Taschenbuch der Antriebstechnik
von: Horst Haberhauer, Manfred Kaczmarek
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2014
ISBN: 9783446434264
Sprache: Deutsch
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Format: PDF, auch als Online-Lesen
Vorwort | 8 | ||
Inhaltsverzeichnis | 10 | ||
1 Einleitung | 18 | ||
1.1 Historie | 18 | ||
1.2 Antriebstechnik heute | 21 | ||
1.2.1 Elektrische Antriebstechnik | 21 | ||
1.2.2 Hydraulische Antriebe | 24 | ||
1.2.3 Pneumatische Antriebe | 25 | ||
1.2.4 Resümee zur Antriebsauslegung | 25 | ||
2 Antriebssystem | 27 | ||
2.1 Definition | 27 | ||
2.2 Aufgaben | 29 | ||
2.3 Arbeitsmaschinen | 30 | ||
2.4 Bewegungsgleichungen | 31 | ||
2.4.1 Kenngrößen des Bewegungsablaufes | 31 | ||
2.4.2 Kräfte, Momente und Leistung | 32 | ||
2.4.3 Beschleunigungskräfte und -momente | 33 | ||
2.4.4 Anlaufzeit | 34 | ||
3 Antriebe | 36 | ||
3.1 Elektrische Antriebe | 36 | ||
3.1.1 Gleichstrommotor | 41 | ||
3.1.1.1 Übersicht | 41 | ||
3.1.1.2 Gleichstrommaschine | 42 | ||
3.1.1.3 Arbeitsprinzip und Aufbau | 43 | ||
3.1.1.4 Vorteile des Motors | 44 | ||
3.1.1.5 Betriebskennlinien | 44 | ||
3.1.1.6 Kleinantriebe | 46 | ||
3.1.2 Synchronmotor | 47 | ||
3.1.2.1 Übersicht | 47 | ||
3.1.2.2 Aufbau und Funktionsweise | 48 | ||
3.1.2.3 Betriebsverhalten | 49 | ||
3.1.2.4 Bürstenlose Gleichstrommaschine | 52 | ||
3.1.3 Asynchronmotor | 53 | ||
3.1.3.1 Übersicht | 53 | ||
3.1.3.2 Aufbau und Funktionsweise | 54 | ||
3.1.3.3 Einphasen-Asynchronmaschine | 58 | ||
3.1.4 Schrittmotor | 58 | ||
3.1.4.1 Übersicht | 58 | ||
3.1.4.2 Ausführungen | 59 | ||
3.1.4.3 Betriebsarten | 61 | ||
3.1.4.4 Betriebskennlinien | 62 | ||
3.1.5 Direktantriebe | 63 | ||
3.1.5.1 Übersicht | 63 | ||
3.1.5.2 Drehende Direktantriebe | 64 | ||
3.1.5.3 Direkte Linearantriebe | 65 | ||
3.1.5.4 Direktantriebe für sehr kleine Wege | 69 | ||
3.2 Pneumatische Antriebe | 70 | ||
3.2.1 Übersicht | 70 | ||
3.2.1.1 Vorteile von pneumatischen Antrieben | 72 | ||
3.2.1.2 Nachteile von pneumatischen Antrieben | 73 | ||
3.2.1.3 Drucklufterzeugung, Verteilung und Aufbereitung | 74 | ||
3.2.1.4 Ventile und Ventilinseln | 74 | ||
3.2.1.5 Sensorik | 75 | ||
3.2.2 Pneumatische Rotationsantriebe | 76 | ||
3.2.3 Schwenkantrieb | 77 | ||
3.2.4 Zylinderantrieb | 78 | ||
3.2.5 Pneumatischer Muskel | 80 | ||
3.2.6 Bewegungssteuerung von pneumatischen Antrieben | 81 | ||
3.2.6.1 Schaltpneumatik | 81 | ||
3.2.6.2 Servopneumatik | 82 | ||
3.3 Hydromotor | 84 | ||
3.3.1 Pumpe – Motor | 84 | ||
3.3.1.1 Hydrostatische Leistungsübertragung | 84 | ||
3.3.1.2 Verdrängerprinzipien | 85 | ||
3.3.1.3 Hydrosystem | 88 | ||
3.3.2 Schwenkmotor | 90 | ||
3.3.3 Hydrozylinder | 92 | ||
4 Kupplungen und Bremsen | 96 | ||
4.1 Starre Kupplungen | 98 | ||
4.1.1 Kraftschlüssige Kupplungen | 99 | ||
4.1.1.1 Scheibenkupplung | 99 | ||
4.1.1.2 Spannelementkupplung | 100 | ||
4.1.1.3 Schalenkupplung | 101 | ||
