner ausgeführt, wobei bestmöglichst passende Antriebskomponenten aus einem Baukasten von Antriebskomponenten ausgewählt werden nach zumindest technischen Kriterien, wie bereit zu stellendes maximales Drehmoment und/oder Drehzahl der Abtriebswelle. Von Vorteil ist dabei, dass bei der Projektierung nicht nur die maschinenbaulich notwendigen Kriterien, wie Anschlussmasse und Schnittstellenausbildung, Drehmoment und Drehzahl sondern auch die Umweltschutz betreffenden Werte berücksichtigbar sind, wie Schwingungs- und Geräuschentwicklung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Antriebskomponenten in einem Gehäuse integriert vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass schon beim Konstruieren das Gehäuse derart ausgeführt wird, dass die Resonanz des Gehäuses nicht innerhalb des Arbeitsbereiches mit einer bestimmbaren Erregerfrequenz zusammenfällt. Die Art des Getriebes und die Bauart des Motors, wie insbesondere seine Polzahl und dergleichen, sind schon vor der Konstruktion des Gehäuses festlegbar. Somit sind die Kennlinien der Erregerfrequenzen, die durch Zähneeingriffsfrequenz, Polzahl und dergleichen verursacht sind, bestimmbar. Das Gehäuse ist derart steif ausführbar, dass schon beim Konstruieren, beispielsweise mit einer FEM-Methode, also Finite-Elemente-Methode, eine Modalanalyse ausführbar ist. Auf diese Weise kann dann die Steifigkeit des Gehäuses in einigen Bereichen oder insgesamt verbessert werden, bis die Eigenschwingung außerhalb des Bereiches der bekannten Erregerfrequenzen liegt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Bezugszeichenliste
1 Getriebe 5 2 Elektromotor
3 Umrichter
4 Abtriebswelle
5 Sensor
21 Kennlinie der drehzahlabhängigen Motor-Erregerfrequenz 10 22 Kennlinie der drehzahlabhängigen Getriebe-Erregerfrequenz
23 Kennlinie der drehzahlabhängigen von der Pulsweitenmodulationsfrequenz des Umrichters verursachten, über den Motor eingebrachte Erregerfrequenz
24 Kennlinie der Motorresonanz
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der Figur 1 ist ein erster erfindungsgemäßer Antrieb gezeigt. Das Getriebe 1 ist vom Elektromotor 2 angetrieben und vom Umrichter 3 versorgt. Die an der Abtriebswelle 4 abgegebene Drehzahl soll zwar eine hohe Leistung übertragbar machen. Insgesamt soll aber der Antrieb möglichst geräuscharm ausgeführt werden.
Hierzu ist erfindungsgemäß die Auswahl der Antriebskomponenten, wie Umrichter, Motor, und Getriebe aufeinander abgestimmt. Darüber hinaus sind weiter Komponenten, wie Adapter, Bremse und dergleichen, entsprechend abstimmbar.
Bei der Abstimmung wird folgendermaßen vorgegangen:
Es werden die drehzahlabhängigen und drehzahlunabhängigen Erregerfrequenzen der jeweiligen Antriebskomponente bestimmt. Darüber hinaus werden die zugehörigen
Oberschwingungen und gegebenenfalls die Subharmonischen bestimmt. Außerdem werden die Resonanzen der Antriebskomponente bestimmt. Das Bestimmen ist experimentell ausführbar und/oder aufgrund theoretischer Berechnungen.
Danach wird überprüft, ob zwei oder mehr Erregerfrequenzen übereinstimmen und/oder mit einer der Resonanzfrequenzen zusammenfallen. Auf diese Weise kann schon vor dem Zusammenbau des Antriebs ein Schwingungsproblem vermieden werden. Denn wird ein solches festgestellt, wird der Antrieb aus anderen Antriebskomponenten projektiert und zusammengesetzt, bei denen ein solches Problem vermieden ist.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt der Frequenzen jeweils ein Frequenzband um diese Frequenzen herum berücksichtigt. Ebenso wird statt der Resonanzfrequenz ein Resonanzfrequenzband berücksichtigt.
