Verfahren zur computerunterstützten Auswahl von Maschinenkomponenten Method for computer-assisted selection of machine components
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem sich computerunterstützt Maschinenkomponenten bestimmen lassen, die für einen jeweiligen bestimmten Anwendungsfall besonders geeignet sind. The invention relates to a method with which computer-assisted machine components can be determined which are particularly suitable for a particular particular application.
Als "Maschinenkomponente" werden nachfolgend einzelne Maschinenelemente oder zu bestimmten Aggregaten zusammengefasste Gruppen von miteinander interagierenden As a "machine component", individual machine elements or groups of specific aggregates are subsequently interacted with each other
Maschinenelementen verstanden. Bei den betrachteten Maschinenelementen handelt es sich jeweils um eine kleinste technische Funktionseinheit, die geeignet ist, die sich aus der jeweils betrachteten technischen Anwendung ergebenden technisch funktionalen Anforderungen zu erfüllen. Der Begriff "Maschinenkomponente" umfasst dementsprechend auch die bei der Herstellung von Maschinenkomponenten oder deren Maschinenelementen verwendeten Bauteile, Ausgangsmaterialien oder angewendeten Verfahrensparameter, da die Eigenschaften und Funktionen der hier betrachteten Komponenten und Elemente stets durch die Art und Weise ihrer Herstellung und der dabei eingesetzten Materialien und Verfahren geprägt werden. Machine elements understood. The considered machine elements are each a smallest technical functional unit which is suitable for meeting the technical-functional requirements resulting from the particular technical application under consideration. The term "machine component" accordingly also includes the components, starting materials or process parameters used in the manufacture of machine components or their machine elements, since the properties and functions of the components and elements considered here always depend on the manner of their manufacture and the materials used therein Process be coined.
Derzeit werden Maschinenkomponenten in der Regel bezogen auf die jeweilige Anwendung nach standardisierten Verfahren ausgelegt. Diese Vorgehensweise ist einfach, bewährt und sicher, weil sie individuelle Unterschiede in den Anwendungen über pauschalisierte At present, machine components are usually designed according to the respective application according to standardized methods. This approach is simple, proven, and secure because it flat-rates individual differences in applications
„Sicherheitsfaktoren" absichert. "Safety factors" safeguards.
Diese Auswahl- und Auslegungssystematik wird beispielsweise in„Maschinenelemente 2, Prof. Schlecht", Addison-Wesley Verlag; Auflage: 2. (1. November 2009), ISBN-13: 978-3827371461 , oder„Maschinenelemente, Roloff/ Matek" Springer Vieweg; Auflage: 21., vollst, überarb. Aufl. 2013 (9. August 2013), ISBN-13. 978-3658023263, näher erläutert. This selection and interpretation system is described, for example, in "Maschinenelemente 2, Prof. Schlecht", Addison-Wesley Verlag, Edition: 2 (1 November 2009), ISBN 13: 978-3827371461, or "Maschinenelemente, Roloff / Matek" Springer Vieweg; Edition: 21st, complete, revised. Edition 2013 (August 9, 2013), ISBN-13. 978-3658023263, explained in more detail.
Ein typisches Beispiel für Maschinenkomponenten, die in der hier betrachteten und neu vorgestellten Art und Weise ausgewählt werden können, sind Riemen für Riemenantriebe. Die Auswahl solcher Riemen erfolgt üblicherweise nach Maßgabe der VDI-Richtlinie 2758 A typical example of machine components that may be selected in the manner contemplated and recited herein are belts for belt drives. The selection of such belts usually takes place in accordance with VDI Guideline 2758
"Riemengetriebe" aus Juni 1993.
Das konventionelle Vorgehen bei der anwendungsbezogenen Auswahl derartiger "Belt transmission" from June 1993. The conventional approach to the application-based selection of such
Maschinenelemente aus katalogmäßig bereitgestellten, insbesondere nach einer bestimmten Herstellerspezifikation hergestellten Maschinenelementen kann wie folgt zusammengefasst werden (s. auch beigefügte Figur 2): Machine elements from catalog-provided machine elements, in particular produced according to a specific manufacturer specification, can be summarized as follows (see also attached FIG.
(a) Die durch die vorgesehene Anwendung gesetzten und bei der Auswahl des (a) The choice made by the intended application and the selection of the
Maschinenelements zu berücksichtigenden Bedingungen werden ermittelt. Zu diesen Bedingungen gehören beispielsweise die statischen und dynamischen Belastungen, denen das Maschinenelement im Betrieb ausgesetzt sein wird, sowie äußere Machine element to be considered conditions. These conditions include, for example, the static and dynamic loads to which the machine element will be exposed during operation, as well as external ones
Bedingungen, wie Umgebungsatmosphäre, Temperaturen, Reibpaarungen, Conditions such as ambient atmosphere, temperatures, friction pairings,
Maschinenkonzept etc., unter denen das Maschinenelement eingesetzt werden soll. Machine concept, etc., under which the machine element is to be used.
(b) Der Konstrukteur legt sich unter Berücksichtigung des Maschinenkonzepts auf einen (b) The designer places himself on the basis of the machine concept
bestimmten Typ von Maschinenelement fest. certain type of machine element.
(c) c.1 Für den unter (b) festgelegten Maschinenelemente-Typ werden basierend auf den zu berücksichtigenden Bedingungen (a) die von diesem Maschinenelemente-Typ zu erbringenden Leistungswerte berechnet. c.2 Die berechneten Leistungswerte werden mit Sicherheitszuschlägen belegt, um (c) c.1 For the machine element type specified under (b), the power values to be provided by this type of machine element are calculated based on the conditions to be considered (a). c.2 The calculated power values are subject to safety margins to:
Ungenauigkeiten der Leistungswert-Berechnung (b) oder im praktischen Einsatz auftretende, nicht vorhersehbare Unwägbarkeiten abzusichern. Inaccuracies of the performance value calculation (b) or in unforeseeable uncertainties occurring in practical use.
(d) Anhand der mit Sicherheitszuschlägen belegten Leistungswerte wird aus den (d) Based on the performance values assigned with safety margins, the
katalogmäßig bereitgestellten Maschinenelementen das zur vorgesehenen Verwendung passende Maschinenelement ausgewählt. catalog-provided machine elements selected for the intended use machine element.
Die Arbeitsschritte (c) und (d) werden üblicherweise durch Tabellen oder Schaubilder, alternativ auch durch eine geeignete Software abgebildet, anhand derer ausgehend von den zu berücksichtigenden Bedingungen (a) und nach Maßgabe der im Arbeitsschritt (b) getroffenen Entscheidung die vom betreffenden Maschinenelement jeweils zu erbringenden Leistungswerte bestimmt werden können. The steps (c) and (d) are usually represented by tables or graphs, alternatively by a suitable software, on the basis of which to be taken into account conditions (a) and in accordance with the decision made in step (b) from the relevant machine element can be determined in each case to be provided.
Diese für die Praxis zwar zweckmäßige, aber auf vergleichbar groben Abschätzungen beruhende Auslegungsmethodik hat folgende Einschränkungen und Nachteile: Although this method of interpretation, which is expedient in practice but based on comparably rough estimates, has the following limitations and disadvantages:
- Es erfolgt eine Vorabfestlegung auf einen bestimmten Maschinenelemente-Typ. - A predefinition is made to a specific type of machine element.
Der Blick bei der weiteren Auslegung und Auswahl des geeigneten Maschinenelements ist dementsprechend eingeschränkt auf diesen einen Maschinenelemente-Typ. Alternative
Maschinenelemente, die möglicherweise die jeweilige Antriebsaufgabe im Rahmen des vorgegebenen Maschinenkonzepts besser lösen würden, werden in Folge der The view in the further design and selection of the appropriate machine element is accordingly limited to this one machine element type. alternative Machine elements which could possibly better solve the respective drive task within the framework of the given machine concept, are due to the
Vorabfestlegung bei der weiteren Betrachtung nicht mehr berücksichtigt. Preliminary determination in the further consideration no longer considered.
- Die vom jeweiligen Maschinenelement erwartete Lebensdauer kann bei der Auswahl und Auslegung nicht berücksichtigt werden, da die Auswahl durch so hohe Sicherheitsfaktoren abgesichert ist, dass die theoretisch erreichbare Lebensdauer des Maschinenelements weit höher liegt als die in der Praxis benötigte oder gewünschte Lebensdauer. - The expected life of each machine element life can not be considered in the selection and design, since the selection is backed by such high safety factors that the theoretically achievable life of the machine element is far higher than the required or desired in practice life.
- Die nähere Bestimmung und Auslegung des Maschinenelements erfolgt in der Regel in Abhängigkeit weniger Einflussgrößen. Die Berücksichtigung mehrerer unterschiedlicher, sich jedoch gegenseitig bedingender oder beeinflussender Auswahlkriterien ist aufgrund des damit verbundenen Rechenaufwands in der Regel nicht möglich. - The closer determination and design of the machine element is usually carried out as a function of less influencing variables. The consideration of several different, but mutually conditional or influencing selection criteria is not possible due to the associated computational effort in the rule.
- Die konkrete Auslegung des ausgewählten Maschinenelements erfolgt in der Regel ohne Rücksicht auf die durch die Anwendung bedingten Einflussgrößen. Bestenfalls werden derartige Einflussgrößen grob pauschalisiert einbezogen. - The specific design of the selected machine element is usually without regard to the influencing factors caused by the application. At best, such influencing factors are included roughly on a flat-rate basis.
- Die Auslegung wird stets mit sehr hohen Sicherheiten vorgenommen, um unbekannte bzw. im Einzelnen nicht berücksichtigte Einflussgrößen mit ausreichender Sicherheit abzudecken. - The design is always carried out with very high levels of certainty to cover unknown or individually not taken into account with sufficient certainty.
- Die in Folge der Pauschalisierung und Absicherung durch Sicherheitsaufschläge eintretende Überdimensionierung führt zu einer unnötigen Verteuerung des jeweiligen - The over-dimensioning that ensues as a result of the lump-sum provisioning and protection through security surcharges leads to an unnecessary increase in the cost of the respective
Maschinenelements. Machine element.
- Die Leistungsfähigkeiten der Maschinenelemente werden nicht optimal eingesetzt. Durch die Pauschalisierung und Absicherung durch Sicherheitsaufschläge stellen sich Lösungen, die in der Praxis mit großem Erfolg eingesetzt werden könnten, als nicht realisierbar dar. - The performance capabilities of the machine elements are not optimally used. By standardizing and safeguarding through security premiums, solutions that could be used with great success in practice are not feasible.
Bezogen auf eine Anwendung, bei der Antriebskräfte auf ein zu bewegendes Bauteil übertragen werden sollen, bedeutet dies, dass der Konstrukteur sich zunächst beispielsweise auf "Riemen" als Zugmittel seiner Wahl festlegt. In Folge dessen geht er bei seinen weiteren Überlegungen nicht mehr auf alternative Zugmittel oder Antriebe ein, die die Antriebsaufgabe möglicherweise besser lösen würden. With regard to an application in which driving forces are to be transmitted to a component to be moved, this means that the designer initially sets himself, for example, on "belts" as traction means of his choice. As a result, he no longer considers alternative traction means or drives in his further considerations, which could possibly better solve the drive task.
