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EFB-Forschungsbericht Nr. 229

Einsatz von Profilschienenführungen (PSF) als Stößelführung an Pressen

EFB229.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Knut Großmann, Dipl.-Ing. Lars Neidhardt, Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik der Technischen Universität Dresden, Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dipl.-Ing. Michael Ahrens, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) der Universität Hannover

89 Seiten (sw 106 teils farbige Abb., 10 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-186-4

Preis (Digital) EUR 45,00

Preis (Print) EUR 50,30

Zusammenfassung

Mit dem Projekt sollte neben anderen Punkten untersucht werden, ob mit Hilfe von Profilschienenführungen (PSF) als Stößelführung an Pressen Genauigkeitserhöhungen möglich sind. Zu diesem Zweck wurden Simulationsmodelle zur Beschreibung zweier Referenzpressen entwickelt, welche anhand von Messungen an den realen Maschinen abgeglichen wurden.

Die auf Basis dieser Simulationsmodelle ermittelten Verläufe von Stößelversätzen und -kippungen wiesen im Vergleich zu anderen Führungstypen im Wesentlichen geringere Höhen auf, was aufgrund der Spielfreiheit sowie der Aufnahmemöglichkeit von Zug- und Druckbelastungen bei PSF plausibel ist. Weiterhin konnte mit den Arbeiten des vorliegenden Projektes ein Verfahren zur Auslegung von PSF bei Belastung mit stoßartigen und mit Zwangskräften entwickelt werden. Es basiert auf den Resultaten von experimentellen Lebensdaueruntersuchungen mit den entsprechenden Belastungen und ist mit den nötigen Formeln für den Einsatz in Konstruktion und Entwicklung aufbereitet und in seinen Grundlagen erläutert.

Ferner wurden auch Möglichkeiten untersucht, die Eigenschaften von PSF zu verbessern. Anhaltspunkte dazu lieferten die Lebensdaueruntersuchungen, bei denen Schadensbilder auftraten, die bei PSF mit Rollenwälzkörpern auf inhomogene Belastungen im Wälzkontakt hindeuteten. Mit Hilfe von FEM-Analysen an entsprechenden PSF wurde nachgewiesen, dass solche inhomogenen Belastungen in relevanter Höhe auftreten. In anschließenden Arbeiten erfolgte die Erarbeitung eines konstruktiven Vorschlags zur Minderung dieses Effektes sowie der rechnerische Nachweis einer günstigen Beeinflussung der Lebensdauer von PSF mit Rollen durch die vorgeschlagene Maßnahme.

Im direkten Umfeld der Führung wurde untersucht, welche sinnvollen konstruktiven Möglichkeiten zur Befestigung von Schiene und Wagen bestehen. Besonderer Wert wurde dabei auf Möglichkeiten zur Minderung von Zwangskräften aufgrund geometrischer Fehler entlang des Hubes sowie die Justier- und Montierbarkeit der PSF gelegt. Es konnte gezeigt werden, dass in Umformmaschinen mit Profilschienenführungen Verbesserungen bei den Genauigkeitskennwerten im Vergleich zu anderen Führungstypen erreicht werden können und dass PSF in der Lage sind, die geforderten Lebensdauern bei entsprechender Dimensionierung zu erreichen.

Mit dem im Rahmen des Projektes entwickelten Verfahren wird dem Pressenhersteller die Grundlage für die notwendige Auslegung der PSF bei Berücksichtigung der relevanten Einflüsse gegeben. Damit wird dieser in die Lage versetzt, die Genauigkeitsvorteile von Profilschienenführungen zu nutzen und sich somit im Wettbewerb günstige Voraussetzungen für den Erfolg seiner Produkte zu schaffen.