Bei einem Getriebe ist die Zahneingriffsfrequenz als Erregerfrequenz bestimmt durch die mit der Drehzahl des Motors multiplizierte Zähnezahl des mit der Rotorwelle des Motors verbundenen Ritzels. Bei einer Planetengetriebestufe wird die Zahneingriffsfrequenz durch die Relativdrehzahl der Sonne bestimmt. Auch die weiteren Getriebestufen bringen weitere Erregerfrequenzen ein. Die Polzahl des Motors multipliziert mit der Drehfrequenz des Rotors ergibt als weitere Erregerfrequenz die anregende Motorfrequenz.
In Figur 2 sind die Erregerfrequenzen und deren Oberschwingungen symbolisch aufgetragen.
Je nach Zähnezahl des ersten Verzahnteils der eintreibenden Getriebestufe ergibt sich eine Gerade, die mit der Drehzahl proportional ansteigt. Ebenso ergibt die Polzahl des Motors solche Geraden.
Der Umrichter wird mit einer Pulsweitenmodulationsfrequenz betrieben, die unabhängig von der Drehzahl des Motors ist, also konstant ist. Da aber im Motor elektromagnetische Wechselwirkungen von Statorwicklung, Statorpaketpolen, insbesondere auch in Zusammenwirkung mit dem Rotor, bestehen, entstehen Erregerfrequenzen, die durch Geraden kennzeichenbar sind, welche sich bei Drehzahl 0 mit der Pulsweitenmodulationsfrequenz-Linie schneiden.
Zumindest teilweise sind die Erregerfrequenzen berechenbar.
Der Antrieb ist dann günstig projektiert und weist dann eine niedrige Geräuschentwicklung auf, wenn die Geraden der Erregerfrequenzen sich nicht nahe kommen.
Die optimale Projektierung ist dann erfolgt, wenn die Geraden der Erregerfrequenzen einen möglichst großen Abstand aufweisen. Außerdem ist natürlich zu vermeiden, dass Erregerfrequenzen auf Eigenresonanzen, also Eigenfrequenzen, fallen.
Bei den Oberschwingungen sind die ersten vier Harmonischen besonders wichtig. Noch höhere Oberschwingungen können meist vernachlässigt werden. Gleiches gilt für die Subharmonischen.
Zur Projektierung des Antriebs werden also die Zähnezahlen der Verzahnungsteile des Getriebes, die Polzahlen des Motors und Pulsweitenmodulationsfrequenzen des Umrichters derart gewählt, dass sich keine Überschneidung der Geraden ergibt. Mathematisch lässt sich das ausdrücken, indem die Ungleichheits-Bedingungen
F1 ≠ F2
F3 ≠ F2 F1 ≠ F3
F1 ≠ Fres
F2 ≠ Fres
F3 ≠ Fres gleichzeitig erfüllt werden, wobei
F1 = M*(1- fso / f10 ) * z1 * f10
F2 = N * p * f10
F3 = O * (fu / f10 ± p) *f 10 mit P = Polzahl des Motors (= Polpaarzahl * 2) z1 = Zähnezahl des Ritzels / Sonnenrades fsO = Drehfrequenz des Steges (bei Standgetrieben fsO = 0) [Hz] f10 = Drehfrequenz des Rotors / Ritzels / Sonnenrades [Hz] fu = Taktfrequenz des Umrichters [Hz] Fres= Eigenfrequenz einer Antriebskomponente
M, N = Natürliche Zahlen
O = Natürliche Zahl oder ΛA, 1A ...