Die Auslegung von endlosen Zahnriemen erfolgt dann anhand von in Katalogen angegebenen Leistungswerten, welche die Riemenhersteller pauschal, d.h. nicht anwendungsbezogen, veröffentlichen. Die Angaben verschiedener Hersteller zu den von ihnen angebotenen The design of endless toothed belts then takes place on the basis of performance values given in catalogs, which the belt manufacturers generally, that is, not application-related, publish. The information of different manufacturers to those offered by them
Antriebsriemen sind untereinander nicht vergleichbar, weil nicht ersichtlich ist, auf welcher Basis die Angaben ermittelt wurden. Insbesondere ist nicht bekannt, auf welcher Lebensdauerbasis
die Werte festgelegt worden sind. Detaillierte Richtlinien oder Normen dazu, wie miteinander vergleichbare Leistungswerte ermittelt werden können, existieren derzeit nicht. Stattdessen definieren die Hersteller von Antriebsriemen eigene Berechnungs- und Auslegungsmethoden. Infolgedessen sind die von den unterschiedlichen Herstellern angegebenen Eigenschaften und Auswahlkriterien nicht oder allenfalls mit großem Aufwand und erheblicher Unsicherheit miteinander vergleichbar. So erweisen sich Produkte mit scheinbar ähnlichen Drive belts are not comparable with each other because it is not clear on what basis the information was determined. In particular, it is not known on which lifespan basis the values have been set. Detailed guidelines or standards on how comparable performance values can be determined do not currently exist. Instead, manufacturers of drive belts define their own calculation and design methods. As a result, the characteristics and selection criteria given by the different manufacturers are not or at best comparable with great effort and considerable uncertainty. This is how products with seemingly similar appear
Eigenschaftsprofilen oft als nicht gegeneinander austauschbar, weil die angegebenen Eigenschaften auf unterschiedlichen Wegen ermittelt worden sind. Property profiles often not as interchangeable, because the specified properties have been determined in different ways.
Eine grobe Vorgabe zur Berechnung der Anforderungen, die Antriebsriemen erfüllen müssen, findet sich in der Richtlinie VDI 2758. Dort heißt es im Abschnitt 3: "Das Riemengetriebe muss einerseits unter den vorgegebenen Anforderungen bzw. Betriebsbedingungen (Drehzahlen, Momente, Raumbedarf, Überlastungen, Wellenverlagerungen, Temperaturen und andere Umwelteinflüsse) über eine angemessene Zeit sicher funktionieren und sollte andererseits die Umgebung so gering wie möglich belasten (Geräusch, Schwingungen usw.)." Wie diese Anforderungen bei optimaler Nutzung der vom jeweiligen Antriebsriemen mitgebrachten Leistungspotenziale erfüllt werden können, bleibt dabei offen. A rough specification for the calculation of the requirements that drive belts have to meet is found in guideline VDI 2758. It states in section 3: "The belt drive must meet the given requirements and operating conditions (speeds, torques, space requirements, overloads, shaft misalignments) , Temperatures and other environmental conditions) to function safely for a reasonable amount of time and, on the other hand, to minimize the impact on the environment (noise, vibration, etc.). " How these requirements can be met with optimum utilization of the power potentials brought along by the respective drive belt remains open.
Die hier vorgestellte Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren anzugeben, dass die systematische und gezielte Auswahl der für eine bestimmte Anwendung jeweils am besten geeigneten Maschinenkomponente erlaubt, wobei in diese Auswahl Erfahrungswerte einbezogen werden sollen, um so ein sich laufend selbsttätig verbesserndes System zu schaffen. The present invention has set itself the goal of specifying a method that allows the systematic and targeted selection of the most suitable for a particular application machine component, which should be included in this selection empirical values, so as to a constantly improving system automatically create.
Die Erfindung hat diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. The invention has achieved this object by the method specified in claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims and are explained below as the general inventive concept in detail.
Das durch die Erfindung vorgeschlagene Vorgehen ist in Figur 1 in Form eines Diagramms dargestellt. The procedure proposed by the invention is shown in FIG. 1 in the form of a diagram.
Dementsprechend umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zur computerunterstützten Auswahl einer für eine bestimmte Verwendung vorgesehenen Maschinenkomponente mindestens folgende Arbeitsschritte: a) Es werden Eigenschaften der jeweils betrachteten Maschinenkomponente und diese Eigenschaften bestimmende Einflussgrößen ermittelt.
b) Für die jeweils betrachtete Maschinenkomponente werden in Frage kommende Verwendungen bestimmt. c) Für die jeweils betrachtete Maschinenkomponente werden die bei der Accordingly, a method according to the invention for the computer-aided selection of a machine component provided for a specific use comprises at least the following working steps: a) Properties of the respectively considered machine component and influencing variables determining these properties are determined. b) Possible applications are determined for the particular machine component considered. c) For the respectively considered machine component, those at the
verwendungsbezogenen Auswahl und Auslegung der Maschinenkomponente zu betrachtenden Einflussgrößen ermittelt, denen sie bei ihrer jeweiligen Verwendung ausgesetzt ist. d) Es werden im praktischen Einsatz oder durch systematische experimentelle determined application-related selection and interpretation of the machine component to be considered influencing variables to which it is exposed in their respective use. d) They are used in practical or systematic experimental
Untersuchungen der Maschinenkomponenten Aussagen zu den Einflussgrößen erfasst und aus den erfassten Aussagen Informationen über die Wechselwirkungen der Einflussgrößen ermittelt. e) Die im Arbeitsschritt d) zu den Wechselwirkungen ermittelten Informationen werden als maschinenlesbare Daten in eine Datenbank eingespeist. f) Für die Auswahl der für die jeweils vorgesehene Verwendung geeigneten Investigations of the machine components Information on the influencing variables recorded and from the recorded statements information about the interactions of the influencing variables determined. e) The information obtained in step d) on the interactions is fed into a database as machine-readable data. f) For the selection of suitable for the intended use
Maschinenkomponente werden die sich bei der vorgesehenen Verwendung stellenden Einflussgrößen formuliert. g) Die Verwendung und die zugeordneten Einflussgrößen werden als Eingangsgrößen in einen auf einem Computer laufenden Auswahlalgorithmus eingespeist, der unter Berücksichtigung der Eingangsgrößen anhand der in der Datenbank abgelegten Informationen die für die jeweilige Verwendung optimal passende Machine components are formulated in terms of the intended use. g) The use and the associated influencing variables are fed as input variables into a selection algorithm running on a computer, which, taking into account the input variables on the basis of the information stored in the database, optimally fits the respective application
Maschinenkomponente auswählt. h) Die im Arbeitsschritt g) ausgewählte Maschinenkomponente wird der vorgesehenen Verwendung zugeführt. Machine component selects. h) The selected in step g) machine component is supplied to the intended use.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden somit im ersten Arbeitsschritt für die jeweils betrachtete Maschinenkomponente Eigenschaften und die diese Eigenschaften bestimmende Einflussgrößen ermittelt. In the method according to the invention, properties and the influencing variables determining these properties are thus determined in the first working step for the particular machine component considered.
Dann werden für die jeweils betrachtete Maschinenkomponente die in Frage kommenden Verwendungen bestimmt und ermittelt, welchen Einflussgrößen die Maschinenkomponente bei der jeweiligen Verwendung ausgesetzt ist und welche Einflussgrößen dementsprechend bei der anwendungsbezogenen Auswahl und Auslegung der Maschinenkomponente zu betrachten sind.
In einem folgenden Arbeitsschritt werden aus Aussagen, die beim praktischen Einsatz der betrachteten Maschinenkomponente zu den Einflussgrößen gewonnen worden sind, oder aus Aussagen, die auf die Einflussgrößen bezogen sind und durch systematische experimentelle Untersuchungen gewonnen werden, die Wechselwirkungen der Einflussgrößen ermittelt. Stellt sich dabei heraus, dass als solche bisher noch nicht identifizierte Einflussgrößen existieren, so können diese neu erkannten Einflussgrößen zur Gruppe der zu betrachtenden und in Then the applications in question are determined for the particular machine component under consideration and it is determined to which influencing variables the machine component is exposed during the respective use and which influencing variables are accordingly to be considered in the application-related selection and design of the machine component. In a following step, the interactions of the influencing variables are determined from statements that have been made on the influencing variables in practical use of the considered machine component, or from statements which are based on the influencing variables and obtained by systematic experimental investigations. If it turns out that as such, previously unidentified influencing factors exist, then these newly recognized influencing variables can be compared to the group of factors to be considered and
Wechselwirkung mit anderen stehenden Einflussgrößen hinzugefügt werden. Be added interaction with other standing factors.
Können die produkt- oder anwendungsspezifischen Wechselwirkungen mit einer Regel formelmäßig beschrieben werden, so wird diese Regel formuliert. Alternativ oder ergänzend können die Wechselwirkungen auch in Form von unscharfen Beschreibungen ("Fuzzy-Logik", künstliche neuronale Netzwerke, sonstige Methoden der künstlichen Intelligenz) der If the product- or application-specific interactions can be described formulaically with a rule, then this rule is formulated. Alternatively or in addition, the interactions may also take the form of fuzzy descriptions ("fuzzy logic", artificial neural networks, other methods of artificial intelligence) of the
Zusammenhänge erfasst werden. Relationships are recorded.
Die in den vorangegangenen Arbeitsschritten zu den Wechselwirkungen ermittelten The interactions identified in the previous steps
Informationen (z.B. Einflussgrößen, Regeln, unscharfe Beschreibungen von Wechselwirkungen) werden als maschinenlesbare Daten in eine Datenbank eingespeist. Diese Datenbank kann in an sich bekannter weise ein, zwei oder mehr Einzeldatenbanken umfassen, die jeweils auf bestimmte Anwendungsfälle bezogene maschinenlesbare Daten enthalten. Information (e.g., predictors, rules, blurred descriptions of interactions) is fed into a database as machine-readable data. This database can comprise, in a manner known per se, one, two or more individual databases which each contain machine-readable data related to specific use cases.
Informationen, die zu sich gegenseitig beeinflussenden Anforderungen und Einflussgrößen ermittelt werden, werden in der Datenbank optional so miteinander verknüpft, dass Änderungen an der einen Information direkte Auswirkungen auf die mit ihr verknüpfte(n) andere(n) lnformation(en) haben. In der Datenbank wird so ein Geflecht aus miteinander in Beziehung gesetzten und mit bestimmten Maschinenkomponenten verknüpften Informationen erzeugt, die auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen bezogen sind. Information that is determined on interacting requirements and influencing variables is optionally linked in the database in such a way that changes to one information have a direct impact on the other information (s) associated with it. The database thus generates a network of interrelated information linked to particular machine components related to a variety of different applications.
