OT (Maschinenbau): E-Antrieb als Ersatz für Hydraulik

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M*I*B
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OT (Maschinenbau): E-Antrieb als Ersatz für Hydraulik

Beitrag von M*I*B » Mi 21. Apr 2021, 17:49

Moin Kinnaz,

vielleicht ist ja ein Maschinenbauer hier, der ähnliche Dinge schon gemacht hat?

Basis ist eine etwa 500kg Arbeitsmaschine, bei welcher der Antrieb per Hydraulikmotor auf eine Starrachse (ohne Differential) geht. Die ganze Nummer soll durch einen E- Antrieb (24V) ersetzt werden.

Eckanforderungen an den Antrieb von elektrischer Seite ist, das es ein Servo (Schritt) Motor sein sollte mit eingebauter Elektronik und CAN-Bus. Das Ganze als IP67.

Benötigt wird an der Achse ein Drehmoment von mindestens 105Nm. Der normale Arbeits- Drehzahlbereich liegt bei bis zu 20 U/min-1 (0,5 bis 6 m/sec), der Verfahr- Drehzahlbereich bei möglichst bis zu 60m/sec. Letzteres wird m.E. nicht ohne Getriebe- Umschaltung funktionieren, wenn man den Antrieb nicht exorbitant überdimensionieren will.

Die Antriebsräder selbst haben ein en Durchmesser von ~30cm, also knapp einen Meter Umfang. Es wäre kein Problem, die Räder auf der Innenseite mit einer Verzahnung zu versehen oder derart zu gestalten, das ein (Planeten-) Getriebe in der Radnarbe läuft. Von daher wäre ein Z-Antrieb, bestehend aus Motor und Getriebe gut unterzubringen.

Ich suche also einen Anbieter, welcher solche E-Antriebe und/oder Getriebe anbietet resp. andere sachdienliche Hinweise.


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Theodor
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Re: OT (Maschinenbau): E-Antrieb als Ersatz für Hydraulik

Beitrag von Theodor » Fr 23. Apr 2021, 07:32

Hallo,

übliche Drehzahlen von Synchronmotoren sind so 4500/min.
Drehmoment ist ziemlich konstant über den ganzen Drehzahlbereich. Mit einem Getriebe (i22) hättest du dann am Abtrieb etwa deine 200/min und bräuchtest eintreibend etwa 5Nm Drehmoment.
Ein umschaltbare Getriebe bräuchtest du dann aber eigentlich nicht.

Das wird bei 24V schon schwierig, da werden die Ströme langsam riesig. Auf 48V zu gehen erscheint mir hier Sinnvoller.

Oder eben die zwei Getriebestufen dann ist das elektrisch alles entspannter.

Die dezentralen Servos von nanotec kann ich empfehlen, TR Elektronik baut sowas auch.
Wenn es nicht unbedingt eine eingebaute Elektronik sein muss kann ich die ELMO Umrichter sehr empfehlen, die sind winzig können aber enorm viel.

Grundsätzlich limitiert die niedrige Spannung hier die Auswahl an Antrieben sehr. Ein Problem mit dem ich fast jeden Tag zu kämpfen habe.

Erzähl doch Mal etwas mehr was du machen willst, warum es CAN sein muss, wie genau du positionieren musst und was dir als Energiequelle (Batterie?) zur Verfügung steht.

Gruß Theodor



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M*I*B
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Re: OT (Maschinenbau): E-Antrieb als Ersatz für Hydraulik

Beitrag von M*I*B » Fr 23. Apr 2021, 08:16

Moin Theodor...

also von den 24V bin ich eigentlich schon ab, eben genau wegen den fast nicht erträglichen Strangströmen...

Derzeit stehen zwei Optionen im Raum: 48V Generator oder eine ungewöhnliche Variante, die KEB zugesteuert hat: Servo als Generator, deren FU's, welche rückspeisefähig sind, und dann da die Servos dran.

Bei den 20U/min habe ich mich verhauen. Bei ~0,9m Radumfang und einem Arbeits-Fahr-Fenster von 0,5 bis 6m/min liegen wir hier ja bei in etwa eben solchen Drehzahlen am Rad, also 0,5 bis 6U/min, im Verfahrbetrieb aber dann bei 60U/min. Wenn ich mir das so überlege, dann brauche ich zum Verfahren die 10fache Drehzahl bei gleicher Abgabeleistung an den Rädern. Wenn man jetzt mal von 4000U/min bei 6m/min ausgeht, damit man das ganze Drehzahlband zur Abdeckung des Arbeits- Geschwindigkeitsbereiches nutzen kann, müsste der Servo bei 60m/min mal eben 40.000U/min hergeben :lol:
Rechnen wir anders herum und nehmen mal einen Servo, der 6000U/min kann und nutzen diese Enddrehzahl für das Verfahren bei 60m/min, dann müsste der Servo für den Arbeits- Drehzahlbereich mit 50 - 600U/min laufen. Und in beiden Fällen benötige ich unbedingt die min. 105Nm am Antrieb; lieber aber mehr...
Untersetzung wäre dann 100:1, womit der Servo bei umzu 2Nm resp. 1Nm bei Aufteilung auf getrennte Radantriebe (bevorzugt) haben müsste. Um auf der sicheren Seite zu sein, schlage ich noch mal 50% auf, also 3Nm resp 2 x 1,5Nm. Die Frage ist nur, ob die Servos bei so kleinen Drehzahlen noch genug Leistung abgeben können, ohne aufzubrennen ^^

CAN ist im Übrigen Vorgabe des Auftraggebers für den Prototypen. Positionieren muss ich eigentlich gar nicht. Ich brauche lediglich im Arbeitsbereich einen konstanten Vorschub. Also wirklich ein reiner Fahrantrieb. Gesteuert wird die kleine 500kg Maschine per Hand, durch Joystick (vor/zurück) und händisch für Korrekturen bezgl. Geradeauslauf. Hauptantrieb ist ein 2 Zylinder Diesel, welcher über Keilriemen das Werkzeug antreibt (bleibt so). Der Motor liefert daher auch die Antriebsenergie via Generator für den Fahrantrieb. Pufferbatterien sind bei 48V ggf. noch möglich, können dann aber aus Platzgründen nicht besonders groß sein.

Wie sieht denn üblicherweise das Leistungsband resp. der empfohlene Arbeits- Drehzahlbereich von nanotec resp. TRE aus?

Ach so... Keinesfalls vergessen darf man bei der ganzen Sache, das alles mindestens IP57 sein muss!

EDIT sagt:
Nanotec ist raus; die sind alle zu schwach und ebenso keine passenden Getriebe mit 100:1 vorhanden ...


DLzG
Micha

Theodor
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Re: OT (Maschinenbau): E-Antrieb als Ersatz für Hydraulik

Beitrag von Theodor » So 25. Apr 2021, 20:35

Hi,
Derzeit stehen zwei Optionen im Raum: 48V Generator oder eine ungewöhnliche Variante, die KEB zugesteuert hat: Servo als Generator, deren FU's, welche rückspeisefähig sind, und dann da die Servos dran.
Beides recht exotisch, da solltest du in jedem Fall noch einen Puffer einplanen. Also eine große Kapazität im Zwischenkreis.
Wie sieht denn üblicherweise das Leistungsband resp. der empfohlene Arbeits- Drehzahlbereich von nanotec resp. TRE aus?
Hier kannst du dir unabhängig vom Hersteller Mal die Kennlinie einer Drehstrom Synchronmaschine ansehen.


Gruß Theodor



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