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EFB-Forschungsbericht Nr. 155

Wirkungsgradverbesserung durch Baugruppenoptimierung an mechanischen Stufenpressen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, Dr.-Ing. Bernd Arnold, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz

120 Seiten (Sw 62 Abb., 3 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-284-7

Preis (Digital) EUR 52,00

Preis (Print) EUR 58,90

Zusammenfassung

Die Arbeit befasst sich mit der energetischen Analyse von Antriebsbaugruppen an mechanischen Stufenpressen (Transferpressen). Untersud1ungsobjekt sind 2 Transferpressen mit Nennpresskräften von 15 000 kN und 16 000 kN.

Da die Problematik der Energierückgewinnung am Ziehkissen in einem gesonderten EFB-Forschungsvorhaben untersucht wird, beschränkt sich diese Arbeit auf die energetische Analyse der

  •     Baugruppe Kupplungs-1 Bremskombination
  •     Baugruppen Sekundär- und Hebelgetriebe
  •     Baugruppe Ausbalancierung.

Im experimentellen Teil wird durch Messungen der elektrischen Antriebsleistung in den Betriebszuständen Leerlauf, Leerhub und Lasthub (Hubzahlbereich von 8 min-1 bis 22 min-1) der Antrieb energetisch analysiert.

Beim Leerlauf werden nur die Verluste von Motor, Riementrieb, Schwungradlagerung und der Kupplungs-Bremskombination erfasst.

Der Lasthub wurde an einer Industriepresse durch reale Werkzeuge, bei denen aber nur eine geringe Arbeitsauslastung vorlag und bei einer Inbetriebnahmepresse durch Auffahren auf die Tischziehkissen mit nahezu 100%iger Arbeitsauslastung realisiert. Der ermittelte maximale Wirkungsgrad bei Arbeitsauslastung mit knapp unter 0,8 widerspricht bisherigen Erfahrungen. Sinnvoll sind weiterführende Untersuchungen zur Verringerung der Messunsicherheit bei der elektrischen Leistungsmessung großer Antriebsleistungen.

Im theoretischen Teil erfolgt eine weiterführende energetische Analyse.

Baugruppe Kupplungs- / Bremskombination: Ein Energieeinsparpotential liegt in der Anpassung des Kühlölstromes an die Randbedingungen des Automatikbetriebes.

Baugruppen Sekundär- und Hebelgetriebe: Der Schwerpunkt liegt in der Darlegung der theoretischen Grundlagen zur Kinematik und zur Kinetostatik des Stößelantriebes. Die gebildete relative Verlustkennziffer aus dem Quotienten von Mittelwert der resultierenden Verlustleistung im Sekundär- und Hebelgetriebe und Mittelwert der verlustfreien Blindleistung (Betrag) charakterisiert die energetische Übertragungsgüte dieser Baugruppen. Die Verlustkennziffer für Sekundär- und Hebelgetriebe wurde für den Leerhub aus einem differenzierten Reibungsansatz mit 18,5% ermittelt. Sie ist beim Ansetzen konstanter Reibungswerte unabhängig von der Hubzahl. Die ermittelte relative Verlustkennziffer erhöhte sich durch ein technologisches Belastungsprofil mit nahezu 100% Arbeitsauslastung lediglich auf 20,5%.

Baugruppe Ausbalancierung: Ein quantitativer Vergleich der Ausbalancierungsleistung (Betragsmittelwert) zu der statischen und dynamischen Blindleistung zwischen Schwungrad und Stößel und zur technologischen Leistung zeigt die Dominanz der Ausbalancierungsleistung.

Energieeinsparpotentiale: In einem gesonderten Gliederungspunkt sind für die untersuchten Baugruppen Maßnahmen zur Verlustleistungsreduzierung aufgelistet In der Minimierung von Stößelmasse und Stößelhub (Blindleistungsreduzierung) liegt, neben der trivialen Forderung nach kleine Reibungskoeffizienten, das größte Energieeinsparpotential.

Das Forschungsvorhaben „Wirkungsgradverbesserung durch Baugruppenoptimierung an mechanischen Stufenpressen“ wurde unter der Fördernummer AiF 11831B 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. 155 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

1  Gegenstand und Zielstellung der Untersuchungen
2  Experimentelle Untersuchungen von 2 Transferpressenantrieben
2.1  Teilsysteme des Pressenantriebes
2.2  Transferpresse PE4-HHTr-1500.2
2.2.1  wesentliche Parameter
2.2.2  Meßaufbau und Meßprogramm
2.2.3  Leerlauf- und Leerhubleistung
2.2.4  Lasthubleistung
2.2.4.1  Kraftverläufe
2.2.4.2  Technologischer Leistungs- und Arbeitsbedarf
2.2.5  Fazit aus den experim. Untersuchungen der Produktionspresse
2.3  Transferpresse PE4-NH-1600
2.3.1  wesentliche Parameter
2.3.2  Meßaufbau und Meßprogramm
2.3.3  Leerlauf- und Leerhubleistung
2.3.4  Lasthubleistung
2.3.4.1  Kraftverläufe
2.3.4.2  Technologischer Leistungs- und Arbeitsbedarf
2.3.5  Fazit aus den experim. Untersuchungen der Inbetriebnahmepresse
3.1  Baugruppe Kupplungs I Bremskombination
3.2  Baugruppe Sekundär- und Hebelgetriebe
3.2.1  Theoretische Grundlagen zur Kinematik und Kinetostatik des Stößel antriebes
3.2.2  Simulationsmodell für kinetische Analyse des Stößelantriebes
3.2.3  Energetische Analyse bei Leerhub
3.2.3.0  Kinematische Verläufe am Stößel
3.2.3.1  Kraftverläufe am Stößel
3.2.3.2  Leistungsverläufe am Stößel
3.2.3.3  Verlustleistungen am Stößelantrieb
3.2.3.4  Verlustkennziffer am Stößelantrieb
3.2.4  energetische Analyse bei Lasthub
3.2.4.1  Kraftverläufe am Stößel
3.2.4.2  Leistungsverläufe am Stößel
3.2.4.3  Verlustleistungen am Stößelantrieb
3.2.4.4  Verlustkennziffer am Stößelantrieb
3.3  Baugruppe Ausbalancierung
3.3.1  Ausbalancierungskraft
3.3.2  Ausbalancierungsleistung
3.3.3  Verlustleistungen in der Ausbalancierung
3.3.4  Verlustkennziffer der Ausbalancierung
4  Maßnahmen zur Verlustleistungsreduzierung
5  Zusammenfassung
6  Literaturverzeichnis