Für die Auswahl der für die jeweilige Anwendung geeigneten Maschinenkomponente werden die sich bei der betreffenden Anwendung stellenden Einflussgrößen formuliert. Die Anwendung und die zugeordneten Einflussgrößen werden als Eingangsgrößen in einen auf einem Computer laufenden Auswahlalgorithmus eingespeist. Der Auswahlalgorithmus wählt anschließend unter Berücksichtigung der Eingangsgrößen anhand der in der Datenbank abgelegten Informationen die für die Verwendung bei der jeweiligen Anwendung optimal passende For the selection of the machine component suitable for the respective application, the influencing variables which are present in the relevant application are formulated. The application and the associated influencing variables are fed as input variables into a selection algorithm running on a computer. The selection algorithm then selects, taking account of the input variables, on the basis of the information stored in the database, which are optimally suitable for use in the respective application
Maschinenkomponente aus. Machine component off.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass in einem automatisierten Prozess auf Basis von empirisch ermittelten oder theoretisch formulierten und in einer Datenbank abgelegten Informationen das für die jeweilige Anwendung optimal geeignete Maschinenelement treffsicher ermittelt wird und zwar ausgehend von der jeweils vorgesehenen Anwendung. Die hierzu genutzten, in der
Datenbank abgelegten Informationen beschreiben dabei die zwischen der jeweiligen Essential for the invention is that in an automated process based on empirically determined or theoretically formulated and stored in a database information for the respective application optimally suitable machine element is determined accurately and that starting from the intended application. The used, in the Database stored information describe the between the respective
Anwendung, der für sie geltenden Einflussgrößen und deren Wechselwirkungen bestehenden Zusammenhange und können im Sinne eines selbstlernenden Systems durch wiederholtes Einspeisen neu gewonnener Informationen in ihrer Qualität und Aussagekraft laufend verbessert werden. In the sense of a self-learning system, the quality and validity of the newly acquired information can be constantly improved in the sense of a self-learning system.
Zur laufenden Verbesserung der durch die Arbeitsschritte a) - f) für den Auswahlschritt (Arbeitsschritt g)) geschaffenen Datenbasis können ergänzend folgende Arbeitsschritte absolviert werden: i) Die im Arbeitsschritt g) ausgewählte Maschinenkomponente wird mit einem For the continuous improvement of the database created by the steps a) -f) for the selection step (step g)), the following additional steps can be completed: i) The machine component selected in step g) is filled with a
Identifikationsmittel ausgerüstet, das eine individuelle Überwachung und Erfassung der Maschinenkomponente ermöglicht. j) Die ausgewählte Maschinenkomponente wird in ihrem praktischen Einsatz anhand des Identifikationsmittels identifiziert und überwacht, wobei die Überwachung eine Aussage über einen eine der betrachteten Einflussgrößen repräsentierenden Kennwert liefert. k) Die im Arbeitsschritt j) erfassten Aussagen werden als Einflussgrößen in den mit Arbeitsschritt c) beginnenden Prozess eingespeist. Identification means equipped, which allows an individual monitoring and detection of the machine component. j) The selected machine component is identified and monitored in its practical use on the basis of the identification means, wherein the monitoring provides information about a characteristic value representing one of the influencing variables considered. k) The statements recorded in step j) are fed as influencing variables into the process starting with step c).
Zur Überwachung und Identifizierung der jeweils ausgewählten Maschinenkomponente kann das Identifikationsmittel nicht nur Informationen tragen, die die jeweilige Maschinenkomponente eindeutig identifiziert, sondern auch Informationen über die Beschaffenheit der For monitoring and identification of the respectively selected machine component, the identification means can not only carry information that uniquely identifies the respective machine component, but also information about the nature of the machine component
Maschinenkomponente enthalten, um so beispielsweise die Zuordnung der durch die Machine component, for example, the assignment of the by the
Überwachung erhaltenen Messwerte einer bestimmten Eigenschaftskombination der betrachteten Maschinenkomponente einfach zuordnen zu können. To be able to easily assign monitoring received measured values of a particular combination of properties of the considered machine component.
Die Überwachung liefert im einfachsten Fall eine Aussage über einen einzigen Kennwert, wie beispielsweise über die Zeitdauer, die zwischen dem Beginn der Nutzung und einem durch Verschleiß erforderlich werdenden Auswechseln vergeht. Ergänzend kann die Überwachung jedoch auch Aussagen über eine Menge von zwei oder mehr Kennwerten liefern, wie beispielsweise die äußeren Einflüsse (Temperatur, Atmosphäre), denen die The monitoring provides in the simplest case, a statement about a single characteristic value, such as over the period of time that elapses between the start of use and a wear required by replacement. In addition, however, the monitoring can also provide information about a set of two or more characteristics, such as the external influences (temperature, atmosphere) to which the
Maschinenkomponente im Einsatz ausgesetzt war. Das Identifikationsmittel kann zudem selber so ausgerüstet sein, dass es Aussagen über den inneren Zustand und die Belastungen des Maschinenelements im Betrieb liefert. Selbstverständlich können ebenso andere an sich bekannte Messmethoden eingesetzt werden, um die bei der Nutzung im Maschinenelement herrschenden Kräfte, seine Längenveränderungen, Temperaturentwicklung und desgleichen zu
erfassen (s. hierzu für das Beispiel eines Riementriebs US 6,264,577 B1 , DE 10 2010 002 551A1 , JP 2009-007078 A, DE 44 44 263 C1 , US 5,843,258 A, AU 2009203049 A1). Machine component was exposed in use. The identification means may also be equipped in such a way that it provides information about the internal state and the loads of the machine element during operation. Of course, other known measuring methods can be used to the forces prevailing in the use of the machine element, its changes in length, temperature development and the like (see this example for a belt drive US 6,264,577 B1, DE 10 2010 002 551A1, JP 2009-007078 A, DE 44 44 263 C1, US 5,843,258 A, AU 2009203049 A1).
Mit den optional ergänzend durchgeführten Arbeitsschritten i) bis k) ist ein optimiert With the optional additional steps i) to k) one is optimized
selbstlernendes, sich ständig verbesserndes und die praktische Wirklichkeit immer besser abbildendes selbstlernendes Auswahlsystem geschaffen. Dabei muss selbstverständlich nicht jede in erfindungsgemäßer Weise ausgewählte Maschinenkomponente die ergänzenden Arbeitsschritte i) bis k)durchlaufen, sondern es kann ausreichend sein, wenn mindestens eine Maschinenkomponente, optimaler weise eine repräsentative Anzahl von self-learning, constantly improving and the practical reality always better reflecting self-learning selection system created. Of course, not every machine component selected according to the invention must pass through the supplementary work steps i) to k), but it may be sufficient if at least one machine component, optimally a representative number of
Maschinenkomponenten in der jeweiligen Anwendung überwacht wird. Machine components is monitored in the respective application.
Für die Zuordnung der Einflussgrößen zu bestimmten Verwendungen der For the allocation of the influencing variables to certain uses of the
Maschinenkomponenten kann ein so genannter "Anwendungsschlüssel" definiert werden, der in einer standardisierten Form Anwendung und zugeordnete Einflussgrößen miteinander verkoppelt. Durch einen solchen Anwendungsschlüssel kann die maschinelle Abarbeitung des Auswahlprozesses vereinfacht werden. Machine components can be defined as a so-called "application key", which in a standardized form coupled application and associated factors with each other. Such an application key can simplify the machine processing of the selection process.
Das erfindungsgemäße System kann dabei so ausgelegt sein, dass es bei neuen The system according to the invention can be designed so that it is new
Anwendungen, zu denen es noch keine direkt zugeordneten Informationen in der Datenbank gibt, beispielsweise anhand der dieser neuen Anwendung zugeordneten Einflussgrößen und der für sie jeweils ermittelten oder formulierten Wechselwirkungen aus den in der Datenbank hinterlegten Informationen die nächstkommende Anwendung ermittelt und auf Grundlage dieser nächstkommenden Anwendung einen Vorschlag für ein zu verwendendes Maschinenelement macht. Auf diese Weise kann in einem iterativen Prozess auch für eine neue Anwendung ein optimal geeignetes Maschinenelement schnell ermittelt werden, ohne dass dazu aufwändige, zeitraubende Versuche durchgeführt werden müssen. Applications for which there are no directly assigned information in the database, for example, based on the influencing variables assigned to this new application and the respective determined or formulated interactions from the information stored in the database, determines the closest application and based on this closest application Proposal for a machine element to be used makes. In this way, an optimally suitable machine element can be determined quickly in an iterative process, even for a new application, without the need for elaborate, time-consuming experiments.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bestehen somit in The advantages of the procedure according to the invention thus exist in
- einer detaillierten, anwendungsspezifischen Betrachtung und Dimensionierung der Auslegung nach beliebigen Kriterien, - a detailed, application-specific consideration and dimensioning of the design according to any criteria,
- einer optimalen Ausnutzung der Produkt- bzw. Materialeigenschaften auf die Kundenwünsche und optimale Auswahl der Maschinenelemente (z.B. Riemen oder Kette), optimum utilization of the product or material properties to the customer's wishes and optimum selection of the machine elements (e.g., belt or chain),
- in der zielgerichteten, auf die jeweilige Anwendung bezogenen Auslegung des - in the specific interpretation of the specific application in relation to the particular application
Maschinenelements und damit einhergehend in der Vermeidung von Überdimensionierungen, Machine element and concomitantly in the avoidance of oversizing,
- in der damit einhergehenden Optimierung des Wirkungsgrads, der Reduzierung von Verlusten und der daraus resultierenden Schonung knapper Ressourcen,
- in der Transparenz der Einflussgrößen untereinander, - in the associated optimization of the efficiency, the reduction of losses and the resulting protection of scarce resources, - in the transparency of the factors influencing each other,
- in der Möglichkeit, das jeweilige Maschinenelement nach Mafigabe einer bestimmten - In the possibility of the respective machine element after Mafigabe a certain
Anforderung, beispielsweise an seine Lebensdauer, auszuwählen, Requirement to select, for example, its lifetime,
- in der Vermeidung von unkontrollierten Ausfällen, die im Stand der Technik aufgrund der Auswahl von nach den bisher berücksichtigten Auswahlkriterien zwar zureichenden, in der Praxis aber sich als untauglich erweisenden Maschinenelementen oder aufgrund nicht erkannter Wechselwirkungen von Einflussgrößen verursacht werden können, in the avoidance of uncontrolled failures, which in the state of the art can be caused by the selection of machine elements that suffice according to the previously considered selection criteria but in practice prove to be unsuitable or due to unrecognized interactions of influencing variables,
- in der kontinuierlichen Verbesserung der Vorhersagen anwendungsspezifischer - in the continuous improvement of the forecasts more application-specific
Fragestellungen, und Questions, and
- in der gezielten, wirtschaftlichen Produktentwicklung für spezielle Problemstellungen, wobei hier der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens darin besteht, dass als Maschinenkomponenten nicht nur einzelne Bauteile oder -gruppen bei der Auswahl berücksichtigt werden können, sondern dass das Ergebnis der erfindungsgemäßen - In the targeted, economic product development for specific problems, in which case the particular advantage of the procedure according to the invention is that not only individual components or groups can be considered as machine components in the selection, but that the result of the inventive
Vorgehensweise bei der Bestimmung der für die jeweilige Anwendung optimierten Procedure for determining the optimized for each application
Komponente auch Vorschläge zur Auswahl bestimmter Bauteile, Materialien oder Component also suggestions for the selection of certain components, materials or
Verfahrensparameter sein können, mit denen sich ein Maschinenelement oder eine aus mehreren interagierenden Maschinenelementen gebildete Baugruppe ("Aggregat") herstellen lässt, die jeweils optimal an die Anforderungen angepasst sind, die sich aus der vorgesehenen Verwendung ergeben. May be process parameters with which a machine element or an assembly formed of several interacting machine elements ("aggregate") produced, each of which is optimally adapted to the requirements arising from the intended use.
