Die Dissertation stellt Regelverfahren für die Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer und die doppeltgespeiste Asynchronmaschine vor, die Torsionsschwingungen im Antriebsstrang über einen Eingriff am Luftspaltmoment dämpfen und ohne Sensoren für die Drehzahl, den Drehwinkel und das Drehmoment arbeiten. Alle für die Regelverfahren benötigten Zustandsgrößen der Asynchronmaschine und des mechanischen Systems werden mit Beobachtern aus den gemessenen Spannungs- und Stromkomponenten geschätzt. Die Qualität der geschätzten Zustandsgrößen wird mit Gütekriterien bewertet und kann als durchweg gut bezeichnet werden. Die Regelverfahren werden bei der praktischen Erprobung mit Gütekriterien bezüglich der stationären Genauigkeit und im dynamischen Betrieb bezüglich der Schädigung und der Dynamik untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass die vorgestellten Maßnahmen zur Torsionsschwingungsdämpfung die Schädigung deutlich reduzieren. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass bei Verwendung geschätzter statt gemessener Zustandsgrößen für die Regelverfahren kaum Einbußen bezüglich der stationären Genauigkeit, der Dynamik und der Reduzierung der Schädigung entstehen. Für das Regelverfahren der doppeltgespeisten Asynchronmaschine wird simulativ nachgewiesen, dass dieses auch beim Netzspannungseinbruch stabil arbeitet.

Im Vortrag werden alle derzeit bestehenden Simulations-Werkzeuge im Überblick vorgestellt und deren Anwendung an einzelnen Beispielen verdeutlicht. Desweiteren beinhaltet der Beitrag die Vorstellung der wesentlichen Neuerungen der Pro/ENGINEER Version Wildfire 5 auf dem Gebiet Simulation. Dabei wird auf die Dynamische Analyse und die Erweiterungen in Mechanica besonders eingegangen.

Bei Raupenfahrwerken wird das allgemeingültige Prinzip verfolgt, dass durch die scharnierbare Aneinanderreihung von Kettengliedern eine fahrzeugeigene Fahrstrecke entsteht. Dies erlaubt selbst schwere Geräte im unwegsamen, brüchigen Gelände mit großen Vortriebskräften zu mobilisieren. Jedoch wohnt, der Diskretisierung des Raupenbandes in Glieder endlicher Länge geschuldet, dem Fahrwerk eine hohe Fahrunruhe inne. Dadurch entstehen zeitvariante Lasten im Fahrwerk, welche die Lebensdauer der Kette, des Fahrwerkantriebs und der Tragstruktur des Fahrzeugs limitieren und somit regelmäßig kostenintensive Instandsetzungsmaßnahmen erzwingen. Diese Problemstellung aufgreifend beschäftigt sich die Arbeit mit der Analyse und Optimierung des fahrdynamischen Verhaltens von Raupenfahrzeugen. Zugleich werden Methoden vorgestellt, welche eine rechenzeiteffiziente Simulation von Raupenfahrzeugen und Antriebssystemen zulassen.

Die Dissertation stellt Regelverfahren für die Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer und die doppeltgespeiste Asynchronmaschine vor, die Torsionsschwingungen im Antriebsstrang über einen Eingriff am Luftspaltmoment dämpfen und ohne Sensoren für die Drehzahl, den Drehwinkel und das Drehmoment arbeiten. Alle für die Regelverfahren benötigten Zustandsgrößen der Asynchronmaschine und des mechanischen Systems werden mit Beobachtern aus den gemessenen Spannungs- und Stromkomponenten geschätzt. Die Qualität der geschätzten Zustandsgrößen wird mit Gütekriterien bewertet und kann als durchweg gut bezeichnet werden. Die Regelverfahren werden bei der praktischen Erprobung mit Gütekriterien bezüglich der stationären Genauigkeit und im dynamischen Betrieb bezüglich der Schädigung und der Dynamik untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass die vorgestellten Maßnahmen zur Torsionsschwingungsdämpfung die Schädigung deutlich reduzieren. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass bei Verwendung geschätzter statt gemessener Zustandsgrößen für die Regelverfahren kaum Einbußen bezüglich der stationären Genauigkeit, der Dynamik und der Reduzierung der Schädigung entstehen. Für das Regelverfahren der doppeltgespeisten Asynchronmaschine wird simulativ nachgewiesen, dass dieses auch beim Netzspannungseinbruch stabil arbeitet.

