Leistung maximieren: Warum Getriebe in Motion-Control-Systemen wichtig sind

Was sind die Vorteile der Verwendung eines Getriebes?

Schätzungen zufolge nutzen nur etwa ein Drittel der in Betrieb befindlichen Motion-Control-Systeme Getriebe, obwohl es gute Gründe dafür gibt. Zum Beispiel ist der Einsatz eines Getriebes vorteilhaft, wenn Ihr Motion-Control-System mit 1.000 U/min oder weniger laufen muss. Es ist auch ratsam, Getriebe einzusetzen, wenn Systeme mit Platzbeschränkungen entworfen werden. Die Kombination eines Getriebes mit Ihrem Servomotor oder die Verwendung eines integrierten Getriebemotors ermöglicht den Einsatz eines kleineren Motors, wodurch die Systemgröße reduziert wird.
Vorteile der Verwendung eines Getriebes mit Ihrem Servo in einem Motion-Control-System umfassen:

• Drehmomentvervielfachung. Getriebe können einen mechanischen Vorteil bieten, wenn sie an die Motorausgangswelle montiert sind. Das liegt daran, dass die Anzahl der Zahnräder und Zähne auf jedem Rad einen mechanischen Vorteil definieren, der durch ein Verhältnis ausgedrückt wird. Angenommen, ein Motor kann 100 in-lbs Drehmoment erzeugen, und ein 5:1 Getriebe wird angebracht. Je nach Wirkungsgrad des Getriebes wird das resultierende Drehmoment nahe 500 in-lbs liegen. Die Verwendung eines Getriebes erzeugt eine höhere Drehmomentausgabe in einem kleineren Bauraum.
• Drehzahlreduzierung. Getriebe werden oft als Getriebewandler bezeichnet, weil sie die Drehmomentausgabe erhöhen und gleichzeitig die Motordrehzahl verringern. Zum Beispiel, wenn ein Motor mit 1.000 U/min läuft und ein 5:1 Getriebe angebracht wird, beträgt die Geschwindigkeit am Ausgang 200 U/min. Eine solche Drehzahlreduzierung kann die Gesamtsystemeffizienz verbessern. In einem aktuellen Beispiel erforderte ein Steinmahlmechanismus, dass der Motor mit 15 U/min lief. Die niedrige Drehzahl erschwerte das Drehen des Mahlsteins, da der Motor zum Ruckeln neigte. Hier bewirkte ein 100:1 Getriebe, dass der Motor mit 1.500 U/min lief und eine ruhige, kontinuierliche Rotation lieferte.
• Trägheitsanpassung. In den letzten fünfzehn Jahren haben Servomotorhersteller leichte Materialien, dichte Kupferwicklungen und hochenergetische Magnete eingeführt. Servomotoren erzeugen daher mehr Drehmoment relativ zur Baugröße als früher, was zu größeren Trägheitsunterschieden zwischen Servomotoren und den von ihnen gesteuerten Lasten führt.

Erinnern Sie sich: Trägheit ist ein Maß für den Widerstand eines Objekts gegen jede Änderung seiner Bewegung und eine Funktion von Form und Masse des Objekts. Je größer die Trägheit eines Objekts, desto mehr Drehmoment wird benötigt, um es zu beschleunigen oder abzubremsen.
Wenn die Lastträgheit viel größer ist als die Motorträgheit, kann dies zu übermäßigem Überschwingen oder erhöhten Einstellzeiten führen. Beide Bedingungen verringern den Durchsatz der Produktionslinie.
Andererseits, wenn die Motorträgheit größer ist als die Lastträgheit, benötigt der Motor mehr Leistung als für die jeweilige Anwendung notwendig. Dies erhöht die Kosten, da Sie für einen größeren als notwendigen Motor mehr bezahlen und der erhöhte Stromverbrauch höhere Betriebskosten bedeutet. Die Lösung ist die Verwendung eines Getriebes, um die Trägheit des Motors an die Trägheit der Last anzupassen. Die Wahl des passenden Getriebes ermöglicht den Einsatz eines kleineren Motors sowie die Entwicklung eines reaktionsschnelleren Systems.

Helfen, Systemkosten zu senken

Das Ergebnis ist, dass Drehmomentvervielfachung, Drehzahlreduzierung und Trägheitsanpassung helfen, Systemkosten zu senken, weil die Verwendung eines Getriebes den Einsatz eines kleineren Motors und Antriebs erlaubt.
Zum Beispiel: Eine Anwendung erfordert 200 in-lbs Drehmoment bei 300 U/min. Um die Last allein mit einem Servomotor anzutreiben (bei standardmäßigen Leistungsmerkmalen der Branche), ist ein Servomotor mit 142 mm Baugröße und ein Antrieb, der 30 A kontinuierlich liefern kann, notwendig. Das System kostet ca. 6.000 $. Durch die Verwendung eines Getriebes für die Anwendung können Sie einen 90 mm Servomotor und einen entsprechend kleineren Antrieb verwenden.