Das Forschungsvorhaben „Einsatz von Profilschienenführungen (PSF) als Stößelführung an Pressen“ wurde unter der Fördernummer AiF 13083BG von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 229 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Zusammenfassung (IWM, IFUM)
2 Einleitung (IWM)
3 Stand der Technik (IWM, IFUM)
3.1 Führungen an Umformmaschinen
3.2 Recherche zu Untersuchungen von Pressen hinsichtlich der Führungsgenauigkeit
3.3 Marktübersicht zur Anwendung wälzgelagerter Stößelführungen
4 Zielstellung (IWM, IFUM)
5 Untersuchungen und Ergebnisse (IWM)
5.1 Einführung (IWM)
5.1.1 Anforderungsprofil an Profilschienenführungen
5.1.2 Eigenschaften von PSF in Abhängigkeit von der Wälzkörperform
5.1.3 Kostenvergleich verschiedener Führungsarten
5.1.4 Praktische Erfahrungen beim Einsatz von Profilschienenführungen
5.2 Konstruktionsvarianten zur Profilschienenführungsbefestigung (IWM)
5.2.1 Grundsätzliche Anordnung der PSF-Elemente
5.2.2 Schienenbefestigungsvarianten mit Justage
5.2.3 Elastische Schienenbefestigung zur Verringerung von Zwangskräften
5.2.4 Wagenbefestigungsvarianten mit Justage
6 Messtechnische Untersuchung der Versuchsmaschinen (IFUM)
6.1 Beschreibung der durchgeführten Messungen
6.1.1 Statische Pressenvermessung
6.1.1.1 Messaufbau und Durchführung der Versuche
6.1.1.2 Verlagerung zwischen Tisch und Stößel in Arbeitsrichtung (vertikale Auffederung)
6.1.1.3 Kippung des Stößels gegenüber dem Tisch
6.1.2 Messungen des dynamischen Verhaltens der Presse im Betrieb
6.2 Versuchspressen
6.2.1 Verwendete Nomenklatur
6.2.2 Versuchspresse 1: Helmerding KDH 160/1250/2
6.2.2.1 Statische Pressenvermessung
6.2.2.2 Dynamische Messungen
6.2.3 Versuchspresse 2: Gräbener GM02-400
6.2.3.1 Statische Pressenvermessung
6.2.3.2 Dynamische Vermessung (Anregung mittels Bruchproben)
6.2.4 Versuchspresse: Gräbener TMK 2-250-2,5-120
6.2.4.1 Statische Pressenvermessung
6.2.4.2 Betriebsschwingungsmessung
7 Simulation an den Referenzmaschinen (IWM)
7.1 Einleitung
7.2 Abgleich der Simulationsmodelle anhand von Messergebnissen
7.3 Ergebnisse aus der Simulation
8 Lebensdaueruntersuchungen an PSF unter pressentypischer Belastung (IWM)
8.1 Konzipierung und Konstruktion eines Lebensdauerprüfstandes
8.2 Lebensdaueruntersuchungen
8.3 Schadensmechanismus / Schadensbild
8.4 Auswertung der Lebensdaueruntersuchungen zur Schaffung einer Grundlage für die Auslegung mit Berücksichtigung von Stoßbelastungen
9 FEM-Analyse und Optimierung von PSF (IWM)
9.1 Untersuchungen zur Implementierung einer Überlastsicherung
9.2 Untersuchung einer Möglichkeit zur Minderung des Wälzkörperkantenlaufes
10 Richtlinien zur Auslegung und Gestaltung beim Einsatz Von PSF als Pressenstößelführung (IWM)
10.1 Dimensionierung von PSF nach der Lebensdauer
10.1.1 Ermittlung der Zwangskräfte
10.1.2 Ermittlung der Führungsbelastung während des Umformprozesses
10.1.3 Lebensdauerberechnung für Profilschienenführungen bei pressentypischer Belastung
10.1.4 Zusammenfassung - Rechenbeispiel
10.2 Gestaltung einer Umformmaschine beim Einsatz von PSF zur Stößelführung
11 Zusammenfassung und Ausblick (IWM, IFUM)
Literaturverzeichnis