Konzepte zur Schwingungsminderung

• Concepts of vibration reduction

Harmeling, Frank; Corves, Burkhard (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2011)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2010

Kurzfassung

In dieser Dissertation wird ein Konzept zur Schwingungsminderung bei mechatronischen Bewegungssystemen vorgestellt. Bei dem Konzept wird die Zielsetzung verfolgt, einen Kompromiss zwischen der Qualität der prozessrelevanten Bewegung einerseits sowie den beiden wirtschaftlich relevanten Faktoren Leichtbau und erreichbare Arbeitsgeschwindigkeit andererseits zu erzielen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Entwurf von Bewegungssystemen, die einen geregelten elektrischen Antrieb und ein ungleichmäßig übersetzendes Getriebe mit elastischen Bauteilen umfassen. Für diese Gruppe von Systemen werden konkrete Auslegungsschritte und Berechnungsverfahren aus der Getriebetechnik, der Schwingungstechnik und der Regelungstechnik zu einem fachübergreifenden, integrativen Gesamtentwurf zusammengeführt. Wesentlich ist dabei die systematische Berücksichtigung und Ausnutzung der Wechselwirkungen im mechatronischen Bewegungssystem. Die hierfür erforderliche Kenntnis der Eigenschaften der Systemkomponenten und ihrer Auswirkung auf das Gesamtsystemverhalten sowie die Kenntnis der Gestaltungsmöglichkeiten wird vermittelt. Es werden Werkzeuge und Methoden zum integrativen Entwurf vorgestellt. Dies wird zum einen auf der Ebene abstrakter algebraischer Systemgleichungen vollzogen. Die Gleichungen werden hinsichtlich der strukturellen Systemeigenschaften analysiert und klassifiziert. Die Kenntnis über die Systemklasse ist der Schlüssel zur Anwendbarkeit bestimmter Methoden zur Schwingungsminderung und für die Übertragung der Methoden auf Systeme, die nicht im Fokus dieser Arbeit stehen. Zum anderen wird ergänzend zu den abstrakten Betrachtungen die Anwendung und Wirksamkeit einiger Methoden anhand von einfachen Beispielsystemen demonstriert und an einem Kurbelgetriebeprüfstand theoretisch und praktisch überprüft. Außerdem werden für alle Auslegungsschritte Literaturstellen mit weiterführender Theorie, weiteren Anwendungsbeispielen oder Abwandlungen der Vorgehensweisen angegeben. Ein zentraler Bestandteil des vorgestellten Konzepts ist die Nutzung einer durchgängigen Werkzeugkette (Computer-Algebra, Mehrköpersimulation, Finite Elemente Methode und Dynamiksimulation) für den Systementwurf. Der zielgerichtete Einsatz von marktüblichen Softwarewerkzeugen erleichtert Forschern und Entwicklern den Zugang zum Expertenwissen und zu den Methoden zur Durchführung der komplexen Entwicklung von mechatronischen Bewegungssystemen. Insgesamt wird ein praxistaugliches Konzept vorgestellt, das sowohl konkrete Anweisungen, welche Berechnungen bei der Auslegung durchzuführen sind, als auch eine Werkzeugkette für die automatisierte Durchführung der Berechnungen für eine Vielzahl von Bewegungssystemen, umfasst.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik [411910]