4.1.2 Formschlüssige Kupplungen | 102 | ||
4.1.2.1 Schalenkupplung | 102 | ||
4.1.2.2 Stirnverzahnung | 103 | ||
4.2 Ausgleichskupplungen | 104 | ||
4.2.1 Bogenzahnkupplung | 106 | ||
4.2.1.1 Besonderheiten der Bogenzahnkupplung | 107 | ||
4.2.1.2 Eigenschaften der Bogenzahnkupplung | 109 | ||
4.2.1.3 Varianten der Bogenzahnkupplung | 109 | ||
4.2.2 Kreuzscheibenkupplung (Oldham-Kupplung) | 110 | ||
4.2.2.1 Kinematik der Kreuzscheibenkupplung | 111 | ||
4.2.2.2 Eigenschaften der Kreuzscheibenkupplung | 112 | ||
4.2.3 Ringspann-Ausgleichskupplung | 112 | ||
4.2.4 Gelenke und Gelenkwellen | 113 | ||
4.2.4.1 Kreuzgelenk | 114 | ||
4.2.4.2 Doppelkreuzgelenk | 116 | ||
4.2.4.3 Gleichlaufgelenke | 117 | ||
4.2.4.4 Gleichlauf-Festgelenke | 117 | ||
4.2.4.5 Gleichlauf-Verschiebegelenke | 119 | ||
4.2.5 Parallelkurbelkupplung | 120 | ||
4.2.5.1 Kinematik der Parallelkurbelkupplung | 120 | ||
4.2.5.2 Eigenschaften der Parallelkurbelkupplung | 121 | ||
4.3 Elastische Kupplungen | 122 | ||
4.3.1 Metallelastische Kupplungen | 129 | ||
4.3.1.1 Eigenschaften metallelastischer Kupplungen | 130 | ||
4.3.1.2 Beispiele für metallelastische Kupplungen | 130 | ||
4.3.2 Elastomerkupplungen | 133 | ||
4.3.2.1 Eigenschaften von Elastomerkupplungen | 134 | ||
4.3.2.2 Werkstoffe für Elastomerkupplungen | 134 | ||
4.3.2.3 Beispiele für Elastomerkupplungen | 135 | ||
4.3.2.4 Hinweise für die Auswahl von Elastomerkupplungen | 139 | ||
4.3.3 Luftfederkupplung | 140 | ||
4.4 Formschlüssige Schaltkupplungen | 141 | ||
4.4.1 Ziehkeilkupplungen | 142 | ||
4.4.2 Klauenkupplungen | 143 | ||
4.4.3 Zahnkupplungen | 145 | ||
4.5 Kraftschlüssige Schaltkupplungen | 148 | ||
4.5.1 Backen- und Bandkupplungen | 155 | ||
4.5.2 Kegelkupplungen | 157 | ||
4.5.3 Einscheibenkupplungen | 159 | ||
4.5.4 Lamellenkupplungen | 161 | ||
4.6 Überlastkupplungen | 163 | ||
4.6.1 Entwicklung der Überlastkupplungstechnik | 163 | ||
4.6.2 Wirkungsweise von Überlastkupplungen (Sicherheitskupplungen) | 164 | ||
4.6.3 Bauformen | 165 | ||
4.6.3.1 Rutschkupplung | 165 | ||
4.6.3.2 Brechbolzenkupplung | 167 | ||
4.6.3.3 Überlastkupplung (mechanische Sicherheitskupplung) | 169 | ||
4.6.3.4 Durchrastkupplung (Kugelrastkupplung) | 169 | ||
4.6.3.5 Winkelsynchronkupplung (Wiedereinrastung nach 360°) | 171 | ||
4.6.3.6 Gesperrte Kupplung | 171 | ||
4.6.3.7 Freischaltende Kupplung | 171 | ||
4.6.3.8 Auslegung von Überlastkupplungen | 173 | ||
4.6.3.9 Permanentmagnetkupplung | 173 | ||
4.6.3.10 Synchronkupplung | 174 | ||
4.6.3.11 Hysteresekupplung | 174 | ||
4.7 Anlaufkupplungen | 176 | ||
4.7.1 Fliehkraftkupplungen | 177 | ||
4.7.1.1 Fliehkörperkupplungen | 178 | ||
4.7.1.2 Füllkörperkupplungen | 181 | ||
4.7.2 Hydrodynamische Kupplungen und Bremsen | 182 | ||
4.7.2.1 Übertragungsverhalten hydrodynamischer Kupplungen | 184 | ||
4.7.2.2 Hydrodynamische Kupplung als Anfahr- und Sicherheitskupplung | 186 | ||