Im Vortrag werden alle derzeit bestehenden Simulations-Werkzeuge im Überblick vorgestellt und deren Anwendung an einzelnen Beispielen verdeutlicht. Desweiteren beinhaltet der Beitrag die Vorstellung der wesentlichen Neuerungen der Pro/ENGINEER Version Wildfire 5 auf dem Gebiet Simulation. Dabei wird auf die Dynamische Analyse und die Erweiterungen in Mechanica besonders eingegangen.

Bei Raupenfahrwerken wird das allgemeingültige Prinzip verfolgt, dass durch die scharnierbare Aneinanderreihung von Kettengliedern eine fahrzeugeigene Fahrstrecke entsteht. Dies erlaubt selbst schwere Geräte im unwegsamen, brüchigen Gelände mit großen Vortriebskräften zu mobilisieren. Jedoch wohnt, der Diskretisierung des Raupenbandes in Glieder endlicher Länge geschuldet, dem Fahrwerk eine hohe Fahrunruhe inne. Dadurch entstehen zeitvariante Lasten im Fahrwerk, welche die Lebensdauer der Kette, des Fahrwerkantriebs und der Tragstruktur des Fahrzeugs limitieren und somit regelmäßig kostenintensive Instandsetzungsmaßnahmen erzwingen. Diese Problemstellung aufgreifend beschäftigt sich die Arbeit mit der Analyse und Optimierung des fahrdynamischen Verhaltens von Raupenfahrzeugen. Zugleich werden Methoden vorgestellt, welche eine rechenzeiteffiziente Simulation von Raupenfahrzeugen und Antriebssystemen zulassen.:Inhaltsverzeichnis V Symbolverzeichnis VIII Abkürzungsverzeichnis XII 1 Einleitung 1 1.1 Eigenschaften und Anwendungsbereiche von Raupenfahrwerken 1 1.2 Problemstellung 2 1.3 Gesamtaufbau Bagger 293 4 1.4 Raupenfahrwerk Bagger 293 5 1.5 Raupenfahrwerk – Fahrschiff 6 1.6 Präzisierte Aufgabenstellung 7 2 Grundlagen und Stand der Technik 11 2.1 Grundlagen zur Fahrunruhe von Raupenfahrwerken 11 2.1.1 Allgemeine Einteilung der Fahrunruhe 11 2.1.2 Innere Fahrwiderstände 12 2.1.3 Äußere Fahrwiderstände 18 2.1.4 Kettenvorspannung 19 2.2 Arbeiten zur Beschreibung der Fahrunruhe von Raupenfahrwerken 20 2.3 Ganzheitliche Analyse von Raupenfahrzeugen 22 2.3.1 Ganzheitliche Systembetrachtung 22 2.3.2 Beiträge zur ganzheitlichen Raupenfahrzeuganalyse 22 3 Detaillierte Modellfindung von Raupenfahrzeugkomponenten 26 3.1 Hintergrund 26 3.2 Elektrisch-Regelungstechnisches System 27 3.2.1 Regelungsprinzip für das einzelne Fahrschiff 27 3.2.2 Regelungsprinzip für das gesamte Fahrwerk 27 3.2.3 PI-Drehzahlregelung 29 3.2.4 P-Drehzahldifferenzregelung 30 3.2.5 Lenkwinkelkorrektur 31 3.2.6 Asynchronmaschine 33 3.2.7 Feldorientierte Regelung 37 3.2.8 Frequenzumrichter 40 3.2.9 Simulation und Analyse des Einzelraupenmodells der Regelung 41 3.3 Fahrwerksmodell 43 3.3.1 Modellbildung und Topologie 43 3.3.2 Fahrsimulation ohne Schakentäler 46 3.3.3 Fahrsimulation mit Schakentälern 51 3.3.4 Fahrsimulation Hangfahrt mit Schakentälern 54 3.3.5 Fahrsimulation