Belastbare Daten

Beurteilung der Energieeffizienz hydraulischer Tiefziehpressen

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Unterschiedlicher Kraft-Weg-Verlauf führt zu starker Prozessabhängigkeit

Bild 5 stellt die Ergebnisse für die Versuchspresse im Halbautomatikbetrieb und im Leerlauf gegenüber. Die Verluste der Pressenhydraulik zeigen eine starke Prozessabhängigkeit. Beim Tiefziehen ist die Energieeffizienz aufgrund der günstigeren Kraft-Weg-Charakteristik wesentlich höher als beim Schneiden. Im Leerlauf verursachen das Ziehkissen und das Steuerdrucksystem mit ihren Konstantpumpen jeweils mehr Verluste als der Stößel­antrieb. Letzterer verfügt über eine Verstellpumpe, die den Volumenstrom bedarfsabhängig anpassen kann. Die mittlere zeitbezogene Energieaufnahme der Maschine beträgt im Leerlauf etwa ein Drittel des Produktivbetriebs.

Praxistaugliche Systemsimulation zur Beurteilung von Einspareffekten

Aus den dargestellten Messergebnissen lassen sich folgende allgemeine Empfehlungen ableiten: Eine starke Überdimensionierung der Maschine ist möglichst zu vermeiden. Ebenso sollten die Leerwege für das Schließen und Öffnen des Werkzeugs so klein wie möglich gewählt werden. Um Leerlaufverluste zu minimieren, sollten Subsysteme, die man für die aktuelle Fertigungsaufgabe nicht benötigt, stillgesetzt werden.

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Für die Versuchspresse wurde in Ergänzung der experimentellen Analyse ein Simulationsmodell entwickelt, das die Berechnung sowohl des wesentlichen statischen und dynamischen Maschinenverhaltens als auch der energetischen Eigenschaften gestattet. Zusätzlich zur Mechanik, Hydraulik und elektronischen Steuerung berücksichtigt dieses Modell vereinfacht auch die Lastkräfte, die aus dem Umformprozess stammen. Die verwendete Software bietet vordefinierte Modellobjekte für alle relevanten physikalischen Domänen [3].

Der Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Messdaten liefert sowohl bei verschiedenen Betriebseinstellungen als auch bei unterschiedlichen Umformprozessen eine hinreichende Übereinstimmung, was Bild 6 beispielhaft veranschaulicht. Der Vorteil der Simulation besteht darin, die energetisch relevanten Komponenten direkt ermitteln und Einsparpotenziale abschätzen zu können. Sie erlaubt die Analyse aller Betriebsmodi mit hoher Detailtiefe ohne zeit- und kostenintensive Messungen.

Die dominanten Verluste treten bei der Versuchspresse im generatorischen und konduktiven Teil des Stößelantriebs sowie im konduktiven Teil des Ziehkissenantriebs auf. Im generatorischen Teil ließen sich prinzipiell effizientere Komponenten einsetzen. Allerdings sind der Steigerung der Wirkungsgrade von Komponenten und damit den Einsparmöglichkeiten enge physikalische Grenzen gesetzt. Die Modifikation der Antriebsstruktur verspricht ein wesentlich höheres Optimierungspotenzial.

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