Anwendungsbezogene Einflussgrößen können sein Application-related factors can be
- mechanische Belastungen (Drehzahl, Drehmoment, Vorspannkräfte, Antriebsgeometrie, Reibpaarung, Lastwechsel, Lastzyklen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Zug- oder Druckspannungen, sonstige dynamische oder statische Belastungen, wobei für das Beispiel "Riementrieb" insbesondere auch die Übersetzung, die Positioniergenauigkeit, die Wuchtgüte, die Scheibengröße, die Anzahl der Eingriffszähne, die Rückenumlenkung, die - Mechanical loads (speed, torque, preload forces, drive geometry, friction pairing, load changes, load cycles, speeds, accelerations, tensile or compressive stresses, other dynamic or static loads, in particular for the example "belt drive" the translation, the positioning accuracy, the balancing quality , the disc size, the number of meshing teeth, the spine deflection, the
Biegewechselfrequenz und der Flankenwechsel wichtig sein können); Biegewechselfrequenz and the edge change can be important);
- Umweltbedingungen (Atmosphäre, in der die Anwendung stattfindet, Umgebungsfeuchte und -temperatur, Verschmutzung, Materialpaarung, Druck), - environmental conditions (atmosphere in which the application takes place, ambient humidity and temperature, pollution, material pairing, pressure),
- Eigenschaften des Materials, aus dem die Maschinenkomponente besteht (Materialverhalten bei Erwärmung, unter Last, unter Lastwechsel, bei Reibung, wobei für das Beispiel
"Riementrieb" insbesondere das Alter des Riemens sowie die Eigenschaften der zur - Properties of the material that makes up the machine component (material behavior when heated, under load, under load changes, at friction, for the example "Belt drive" in particular the age of the belt as well as the characteristics of the
Herstellung verwendeten Materialien, wie Cord, Elastomere (z.B. Gummi / PU etc.), Gewebe, Haftvermittler, und die bei der Herstellung gewählten Herstellbedingungen und -parameter, wie Drücke, Temperatur, Zeit, Berücksichtigung finden können), Production of materials used, such as corduroy, elastomers (e.g., rubber / PU, etc.), fabrics, coupling agents, and the manufacturing conditions and parameters chosen during manufacture, such as pressures, temperature, time, etc.),
- geometrische Gestalt und Qualität der Maschinenkomponente (dies sind beim Beispiel "Riementriebs" z.B. Zahnform, Lückenspiel, Form der Scheiben, Beschaffenheit der - Geometric shape and quality of the machine component (these are in the example "belt drive", for example, tooth shape, gap play, shape of the discs, nature of the
Oberflächen der Scheiben, der Rundlauf und die Fluchtung der Scheiben, Surfaces of the discs, the concentricity and the alignment of the discs,
Oberflächenrauhigkeit, Zahnform, Lückenspiel, Wuchtgüte). Surface roughness, tooth shape, gap clearance, balancing quality).
Insbesondere befasst sich die Erfindung mit der anwendungsspezifischen Auswahl und Auslegung von Mitteln zur Übertragung von Bewegungsenergie auf ein zu bewegendes Bauteil, wobei es sich bei diesen Mitteln im Speziellen um Riemen oder Ketten und die mit diesen Antriebsmitteln direkt zusammenwirkenden Bauelementen handelt. Hierzu zählen: In particular, the invention is concerned with the application-specific selection and design of means for transmitting kinetic energy to a component to be moved, these means being in particular belts or chains and the components directly interacting with these drive means. Which includes:
• Zahnriemen • Timing belt
• Keilriemen • V-belt
• Flachriemen • flat belt
• Riemenantriebe allgemein, insbesondere Zahnriemenantriebe • Belt drives in general, especially toothed belt drives
• Scheiben • slices
• Vielkeilriemen • Wedges
• Scheiben / Scheibenprofile insgesamt • Slices / disc profiles in total
• Getriebe • Transmission
• Motoren • Engines
• Kupplungen allgemein, insbesondere Rutschkupplungen • General couplings, in particular slipping clutches
• Spannsätze / Wellen-Nahen-Verbindungen • Clamping sets / shaft-to-seam connections
• Freiläufe • Freewheels
• Wälzlager • Roller bearing
• Gleitlager • Bearings
• Ketten • chains
• Dichtungen • gaskets
• Bremsen • Brakes
• Zahnräder • gears
• Federn • Feathers
• Dämpfer • Damper
• Schläuche • hoses
Wird als Maschinenkomponente beispielsweise ein Antriebsaggregat betrachtet, das aus den Elementen
- "Antriebsscheibe", über die eine Antriebskraft eingebracht wird, Is considered as a machine component, for example, a drive unit, which consists of the elements - "drive pulley", over which a driving force is introduced,
- "Endlos-Zahnriemen", über den eine mit ihm verkoppelte Last bewegt wird, und - "endless toothed belt" over which a load coupled with it is moved, and
- "Umlenkscheibe", um die der Zahnriemen umgelenkt wird, gebildet ist, so ergeben sich beispielsweise folgende Einflussgrößen und Wechselwirkungen: "Deflection pulley", around which the toothed belt is deflected, is formed, the following factors and interactions result, for example:
Kennwerte für die Belastungen, die bei der erfindungsgemäßen Auswahl eine Rolle spielen können und als solche erfasst und als Information in der Datenbank abgelegt werden, sind beispielsweise Characteristic values for the loads which can play a role in the selection according to the invention and are recorded as such and stored as information in the database are, for example
- Leistung, - Power,
- Drehzahl, - Rotation speed,
- Drehmoment, - torque,
- Vorspannkraft, - preload force,
- Antriebsgeometrie, - drive geometry,
- Scheibengröße (Antrieb / Umlenkung) - pulley size (drive / deflection)
- Anzahl der Eingriffszähne, - number of mesh teeth,
- Rückenumlenkung, - back deflection,
- Lastwechsel, - load changes,
- Lastzyklen, - load cycles,
- Biegewechselfrequenz, - bending frequency,
- Flankenwechsel.
Zu den Umgebungsbedingungen, die als Einflussgrößen bei der erfindungsgemäßen Auswahl berücksichtigt werden können, gehören beispielsweise - Flank change. The environmental conditions which can be taken into account as influencing variables in the selection according to the invention include, for example
- chemische Zusammensetzung der Umgebungsatmosphäre, wie beispielsweise die - Chemical composition of the ambient atmosphere, such as the
Anwesenheit von Ozon in der Umgebungsatmosphäre, Presence of ozone in the ambient atmosphere,
- Temperatur der Umgebungsatmosphäre, Temperature of the ambient atmosphere,
- Feuchtigkeit der Umgebungsatmosphäre, - humidity of the ambient atmosphere,
- Korrosivität der Umgebungsatmosphäre - insbesondere Salzgehalt -, - Corrosivity of the ambient atmosphere - especially salinity -,
- Partikelbelastung der Umgebungsatmosphäre - insbesondere Verschmutzung in Folge von Metall- oder sonstigem Abrieb -, Particle pollution of the ambient atmosphere - in particular contamination as a result of metal or other abrasion -
- Druck - insbesondere Vakuum oder hoher Überdruck -, - pressure - in particular vacuum or high overpressure -,
- Temperaturschwankungen. - temperature fluctuations.
Mögliche Vorschädigungen oder andere mechanische Unzulänglichkeiten des jeweiligen Maschinenelements, insbesondere des Riemens, können ebenso bei der Auswahl in Betracht gezogen werden. Possible pre-damage or other mechanical imperfections of the respective machine element, in particular of the belt, may also be considered in the selection.
Mit der Erfindung ist es möglich, gerade für individuelle industrielle Anwendungen bei kleiner Stückzahl eine kundennahe, einfache Ermittlung des jeweils geeignetsten Maschinenelements durchzuführen. With the invention, it is possible to carry out a customer-oriented, simple determination of the respectively most suitable machine element, especially for individual industrial applications in small quantities.
Nachfolgend werden zwei für die Erfindung typische Ausführungsbeispiele beschrieben: In the following two typical embodiments of the invention will be described:
Riementriebe werden typischerweise bei Linearachsenantrieben eingesetzt. Belt drives are typically used in linear axis drives.
Im einfachsten Fall besteht eine Linearantriebseinheit L1 ,L2, wie in den Figuren 3a, 3b dargestellt, aus einer Antriebsscheibe M, einer Umlenkscheibe U, einem verfahrbaren Schlitten S und dem Riemen R, mit dem der Schlitten S verkoppelt wird. Der Schlitten S wird mittels des Riemens R zwischen seinen beiden Endlagen am Ende der Achse im ständigen Wechsel hin und her bewegt. In the simplest case, there is a linear drive unit L1, L2, as shown in Figures 3a, 3b, of a drive pulley M, a deflection plate U, a movable carriage S and the belt R, with which the carriage S is coupled. The carriage S is moved by means of the belt R between its two end positions at the end of the axis in constant change back and forth.
Im Stand der Technik werden als Auswahlkriterium für den Riemen R aus Katalogware üblicherweise die vom Riemen R aufzunehmenden Kräfte herangezogen. Für beide in den Figuren 3a, 3b skizzierten Einheiten L1 ,L2 würden sich damit bei gleicher Schlittenmasse und Schlittenbeschleunigung die gleichen Leistungsanforderungen an den jeweils einzusetzenden Riemen R ergeben. In der Praxis werden also Riemen R bei den Einheiten L1.L2 eingesetzt, die identische Leistungsmerkmale haben. Dennoch weisen sie erheblich unterschiedliche In the prior art, the selection of the belt R from catalog goods usually uses the forces to be absorbed by the belt R. For both in the figures 3a, 3b outlined units L1, L2 would thus result in the same mass carriage and carriage acceleration, the same performance requirements for the respective belt R to be used. In practice, therefore, belts R are used in units L1.L2 which have identical performance characteristics. Nevertheless, they show significantly different
Lebensdauern auf.
Eine in der Praxis gebräuchliche Vorgabe für die Lebensdauer eines Riemens ist die so genannte "Kilometerleistung", d.h. die Gesamtstrecke, die der Riemen während seiner gesamten Einsatzdauer überstreicht. Dementsprechend ist bei gleicher Lastzyklenzahl die Kilometerleistung bei der ersten Lineareinheit L1 mit ihren enger zusammenstehenden Antriebsund Umlenkscheiben M,U geringer als bei der Lineareinheit L2, bei der die Antriebs- und Umlenkscheiben M.U weiter entfernt voneinander sind. Lifetimes up. A common practice for the life of a belt is the so-called "mileage", ie the total distance that sweeps the belt throughout its service life. Accordingly, with the same number of load cycles, the mileage at the first linear unit L1 with its closely together drive and deflection pulleys M, U is less than in the linear unit L2, in which the drive and deflection pulleys MU are further away from each other.
