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EFB-Forschungsbericht Nr. 113

Automatisierte Maximierung der Produktionshubzahl bei Schnellläuferpressen mittels Fuzzy-Regler

efb113.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Ing. Elmar Engels, , Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz Universität Hannover ,Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c.mult. Friedhelm Lierath, Dipl.-Ing. Frank Meyer, Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung der Universität Magdeburg

138 Seiten (Sw 72 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-245-8

Preis (Digital) EUR 59,00

Preis (Print) EUR 66,30

Schlagworte: Aluminiumbleche, dynamisch, Regler

Zusammenfassung

Die Maximierung der Produktionshubzahl bei hydraulischen und weggebundenen Schnelläuferpressen kann durch zwei grundsätzlich unterschiedliche Lösungsansätze für diese beiden Maschinentypen erreicht werden.

Bei der hydraulischen Presse hat sich gezeigt, daß die Maschine selbst die begrenzende Einflußgröße für die maximale Produktionshubzahl ist. Anhand einer Analyse der einzelnen Bewegungsphasen über den gesamten Stößelhub konnte gezeigt, daß in einigen Phasen des Stößelhubes durch eine intelligente prozeßabhängige Regelung anstelle einer fest eingestellten Steuerung des hydraulischen Volumenstroms eine Verkürzung der Taktzeit erreicht werden kann. Für den Reglerentwurf wurde eine Modeliierung des Bewegungsmodells der hydraulischen Pressen vorgenommen.

Dazu wurden die Pumpe, die Ventile, der Arbeitszylinder, die Eilgangzylinder und die Stößelmasse in ein mathematisches Modell abgebildet. Nach einem Abgleich dieses Modells mit der realen Presse wurde ein Fuzzy-Regler entwickelt, der den hydraulischen Volumenstrom der Konstantpumpe in der Rückhubphase in Abhängigkeit des Stößelweges und der Hubhöhe regelt. Durch diese Regelung wird die Rückhubphase und damit auch die gesamte Taktzeit reduziert.

Bei weggebundenen Schnelläuferpressen mit modernen Folgeverbundwerkzeugen sind die Werkzeuge die begrenzende Einflußgröße für die maximale Produktionshubzahl ist. Es konnte gezeigt werden, daß die automatisierte Einstellung der Produktionshubzahl in Abhängigkeit der dynamischen Prozeßgrößen Stößelbeschleunigung und Stößelkippung bei weggebundenen Schnelläuferpressen möglich ist. Neben einer manuellen Einstellung kann die Presse erstmals im Automatikbetrieb mit einer prozeßabhängigen Produktionshubzahl fertigen. Durch Aktivierung der Hubzahlautomatik in der Pressensteuerung fährt die Maschine vom Stillstand aus prozeßgeregelt bis auf die optimale Produktionshubzahl hoch.

Anhand verschiedener Belastungsfälle konnte gezeigt werden, daß der Fuzzy-Regler zu einem stabilen und reproduzierbaren Anlauf einer Produktionspresse unter Einhaltung der Qualitätskriterien des Bauteils geeignet ist. Für die Entwicklung des Fuzzy-Reglers wurde ebenfalls wieder ein dynamisches Simulationsmodell der weggebundenen Presse aufgestellt, daß die bewegten Massen, die Steifigkeiten und die Dämpfung der Maschine berücksichtigt.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das Forschungsvorhaben „Automatisierte Maximierung der Produktionshubzahl bei Schnellläuferpressen mittels Fuzzy-Regler“ wurde unter der Fördernummer AiF 10425B 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. 113 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Hydraulische Pressen
2.1.1 Charakteristik von hydraulischen Pressen
2.1.2 Antriebskonzepte
2.1.3 Steuerungskonzepte
2.2 Weggebundene Schnelläuferpressen
2.2.1 Maschinentechnologie und Wechselwirkung zwischen Maschine und Werkzeug
2.2.2 Regelung von weggebundenen Schnelläuferpressen
3 Grundlagen der Fuzzy -Regelung
3.1 Fuzzy-Theorie
3.1.1 Fuzzy-Sets (Fuzzy-Menge)
3.1.2 Logische Operatoren
3.1.3 Zugehörigkeitsfunktion
3.1.4 Linguistische Variable
3.1.5 Bildung des Regelwerkes
3.2 Aufbau eines Fuzzy-Reglers
3.2.1 Fuzzyfikation
3.2.2 Aggregierung
3.2.3 Defuzzifikation
4 Hydraulische Presse
4.1 Ziel des Teilprojektes
4.2 Darstellung Des Lösungsweges
4.3 Ist-Zustand
4.3.1 Versuchsmaschine
4.3.2 Pressenantrieb (hydraulische Steuerstrecke)
4.3.3 Speicherprogrammierbare Steuerung
4.3.4 Messungen an der hydraulischen Presse
4.4 Analyse der Bewegungsphasen
4.4.1 Schließen des Werkzeuges in Eilgeschwindigkeit und Abbremsvorgang
4.4.2 Druckentlastung
4.4.3 Rückhub
4.4.4 Vorzugsvariante des einzusetzenden Fuzzyreglers
4.5 Entwurf und Simulation des Reglers
4.5.1 Hydraulische Elemente
4.5.2 Rohrleitungen und Antriebszylinder
4.5.3 Steuerung
4.5.4 Gesamtmodell
4.5.5 Reglerentwurf in der Simulation
4.5.6 Erprobung des Gesamtmodells
4.5.7 Regleroptimierung
4.6 Implementierung des SPS-Reglers
4.7 Bewertung
5 Weggebundene Presse
5.1 Analyse des Istzustands
5.1.1 Versuchsmaschine, Meßaufbau und Werkzeug
5.1.2 Pleuelkräfte und vertikale Auffederung
5.1.3 Kippungsverhalten zwischen Tisch und Stößel.
5.2 Simulation der ungeregelten Maschine
5.2.1 Modell der Maschine
5.2.2 Simulationsergebnisse
5.3 Dimensionierung des Fuzzy-Reglers
5.4 Simulation der geregelten Maschine
5.4.1 Meßtechnische Untersuchungen An Der Geregelten Maschine
6 Zusammenfassung und Ausblick
7 Literaturverzeichnis
8 Formelzeichen
9 Bildverzeichnis