Not Halt Berechnung Wickler 23.06.2015

AKB-Report
Not-Halt-Prüfungen von Wickelantrieben mit DSD
Die vollständige Berechnung aller auftretenden Not-Halt-Szenarien ist für Wickelantriebe von besonderer Wichtigkeit, da bei diesen Anwendungen oftmals große kinetische Energien gespeichert sind.
Da der geringste dynamische Drehmomentbedarf mit linearen Profilen benötigt wird, sollte die Auslegung für den Not-Halt auch hiermit erfolgen. Der DSD V4.0 beinhaltet derzeit noch keine
umfassende Not-Halt-Prüfung, er liefert nur den Drehmomentbedarf für die eingegebene Not-HaltZeit von max. Anlagengeschwindigkeit in den Stillstand, bei Zugkraft = 0 N und mit linearer Bremsrampe. Die nachfolgend beschriebenen Prüfen ermöglichen eine umfassende Not-Halt-Prüfung als
Workaround.
Im der DSD-Bedienoberfläche (GUI) und im DSD-Protokoll erscheint folgende Hinweis:
„DSD berechnet den Drehmomentbedarf für Nothalt und stellt diesen im durchmesserabhängigen MDiagramm des Motors dar. Die Berechnung basiert auf der Nothalt-Zeit, einem linearem Bewegungsprofil und Zugkraft =0 (Materialriss). Es erfolgt keine thermischen Prüfung der Antriebskomponenten
und keine Auslegung von Bremskreisen“.
1) So rechnet DSD dynamische Betriebsphasen für Aufwickler
Bei der Antriebsauslegung verarbeitet DSD die dynamischen Betriebsphasen mit den eingegebenen
Hoch- und Ablaufzeiten (tacc / tdec) unter folgenden Bedingungen:
- Start bei minimalem Durchmesser (d = dmin) und Beschleunigung auf die maximale Geschwindigkeit
mit der eingegebenen Hochlaufzeit tacc.
- Stopp bei maximalem Durchmesser (d = dmax) und Verzögerung von der maximalen Geschwindigkeit
bis auf Stillstand mit der eingegebenen Ablaufzeit tdec.
2) So rechnet DSD dynamische Betriebsphasen für Abwickler
Bei der Antriebsauslegung verarbeitet DSD die dynamischen Betriebsphasen mit den eingegebenen
Hoch- und Ablaufzeiten (tacc / tdec) unter folgenden Bedingungen:
- Start bei maximalen Durchmesser (d = dmax) und Beschleunigung auf die maximale Geschwindigkeit
mit der eingegebenen Hochlaufzeit tacc.
- Stopp bei minimalen Durchmesser (d = dmin) und Verzögerung von der maximalen Geschwindigkeit
bis auf Stillstand mit der eingegebenen Ablaufzeit tdec.
Not_Halt_Berechnung_Wickler_23.06.2015
Autor: KH Weber
Datum: 30.06.2015
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3) Es gibt unterschiedliche Not-Halt-Szenarien
In Not-Halt-Situationen unter worst-case-Bedingungen (Materialriss bei Aufwickler, bzw. max.
Zugkraft bei Abwickler, maximales Trägheitsmoment) muss der Wickler in der geforderten Not-HaltZeit stoppen können.
Folgende Not-Halt-Szenarien können grundsätzlich bei jedem Antrieb auftreten. Wegen der teilweise
großen gespeicherten kinetischen Energien müssen Sie bei Wickelantrieben die möglichen Not-HaltSzenarien in jedem Fall noch zusätzlich berechnen. Die Ergebnisse sind mit dem Kunden zu
besprechen und ins Angebot mit aufzunehmen.