In der Realität wird ein solcher Antrieb in einer der beiden Endlagen durch Verschleiß der Riemenzähne ausfallen. Nur in den Endlagen werden die Riemenzähne durch In reality, such a drive will fail in one of the two end positions due to wear of the belt teeth. Only in the end positions, the belt teeth through
Beschleunigungs- und Bremskräfte belastet. Die Zähne auf dem Rest des Verfahrwegs sind nahezu unbelastet und werden von der Riemenscheibe überrollt, ohne dass hier eine nennenswerte Kraftübertragung stattfindet. Bei gleicher Belastung ist auch bezogen auf die Anzahl an erreichbaren Lastwechseln die Lebensdauer der Zähne in den Endlagen gleich. Die in Figur 3b dargestellte, sehr viel längere Linearantriebseinheit L2 wird aber bezogen auf den Verfahrweg bei gleicher Lastwechselzahl etwa die doppelte Kilometerleistung erreichen. Sind die Antriebs- und Umlenkscheiben M,U bei der Lineareinheit L2 doppelt so weit beabstandet wie bei der Lineareinheit L1 und ist die Geschwindigkeit, mit der der Schlitten S bewegt wird, sowie die durch die Schlitten S gebildete Last bei beiden Anlagen gleich, so kann davon ausgegangen werden, dass die Lebensdauer des Riemens R der Lineareinheit L2 gemessen in Stunden deutlich größer ist als die Lebensdauer des Riemens R der Lineareinheit L1 , weil die Kilometerleistung, die der Riemen R der Lineareinheit L2 zurückgelegt hat, doppelt so groß ist wie die Kilometerleistung des Riemens R der Lineareinheit L Acceleration and braking forces loaded. The teeth on the remainder of the travel are virtually unloaded and are overrun by the pulley, without any significant force transfer taking place here. With the same load, the service life of the teeth in the end positions is also the same, based on the number of achievable load changes. The much longer linear drive unit L2 shown in FIG. 3b, however, will achieve approximately twice the mileage in relation to the travel path with the same number of load cycles. Are the drive and deflection pulleys M, U in the linear unit L2 spaced twice as long as in the linear unit L1 and the speed at which the carriage S is moved, and the load formed by the carriage S is the same for both systems, so It can be assumed that the life of the belt R of the linear unit L2 measured in hours is significantly greater than the life of the belt R of the linear unit L1, because the mileage that has covered the belt R of the linear unit L2, twice the mileage of the belt R of the linear unit L
Ein weiteres Beispiel ist ein in Figur 4 dargestellter so genannter "Omegaantrieb (Ω-Antrieb)" Q. Another example is a so-called "omega drive (Ω drive)" Q shown in FIG.
Die Antriebsscheibe M des Motors und Umlenkrollen U sind hier an einem verfahrbaren Schlitten S befestigt. Nach derzeitigem Katalogwert ist die Auslegung der benötigten Riemen R bei Vernachlässigung der Reibung identisch, wenn das Produkt aus Masse und The drive pulley M of the motor and pulleys U are mounted here on a movable carriage S. According to the current catalog value, the design of the required belt R is negligible when the friction is neglected, if the product consists of mass and
Beschleunigung gleich ist (Kraft F = Masse m x Beschleunigung a). Ein sehr schwerer Schlitten S mit geringer Beschleunigung kann damit zur gleichen Kraft im Riemen R führen wie ein sehr leichter Schlitten S, der sehr große Beschleunigungen erfährt. Ein hochdynamischer Antrieb mit hohen Lastwechselzahlen wird in der Praxis aber eher durch Zugträgerermüdung oder Acceleration is equal (force F = mass m x acceleration a). A very heavy slide S with low acceleration can thus lead to the same force in the belt R as a very light slide S, which experiences very large accelerations. A highly dynamic drive with high numbers of cycles is in practice but rather by Zugträgerermüdung or
Verschleiß ausfallen, während ein langsam bewegter Antrieb, der hohe Massen bewegt, eher durch Zahnabscherung ausfallen wird. Wear will fail, while a slow-moving drive that moves high masses will more likely fail due to tooth decay.
Hinzu kommen Umgebungseinflüsse. Zahnriemen aus Neopren sind bspw. bis zu 100 °C zugelassen. Neopren wird bei steigenden Temperaturen weicher, der Zahn verformt sich unter Last schneller und der Riemen springt leichter über. Der Katalog macht hier keinen Unterschied. Entweder die Sicherheiten sind bei 20 °C so groß, dass auch bei Temperaturen von 100 °C
noch die Werte gemäß Katalog erreicht werden, oder es existiert bei höheren Temperaturen ein Risiko. There are also environmental influences. For example, neoprene timing belts are approved for use up to 100 ° C. Neoprene softens as temperatures rise, the tooth deforms faster under load, and the belt bounces more easily. The catalog makes no difference here. Either the collateral at 20 ° C is so great that even at temperatures of 100 ° C still the values according to catalog are reached, or there is a risk at higher temperatures.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, anhand von Messreihen für möglichst viele unterschiedliche Lastfälle die wesentlichen Einflussgrößen zu ermitteln, um so eine exakte, auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnittene Riemendimensionierung zu ermöglichen. Die erreichbare Laufleistung für Antriebe gemäß Figur 3 wird dann ausgehend von der erreichbaren Anzahl an Lastwechseln über die Riemenlänge in eine Kilometerleistung bestimmt. The method according to the invention provides for ascertaining the essential influencing variables on the basis of series of measurements for as many different load cases as possible in order to enable an exact belt dimensioning tailored to the respective application. The achievable mileage for drives according to Figure 3 is then determined on the basis of the achievable number of load changes over the belt length in a mileage.
Ein Ω-Antrieb gemäß Figur 4 benötigt keine zusätzliche Sicherheit für den Betrieb bei 100 °C, wenn er nur in einer Werkshalle betrieben wird, in der Menschen arbeiten und keine zusätzliche Abwärme entsteht. Unter solchen Bedingungen erreichen die Umgebungstemperaturen höchstens 40 °C. An Ω drive according to FIG. 4 does not require any additional safety for operation at 100 ° C., if it is operated only in a workshop in which people work and no additional waste heat is generated. Under such conditions, the ambient temperatures reach at most 40 ° C.
Bei geschlossenen Zahnriemenantrieben sind die Verhältnisse ähnlich. Ist die Antriebsleistung gleich, dann erfolgt beispielsweise die Berechnung eines Antriebs für einen Ventilator, der dauerhaft in eine Drehrichtung läuft, analog zur derjenigen eines Antriebs für die For closed timing belt drives the conditions are similar. If the drive power is the same, then for example, the calculation of a drive for a fan that runs permanently in a direction of rotation, analogous to that of a drive for the
Vorschubachse einer Werkzeugmaschine, die permanent mit hohen Beschleunigungswerten vom Ruhezustand auf Nenndrehzahl beschleunigt und ständig die Drehrichtung wechselt. Scheibenqualität, Verzahnungsgüte etc. finden in der Berechnung keine bzw. bestenfalls über pauschale Belastungsfaktoren Berücksichtigung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Gesamtantrieb in die Riemendimensionierung einfließen. Feed axis of a machine tool, which accelerates permanently with high acceleration values from rest to rated speed and constantly changes the direction of rotation. Disk quality, gearing quality etc. are not taken into account in the calculation or, at best, via flat-rate load factors. With the method according to the invention, the overall drive can be incorporated into the belt sizing.
Beim Beispiel eines Ventilatorantriebs dreht der Ventilator immer nur in eine Richtung. Zur Geräuschreduzierung kann die Scheibenlücke vergrößert werden, was hier keinen Einfluss auf die Lebensdauer der Riemen hat. Der Vorschubantrieb benötigt ein geringes Lückenspiel zwischen Riemen und Scheibe, weil hohe Genauigkeiten der Position gefordert sind. Außerdem ergäbe sich durch die ständigen Richtungswechsel immer ein stoßartiger Flankenwechsel zwischen Riemen- und Scheibenverzahnung. Wenig Lückenspiel ergibt höhere Reibung, die Gefahr von höherem Verschleiß und geringerer Lebensdauer oder im Umkehrschluss ist ein breiterer Riemen erforderlich, um die gewünschte Lebensdauer bis zum nächsten In the example of a fan drive, the fan always turns in one direction only. To reduce noise, the disc gap can be increased, which here has no effect on the life of the belt. The feed drive requires a small gap between belt and pulley, because high accuracy of the position are required. In addition, the constant changes of direction would always result in a sudden flank change between belt and disk toothing. Fewer gaps play results in higher friction, the risk of higher wear and lower life or, conversely, a wider belt is required to maintain the desired life to the next
Wartungsintervall zu erzielen. Hier ist also die erreichbare Lebensdauer im Zusammenspiel zwischen Antriebsaufgabe, Zahnriemen und Zahnriemenscheibe, unter Umständen auch noch unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen, abhängig. Standardisierte Maintenance interval to achieve. So here is the achievable life in the interaction between the drive task, timing belt and pulley, under certain circumstances, even taking into account the environmental conditions dependent. standardized
Katalogangaben können hier keine auf den Antriebsfall zugeschnittene Lösung bieten. Da trotz alledem in der Praxis kaum Ausfälle bekannt werden, ist dies ein Beleg dafür, dass die Antriebe in aller Regel viel zu stark dimensioniert sind, um durch die eingebauten Sicherheitsreserven all diese unbekannten Einflussfaktoren abzudecken.
Im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die bekannten Anwendungsfälle, in denen beispielsweise die hier beispielhaft betrachteten Riemen zum Einsatz kommen, erfasst. Dazu werden in einem Anwendungsschlüssel Kundendaten, Einsatzfälle und verwendete Produkte, Produktionsbedingungen, Einsatzbedingungen etc. detailliert erfasst. Auf geeigneten Catalog specifications can not provide a solution tailored to the drive case here. Since hardly any failures are known in practice, this is proof that the drives are usually much too large to be covered by the built-in safety reserves all these unknown influencing factors. In the course of the method according to the invention, the known applications, in which, for example, the belt considered here by way of example are used, are detected. For this purpose, customer data, applications and products used, production conditions, operating conditions, etc. are recorded in detail in an application key. On suitable
Testständen wird dann das für den jeweiligen Anwendungsfall typische Anwendungsscenario nachgebildet und für diese spezielle Anwendung beispielsweise Lebensdaueruntersuchungen durchgeführt. Die auf diese Weise aus den praktischen Kundenerfahrungen oder anhand der Testergebnisse gewonnenen Erkenntnisse werden Teil des in der Datenbank abgelegten Pools von miteinander verknüpften Informationen. Macht der Kunde die Vorgabe, dass bei seiner Anwendung eine bestimmte Lebensdauer des Riemens gewünscht ist, so wird anhand der hinterlegten Informationen ein Riemen ausgewählt, der unter Berücksichtigung der für die vorgesehene Anwendung geltenden sonstigen Bedingungen exakt so dimensioniert ist, dass er die vorgegebene Lebensdauer sicher erreicht, jedoch nicht darüber hinaus einsetzbar ist. D.h., der Kunde bekommt keinen Antrieb, der seine Motorleistung für unbestimmte Zeit übertragen kann, sondern einen Antrieb, der die Antriebsaufgabe für die vom Kunden z.B. gewünschte Lebensdauer oder aber auch andere vom Kunden gewünschte Kriterien wie z.B. Test stands will then be modeled for the application scenario typical for the respective application and, for example, life tests are carried out for this special application. The lessons learned from practical customer experience or from the test results become part of the pool of linked information stored in the database. If the customer makes the stipulation that a certain service life of the belt is desired in his application, then based on the information stored, a belt is selected which, taking into account the other conditions applicable to the intended application, is precisely dimensioned to ensure the specified service life achieved, but not beyond. That is, the customer does not receive a drive that can transmit its motor power indefinitely, but a drive that performs the drive task for the customer's, e.g. desired life or other criteria desired by the customer such.
