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Berücksichtigung der maximalen Einspeiseleistung eines Umrichters in der Bahnplanung von NC-Steuerungen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000204500D
Original Publication Date: 2011-Feb-28
Included in the Prior Art Database: 2011-Feb-28
Document File: 4 page(s) / 126K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die Antriebsausrüstung von Werkzeugmaschinen wird in der Regel so dimensioniert, dass die durch den Hersteller angegebenen Leistungsdaten auch in extremen Situationen erbracht werden können. Dies führt dazu, dass überdimensionierte Antriebe eingesetzt werden, welche mitunter eine unnötig hohe Energieeinspeisung und -Wandlung erfordern. Dies verursacht wiederum unnötig hohe Kosten für die Anwender solcher Maschinen. Bei Werkzeugmaschinen werden üblicherweise Umrichter in Verbindung mit einer NC-Steuerung eingesetzt, die die Bewegungsführung von Werkzeug und Werkstück steuert (NC: Numerical Control). Da die Programmstruktur eines NC-Programms zum Zeitpunkt der Projektierung der Maschine noch nicht bekannt ist, erfolgt in der Regel eine überdimensionierte Auslegung von Leistungsteilen und der Energieeinspeisung. Folglich sind auch der Energiebedarf und die Kosten des Umrichters unnötig hoch und bieten Optimierungsmöglichkeiten.

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Berücksichtigung der maximalen Einspeiseleistung eines Umrichters in der Bahnplanung von NC-Steuerungen

Die Antriebsausrüstung von Werkzeugmaschinen wird in der Regel so dimensioniert, dass die durch den Hersteller angegebenen Leistungsdaten auch in extremen Situationen erbracht werden können. Dies führt dazu, dass überdimensionierte Antriebe eingesetzt werden, welche mitunter eine unnötig hohe Energieeinspeisung und -Wandlung erfordern. Dies verursacht wiederum unnötig hohe Kosten für die Anwender solcher Maschinen.

Bei Werkzeugmaschinen werden üblicherweise Umrichter in Verbindung mit einer NC-Steuerung eingesetzt, die die Bewegungsführung von Werkzeug und Werkstück steuert (NC: Numerical Control). Da die Programmstruktur eines NC-Programms zum Zeitpunkt der Projektierung der Maschine noch nicht bekannt ist, erfolgt in der Regel eine überdimensionierte Auslegung von Leistungsteilen und der Energieeinspeisung. Folglich sind auch der Energiebedarf und die Kosten des Umrichters unnötig hoch und bieten Optimierungsmöglichkeiten.

Im Folgenden wird eine Lösung vorgeschlagen bei der die NC-Steuerung mit zusätzlichen Algorithmen und Parametern ausgestattet wird. Diese sollen den Energiebedarf für die Achsen und Spindeln einer Werkzeugmaschine, die sogenannte Zwischenkreisleistung, anhand von folgenden Werten vorausschauend in einem Modell abschätzen:

1. Programmiertes Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofil

2. Reibungsprofile der Achsen und Spindeln

3. Trägheitsmomente der Achsen und Spindeln

Die Ermittlung der unter 2 und 3 genannten Werte kann im Rahmen der Inbetriebnahme, nach dem bekannten Stand der Technik, teilautomatisch erfolgen. Damit Maschinen bzw. Anwendungen ein möglichst breites Spektrum an Trägheitsmomenten bewältigen können, sind Parameterdaten für die Trägheitsmomente vorzusehen, z.B. zusätzliche Parameter für das Gewicht der Werkzeuge.

Wird erkannt, dass die Grenzen der Einspeisung oder des Leistungsteils für eine Achse, hinsichtlich der zulässigen Kurzzeitbelastung überschritten werden, so muss die benötigte Leistung entweder der Spindel oder der Achsen so reduziert werden, dass die Beanspruchungsgrenzen eingehalten werden. Dies geschieht durch eine Anpassung der Bahnplanung. Im Anwendungsfall führt diese Vorgehensweise zu keinen negativen Einschränkungen, da die Spitzenleistungen in der Regel in Beschleunigungsphasen nach einem Werkzeugwechsel und nicht während der Bearbeitung benötigt werden.

Im Folgenden wird weiterhin genau betrachtet, welche Maschinendaten bei der Bahnplanung erforderlich sind, um Berechnungen des Energiebedarfs für jeden eingesetzten Motor durchzuführen. Diese Daten sind die Reibungskraft bzw. das Reibungsmoment, die Trägheitskraft bzw. das Trägheitsmoment umgerechnet für den Motor, die maximale Bearbeitungsgeschwindigkeit und optional, di...