Wenn diese Ungleichheits-Bedingungen im gesamten Arbeitsbereich des Motors eingehalten werden, ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform erreicht. Der Arbeitsbereich umfasst im einfachsten Fall alle Drehzahlen von Stillstand bis zur Nenndrehzahl des Motors oder einer noch höheren maximal zulässigen Drehzahl. Alternativ kann der Arbeitsbereich aber auch diejenigen Drehzahlen umfassen, die im Betrieb verwendet werden, insbesondere dauerhaft. Beispielsweise kann zum Antrieben eines Fließbandes nur Stillstand und Nenndrehzahl verwendet werden. In diesem Fall umfasst dann der so definierte Arbeitsbereich nur diese beiden Drehzahlen. Bei einem Fließband, das mit variabler Geschwindigkeit betreibbar ist, werden aber alle dazwischen liegenden Drehzahlen auch zum Arbeitsbereich gezählt. Ein anderer vorteiliger Arbeitsbereich ist der Bereich derjenigen Drehzahlen, die dauerhaft verwendet werden. Dabei werden diejenigen Drehzahlen nicht zum Arbeitsbereich gezählt, bei denen die Zeitdauer, für die die jeweilige Drehzahl vorgesehen ist, derart kurz ist, dass nur wenig Energie in die zugehörige Schwingungsmode strömen kann, also die abgestrahlte Schallleistung gering ist, insbesondere unterhalb eines gewissen kritischen Wertes.
Statt der Ungleichheits-Bedingungen sollte sogar darüber hinaus ein möglichst großer Abstand der Frequenzen F1 , F2, F3, Fres vorgesehen werden.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wir die A-Bewertung des
Schalldruckpegels mit berücksichtigt. Dabei wird der hörbare Bereich entsprechend bewertet.
Die genannten Eigenfrequenzen Fres können in höhere Bereiche verschoben werden, wenn die Gehäuseteile entsprechend versteift werden. Die Versteifung kann schon bei der Konstruktion mit FEM Methoden vorgesehen werden.
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist der Antrieb kompakt ausgeführt, also Getriebe, Motor und Umrichter in einem Gehäuse. Somit wirken die Erregerfrequenzen auf dasselbe Objekt.
Statt der Geraden können bei anderen Bauarten, also bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen, auch andere Kennlinien entstehen.
Für einen erfindungsgemäß abgestimmten Antrieb ist ein Beispiel der Konfiguration der wesentlichen Erregerfrequenzen in Figur 2 gezeigt. Dabei sind die drehzahlabhängigen Kennlinien 21 der Motor-Erregerfrequenz mit der Drehzahl linear ansteigend ausgeprägt. In Figur 2 sind die Grundfrequenz und die erste, zweite und dritte Harmonische dargestellt. Entsprechend sind die Kennlinien 22 der drehzahlabhängigen Getriebe-Erregerfrequenz dargestellt. Dabei entspricht ist die Grundfrequenz der Zahneingriffsfrequenz der eintreibenden Stufe. Außerdem sind noch die erste, zweite und dritte Harmonische dargestellt, weil sie wesentlich beitragen.
Darüber hinaus wird von der Pulsweitenmodulationsfrequenz des Umrichters eine wiederum drehzahlabhängige, über den Motor eingebrachte Erregerfrequenz 23 eingebracht. Beispielsweise beträgt die Grundfrequenz 4kHz oder 16kHz. Die weiteren Erregerfrequenzen sind um diese Erregerfrequenz herum angeordnet mit einem Frequenzabstand, der durch den Aufbau des Motors bedingt ist. Dabei sind wesentliche Parameter die Polzahl und die Zähnezahl des Stators und die Parameter des Rotors. Bei einem Synchronmotor ist beispielsweise die Anzahl der Permanentmagnete wesentlich.
Beispielhaft ist eine Motorresonanz 24 eingezeichnet, die in einem drehzahlunabhängigen Frequenzband liegt.
Erfindungsgemäß haben die Kennlinien der Motor-Erregerfrequenzen, Getriebe- Erregerfrequenzen und die vom Umrichters verursachte, über den Motor eingebrachte Erregerfrequenzen einen möglichst großen Abstand.
Zwei der Kennlinien schneiden sich bei einer hohen Drehzahl. Durch Wahl anderer Antriebskomponenten wäre hier eine noch weiter gehende Verbesserung ausführbar. Ebenso schneidet eine Kennlinie der Getriebe-Erregerfrequenz die gezeigte Motorresonanz
Unter Resonanzfrequenzband wird dasjenige Frequenzband verstanden, das um die jeweilige Eigenfrequenz, also Resonanzfrequenz, einer Antriebskomponente oder einer ihrer Subkomponenten, angeordnet ist.

