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Servopressen Mit Simulation die Kinematik von Servopressen optimieren

| Autor / Redakteur: Bernd-Arno Behrens, Richard Krimm und Christian Wager / Stefanie Michel

Simulationsmodelle bestimmen die zum Erreichen der unterschiedlichen Stößel-Weg-Zeit-Verläufe erforderlichen Antriebsleistungen für die jeweiligen Pressenantriebe. Es hat sich gezeigt, dass Unterschiede zwischen diesen Verläufen einen erheblichen Einfluss auf die zum Betrieb der Presse erforderliche Antriebsleistung haben.

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Das Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen bildete zwei typischen Pressenantriebe – den Längswellenantrieb ... (Bild: IFUM)
Das Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen bildete zwei typischen Pressenantriebe – den Längswellenantrieb ... (Bild: IFUM)

Ein Vorteil servoelektrisch angetriebener Pressen ist die Möglichkeit zur freien Programmierung des Stößel-Weg-Zeit-Verlaufs. Dem Bediener stehen vorprogrammierte Geschwindigkeitsprofile für Zieh-, Biege- oder Prägevorgänge zur Verfügung; zusätzlich besteht die Möglichkeit zur freien Programmierung des Stößel-Weg-Zeit-Verlaufs, beispielsweise über eine endliche Anzahl von Stützpunkten. Die Auswahl einer geeigneten Methode zur Interpolation zwischen den einzelnen Stützpunkten obliegt dem Pressenhersteller und beeinflusst die zum Betrieb der Presse erforderliche Antriebsleistung.

Exakter Stößel-Weg-Zeit-Verlauf beeinflusst Energieeffizienz von Servopressen

Am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) wurden exemplarisch zwei typische Pressenantriebe mithilfe der Mehrkörpersimulation abgebildet. Durch die Simulationsmodelle kann die erforderliche Antriebsleistung zum Erreichen von vorgegebenen Stößelkinematiken bestimmt werden. Eine geringfüge interpolationsbedingte Veränderung der gewählten Stößelkinematik kann je nach Pressentyp die erforderliche Antriebsleistung sowohl deutlich reduzieren als auch deutlich erhöhen.

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Dies ist auf den Einfluss des veränderlichen Übersetzungsverhältnisses des Exzentertriebs ebenso zurückzuführen wie auf die unterschiedliche Verteilung der Trägheitsmassen bei unterschiedlichen Antriebskonzepten. Das gewählte Interpolationsverfahren beziehungsweise der daraus resultierende exakte Stößel-Weg-Zeit-Verlauf beeinflussen folglich die erforderliche Motorleistung und somit auch die Energieeffizienz der Presse im Betrieb.

Mehrkörpersimulation bildet zeitlichen Verlauf von Kräften auf Servopressen ab

Die Mehrkörpersimulation (MKS) eignet sich zur Abbildung des zeitlichen Verlaufs von Kräften, die erforderlich sind, um eine Baugruppe bestehend aus mittels Gelenkdefinitionen verknüpften Körpern zu bewegen. Basierend auf CAD-Daten wurden am IFUM MKS-Modelle zweier Pressenantriebe erstellt.

Beim Modell eines Längswellenantriebs ist der Stößel über zwei parallele Pleuel mit der Exzenterwelle (Längswelle) gekoppelt. Diese Bauform weist ein vergleichsweise geringes rotatorisches Trägheitsmoment auf. Der zweite modellierte Pressenantrieb ist ein Querwellenantrieb, bei dem der Stößel über zwei Pleuel mit zwei kurzen, quer eingebauten Exzenterwellen gekoppelt ist. Die beiden Querwellen sind durch zwei Zahnräder gekoppelt.

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