- Not-Halt 1:
Elektrische Bremsung über Motor und Umrichter (Standardfall)
- Not-Halt 2:
Kombinierte Bremsung (Elektrische Bremsung über Motor und Umrichter mit
zusätzlicher Unterstützung durch elektromechanische oder hydraulische Bremse)
- Not-Halt 3:
Mechanische Bremsung über elektromechanische oder hydraulische Bremse
(ohne Elektrische Bremsung  Ausfall Netz oder Umrichter)
4) DSD berechnet den Drehmomentbedarf bei Not-Halt
DSD berechnet den Drehmomentbedarf für Not-Halt und stellt diesen im durchmesserabhängigen
Drehmoment-Diagramm des Motors dar (Bild 4.2). Die Berechnung basiert auf der eingegebenen
Nothalt-Zeit tES (Bild 4.1), einem linearem Bewegungsprofil und Zugkraft =0 (Materialriss). Diese
Berechnung liefert bereits eine grobe Orientierung, ob der Drehmomentbedarf vom normalen
Wickelbetrieb stark abweicht oder nicht.
Per DSD erfolgen keine Prüfungen der Antriebskomponenten und keine Auslegung von Bremskreisen. Generell ist anzumerken, dass dies als Prüfung nicht ausreichend ist. Wir empfehlen in
jedem Fall die Not-Halt-Szenarien mit dem Kunden zu klären (siehe auch Punkt 3) und dazu noch
ergänzende Berechnungen / Prüfungen durchzuführen und die Ergebnisse ins Kundenangebot
aufzunehmen. Der „Application-Tuner“ kann bei Zusatzprüfungen unterstützen (siehe Punkt 5/6).
Bild 4.1: Eingabe der gewünschten Not-Halt-Zeit tES
Bild 4.2: Drehmomentbedarf (schwarze Kurve) für Not-Halt im Motorkennfeld (Auf- und Abwickler)
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Autor: KH Weber
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5) Prüfung min. möglicher Not-Halt-Zeit (Not-Halt 1) für Aufwickler (per Application-Tuner)
Eine Prüfung der minimalen Not-Halt-Zeit unter Berücksichtigung der Auslastung aller Antriebskomponenten kann per Application-Tuner wie folgt vorgenommen werden:
- Vollständige DSD-Wickler-Auslegung (DSD-Projekt) erstellen und speichern
- Application Tuner aufrufen (Bild 5.1)
- Motion-Designer im Application-Tuner aktivieren (Bild 5.2) und Parameter eingeben (Bild 5.3)
- Gewünschte Zeit für Not-Halt im Eingabefeld „Ablaufzeit tdec“ eingeben
- Für Zugkräfte (Fmax_dmin; Fmax_dmax; Fmin_dmin) sehr kleinen Wert eingeben (z. B. 0,01 N; nicht Null)
 der worst case für Aufwickler ist bei Zugkraft = Null
- Form Bewegungsprofil „linear“ vorwählen (geringster Drehmomentbedarf)
- Schaltfläche „Übernehmen“ betätigen
- Im Application-Tuner den Reiter „Motor“ aktivieren (Bild 5.4) und Ergebnis im Motorkennfeld
beobachten und beurteilen. Der M-Bedarf (blaue Kurve) muss unterhalb der Grenzkurve (rote
Kurve) des Motor-Umrichter-Systems bleiben.
- Wenn erforderlich, Parameter für Not-Halt-Zeit iterativ verändern bis gewünschte oder min.
mögliche Not-Halt-Zeit erreicht wird und das Antriebssystem mit allen seinen Komponenten dies
auch noch ohne Überlastung erbringen kann.
- Wenn zur Abführung der Bremsleistung ein Bremswiderstand erforderlich ist und dieser im
Masterprojekt (Appl.-Tuner) noch nicht ausgewählt wurde, meldet dies der Application-Tuner und
schlägt einen passenden Widerstand vor, der dann auszuwählen ist.
- Wenn minimal mögliche Not-Halt-Zeit gefunden, DSD-Projekt unter neuen Dateinamen speichern.
- Das DSD-Protokoll vom Not-Halt-Projekt der Auslegungsdokumentation beifügen.
- Die elektromechanische Motorbremse ist in Abstimmung mit den benötigten Not-Halt-Szenarien
zusätzlich noch zu prüfen (DSD führt Prüfung als Haltebremse durch)
Bild 5.1: Application-Tuner für Not-Halt-Prüfung nutzen
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Autor: KH Weber
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Bild 5.2: Motion-Designer im Application-Tuner aufrufen
Bild 5.3: Eingaben im Appl.-Tuner für Not-Halt (tES kann ignoriert werden); es kann auch mit einer Zugkraft
gerechnet werden wobei die Zugkraft und beim Bremsen unterstützt.