Claims

Patentansprüche:
1. Antrieb, umfassend Antriebskomponenten,
wobei als Antriebskomponenten zumindest ein Getriebe und ein dieses antreibender von einem Umrichter versorgter Elektromotor vorgesehen sind,
wobei jeder Erregungsart, insbesondere Schwingungsmode, einer Antriebskomponente eine Kennlinie, insbesondere im Frequenz-Drehzahl-Raum, zuordenbar ist, wobei mittels der Kennlinie die Drehzahlabhängigkeit der zugehörigen Erregerfrequenz darstellbar macht,
wobei der Motor in einem Arbeitsbereich betreibbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Antriebskomponenten und/oder der Arbeitsbereich derart vorgesehen sind, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich voneinander und von Resonanzfrequenzbändern der Antriebskomponenten beabstandet verlaufen.
2. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponenten und/oder der Arbeitsbereich derart vorgesehen sind, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich voneinander beabstandet verlaufen, wobei der Abstand größer ist als 10 Hz, wenn die Umdrehungszahl des Elektromotors größer ist als 100 Umdrehungen pro Minute.
3. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponenten und/oder der Arbeitsbereich derart vorgesehen sind, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich von Resonanzfrequenzbändern der Antriebskomponenten beabstandet verlaufen, wobei der Abstand größer ist als 100 Hz, wenn die Umdrehungszahl des Elektromotors größer ist als 100 Umdrehungen pro Minute.
4. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Erregungsarten auch höhere Harmonische von mindestens einer Erregungsart gehören.
5. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Erregungsarten auch die erste, zweite, dritte und/oder vierte Harmonische, also Oberschwingung, von mindestens einer Erregungsart gehören.
6. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Erregungsarten nur wesentliche vorgesehen sind.
7. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Erregungsarten nur derartige Erregungsarten vorgesehen sind, deren zugehöriger Energiestrom größer ist als derjenige Energiestrom, der beim Schwingen des Antriebs mit dieser Erregungsart dissipiert wird, insbesondere bei einer auftretenden Resonanz dissipierte.
8. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponenten derart ausgewählt sind, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich sich nicht schneiden.
9. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponenten derart ausgewählt sind, dass keine der Kennlinien im Arbeitsbereich ein Resonanzfrequenzband der Antriebskomponente schneidet.
10. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis, insbesondere der eintreibenden Getriebestufe, rational und 5 nicht ganzzahlig ist.
11. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich im Umrichter derart berücksichtigt und hinterlegt ist, dass kritische 10 Drehzahlen oder kritische Drehzahlbereiche des Motors nicht dauerhaft auftreten, insbesondere weniger als fünf zugehörige Schwingungsperioden.
12. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
15 der Arbeitsbereich vom Stillstand bis zur maximalen Drehzahl des Motors reicht und/oder bis zur Nenndrehzahl des Motors.
13. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
20 der Arbeitsbereich vom Stillstand bis zur maximalen Drehzahl des Motors reicht und/oder bis zur Nenndrehzahl des Motors, wobei derart kritische Drehzahlen ausgenommen sind, bei denen eine Erregerfrequenz von mindestens zwei Erregungsarten gleich ist und/oder eine Erregerfrequenz in ein Resonanzfrequenzband fällt.
25 14. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponenten in einem Gehäuse integriert vorgesehen sind.
15. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, 30 dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich nur Drehzahlen umfasst, welche derart lange anliegen, dass in der zugehörigen Schwingungsform derart wenig Energie auftritt, dass die abgestrahlte Schallleistung unterhalb eines vorgebbaren kritischen Wertes vorgesehen ist.
16. Antrieb nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich nur Drehzahlen umfasst, welche jeweils länger als eine Sekunde vorgesehen sind.