Umwelteinflüsse, Kosten, etc. zuverlässig erfüllt. Ersatzteilbedarfe (und damit das Environmental influences, costs, etc. reliably fulfilled. Spare parts requirements (and thus the
Ersatzteilgeschäft) werden kalkulierbar und können den Wartungs- und Serviceintervallen entsprechend angepasst werden. Spare parts business) become calculable and can be adapted to the maintenance and service intervals accordingly.
Ein Riemenantrieb und ein Verfahren, die es erlauben, die Belastungen zu bestimmen, denen die wesentlichen Komponenten "Scheibe" und "Riemen" in einem Riemenantrieb ausgesetzt sind, sind Gegenstand der deutschen Patentanmeldung 10 2015 107 177.0 mit dem Titel "Riemenantrieb und Verfahren zum Überwachen eines solchen Riemenantriebs", die die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung am selben Tag wie die vorliegende Anmeldung beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereicht hat und deren Inhalt in die Offenbarung der vorliegenden Anmeldung einbezogen wird. A belt drive and a method that allow to determine the loads to which the essential components "pulley" and "belt" are subjected in a belt drive are the subject of German patent application 10 2015 107 177.0 entitled "Belt drive and method for monitoring Such a belt drive "filed by the Applicant of the present application on the same day as the present application at the German Patent and Trademark Office and the content of which is incorporated in the disclosure of the present application.
Der Erfolg der erfindungsgemäßen Auswahl wird anhand des folgenden Beispiels deutlich: The success of the selection according to the invention becomes clear from the following example:
Eine Anwendung, bei der im Durchmesser kleine Antriebs- und Umlenkscheiben mit hoher Drehzahl betrieben werden und bei der ein geringer Achsabstand sowie eine damit einhergehend hohe Biegewechselfrequenz der Zugträger kombiniert sind, führt bei konventioneller Vorgehensweise zu dem Ergebnis, dass sich dieses Anforderungskollektiv mit einem Standardriemen nicht erfüllen lässt. An application in which the diameter small drive and deflection pulleys are operated at high speed and in which a small center distance and a concomitant high bending frequency of the tension members are combined, results in conventional approach to the result that this requirement collective not with a standard belt can be fulfilled.
Es sollte ein Riemen für eine Anwendung bestimmt werden, bei der sich ein It should be determined a belt for an application in which a
Anforderungskollektiv ergab, für den nach konventioneller Vorgehensweise kein passender, als Katalogware vorkonfektionierter Riemen - keine Sonderanfertigung - bestimmt werden konnte.
Unter Berücksichtigung der weiteren Einflussgröße "Erwärmung des Riemens in Folge der Erwärmung, die durch die beim Riemenumlauf erforderliche Walkarbeit entsteht" konnte jedoch auf erfindungsgemäße Weise ein Riemen bestimmt werden, der bei einer reduzierten Requirement collective revealed, for the according to conventional procedure no suitable, as a catalog product prefabricated belt - no special order - could be determined. Taking into account the further influencing variable "heating of the belt as a result of the heating, which results from the flexing work required in the belt circulation", however, a belt could be determined in the manner according to the invention, which at a reduced speed
Rückendicke aus einem dünneren und flexibleren Zugträger sowie einer weicheren Back thickness of a thinner and more flexible tension member and a softer
Gummimischung besteht. Hierbei spielte bei der erfindungsgemäß vorgenommenen Auswahl auch die Erfahrung eine wesentliche Rolle, dass der dünnere Zugträger die Biegewechsellast besser erträgt und dass die in Folge der weicheren Gummimischung, der geringeren Compound of rubber exists. Here, in the selection made according to the invention, experience also plays an essential role in that the thinner tension member better tolerates the bending load and that as a result of the softer rubber compound, the lower one
Riemendicke und des flexibleren Zugträgers geringere Walkarbeit zu einer geringeren Belt thickness and the flexible tension member lower flexing work to a lesser
Erwärmung des Riemens im Einsatz führt. Warming of the belt in use leads.
Die Auswahl, die auf erfindungsgemäße Weise unter Einbeziehung von neuen Einflussgrößen und aus praktischer Erfahrung bekannt gewordenen sowie gegebenenfalls experimentell bestätigten Wechselwirkungen erfolgt, ergab somit einen Zahnriemen, der die an seine Lebenserwartung gestellten Anforderungen sicher erfüllt, obwohl er bei konventioneller Vorgehensweise nicht gefunden bzw. aufgrund der bei konventioneller Vorgehensweise vorgesehenen Sicherheitsaufschläge aus dem Kreis der in Frage kommenden Riemen aussortiert worden wäre. Erkenntnisse, die beim praktischen Einsatz der entsprechend ausgewählten Riemen gewonnen werden, werden zur Verfeinerung der Auswahlkriterien in die erfindungsgemäß aufgebaute Datenbank aufgenommen, so dass bei der nächsten Suche nach einem Riemen, der für eine gleichen Anforderungen ausgesetzten Anwendung bestimmt ist, ein noch besser passender Zahnriemen zielgerichtet gefunden wird. The selection, which takes place according to the invention with the inclusion of new factors and practical experience and possibly experimentally confirmed interactions, thus gave a timing belt that meets the demands placed on his life expectancy, although not found in conventional approach or due the safety premisses provided by the conventional procedure would have been sorted out of the circle of belts in question. Insights gained in the practical use of the appropriately selected belts are included in the inventively constructed database for refinement of the selection criteria, so that in the next search for a belt which is intended for an application subject to the same requirements, a still better fitting toothed belt is found purposefully.
Zur Erfassung seiner Funktion und der Belastung, der der in der voranstehend beschriebenen Weise ausgewählte Zahnriemen im praktischen Einsatz ausgesetzt ist, können einzelne dieser Riemen auf einem Prüfstand, der die in der Realität sich stellenden Anforderungen und Bedingungen abbildet, systematisch überwacht werden. Entsprechendes ließe sich auch mit den Maschinen umsetzen, die mit den erfindungsgemäß ausgewählten Zahnriemen ausgestattet sind. To detect its function and the load applied to the timing belt selected in the above-described manner in practical use, individual ones of these belts can be systematically monitored on a test rig which depicts the real-world requirements and conditions. The same could be implemented with the machines equipped with the toothed belts selected according to the invention.
Sowohl auf dem Prüfstand als auch bei den betreffenden entsprechend ausgerüsteten Maschinen werden dann Riemen eingesetzt, an denen im Zuge ihrer Herstellung oder Konfektionierung ein Identifikationsmittel befestigt worden ist. Bei diesem Identifikationsmittel kann es sich um einen RFID-Chip handeln, der in das Material des Riemens eingesetzt wird. Der RFID-Chip kann Informationen über den Riemen tragen und so ausgerüstet sein, dass er diese Informationen an einen Sensor überträgt, der an geeigneter Stelle am Prüfstand oder der Maschine angeordnet ist und die jeweilige Information erfasst. Ebenso kann mindestens eine der Scheiben des Antriebs, dem der erfindungsgemäß ausgewählte Riemen zugeordnet ist, mit
einem Identifikationsmittel ausgestattet sein. Dessen Information kann ebenfalls durch einen Sensor erfasst werden. Both on the test bench and in the respective appropriately equipped machines then belts are used, in which an identification means has been attached in the course of their manufacture or packaging. This identification means may be an RFID chip which is inserted into the material of the belt. The RFID chip may carry information about the belt and be equipped to transmit this information to a sensor located at a suitable location on the test stand or machine and detecting the respective information. Likewise, at least one of the disks of the drive, which is assigned to the belt selected according to the invention, with be equipped with an identification means. Its information can also be detected by a sensor.
Die erfassten Informationen werden dann zu einer Auswerteinheit übertragen. Durch Abgleich der vom Riemen und von der Scheibe gelieferten Informationen können neue Informationen über den Synchronlauf, die Einsatzdauer, den Verschleiß, den Rundlauf etc. des Antriebs gewonnen werden, die zur Verbesserung der Aussagekraft der in der erfindungsgemäß aufgebauten Datenbank enthaltenen Informationen genutzt werden. The acquired information is then transmitted to an evaluation unit. By adjusting the information supplied by the belt and the disc new information about the synchronous operation, the duration of use, the wear, the concentricity, etc. of the drive can be obtained, which are used to improve the validity of the information contained in the inventively constructed database.
Selbstverständlich können auch andere Identifikationsmittel als die hier erwähnten RFID-Chips für die Kennzeichnung des Riemens und der Scheibe verwendet werden. Denkbar wäre es beispielsweise, die Identifikationsmittel so auszubilden, dass sie beispielsweise aktiv die Temperaturentwicklung, Verformung oder dynamischen Kräfte, denen der Riemen im Einsatz ausgesetzt ist, erfassen und an den Sensor liefern. Derart aktiv gewonnene Daten tragen wiederum zur Verbesserung des Ergebnisses einer erfindungsgemäß vorgenommenen Auswahl bei. Of course, other identification means than the RFID chips mentioned here for the identification of the belt and the disc can be used. It would be conceivable, for example, to design the identification means such that they actively detect, for example, the temperature development, deformation or dynamic forces to which the belt is exposed during use and supply it to the sensor. Such actively obtained data in turn contribute to the improvement of the result of a selection made according to the invention.
Nachfolgend werden Beispiele vorgestellt, bei denen es in der Praxis mit der In the following examples are presented where in practice with the
erfindungsgemäßen Vorgehensweise zielgerichtet gelingt, für den jeweiligen Verwendungszeck optimal geeignete Maschinenkomponenten zu bestimmen. The procedure according to the invention succeeds in determining optimally suitable machine components for the respective use.
Praxisbeispiel 1: Practical example 1:
In Getränkeabfüllanlagen sind zahlreiche rotatorische Antriebe enthalten, die oftmals als Riemenantriebe ausgestaltet sind. Beverage bottling plants contain numerous rotary drives, which are often designed as belt drives.
Im Abfüllbetrieb kommt es immer wieder vor, dass ein abzufüllendes Getränk verschüttet wird und die bewegten Teile der Riemenantriebe mit dem Getränk benetzt werden. In the bottling operation, it happens again and again that a bottled drink is spilled and the moving parts of the belt drives are wetted with the drink.