4.7.2.3 Hydrodynamische Bremse | 190 | ||
4.8 Freilaufkupplungen | 191 | ||
4.8.1 Bauformen und Funktionsweise | 192 | ||
4.8.2 Allgemeines Funktionskriterium für Freiläufe | 194 | ||
4.8.3 Aufbau von Freilaufkupplungen | 195 | ||
4.8.3.1 Klemmrollenfreilauf | 195 | ||
4.8.3.2 Klemmkörperfreilauf | 196 | ||
4.8.3.3 Arten von Anfederungen | 197 | ||
4.8.4 Schmierung | 199 | ||
4.8.5 Einteilung aus industrieller Sicht | 199 | ||
4.8.6 Vor- und Nachteile verschiedener Freilaufbauformen | 201 | ||
4.8.7 Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele | 202 | ||
4.9 Bremsen | 204 | ||
4.9.1 Backenbremsen | 205 | ||
4.9.2 Scheibenbremsen | 206 | ||
4.9.3 Lamellenbremsen | 212 | ||
4.9.3.1 Funktion und Anwendung – Überblick | 212 | ||
4.9.3.2 Dimensionierung von Lamellenbremsen | 215 | ||
5 Getriebe | 227 | ||
5.1 Getriebe mit konstanter Übersetzung | 229 | ||
5.1.1 Rädergetriebe | 229 | ||
5.1.1.1 Stirnradgetriebe | 231 | ||
5.1.1.2 Winkelgetriebe | 237 | ||
5.1.1.3 Planetengetriebe | 247 | ||
5.1.1.4 Exzentrische Umlaufgetriebe | 262 | ||
5.1.2 Zugmittelgetriebe | 265 | ||
5.1.2.1 Riemen | 267 | ||
5.1.2.2 Dimensionierung der Riemengetriebe | 270 | ||
5.1.2.3 Ketten | 273 | ||
5.1.2.4 Dimensionierung der Kettengetriebe | 274 | ||
5.1.3 Hubgetriebe | 276 | ||
5.1.3.1 Spindel-Hubgetriebe | 277 | ||
5.1.3.2 Zahnstangen-Hubgetriebe | 289 | ||
5.1.3.3 Schubketten-Hubgetriebe | 290 | ||
5.1.3.4 Zugmittel-Hubgetriebe | 291 | ||
5.2 Getriebe mit veränderlicher Übersetzung | 293 | ||
5.2.1 Rädergetriebe | 293 | ||
5.2.1.1 Schalten ohne Last | 297 | ||
5.2.1.2 Schalten mit Last | 301 | ||
5.2.2 Reibradgetriebe | 303 | ||
5.2.3 Stufenlose Getriebe mit Leistungsverzweigung | 305 | ||
5.3 Fluidgetriebe | 307 | ||
5.3.1 Hydrostatische Getriebe | 307 | ||
5.3.1.1 Aufbau | 307 | ||
5.3.1.2 Berechnungsgrundlagen | 309 | ||
5.3.1.3 Bauformen und Anwendungsbeispiele | 311 | ||
5.3.1.4 Hydrostatischer Fahrantrieb | 312 | ||
5.3.2 Hydrodynamische Getriebe | 316 | ||
5.3.2.1 Übertragungsverhalten hydrodynamischer Getriebe | 317 | ||
5.3.2.2 Hydrodynamische Getriebe in mobilen Anwendungen | 321 | ||
5.3.2.3 Hydrodynamische Getriebe in stationären Anwendungen | 323 | ||
6 Messsysteme für E-Antriebe | 328 | ||
6.1 Einleitung | 328 | ||
6.2 Messsysteme | 329 | ||
6.3 Messsignale | 332 | ||
6.4 Einsatz der Geber | 336 | ||
6.5 Arbeitsweise | 338 | ||
6.5.1 Tachogenerator | 338 | ||
6.5.2 Resolver | 339 | ||
6.5.3 Inkrementelle Impulsgeber | 339 | ||
6.5.4 Sinus-Cosinus-Geber | 340 | ||
6.5.5 Absolutwertgeber | 341 | ||
6.5.6 Drehgeber auf Hall-Effekt-Basis | 343 | ||
6.5.7 TTL-Geber | 344 | ||
6.5.8 HTL-Geber | 344 | ||
6.5.8.1 Geberausführungen | 344 | ||
6.5.8.2 Signalgewinnung | 346 | ||
6.6 Sondermessungen | 347 | ||
7 Stromrichter für die Antriebstechnik | 350 | ||
7.1 Aufbau und Betrieb | 350 | ||
7.2 Elektronische Schalter (Ventile) | 351 | ||
7.2.1 Dioden | 351 | ||