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Bild 5.4: Diagramme im Appl.-Tuner für Not-Halt: linkes Diagramm  normaler Aufwickelbetrieb;
rechtes Diagramm Not-Halt
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6) Eingeschränkte Prüfung min. möglicher Not-Halt-Zeit (Not-Halt 1) für Abwickler mit
Zugkraft Null (per Application-Tuner)
Diese Prüfung für Abwickler unterscheidet sich im Vergleich zum Aufwickler. Sie ist nur eingeschränkt
möglich und zwar für den Fall mit Zugkraft = Null (Materialriss). Das ist aber nicht der worst case,
dieser tritt bei max. Zugkraft auf.
- Um Antriebskomponenten zu per Appl.-Tuner zu prüfen, muss Not-Halt-Zeit als Beschleunigungszeit
eingegeben werden (Grund, siehe Punkt 2).
Eine Prüfung der minimalen Not-Halt-Zeit unter Berücksichtigung der Auslastung aller Antriebskomponenten kann unter den o. g. Bedingungen per Application-Tuner wie folgt vorgenommen
werden:
- Vollständige DSD-Wickler-Auslegung (DSD-Projekt) erstellen und speichern
- Application Tuner aufrufen (Bild 6.1)
- Motion-Designer im Application-Tuner aktivieren (Bild 6.2) und Parameter eingeben (Bild 6.3)
- Gewünschte Zeit für Not-Halt im Eingabefeld „Hochlaufzeit tacc“ eingeben
- Für Zugkräfte (Fmax_dmin; Fmax_dmax; Fmin_dmin) sehr kleinen Wert eingeben (z. B. 0,01 N; nicht Null)
- Form Bewegungsprofil „linear“ vorwählen (geringster Drehmomentbedarf)
- Schaltfläche „Übernehmen“ betätigen
- Im Application-Tuner den Reiter „Motor“ aktivieren (Bild 6.4) und Ergebnis im Motorkennfeld
beobachten und beurteilen. Der M-Bedarf (blaue Kurve) muss unterhalb der Grenzkurve (rote
Kurve) des Motor-Umrichter-Systems bleiben.
- Wenn erforderlich, Parameter für Not-Halt-Zeit iterativ verändern bis gewünschte oder min.
mögliche Not-Halt-Zeit erreicht wird und das Antriebssystem mit allen seinen Komponenten die
auch noch ohne Überlastung erbringen kann.
Sollte noch eine Auslegung des Bremswiderstandes erforderlich sein (wenn das z. B. im DSDMasterprojekt noch nicht erfolgte), so muss das über eine separate Auslegung mit dem DSD-Modell
„Allgemeiner Antrieb“ vorgenommen werden. Dazu sind folgende Daten aus dem Abwickler-Projekt
zu übertragen
- Drehzahlen und Bremszeiten vom worst case Fall (max. Durchmesser)
- max. Trägheitsmoment
- alle Antriebskomponenten
Damit kann nun eine Auslegung des Bremswiderstands vorgenommen werden.
- Die elektromechanische Motorbremse ist in Abstimmung mit den benötigten Not-Halt-Szenarien
zusätzlich noch zu prüfen (DSD führt Prüfung als Haltebremse durch)
- Alle auslegungsrelevanten Protokolle vom Not-Halt der Auslegungsdokumentation beifügen.
Bild 6.1: Application-Tuner für Not-Halt-Prüfung nutzen
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Bild 6.2: Motion-Designer im Application-Tuner
Bild 6.3: Eingaben im Appl.-Tuner für Not-Halt (tES kann ignoriert werden); es kann auch mit einer
Zugkraft gerechnet werden wobei die Zugkraft und beim Bremsen unterstützt.
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Bild 6.4: Diagramme im Appl.-Tuner für Not-Halt: linkes Diagramm  normaler Abwickelbetrieb;
rechtes Diagramm Not-Halt (Drehmomentrichtung ist in Wirklichkeit positiv sein; reicht aber
zur Beurteilung der Auslastung aus)
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