Gleichzeitig unterliegen Getränkeabfüllanlagen strengen Hygienevorschriften und müssen regelmäßig gereinigt werden. Hierzu werden vergleichbar aggressive Reinigungschemikalien eingesetzt. At the same time, beverage bottling plants are subject to strict hygiene regulations and must be cleaned regularly. For this purpose, comparably aggressive cleaning chemicals are used.
Aufgrund der häufigen Reinigungsprozesse und der Anordnung der Antriebe meist unterhalb der Anlagen sind die Riemenantriebe schwer zugänglich. Dies führt häufig dazu, dass die Reinigungschemikalien an ihnen haften bleiben und eintrocknen. Due to the frequent cleaning processes and the arrangement of the drives, usually below the plants, the belt drives are difficult to access. This often causes the cleaning chemicals to adhere to them and dry.
Unter der Annahme, dass das abzufüllende Getränk keinen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer des jeweiligen Antriebsriemen hat, sind beim erfindungsgemäßen Vorgehen zunächst als für die Verwendung einer "Getränkeabfüllaniage" wesentliche Einflussgrößen die
zu übertragenden Kräfte und die chemische Belastung durch die Reinigungschemikalien in Wechselwirkung mit dem als "Eigenschaft" im Sinne der Erfindung anzusehenden Material berücksichtigt worden, aus dem die Komponenten "Antriebsriemen" und "Riemenscheibe" des Riemenantriebs bestehen. Assuming that the drink to be filled has no significant effect on the service life of the respective drive belt, in the procedure according to the invention, the influencing variables which are essential for the use of a "beverage filling machine" are first to be transmitted forces and the chemical pollution has been taken into account by the cleaning chemicals in interaction with the material to be regarded as "property" within the meaning of the invention, of which the components "drive belt" and "pulley" of the belt drive.
Im praktischen Einsatz der derart ausgelegten Antriebsriemen ergab sich, dass es bei der Abfüllung bestimmter Getränke trotz der vorauszusetzenden Resistenz gegen die In practical use of the drive belt designed in this way, it was found that in the filling of certain drinks despite the presupposed resistance to the
Reinigungschemikalien zu einer massiven frühzeitigen Schädigung der Antriebsriemen kam, wogegen die Riemen beim Abfüllen anderer Getränke problemlos die vorgesehene Cleaning chemicals came to a massive early damage to the drive belt, whereas the belt when filling other drinks easily provided
Lebensdauer erreichten. Lifespan reached.
Ein Vergleich der jeweils erfindungsgemäß erfassten Betriebsbedingungen, unter denen die betreffenden Riemen eingesetzt wurden, ergab, dass als weitere Einflussgröße für den A comparison of the respectively inventively recorded operating conditions under which the belt in question were used, found that as a further influencing factor for the
Verwendungsfall "Getränkeabfüllanlage" die Art des abzufüllenden Getränks und seine Use case "Beverage bottling plant" the type of beverage to be bottled and its
Wechselwirkung mit der Reinigungschemikalie bzw. dem Material der im Riemenantrieb eingesetzten Maschinenkomponenten "Antriebsriemen" und "Riemenscheiben" berücksichtigt werden muss. Interaction with the cleaning chemical or the material used in the belt drive machine components "drive belt" and "pulleys" must be considered.
Indem die über diese zusätzliche Wechselwirkung erkannte Information in den By recognizing the information about this additional interaction in the
erfindungsgemäßen Auswahlprozess einbezogen worden ist, sind als Ergebnis für The selection process according to the invention has been included as a result of
Abfüllanlagen, bei denen stark zuckerhaltige Getränke abgefüllt werden, Riemen aus einer Materialkombination vorgeschlagen worden, die unempfindlich gegen das sich aus Bottling lines, in which high-sugar drinks are bottled, belts made of a combination of materials have been proposed that are insensitive to that
verschütteten zuckerhaltigen Getränkeresten, Wasser und Reinigungschemikalien bildende, bestimmte Riemenmaterialien aggressiv angreifende Flüssigkeitsgemisch sind, wogegen bei Getränkeanlagen, bei denen Getränke mit geringeren Zuckergehalten abgefüllt werden, konventionell ausgelegte Antriebsriemen zum Einsatz kommen können. spilled sugar beverage stains, water and cleaning chemicals forming, certain belt materials aggressively attacking liquid mixture are, whereas in beverage plants, in which drinks are filled with lower sugar levels, conventionally designed drive belts can be used.
Praxisbeispiel 2: Practical example 2:
Polyurethanzahnriemen ("PU-Riemen") sind in aller Regel sehr gut beständig gegenüber Wasser und Feuchtigkeit. In trockener Luft sind Temperaturen bis zu +50 °C, teilweise auch +80 °C für die PU-Riemen kein Problem. Genauso stellt es kein Problem dar, wenn PU-Riemen bei hoher Luftfeuchtigkeit und Raumtemperatur betrieben werden. Polyurethane timing belts ("PU belts") are generally very resistant to water and moisture. In dry air, temperatures up to +50 ° C, sometimes even +80 ° C are no problem for the PU belts. Similarly, it is not a problem when operating PU belts at high humidity and room temperature.
Liegen jedoch eine hohe Luftfeuchtigkeit und eine hohe Temperatur in Kombination vor, so führt dies zur Zerstörung des PU-Materials der Riemen. However, if a high humidity and a high temperature in combination, this will destroy the PU material of the belt.
Wesentliche Eigenschaft für den erfindungsgemäßen Prozess der Auswahl eines geeigneten Riemens für die Verwendung "Antrieb eines Aggregats" ist also auch hier das Basis-Material, aus dem der jeweilige Riemen besteht, sowie als "Einflussgrößen" die im Einsatz jeweils zu
erwartende Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit und als "Wechselwirkung" die sich in Abhängigkeit vom absoluten Wert der Temperatur und Feuchtigkeit ergebenden Auswirkungen auf das Material des Riemens. An essential characteristic of the process according to the invention for selecting a suitable belt for the use of "drive of an aggregate" is therefore also the basic material of which the respective belt is made, as well as "influencing variables" which are in use in each case expected ambient temperature and humidity, and as "interaction", the effects on the material of the belt depending on the absolute value of the temperature and humidity.
Praxisbeispiel 3: Practical example 3:
Bei der Verwendung "Antrieb einer Werkzeugmaschine" werden als "Eigenschaft" das Material der zur Auswahl stehenden Antriebsriemen und als Einflussgrößen für den Auswahlprozess neben den zu erwartenden mechanischen Belastungen die Temperaturbedingungen und die in der Werkzeugmaschine zum Einsatz kommenden Schmiermittel sowie deren Wechselwirkung mit dem jeweiligen Material berücksichtigt, aus dem die Riemen bestehen. When using "drive a machine tool" as a "property" are the material of the available drive belts and as influencing factors for the selection process in addition to the expected mechanical stresses, the temperature conditions and coming in the machine tool used lubricants and their interaction with the respective material considered, from which the belts consist.
Praxisbeispiel 4: Practical example 4:
Zu Reinigungszwecken wird häufig so genanntes vollentsalztes Wasser eingesetzt, dem sämtliche Mineralien entzogen wurde. Sollen Zahnriemen, Dichtungen und andere For cleaning purposes, so-called deionized water is frequently used, from which all minerals have been extracted. Are timing belts, seals and others
Maschinenkomponenten in einer entsprechend belasteten Umgebung eingesetzt werden, so werden als "Eigenschaft" bei der erfindungsgemäßen Auswahl wiederum die Materialien der Maschinenkomponenten und als "Wechselwirkung" ihre Wechselwirkung mit dem vollentsalzten Wasser berücksichtigt. Machine components are used in a correspondingly polluted environment, as "property" in the selection according to the invention, in turn, the materials of the machine components and considered as "interaction" their interaction with the demineralized water.
Die hierbei für die erfindungsgemäße Auswahl entscheidende und in die erfindungsgemäß vorgesehene Datenbank als Regel zu den Wechselwirkungen der beteiligten Einflussgrößen aufgenommene Information ist, dass, sofern das Material der Maschinenkomponenten einen Weichmacher enthält, eine hohe Neigung besteht, dass dieser in Folge des osmotischen Gefälles in das Wasser wandert. So neigen beispielsweise Antriebsriemen, deren Basismaterial ein Elastomer ist, zu vorzeitiger Versprödung, wenn sie in einer Umgebung eingesetzt werden, in denen vollentsalztes Wasser eingesetzt wird. The information which is crucial for the selection according to the invention and is included in the database provided according to the invention as a rule for the interactions of the influencing variables involved is that, if the material of the machine components contains a plasticizer, there is a high tendency for the material to migrate as a result of the osmotic gradient Water wanders. For example, drive belts whose base material is an elastomer tend to be prematurely embrittled when used in an environment where deionized water is used.
Praxisbeispiel 5: Practical example 5:
Es ist bekannt, dass Formteile, die aus Polyamid bestehen, unter bestimmten It is known that moldings made of polyamide under certain
Umgebungsbedingungen zur Aufnahme von Wasser neigen und dass mit der Wasseraufnahme eine Veränderung der Abmessungen des Formteils einhergehen kann. Environmental conditions tend to absorb water and that with the water absorption, a change in the dimensions of the molded part may go hand in hand.
Sollen aus Polyamid gefertigte Formteile in Antrieben eingesetzt werden, bei denen enge Passungen der miteinander interagierenden Maschinenelemente gefordert sind, können wechselnde Umgebungsbedingungen folglich zu Problemen führen. If molded parts made of polyamide are to be used in drives in which close fits of the interacting machine elements are required, changing environmental conditions can consequently lead to problems.
Diese Information über die "Wechselwirkung" der "Eigenschaft" Material = Polyamid mit den
"Einflussgrößen" Temperatur und Umgebungsfeuchte wird in der erfindungsgemäß This information about the "interaction" of the "property" material = polyamide with the "Influencing variables" temperature and ambient humidity is in the invention
vorgesehenen Datenbank hinterlegt. provided database.
Ausgehend von der Vorgabe, dass die jeweilige Maschinenkomponente aus Polyamid gefertigt und eine maximale Maßhaltigkeit gewährleistet sein soll, mündet die erfindungsgemäße Auswahl in der Anweisung, das jeweilige Formteil in einer Umgebung mit konstanter Based on the requirement that the respective machine component is made of polyamide and a maximum dimensional stability is to be ensured, the selection according to the invention results in the statement that the respective molded part is in a constant environment
Temperatur und Feuchte zu betreiben. Temperature and humidity to operate.
Praxisbeispiel 6: Practical example 6:
Ein weiteres Beispiel dafür, dass als Einflussgrößen für die Auswahl des jeweiligen Another example of that as influencing factors for the selection of the respective
Antriebsmittels die Umgebungsbedingungen von entscheidender Bedeutung sein können, sind Theaterleuchten, bei denen zur Fokussierung des Lichtstrahls verstellbare Blenden eingesetzt werden. Die Verstellung erfolgt dabei über Elektromotoren, die mit den Blenden über Drive means, the environmental conditions can be of crucial importance, are theater lights in which are used to focus the light beam adjustable aperture. The adjustment takes place via electric motors, with the aperture over
Zahnriemen verkoppelt sind. Timing belts are coupled.
