Watt Drive Antriebstechnologie bewegt hochdynamische Trägerplattformen für Simulationsanwendungen.
Das belgische Unternehmen Motion For Simulators (MFS) entwirft und baut hochdynamische Trägerplattformen für eine Vielzahl von Simulationsanwendungen. Dazu gehören Flugsimulatoren, Rennspiele und Anwendungen im Bereich Lastverhalten. MFS hat für seine mehrachsigen Plattformen ein neues Bewegungskonzept entwickelt, das es Hobby- und Berufspiloten ermöglicht, in Flugsimulatoren zu fliegen. Das neue Konzept kombiniert dynamische Servomotoren mit effizienten Kegelstirnradgetriebemotoren von Watt Drive, einem Unternehmen der WEG-Gruppe. Ursprünglich, als das Unternehmen vor rund 20 Jahren gegründet wurde, widmete sich MFS im Wesentlichen der Konstruktion und dem Bau von Flugzeugsimulatoren.
Im Laufe der Zeit wollte das Unternehmen seine Produktpalette durch die Einbindung von Mobilfunkplattformen erweitern. Da die Suche nach einem geeigneten Anbieter „von der Stange“ erfolglos blieb, entschied sich MFS für die Entwicklung eigener Mobilfunkplattformen. Schließlich hat sich die ursprüngliche zweiachsige Plattform zu einer Reihe von Standard- und kundenspezifischen Plattformen entwickelt, die von zwei, drei und sechs Achsen angetrieben werden. In Zusammenarbeit mit dem belgischen Unternehmen Automotion ist es MFS gelungen, nach drei Jahren intensiver Forschung und Entwicklung ein marktreifes System zu entwickeln. Simulatoren auf mobilen Plattformen können in vielfältigen Anwendungen sowohl von professionellen Anwendern – beispielsweise im medizinischen Bereich oder in der Pilotenausbildung – als auch von Amateurbenutzern von Simulatoren zu Hause verwendet werden.
Neues Bewegungskonzept
Mit dem Ziel, die Leistung und Effizienz seiner Simulatorplattformen zu verbessern, hat MFS in Zusammenarbeit mit Automotive und WEG ein neues Antriebskonzept entwickelt, das eine Neuimplementierung der Steuerung darstellt, die alle Berechnungen für die Bewegungen durchführt, sowie der Servomotoren und Getriebemotoren. „Jeder Anwendung wird eine sehr variable Last zugewiesen, was auf unseren Plattformen normal ist. Es ist unbedingt erforderlich, dass die Bewegung dynamisch und ohne Vibrationen erfolgt. Die eingesetzte Antriebs- und Steuerungstechnik muss robust sein und die hohen Anforderungen erfüllen“, erklärt Marnix Tahon, Firmengründer und CEO von MFS. Nahezu alle Simulationsanwendungen sind unterschiedlich und alle zeichnen sich durch ganz spezifische Anforderungen an Geschwindigkeit, Achsanzahl und einwirkende Kräfte aus. Um die richtige Auslegung der Getriebemotoren umzusetzen, stellte die Berechnung der mechanischen Kräfte, die aus unterschiedlichen Richtungen (radial und axial) wirken, eine besondere Herausforderung dar. WEG hat teilweise Sonderübersetzungen für Getriebemotoren mit kurzen Lieferzeiten entwickelt.
Umfassende elektromechanische Lösung
Bisher wurden die Achsen von Simulationsplattformen über eine separate Leiterplatte in Kombination mit einem Schneckenantrieb gesteuert. Heute wird das System jedoch von einem modernen PacDrive-Motion-Controller mit zugehörigen Servomotoren angetrieben. Um die Bedürfnisse des Maschinenbaus abzudecken, entschied man sich im Rahmen der ganzheitlichen Lösung für den Einsatz von Watt Drive Kegelstirnradgetriebe, die zum Teil anwendungsspezifische Übersetzungen aufweisen, passend für die ganz speziellen Einsatzgebiete der Simulatoren.
Außerdem sind sie mit entsprechenden Adaptern ausgestattet, mit denen die Motoren an die Getriebemotoren gekoppelt werden. Je nach Anwendung und Anzahl der Achsen kommen pro Plattform zwei, drei oder sechs Getriebemotoren zum Einsatz. Antriebssysteme bestehend aus Getriebemotoren und Servomotoren sind in die MFS-Steuerungssoftware integriert. Alle Bewegungen werden durch die industrielle Bewegungssteuerung und durch den Anschluss der neuen Servomotoren an Schrägkegelgetriebe gesteuert. Ebenso konnten die Grenzen der axialen und radialen Belastung sowie die Energieeffizienz erhöht werden. Außerdem erzeugen elektrodynamische Plattformen im Vergleich zu hydraulisch angetriebenen Simulatoren viel weniger Lärm. Antriebssysteme bestehend aus Getriebemotoren und Servomotoren sind in die MFS-Steuerungssoftware integriert.
Alle Bewegungen werden durch die industrielle Bewegungssteuerung und durch den Anschluss der neuen Servomotoren an Kegelradgetriebe gesteuert. Ebenso konnten die Grenzen der axialen und radialen Belastung sowie die Energieeffizienz erhöht werden. Außerdem erzeugen elektrodynamische Plattformen im Vergleich zu hydraulisch angetriebenen Simulatoren deutlich weniger Lärm. „Durch die Verwendung eines Schrägkegelgetriebes mit höherem Wirkungsgrad wird der Stromverbrauch reduziert, und es können kleinere Antriebe verwendet werden, um die gleichen Leistungsanforderungen zu erfüllen. Gleichzeitig können die neuen Getriebemotoren bei gleichem Drehmoment gegenüber den Vorgängermodellen höhere Radial- und Axialkräfte aufnehmen, sodass Dynamik und Belastbarkeit der Plattformen gesteigert werden können. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dank der Effizienz des Getriebes im Vergleich zu der bisher verwendeten Lösung eine höhere Leistung erzielt wird“, kommentiert Tahon.
höhere Belastbarkeit
Das neue Bewegungskonzept ermöglicht eine extrem schnelle Reaktion der Systeme, was sich in Zykluszeiten von 1 ms niederschlägt. Neben höheren Geschwindigkeiten bieten fortschrittliche bewegliche Plattformen eine sehr präzise Bewegungssteuerung und eine erhöhte Nutzlastkapazität. So wird gerade an einer 10 x 15 Meter großen Plattform gearbeitet, gigantische Ausmaße für einen Bewegungssimulator. Das neue Antriebskonzept ermöglicht es MFS, Systeme zu konzipieren, die in der Vergangenheit unter anderem aufgrund des enormen zu tragenden Gewichts nicht möglich gewesen wären. Mittlerweile sind Systeme mit einer Traglast von 5 bis 6 Tonnen realisierbar. „Wir sind froh, unsere Partner zu haben. Automotive und WEG liefern nicht nur Komponenten, sondern bringen ihre Erfahrung ein, um gemeinsam mit uns Lösungen zu entwickeln. Sie tun alles, um uns zu helfen, vom Software-Support bis zur Lieferung von Materialien, einschließlich Beratung bei der mechanischen Integration ihrer Komponenten in unsere Systeme. Diese Flexibilität ist für uns eine Grundvoraussetzung, um unsere anwendungsspezifischen Simulatoren entwickeln zu können“, so Tahon abschließend.