7.2.2 Thyristoren | 352 | ||
7.2.3 Transistoren | 352 | ||
7.2.4 Schutz und Kühlung von Halbleiterschaltern | 353 | ||
7.3 Stromrichter für Antriebe | 354 | ||
7.3.1 Spannungseinstellung | 355 | ||
7.3.2 Netzgeführte Stromrichter | 355 | ||
7.3.3 Selbstgeführte Gleichstromsteller | 357 | ||
7.3.4 Wechselstromsteller – Sanftanlaufgerät | 358 | ||
7.3.5 Frequenzumrichter – Übersicht | 360 | ||
7.3.5.1 Frequenzumrichter (Hardware) | 361 | ||
7.3.5.2 Wechselrichter MSR | 363 | ||
7.3.5.3 Netzgleichrichter und Netzrückwirkungen | 364 | ||
7.3.5.4 Energierichtung und Bremsenergie | 365 | ||
7.3.5.5 Bauformen | 367 | ||
7.3.5.6 Betrieb und Software | 367 | ||
7.3.5.7 Steuerung des Drehfeldmotors | 368 | ||
7.3.5.8 Regelung – Drehmoment | 369 | ||
7.3.5.9 Integrierte Sicherheitsfunktionen | 371 | ||
7.3.5.10 Automatisierungssysteme – Leitsystem | 372 | ||
7.3.5.11 Motion Control | 373 | ||
7.3.5.12 Was ist EMV? | 373 | ||
7.3.5.13 Umrichter-Auswahl | 374 | ||
7.5.3.14 Drehspannungserzeugung | 374 | ||
8 Energieeffizienz | 377 | ||
8.1 Einleitung | 377 | ||
8.2 Forderungen an die Antriebe | 378 | ||
8.3 Sparsamer Energieeinsatz | 380 | ||
8.4 Nutzung der Bremsenergie | 380 | ||
8.4.1 Rückspeisung ins Netz | 380 | ||
8.4.2 Energieaustausch zwischen Antrieben (DC-Schiene) | 381 | ||
8.4.3 Energiespeicherung in einem Kondensator | 381 | ||
8.5 Energiesparmotoren | 381 | ||
8.6 IE-Klassen | 383 | ||
8.7 Geführte Rampen bei Hoch- und Bremslauf | 383 | ||
8.8 Stoffmengenregelung | 384 | ||
8.9 Energiesparkennlinie am Umrichter | 386 | ||
8.10 Getriebe mit hohem Wirkungsgrad und Leichtlaufölen | 387 | ||
8.11 Energy-Monitoring-System und Energierückgewinnung | 387 | ||
8.12 Checkliste zur Energieeinsparung: | 389 | ||
9 Anwendungen | 391 | ||
9.1 Solartracker-Positionierung mit Getriebemotoren | 391 | ||
9.1.1 Einleitung | 391 | ||
9.1.2 Mechanische Konstruktion | 392 | ||
9.1.3 Antriebstechnik | 393 | ||
9.1.4 Nachführung | 395 | ||
9.2 Servogetriebe in der Lebensmittelbranche | 396 | ||
9.2.1 Einleitung | 396 | ||
9.2.2 Sauberer Schnitt mit Ultraschall | 397 | ||
9.2.3 Anlagenkonstruktion | 398 | ||
9.2.4 Großes Handlingsportal | 399 | ||
9.2.5 Hygieneanforderungen | 401 | ||
9.2.6 Umrichter mit integrierter Steuerung | 402 | ||
9.3 Industriegetriebe für Turbinenschweißanlagen | 403 | ||
9.3.1 Einleitung | 403 | ||
9.3.2 Positionierung großer Massen | 404 | ||
9.3.3 Leistungsstarke Antriebstechnik | 406 | ||
9.3.4 Bequeme Anlagensteuerung | 407 | ||
9.4 Hydrostatischer Antrieb | 408 | ||
9.4.1 Leistungsverzweigung | 408 | ||
9.4.2 Drehzahlentkoppelter Antrieb | 412 | ||
9.5 Automatisierungstechnik an Druckmaschinen | 414 | ||
9.5.1 Automationstechnik | 414 | ||
9.5.1.1 Antriebstechnik | 415 | ||
9.5.1.2 Steuerungstechnik | 417 | ||
9.5.2 Elektronische Welle | 418 | ||
9.5.3 Prozessregler | 419 | ||
9.5.4 Trends in der Automatisierung | 419 | ||
Sachwortverzeichnis | 422 |