Indem bei der erfindungsgemäßen Auswahl als eine wesentliche Information die By using in the selection according to the invention as essential information
Wechselwirkung zwischen der im Umfeld der Leuchte herrschenden hohen Temperatur-, UV- und Ozonbelastung auf der einen Seite und dem Basismaterial ("Eigenschaft") der Zahnriemen auf der anderen Seite berücksichtigt wird, ergibt das erfindungsgemäße Verfahren für die Verwendung "Theaterleuchte" einen Antriebsriemen, der trotz der widrigen Bedingungen nicht zur Versprödung neigt, wie sie unter diesen Bedingungen bei Riemen auftritt, deren Interaction between the high temperature, UV and ozone load prevailing in the vicinity of the luminaire on the one hand and the base material ("property") of the toothed belt on the other hand, the method according to the invention for the use of "theatrical luminaire" yields a drive belt, which, despite the adverse conditions, does not tend to embrittle, as occurs under these conditions in belts whose
Basismaterial ein konventionelles Elastomer ist. Base material is a conventional elastomer.
Praxisbeispiel 7: Practical example 7:
In bestimmten Anwendungen ist ein besonders ruhiger, geräuschminimierter Lauf eines jeweiligen Riemenantriebs gewünscht. In certain applications, a particularly quiet, noise-minimized run of a respective belt drive is desired.
"Geräuschemission" ist somit das Resultat von der Wechselwirkung bestimmter Eigenschaften und Einflussgrößen, die bezogen auf den jeweiligen Anwendungsfall ebenfalls bei der Auswahl der geeigneten Maschinenkomponente zu berücksichtigen sind. "Noise emission" is thus the result of the interaction of certain properties and influencing factors, which are also to be considered when selecting the suitable machine component in relation to the respective application.
Durch entsprechende Versuche kann eine Qualifizierung bestimmter Gewebe ("Eigenschaft") für eine reduzierte Geräuschentwicklung durchgeführt werden, wobei zusätzlich bestimmte Materialpaarungen ("Wechselwirkung von Eigenschaften"), bestimmte Betriebsbedingungen ("Einflussgrößen") und bestimmte Geometrien ("Eigenschaften") der zusammenwirkenden Maschinenelemente systematisch untersucht werden, um die Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Materialien hinsichtlich der Geräuschentwicklung zu beschreiben. Die durch diese Experimente gewonnenen Informationen werden in der erfindungsgemäß bereitgestellten
Datenbank abgelegt und mit den dort bereits vorhandenen Informationen zu dem jeweiligen Verwendungsfall verkoppelt. Through appropriate experiments, a qualification of certain fabrics ("property") for a reduced noise can be performed, with additional certain material pairings ("interaction of properties"), certain operating conditions ("influencing variables") and certain geometries ("properties") of the interacting machine elements be systematically investigated to describe the interactions between the different materials in terms of noise. The information obtained by these experiments is provided in the invention Database stored and coupled with the existing information there for the respective use case.
Praxisbeispiel 8: Practical example 8:
Die Wahl der Zugträger (z.B. Aramid, Kohlefaser) kann in bestimmten Verwendungsfällen darüber entscheiden, ob ein Riemen für eine Umlenkung über den Riemenrücken geeignet ist oder nicht, bzw. bis zu welchen Krümmungsradien dies erfolgen kann. Mit zunehmender Einsatzdauer entstehen bei der Umlenkung über den Riemenrücken durch die Wechselbiegung in dem sehr harten Polyurethan kleine Risse, die sich mit steigender Biegewechselzahl vergrößern. The choice of tension members (e.g., aramid, carbon fiber) may in some instances determine whether or not a belt is suitable for deflection over the belt spine, or to what radii of curvature that may be. With increasing service life, small cracks occur during the deflection over the belt back due to the alternating bending in the very hard polyurethane, which increase with increasing number of bending cycles.
Aramidzugträger sind sehr empfindlich gegenüber Kerbwirkung. Während dieser Einfluss nun im Aramidzugträger zu Brüchen führt, toleriert der Carbon Zugträger diesen Einfluss, weil die Kerbempfindlichkeit geringer ist. Aramid tensile carriers are very sensitive to notch effect. While this influence now leads to fractures in the aramid tension member, the carbon tension member tolerates this influence because the notch sensitivity is lower.
Der Effekt ist umso stärker, je kleiner die Biegeradien sind und je höher die Geschwindigkeit ist. Das bedeutet, bei kleiner Drehzahl und entsprechend großer Umlenkung kann auch der Aramidzugträger mit Rückenumlenkung zu ausreichender Standzeit führen. Mit der The effect is the stronger, the smaller the bending radii and the higher the speed. This means that at low speed and correspondingly large deflection also the Aramidzugträger with back deflection can lead to sufficient life. With the
erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann aus diesen Zusammenhängen ein Kennwert bestimmt werden, bis zu dem auch der Aramidzugträger bei Rückenbiegung einsetzbar wäre. Hinzu kommen wiederum Einflüsse auf den Zugträger durch äußere Einflüsse, wie According to the invention, a characteristic value can be determined from these relationships, up to which the aramid tension member would also be usable in the case of back flexing. In addition, there are influences on the Zugträger by external influences, such as
beispielsweise Feuchtigkeit (Kriechen des Zugträgers bei Feuchtigkeit). For example, moisture (creep of the tensile carrier in moisture).
Ein weiterer Einfluss, der die Auswirkung verstärkt, ist die Besonderheit von Aramid, sich unter Wärmeeinwirkung in Längsrichtung der Fasern zu verkürzen. Wird der Riemen warm, zieht er sich zusammen oder, wenn das Zusammenziehen durch die Riemenscheiben verhindert wird, steigt die Riemenspannung. Auch dies beeinflusst die Auswirkungen der Risse auf die Another influence that enhances the effect is the peculiarity of aramid, to shorten under heat in the longitudinal direction of the fibers. When the belt becomes warm, it contracts or, if it is prevented from contracting by the pulleys, the belt tension increases. Again, this affects the effects of cracks on the
Kerbempfindlichkeit des Zugträgers. Dementsprechend werden auch diese Besonderheiten im erfindungsgemäßen Auswahlsystem als Einflussgrößen (Leistung, Geschwindigkeit oder Drehzahl, Umgebungsfeuchtigkeit, Rückenumlenkung und deren Durchmesser, Temperatur) und Wechselwirkungen berücksichtigt, die das Auslegungskriterium "Standzeit des Riemens in der speziellen Anwendung" beeinflussen Notch sensitivity of the tension member. Accordingly, these features are also taken into account in the selection system according to the invention as influencing variables (power, speed or rotational speed, ambient humidity, back deflection and their diameter, temperature) and interactions which influence the design criterion "service life of the belt in the specific application"
Praxisbeispiel 9: Practical example 9:
Bei in Automobil eingesetzten Antriebsriemen beeinflusst die Art der Spulung der Zugträger die Standzeit bei speziellen Anwendungen. Damit hat nicht nur die Auswahl des For drive belts used in automobiles, the type of winding of the tension members affects the service life of special applications. This not only has the choice of
Zugträgermaterials, sondern bereits der individuelle Aufbau eines einzelnen Zugstrangs Einfluss auf die Lebensdauer der Antriebsriemen.
So weisen Riemen mit höherer Anzahl von Zugträgersträngen sehr gute dynamische Zugträgermaterials, but already the individual structure of a single pull cord influence on the life of the drive belt. Thus, belts with a higher number of tensile member strands have very good dynamic
Biegewechseleigenschaften auf, während Riemen mit einer geringeren Anzahl von Bending properties on, while belts with a smaller number of
Zugträgersträngen in einer dynamischen Motoranwendung mit den dort auftretenden Start- Stopp Wechseln, Temperatureinflüssen und zahlreichen Biegewechseln zu vorzeitigen Zugträgersträngen in a dynamic engine application with the occurring there start-stop changes, temperature influences and numerous bending changes to premature
Ausfällen führen. Durch reine statische Zug- oder Dehnungsversuche sind die Unterschiede nicht feststellbar, sondern können nur durch empirische Erfassung von entsprechend in erfindungsgemäßer Weise ausgerüsteten Riemen im Feldversuch systematisch erfasst werden. Failures lead. By pure static tensile or elongation tests, the differences are not detectable, but can be systematically recorded only by empirical detection of suitably equipped in accordance with the invention belt in the field trial.
Die Ergebnisse solcher systematischen Versuche werden als Eigenschaften oder The results of such systematic experiments are called properties or
Einflussgrößen in das erfindungsgemäß vorgesehene Datenbanksystem eingespeist und bilden mit der ebenfalls in der Datenbank hinterlegten Beschreibung der Wechselwirkungen dieser Eigenschaften und Einflussgrößen die Kriterien für die Auswahl des bezogen auf den Influencing variables are fed into the database system provided according to the invention and, together with the description of the interactions of these properties and influencing variables also stored in the database, form the criteria for the selection of the reference to the
Anwendungsfall jeweils geeignetsten Bauelements. Application of the most suitable component.
Praxisbeispiel 10: Practical example 10:
Gemäß den Vorgaben der Hersteller sind bestimmte Zahnriemen für den Einsatz in bestimmten Temperaturbereichen zugelassen. Es bleibt allerdings offen, unter welchen sonstigen According to the manufacturer's specifications, certain timing belts are approved for use in certain temperature ranges. It remains, however, under what other
Bedingungen die Riemen in diesen Temperaturbereichen eingesetzt werden dürfen. Conditions the belts may be used in these temperature ranges.
Die Praxis zeigt, dass es einen Unterschied macht, ob ein Riemen mit einer Drehzahl von 5000 Umdrehungen pro Minute bei Umgebungstemperaturen von 20 °C in gut belüfteter Umgebung betrieben wird oder ob der Riemen einer Umgebungstemperatur von 60 °C in einem kleinen geschlossenen Getriebekasten ausgesetzt ist. Der bei der hohen Temperatur in einem engen Raum betriebene Riemen wird auch dann keine zufriedenstellende Lebensdauer erreichen, wenn die Richtvorgaben des Herstellers eingehalten wurden. Practice shows that it makes a difference whether a belt is operated at a speed of 5000 rpm at ambient temperatures of 20 ° C in a well-ventilated environment, or whether the belt is exposed to an ambient temperature of 60 ° C in a small closed gearbox , The belt operated at the high temperature in a narrow space will not achieve a satisfactory life even if the manufacturer's specifications are met.
Erst indem in erfindungsgemäßer Weise die Umgebungsbedingungen bei der Auswahl des geeigneten Riemens berücksichtigt werden, lässt sich ein auch bei hohen Temperaturen und engen Raumverhältnissen zuverlässig funktionierender Antriebsriemen bestimmen.
Only when environmental conditions are taken into account in the selection of the suitable belt according to the invention can a drive belt which reliably functions even at high temperatures and narrow spatial conditions be determined.
BEZUGSZEICHEN REFERENCE NUMBERS
L1 ,L2 LinearantriebseinheitenL1, L2 linear drive units
M AntriebsscheibeM drive pulley
R Riemen R belt
S Schlitten S sled
U Umlenkscheibe U deflection pulley
Q Omega-Antrieb (Fig. 4)
Q Omega drive (Fig. 4)