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EFB-Forschungsbericht Nr. 170

Antriebs- und Prozessoptimierung hydraulischer Pressen für Entwicklung und Inbetriebnahme

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Ing. Jörg Brandt, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover, Prof. Dr.-Ing. Siegfried Helduser, M. Sc. Hui Li, Institut für Fluidtechnik der Technischen Universität Dresden

110 Seiten (sw 70, teils farbige Abb.)

ISBN: 978-3-86776-073-7

Preis (Digital) EUR 49,00

Preis (Print) EUR 55,60

Zusammenfassung

Um speziellen Anforderungen bezüglich der Maschinengenauigkeit und -dynamik zu genügen, können hydraulische Regelkreise bei Hydraulikpressen zum Einsatz kommen. Über hydraulische Regelkreise können der Stößel-Weg-Zeitverlauf, die Stößelkippung und der Ziehkissen-Kraft-Wegverlauf an vorgegebene Sollwerte angepasst werden. Wie gut diese Anpassung erfolgt, ist mitunter abhängig von den Einstellparametern der einzelnen Regler als auch von den Parametern der Antriebskomponenten. Die manuelle Parametrierung der einzelnen hydraulischen Regelkreise an der realen Maschine, wie sie heute noch praktiziert wird, ist durch einen hohen Zeit- und Kapitalaufwand gekennzeichnet.

Ziel dieses Forschungsprojektes ist es, ein Softwarewerkzeug zu realisieren, das aufbauend auf eine ausreichend detaillierte Modellbildung von hydraulischen Pressen eine optimale Reglerparametrierung von hydraulischen Regelkreisen ermöglicht. Hierzu wurde das kommerzielle Simulationsprogramm ITI-Sim verwendet, das für die Einzelsysteme einer hydraulischen Presse, Hydraulik, Mechanik und Umformprozess, bereits alle wesentlichen Modellobjekte in Softwarebibliotheken bereitstellt. Für die Modellierung von Hydraulikpressen sowie zur Modellparametrierung und zur optimalen Reglerauslegung wurden die folgenden Arbeitspunkte bearbeitet:

  • Analyse von hydraulischen Pressenstrukturen, 
  • Messtechnische und analytische Untersuchungen sowie Modellbildung, 
  • Erweiterung eines kommerziellen Simulationssystems um ein Simulationsobjekt für den Pressenstößel,
  • Analyse und Erprobung von Reglerstrukturen auf Grundlage der Simulation, Entwicklung von Methoden zur automatischen Reglerparametrierung,
  • Verifikation der Simulation und der Reglerparametrierung anhand einer realen Maschine.

Hiermit wird die Vorgehensweise zur Modellierung eines Stößelhauptantriebes sowie eines Parallelhaltesystems beschrieben. Darüber hinaus wurden experimentelle als auch analytische Verfahren aufgezeigt, um die Modellparameter für eine realitätsnahe Simulation zu identifizieren. Es hat sich ferner auf Grundlage von simulationstechnischen Untersuchungen gezeigt, welche Reglerstrukturen prinzipiell zur Regelung des Stößelhauptantriebes (Stößel-Weg-Zeitverlauf) und zur Stößelparallelhaltung (Stößelkippung) geeignet sind.

Es wurde ein Verfahren entwickelt, auf dessen Grundlage eine adaptive Reglerparametrierung möglich ist. Es konnte anhand einer hydraulischen Versuchspresse bei Einsatz eines Praxiswerkzeuges eine gute Übereinstimmung zwischen den gemessenen und simulierten Maschinengrößen verzeichnet werden. Die auf Grundlage des Simulationsmodells ermittelten Reglerparameter für die Versuchspresse führten bezüglich Genauigkeit und Dynamik zu einem guten Maschinenverhalten.

Das Forschungsvorhaben „Antriebs- und Prozessoptimierung hydraulischer Pressen für Entwicklung und Inbetriebnahme“ wurde unter der Fördernummer AiF 11785B 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. 170 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1 Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen
2 Einleitung und Zielsetzung
3 Stand der Technik
3.1 Charakteristik von Hydraulikpressen
3.2 Verfahren zur Untersuchung des Maschinenverhaltens
4 Analyse von Pressenfunktionen und –Aufbau
4.1 Mechanischer Aufbau von hydraulischen Tiefziehpressen
4.2 Hydraulische Antriebe von Tiefziehpressen
4.2.1 Hydraulischer Aufbau von Tiefziehpressen
4.2.2 Systematik der hydraulischen Antriebe
4.3 Elektrohydraulische Regelungen in hydraulischen Systemen
5 Vorstellung der Versuchspresse
6 Modellbildung und Simulation hydraulischer Tiefziehpressen
6.1.1 Modellierung der mechanischen Bauteile und des Umformprozesses
6.1.2 Identifikation der mechanischen Modellparameter
6.1.3 Identifikation des Umformprozesses
6.2 Modellierung der Hydraulik
6.2.1 Modellierung der hydraulischen Komponenten und Baugruppen
6.2.2 Simulationsmodell einer Regelpumpe
6.3 Identifikation der Verstellpumpe
6.3.1 Aufbau des Prüfstandes
6.3.2 Identifikation der Verstellpumpe
6.3.3 Auswahl der Modellstruktur
6.3.4 Parameterermittlung und Modelladaption
6.4 Realisierung der Pressensimulation in ITI-SIM
6.4.1 Modell zur Simulation eines typischen Maschinenzyklus
6.4.2 Simulation eines kompletten Maschinenzyklus
7 Optimale Auslegung hydraulischer Pressen auf Grundlage der Simulation
7.1 Optimale Reglerauslegung hydraulischer Antriebe in Pressen
7.1.1 Parametrierungsverfahren verschiedener Reglerstrukturen
7.1.2 Regelungsoptimierung durch gesteuerte Adaption
7.1.3 Simulationstechnische Verifikation verschiedener Regler
8 Erprobung und Verifikation verschiedener Reglertypen anhand der hydraulischen Versuchspresse
8.1.1 Simulation der Stößelkippung und Ermittlung der optimalen Reglerparameter
8.1.2 Simulation des Stößelhauptantriebes
9 Zusammenfassung und Ausblick
10 Literaturverzeichnis