Kurvenfahrt mit Schakentälern 56 3.3.6 Sensitivität des Fahrverhaltens 59 3.3.7 Fazit zur Fahrdynamik eines Fahrschiffes 63 3.4 Mechanisches System – Getriebe 63 3.4.1 Modellbildung und Topologie 63 3.4.2 Simulation mit synthetischem Lastfall 67 3.5 Mechanisches System – Unterwagen und Oberbau 69 3.5.1 Modellbildung 69 3.5.2 Simulation im Frequenzbereich 71 4 Rechenzeiteffiziente Ersatzmodelle von Raupenfahrzeugkomponenten 72 4.1 Hintergrund 72 4.2 Elektrisch-Regelungstechnisches System 72 4.2.1 Methodik 72 4.2.2 Simulation und Bewertung 73 4.3 Fahrwerksmodell 74 4.3.1 Methodik 74 4.3.2 Simulation und Bewertung ohne Schakentäler 87 4.3.3 Simulation und Bewertung mit Schakentälern 90 4.4 Getriebemodell 92 4.4.1 Methodik 92 4.4.2 Simulation und Bewertung 96 4.5 Unterwagen- und Oberbaumodell 98 4.5.1 Methodik 98 4.5.2 Simulation und Bewertung 99 5 Ganzheitliche Fahrdynamik-Simulation und Messdatenabgleich 101 5.1 Modellstufen 101 5.1.1 Rheonom betriebenes Fahrschiffmodell 101 5.1.2 Ganzheitliches Fahrschiffmodell 101 5.1.3 Ganzheitliches Fahrzeugmodell 102 5.2 Simulation 103 5.2.1 Vergleich des rheonomen mit dem ganzheitlichen Fahrschiffmodell 103 5.2.2 Einfluss der Oberbauelastizität auf das Fahrverhaltens 104 5.2.3 Einfluss der Phasenlage (Parallelfahrt) 105 5.2.4 Vergleich Messung und Simulation 108 6 Ganzheitliche Optimierung am Fahrschiffmodell 115 6.1 Methodik 115 6.2 Kontinuierliche Rollbahn 115 6.2.1 Hintergrund 115 6.2.2 Erprobung am Ersatzmodell des Fahrwerkes 116 6.2.3 Erprobung am MKS-Kontaktmodell des Fahrwerkes 117 6.3 PI-Motordrehzahlregelung 118 6.3.1 Hintergrund 118 6.3.2 Erprobung am Ersatzmodell mit Schakental-Design 119 6.3.3 Erprobung am MKS-Kontanktmodell mit Schakental-Design 122 6.3.4 Erprobung am Ersatzmodell mit kontinuierlicher Rollbahn 124 6.3.5 Erprobung am MKS-Kontaktmodell mit kontinuierlicher Rollbahn 126 6.3.6 Fazit PI-Drehzahlregelung 127 6.4 PI-Zustandsregelung 127 6.4.1 Methodik 127 6.4.2 Erprobung am Ersatzmodell mit Schakental-Design 133 6.4.3 Erprobung am MKS-Kontaktmodell mit Schakental-Design 135 6.4.4 Erprobung am Ersatzmodell mit kontinuierlicher Rollbahn 135 6.4.5 Erprobung am MKS-Kontaktmodell mit kontinuierlicher Rollbahn 137 6.4.6 Fazit PI-Zustandsregelung 138 6.5 Statische und statisch-dynamische Kettenvorspannung 139 6.5.1 Hintergrund 139 6.5.2 Erprobung am Ersatzmodell 140 6.5.3 Erprobung am MKS-Kontaktmodell 142 6.5.4 Kritische Bewertung 143 7 Ganzheitliche Optimierung am Fahrzeugmodell 144 7.1 Methodik 144 7.2 Kontinuierliche Rollbahn 144 7.3 Kontinuierliche Rollbahn und statische Kettenvorspannung 145 8 Zusammenfassung und Ausblick 146 Literatur 149 Abbildungsverzeichnis 154 Tabellenverzeichnis 159 A Auswertungsgrößen 160 A.1. Amplitudensignal 160 A.2. Schwingungseffektivwert 160 A.3. Kreuzkorrelationskoeffizient 161 B Analytische Berechnung der Lasten bei Kurvenfahrt 162 C Korrelationen CB-Set 164

