Modellierung eines Lineardirektantriebes für Transportbänder
Final Report Abstract
Der Abschlussbericht leitet aus dem Ergebnis des ersten Förderungszeitraums die Motivation für die Weiterentwicklung ab und stellt danach den Aufbau und das Funktionsprinzip des entwickelten Hybridmotors dar. Dieser zeichnet sich durch die Anordnung von Permanentmagneten und einer elektrischen Wicklung im gleichen Maschinenteil aus. Das Transportband muss in diesem Fall nicht mit Permanentmagneten, sondem nur mit weichmagnetischen Eisenteilen ausgerüstet sein. Auf diese Art und Weise wird es möglich, die Masse der benötigten Permanentmagnete deutlich zu reduzieren, was gegenüber dem Antriebsaufbau als permanentmagneterregte Synchronmaschine einen ökonomischen Vorteil bietet. Zudem ist damit zu rechnen, dass weniger oder keine ferromagnetischen Partikel aus der Umgebung angezogen werden, wodurch der Motor weniger verschmutzen kann. Nach der Auswahl eines geeigneten Transportbandes für den Betrieb im Hybridmotor wird die Entwicklung und die Bewertung von unterschiedlichen Konzepten zur Befestigung von Läuferelementen am Transportband vorgestellt. Die Verifizierung der ausgewählten Lösungsalternativen erfolgt durch Vorversuche. Mittels einer parametrischen FE-SimuIation können zudem die Einflüsse hinsichtlich der Krafteinleitung vom Hybridmotor in das Transportband identifiziert werden, bevor im Anschluss ein mit Läuferelementen bestücktes, prototypisches Transportband hergestellt wird. Zur Validierung des Hybridmotors und des Transportbandes erfolgt die Entwicklung eines neuen Demonstrators, da der Vorherige für die permanentmagneterregte Synchronmaschine mit dem Kunststoff-Modulband konzipiert ist. Zu den wesentlichen Gründen zählt die Verwendung eines endlos geschlossenen Transportbandes, welches ohne Öffnen in den Demonstrator eingelegt oder entnommen werden muss. Im fertigen Demonstrator werden zunächst Schwingungsmessungen durchgeführt, um Reibungseinflüsse in Folge von Unwuchten im System zu minimieren. Anschließend folgt die Ermittlung von Reibungsbeiträgen im Demonstrator unter der Betrachtung unterschiedlicher Konfigurationen. Dadurch können die Reibungseinflüsse einzelner Komponenten identifiziert werden. Als wesentliches Ergebnis wird ein hoher Einfluss in Folge der Normalkraft des Motors auf das Transportband identifiziert, wodurch der Demonstrator zunächst nicht durch den Hybridmotor betrieben werden kann. Zur Überprüfung der grundsätzlichen Funktionsfähigkeit des Motors erfolgt die Messung der induzierten Spannung, welche beim Durchführen des Transportbandes an den offenen Wicklungsanschlüssen anliegt. Die gemessenen Ergebnisse decken sich zu einem hohen Grad mit den aus der FE-Simulation ermittelten Werten. Um dennoch die Leistungsfähigkeit des Hybridmotors zu charakterisieren, wird eine HiIfsmess-Vorrichtung auf Basis einer starren Platte realisiert, die mit den gleichen Läuferelementen bestückt ist, wie das aufgebaute Transportband. Dadurch lässt sich ein ideales, hochsteifes Transportband simulieren, mit welchem die Krafteinleitung des Motors auf die Läuferelemente unabhängig von der Dehnbarkeit und weiteren Transportbandeinflüssen betrachtet werden kann. Durch die starre Führung kann die in Folge der Normalkräfte auftretende Kraftkomponente weitestgehend kompensiert werden. Mit Hilfe dieser Konstruktion wird durch Arretierung der Hilfsmess-Vorrichtung über einen Kraftaufnehmer am Gestell des Förderers die Vorschubkraft in Abhängigkeit der Bestromung des Hybridmotors gemessen. Die hierbei gemessene Vorschubkraft des Hybridmotors liegt unter der in FE-Rechnungen ermittelten Kraft. Zu den Gründen zählen Fertigungstoleranzen des Gesamtaufbaus, offenbar unzulässige Vereinfachungen bei der FE-Berechnung des Motors sowie der Betrieb des Motors ohne Lagerückführung. Die Ermittlung der Rastkräfte erfolgt ebenfalls unter Verwendung der Hi Ifsmess Vorrichtung. Hierbei kann ein hoher Übereinstimmungsgrad zwischen gemessenen und errechneten Ergebnissen aus der FE-Simulation festgestellt werden. Abschließend werden im Ausblick zwei Konzepte zur Gestaltung der Schnittstelle zwischen Transportband und Hybridmotor vorgestellt, mit welchen der negative Einfluss der Normalkräfte signifikant reduziert werden kann. Die Entwicklung und der Aufbau der gezeigten Varianten ist Gegenstand von zukünftigen Arbeiten.
