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f+h fördern und heben 1-2/2019

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FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG EINFLUSS VON WIRKUNGSGRADEN AUF DAS HUBWERKVERHALTEN Die Bremswirkung von Hubwerken wird durch die Wirkungsgrade der verbauten Komponenten beeinflusst. Es ist absehbar, dass die auftretenden Verluste zu größeren Verzögerungen als bei einer verlustfreien Betrachtung führen. Dieser Beitrag betrachtet den Wirkungsgrad und seine Beschreibung und mündet in einer allgemeingültigen Gleichung für die Systembeschleunigung von Hubwerken mit potenziell drei Bremsen: Motorbremse, Betriebsbremse und Sicherheitsbremse. Die Inhalte sind angeregt durch den VDI-Fachausschuss 304 Krane. Eine charakteristische Eigenschaft von mechanischen Antrieben ist der Verlust. Er tritt in verschiedenen Formen auf, z.B. Reibungskräften zwischen starren Körpern in Lagern, Scherkräften in Schmiermitteln von Verzahnungen oder Kraftverlusten aufgrund von Steifigkeit in Seiltrieben. Verluste reduzieren die vom Antrieb gelieferte Leistung. Infolgedessen werden die angetriebenen Teile des Antriebsstrangs mit einer Leistung angetrieben, die geringer ist, als die ursprünglich dem System zugeführte Leistung. Der Verlust lässt sich durch den Wirkungsgrad beschreiben. Die mechanische Leistung ist das Produkt aus statischen und kinematischen Größen. Wenn die kinematischen Größen über feste Übersetzungen gekoppelt sind, manifestiert sich der Verlust in einer Verringerung der statischen Größen, z. B. der Drehmomente in Rotationssystemen: Für viele Systeme mit Verlust ist die Situation übersichtlich. Sie haben nur einen Ort der Energiezufuhr in das System (Motor) und 102 f+h 2019/01-02 www.foerdern-und-heben.de

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG nur einen Ort der Energieentnahme aus dem System (Maschine). Die Orte befinden sich jeweils an einem Ende des Antriebsstrangs. Die Leistungsflussrichtung zeigt in diesem Fall offensichtlich vom Motor zur Maschine. Ebenso deutlich sind die Energiemengen an verschiedenen Orten des Antriebsstrangs, ausgedrückt durch den Wirkungsgrad. Für andere Systeme ist die Situation nicht so transparent. Die Anzahl und Positionen der Energiezufuhr und -entnahme unterscheiden sich von der beschriebenen Situation oder verändern sich während des Betriebs. Ein Beispiel dafür sind Hubwerke mit ihrem speziellen Betrieb: n Wechsel zwischen Hubbetrieb und Senkbetrieb, n Veränderung der Last, n Aktivierung, Deaktivierung und Steuerung von Motoren sowie n Aktivierung und Deaktivierung von Bremsen und n Beharrungsbetrieb oder beschleunigter Betrieb. Hierdurch bedingt ist die Leistungsflussrichtung zumindest in bestimmten Teilen des Antriebsstrangs nicht so offensichtlich. Dies trifft in der Folge auch für die Beziehungen der verschiedenen Energiemengen, ausgedrückt durch den Wirkungsgrad, zu. VORGEHENSWEISE Zur Veranschaulichung des Ansatzes wird folgende Situation betrachtet: Ein System besteht aus zwei Massen, die durch eine starre Stange mit dem Wirkungsgrad η verbunden sind (Grafik 01). Das System mit einem Freiheitsgrad kann sich horizontal bewegen und hat die aktuelle Geschwindigkeit v. Auf die linke Masse wirkt eine Kraft F. Nach dem Freischneiden von Massen und Stab zeigt sich: n Es treten Verluste auf, Aktionskraft und Reaktionskraft auf den Stab sind nicht gleich groß. n Da sich die Antriebsposition an der linken Masse befindet, zeigt die Leistungsflussrichtung offensichtlich von links nach rechts. n Ein Kraftvektor der Kraftpaare zwischen den Systemelementen hat die gleiche Richtung wie der Geschwindigkeitsvektor. Dies zeigt eine Energiezufuhrebene an. n Ein Kraftvektor der Kraftpaare zwischen den Systemelementen ist entgegengesetzt zum Geschwindigkeitsvektor. Dies zeigt eine Energieentnahmeebene an. n Innerhalb des Systems fließt die Leistung von den Energieentnahmeebenen zu den Energiezufuhrebenen. n Der Stab steht unter Druck. Die aufgeführten Eigenschaften sind allgemein gültig. Die Beschleunigung und die Stabkraft nehmen folgende Größe an: 01 F F Zweimassenmodell mit Verlust m Eingang Ausgang Eingang ma m S S Leistungsflussrichtung Diese Erkenntnisse wurden nun auf ein Hubwerk angewendet. Analysiert wurden die verschiedenen quasistationären Betriebszustände auf Grundlage des Starrkörpermodells aus [1]. In Ergänzung zu [1] wurden die Wirkungsgrade für das Getriebe η G = 0,96 und den Seiltrieb η S = 0,92 eingeführt. Die Betriebszustände werden durch die Parameter aktive Aktoren, Last und Bewegungsrichtung beschrieben. Ergebnisse der Analysen sind Schnittgrößen und System beschleunigungen. Diese sind u. a. interessant im Hinblick auf den Festigkeitsnachweis und die Bremsendimensionierung. v m ma m SCHWERELASTENSICHERHEBEN UND BEWEGEN JUNGHebe- undTransporttechnik GmbH Biegelwiesenstraße5-7 . D-71334Waiblingen Tel: 07151/30393-0 . info@jung-hebetechnik.de www.routenzug.de Besuchen Sie uns: LogiMATStuttgart 19.-21. Februar 2019 Halle 7Stand A05 Sie finden bei uns: Treppensteiger Schwerlasttransporter Palettenwender Fahrwerke Regalsysteme nach Maß Hebelifte Lager-/ Betriebseinrichtungen Treppensteiger Palettenwender Transportfahrwerke und vieles mehr www.bartels-germany.de · Tel.: +49 4126 3968 333 www.foerdern-und-heben.de f+h 2019/01-02 103 Jung.indd 1 10.01.2019 Bartels.indd 13:13:12 1 22.01.2019 15:34:07