Die Arbeit befaßt sich mit Methoden der Identifikation von Schwingungsursachen anhand gemessener Schwingungssignale an Maschinen mit ungleichförmig übersetzenden Getrieben. Den technischen Hintergrund bilden die Verarbeitungsmaschinen, die als ein Haupteinsatzgebiet der auch als Mechanismen bezeichneten Getriebe gelten. Es werden eine ganze Reihe mechanismentypischer Schwingungsursachen untersucht, die im wesentlichen auf Elastizitäten, veränderliche Parameter, Spiel, Reibung und Unstetigkeiten in den Lagefunktionen zurückzuführen sind. Neben den traditionellen Methoden der Signalanalyse gilt das Hauptaugenmerk den neuen Methoden der Zeit-Frequenz-Analyse, die dem zumeist instationären Charakter der durch die Mechanismen verursachten Schwingungen gerecht werden. Dazu zählen vor allem lineare Transformationen wie die Kurzzeit-Fourier- oder die Wavelet-Transformation, quadratische Verteilungen aus Cohen's Klasse wie die Wigner-Ville und die Choi-Williams Verteilung oder auch höhere Transformationen wie die Adaptive Optimal Kernel oder die Reassignment Methode. Die Untersuchungen münden in einer tabellarischen Zusammenstellung der gefundenen Merkmale. Diese soll der Unterstützung der praktischen Signalanalyse bei Mechanismenschwingungen dienen. Die Anwendung der zur Verfügung stehenden Mittel und Methoden wird an zahlreichen Beispielen aus dem Bereich der Schwingungsdiagnose an Verarbeitungsmaschinen demonstriert. / This thesis deals with methods to identify causes of vibrations by investigation of messured signals at machines with mechanisms (with varying velocity ratio). The technical background is the field of manufacturing machines, the main application of such mechanisms. Inspected are the most typical causes of vibrations at mechanisms that comes with elasticity, variable parameters, clearance, friction or nonsmooth transferfunctions. There are used both, traditional methods of signal analysis and time-frequency-analysis methods that are especially advantageous for the often instationary vibrations at this kind of machines. Linear transformations like the Short-Time-Fourier- or the Wavelet-Transformation, quadratic distributions from Cohe's Class like the Wigner-Ville- or the Choi-Williams-Distribution and higher order transformations like the Adaptive Optimal Kernel or the Reassignment Method are used in this Paper. The investigation leads into a tabular form of characteristics wich should be used for identification of vibrational causes during vibrational analysis. The use of available methods is demonstrated by solving various examples on real manufactoring machines.