17. Verfahren zum Projektieren eines Antriebs, umfassend Antriebskomponenten,
wobei als Antriebskomponenten zumindest ein Getriebe und ein dieses antreibender von einem Umrichter versorgter Elektromotor vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
jeder Erregungsart, insbesondere Schwingungsmode, einer Antriebskomponente eine Kennlinie, insbesondere im Frequenz-Drehzahl-Raum, zugeordnet wird, wobei mittels der Kennlinie die Drehzahlabhängigkeit der zugehörigen Erregerfrequenz dargestellt wird,
wobei der Motor in einem Arbeitsbereich betrieben wird,
die Antriebskomponenten und/oder der Arbeitsbereich derart ausgewählt sind, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich voneinander und von Resonanzfrequenzbändern der Antriebskomponenten beabstandet verlaufen.
18. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponenten aus einem Baukasten ausgewählt werden, der mehrere, verschiedenen maximalen Drehmomenten zugeordnete Baugrößen umfasst, innerhalb derer verschiedene Varianten der Antriebskomponenten vorgesehen sind.
19. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Baugröße Getriebe mit verschiedenen Übersetzungen, insbesondere der eintreibende Getriebestufe, als Varianten umfasst sind.
20. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Baugröße Motoren mit verschiedener Polzahl und/oder Zähnezahl als Varianten umfasst sind und auch mit einfacher Drehstromwicklung und verschiedener hochpoliger Wicklung.
21. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponenten derart ausgewählt sind, dass das Übersetzungsverhältnis des Getriebes, insbesondere der eintreibenden Getriebestufe, nicht ganzzahlig, also rational ist.
22. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponenten derart ausgewählt sind, dass die Polzahl und die Zähnezahl des Motors einen gemeinsamen ganzzahligen Teiler aufweisen.
23. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponenten derart ausgewählt sind, dass das Getriebe eine Planetengetriebestufe und/oder eine Winkelgetriebestufe und/oder eine Stirnradgetriebestufe umfasst.
24. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Synchronmotor ist, insbesondere mit einer auf Permanentmagnete des Rotors bezogenen Polzahl .
25. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsbereich gilt: F1 ≠F2und
F3 ≠ F2 und
F1 ≠ F3 und
F1 ≠ Fres und
F2 ≠ Fres und F3≠Fres
wobei
F1 =M*(1-fso/f10)*z1 *f10
F2 = N*p*f10 F3 = O*(fu/f10 ± p) *f 10 mit
P = Polzahl des Motors (= Polpaarzahl * 2) z1 = Zähnezahl des Ritzels / Sonnenrades fsO = Drehfrequenz des Steges (bei Standgetrieben fsO = 0) [Hz] f10 = Drehfrequenz des Rotors / Ritzels / Sonnenrades [Hz] fu = Taktfrequenz des Umrichters [Hz]
Fres= Eigenfrequenz einer Antriebskomponente
M, N = Natürliche Zahlen O = Natürliche Zahl oder V2, VA, ...
26. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Rechner ausgeführt wird, dem zumindest Parameter und Daten eingegeben werden, die sich auf den Antrieb beziehen.
27. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren von dem Rechner ausgeführt wird, wobei bestmöglichst passende Antriebskomponenten aus einem Baukasten von Antriebskomponenten ausgewählt werden nach zumindest technischen Kriterien, wie bereit zu stellendes maximales Drehmoment und/oder Drehzahl der Abtriebswelle.
28. Verfahren zum Herstellen eines Antriebs, umfassend Antriebskomponenten,
wobei als Antriebskomponenten zumindest ein Getriebe und ein dieses antreibender von einem Umrichter versorgter Elektromotor vorgesehen sind,
wobei die Antriebskomponenten in einem Gehäuse vorgesehen sind.
dadurch gekennzeichnet, dass
für Erregungsarten, insbesondere Schwingungsmoden, jeder Antriebskomponente eine Kennlinie, insbesondere im Frequenz-Drehzahl-Raum, bestimmt wird, wobei mittels der Kennlinie die Drehzahlabhängigkeit der zugehörigen Erregerfrequenz dargestellt wird,
wobei der Motor in einem Arbeitsbereich betrieben wird,
wobei die Antriebskomponenten und/oder der Arbeitsbereich derart ausgewählt sind, dass die Kennlinien im Arbeitsbereich voneinander und von Resonanzfrequenzbändern der Antriebskomponenten beabstandet verlaufen.
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