Die Arbeit befaßt sich mit Methoden der Identifikation von Schwingungsursachen anhand gemessener Schwingungssignale an Maschinen mit ungleichförmig übersetzenden Getrieben. Den technischen Hintergrund bilden die Verarbeitungsmaschinen, die als ein Haupteinsatzgebiet der auch als Mechanismen bezeichneten Getriebe gelten. Es werden eine ganze Reihe mechanismentypischer Schwingungsursachen untersucht, die im wesentlichen auf Elastizitäten, veränderliche Parameter, Spiel, Reibung und Unstetigkeiten in den Lagefunktionen zurückzuführen sind. Neben den traditionellen Methoden der Signalanalyse gilt das Hauptaugenmerk den neuen Methoden der Zeit-Frequenz-Analyse, die dem zumeist instationären Charakter der durch die Mechanismen verursachten Schwingungen gerecht werden. Dazu zählen vor allem lineare Transformationen wie die Kurzzeit-Fourier- oder die Wavelet-Transformation, quadratische Verteilungen aus Cohen's Klasse wie die Wigner-Ville und die Choi-Williams Verteilung oder auch höhere Transformationen wie die Adaptive Optimal Kernel oder die Reassignment Methode. Die Untersuchungen münden in einer tabellarischen Zusammenstellung der gefundenen Merkmale. Diese soll der Unterstützung der praktischen Signalanalyse bei Mechanismenschwingungen dienen. Die Anwendung der zur Verfügung stehenden Mittel und Methoden wird an zahlreichen Beispielen aus dem Bereich der Schwingungsdiagnose an Verarbeitungsmaschinen demonstriert. - - - Diese Version ersetzt eine ältere Version, Grund: Formatkonvertierung postscript zu pdf. Der Inhalt unterscheidet sich in der Qualität der Abb. 4.23a und 4.23b auf Seite 97 sowie aller Abbildungen auf Seite 111. Der Zugriff auf die Original-Abb. ist über die ältere Version oder die gedruckte Ausgabe möglich. Die gedruckte Ausgabe der Dissertation ist in der Universitätsbibliothek Chemnitz entleihbar. / This thesis deals with methods to identify causes of vibrations by investigation of messured signals at machines with mechanisms (with varying velocity ratio). The technical background is the field of manufacturing machines, the main application of such mechanisms. Inspected are the most typical causes of vibrations at mechanisms that comes with elasticity, variable parameters, clearance, friction or nonsmooth transferfunctions. There are used both, traditional methods of signal analysis and time-frequency-analysis methods that are especially advantageous for the often instationary vibrations at this kind of machines. Linear transformations like the Short-Time-Fourier- or the Wavelet-Transformation, quadratic distributions from Cohe's Class like the Wigner-Ville- or the Choi-Williams-Distribution and higher order transformations like the Adaptive Optimal Kernel or the Reassignment Method are used in this Paper. The investigation leads into a tabular form of characteristics wich should be used for identification of vibrational causes during vibrational analysis. The use of available methods is demonstrated by solving various examples on real manufactoring machines. - - - This version replaces an older version, reason is conversion of format from postscript to pdf. Content is different in quality of pictures 4.23a and 4.23b on page 97 and all pictures on page 111. Please see the original pictures in the older version or the printed version. The printed version is borrowable at the Library of Chemnitz University of Technology.

Die Arbeit befaßt sich mit Methoden der Identifikation von Schwingungsursachen anhand gemessener Schwingungssignale an Maschinen mit ungleichförmig übersetzenden Getrieben. Den technischen Hintergrund bilden die Verarbeitungsmaschinen, die als ein Haupteinsatzgebiet der auch als Mechanismen bezeichneten Getriebe gelten. Es werden eine ganze Reihe mechanismentypischer Schwingungsursachen untersucht, die im wesentlichen auf Elastizitäten, veränderliche Parameter, Spiel, Reibung und Unstetigkeiten in den Lagefunktionen zurückzuführen sind. Neben den traditionellen Methoden der Signalanalyse gilt das Hauptaugenmerk den neuen Methoden der Zeit-Frequenz-Analyse, die dem zumeist instationären Charakter der durch die Mechanismen verursachten Schwingungen gerecht werden. Dazu zählen vor allem lineare Transformationen wie die Kurzzeit-Fourier- oder die Wavelet-Transformation, quadratische Verteilungen aus Cohen's Klasse wie die Wigner-Ville und die Choi-Williams Verteilung oder auch höhere Transformationen wie die Adaptive Optimal Kernel oder die Reassignment Methode. Die Untersuchungen münden in einer tabellarischen Zusammenstellung der gefundenen Merkmale. Diese soll der Unterstützung der praktischen Signalanalyse bei Mechanismenschwingungen dienen. Die Anwendung der zur Verfügung stehenden Mittel und Methoden wird an zahlreichen Beispielen aus dem Bereich der Schwingungsdiagnose an Verarbeitungsmaschinen demonstriert. / This thesis deals with methods to identify causes of vibrations by investigation of messured signals at machines with mechanisms (with varying velocity ratio). The technical background is the field of manufacturing machines, the main application of such mechanisms. Inspected are the most typical causes of vibrations at mechanisms that comes with elasticity, variable parameters, clearance, friction or nonsmooth transferfunctions. There are used both, traditional methods of signal analysis and time-frequency-analysis methods that are especially advantageous for the often instationary vibrations at this kind of machines. Linear transformations like the Short-Time-Fourier- or the Wavelet-Transformation, quadratic distributions from Cohe's Class like the Wigner-Ville- or the Choi-Williams-Distribution and higher order transformations like the Adaptive Optimal Kernel or the Reassignment Method are used in this Paper. The investigation leads into a tabular form of characteristics wich should be used for identification of vibrational causes during vibrational analysis. The use of available methods is demonstrated by solving various examples on real manufactoring machines.

Die Arbeit befaßt sich mit Methoden der Identifikation von Schwingungsursachen anhand gemessener Schwingungssignale an Maschinen mit ungleichförmig übersetzenden Getrieben. Den technischen Hintergrund bilden die Verarbeitungsmaschinen, die als ein Haupteinsatzgebiet der auch als Mechanismen bezeichneten Getriebe gelten. Es werden eine ganze Reihe mechanismentypischer Schwingungsursachen untersucht, die im wesentlichen auf Elastizitäten, veränderliche Parameter, Spiel, Reibung und Unstetigkeiten in den Lagefunktionen zurückzuführen sind. Neben den traditionellen Methoden der Signalanalyse gilt das Hauptaugenmerk den neuen Methoden der Zeit-Frequenz-Analyse, die dem zumeist instationären Charakter der durch die Mechanismen verursachten Schwingungen gerecht werden. Dazu zählen vor allem lineare Transformationen wie die Kurzzeit-Fourier- oder die Wavelet-Transformation, quadratische Verteilungen aus Cohen's Klasse wie die Wigner-Ville und die Choi-Williams Verteilung oder auch höhere Transformationen wie die Adaptive Optimal Kernel oder die Reassignment Methode. Die Untersuchungen münden in einer tabellarischen Zusammenstellung der gefundenen Merkmale. Diese soll der Unterstützung der praktischen Signalanalyse bei Mechanismenschwingungen dienen. Die Anwendung der zur Verfügung stehenden Mittel und Methoden wird an zahlreichen Beispielen aus dem Bereich der Schwingungsdiagnose an Verarbeitungsmaschinen demonstriert. - - - Diese Version ersetzt eine ältere Version, Grund: Formatkonvertierung postscript zu pdf. Der Inhalt unterscheidet sich in der Qualität der Abb. 4.23a und 4.23b auf Seite 97 sowie aller Abbildungen auf Seite 111. Der Zugriff auf die Original-Abb. ist über die ältere Version oder die gedruckte Ausgabe möglich. Die gedruckte Ausgabe der Dissertation ist in der Universitätsbibliothek Chemnitz entleihbar. / This thesis deals with methods to identify causes of vibrations by investigation of messured signals at machines with mechanisms (with varying velocity ratio). The technical background is the field of manufacturing machines, the main application of such mechanisms. Inspected are the most typical causes of vibrations at mechanisms that comes with elasticity, variable parameters, clearance, friction or nonsmooth transferfunctions. There are used both, traditional methods of signal analysis and time-frequency-analysis methods that are especially advantageous for the often instationary vibrations at this kind of machines. Linear transformations like the Short-Time-Fourier- or the Wavelet-Transformation, quadratic distributions from Cohe's Class like the Wigner-Ville- or the Choi-Williams-Distribution and higher order transformations like the Adaptive Optimal Kernel or the Reassignment Method are used in this Paper. The investigation leads into a tabular form of characteristics wich should be used for identification of vibrational causes during vibrational analysis. The use of available methods is demonstrated by solving various examples on real manufactoring machines. - - - This version replaces an older version, reason is conversion of format from postscript to pdf. Content is different in quality of pictures 4.23a and 4.23b on page 97 and all pictures on page 111. Please see the original pictures in the older version or the printed version. The printed version is borrowable at the Library of Chemnitz University of Technology.