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EFB-Forschungsbericht Nr. 096

Vergleichende Untersuchungen an Überlastsicherungen mechanischer Pressen mit dem Ziel einer Lösungsfindung für schnell laufende mechanische Pressen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, Dr.-Ing. Hans-Georg Schütz, Dipl.-Ing. Uwe Schmidt, Dr.-Ing. Volker Seifert, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz

106 Seiten (Sw 44 Abb., 14 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-230-4

Preis (Digital) EUR 45,00

Preis (Print) EUR 50,30

Schlagworte: mechanische Pressen, Hubzahl

Zusammenfassung

Ziel des durchgeführten Projekts war die Entwicklung einer industriell einsetzbaren Überlastsicherung für schnellerlaufende mechanische Pressen, die insbesondere die folgenden Anforderungen erfüllt:
•    Sicherung der Umformmaschine vor kraftmäßiger Überlastung bei Hubzahlen von 100 bis 300 min-1
•    Sicherung der Umformwerkzeuge vor Überlastung durch den Betrieb der Umformmaschine im Teillastbereich ohne Beeinträchtigung der Maschinensteife und damit der Arbeitsgenauigkeit.

Ausgehend vom aktuellen technischen Stand wurde für den Einsatz in einer schnellaufenden Presse ein Ventil mit pyrotechnischer Betätigung als Überlastsicherung entwickelt und in umfangreichen Versuchsreihen auf einem Versuchsstand erprobt. Um die von der Hochgeschwindigkeitsstelleinheit hoch beschleunigten Ventilschieber ohne Beschädigung abbremsen zu können, wurde die Überlastsicherung mit einer neuartigen Endlagendämpfung ausgerüstet, die zwischenzeitlich patentiert wurde. Im Rahmen der durchgeführten experimentellen Untersuchungen wurden verschiedene pyrotechnische Zünder und Ladungen hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Zur Entwicklung einer serienreifen Treibladung wurde Dynamit Nobel als Hersteller pyrotechnischer Elemente einbezogen.

Nach erfolgreichem Abschluß der Untersuchungen wurde ein Funktionsmuster für einen Schneidautomaten mit 1600 kN Nennpreßkraft gebaut und zusammen mit der entwickelten Treibladung und unter Verwendung einer eigens für diese Anwendung entwickelten Auslöseelektronik in der Maschine erprobt.

Die Zeit von dem Erkennen der Maschinenüberlastung bis zum Bewegungsbeginn des Ventilschiebers bzw. bis zum Beginn des Druckabbaus liegt deutlich unter 1 Millisekunde. Die Druckabbauzeit war bei den durchgeführten Versuchen im Vergleich zur eingesetzten konventionellen hydraulischen Überlastsicherung mindestens um den Faktor 30 kürzer. Es wurde nachgewiesen, daß die in der Aufgabenstellung formulierten Anforderungen an eine Überlastsicherung für schnellerlaufende mechanische Pressen mit den entwickelten Komponenten sicher erreichbar sind, während diese Forderungen mit einer konventionellen hydraulischen Überlastsicherung nicht erfüllt werden können.

Mit dieser neuartigen Überlastsicherung lassen sich Pressen bei wesentlich höheren Hubzahlen als bisher sicher vor kraftmäßiger Überlastung schützen.
Durch die sensorielle Ansteuerung kann auch im Teillastbereich mit vollem Vorspanndruck des Öls im Druckpunkt gearbeitet werden, was zur Erhöhung der Maschinensteife und auch zur Verbesserung der Arbeitsgenauigkeit führt.

Die Auslöseelektronik kann durch den permanenten Soll-Ist-Vergleich sich anbahnende Überlastfälle bzw. durch Kombination mit anderen Sensorsignalen unkritische Überlastungsfälle erkennen und so unnötige Auslösungen der Überlastsicherung vermeiden.

Die entwickelten Komponenten sind nach den erforderlichen Anpassungen an den konkreten Einsatzfall sowie nach erfolgter Zulassung durch die Bundesanstalt für Materialprüfung und, falls notwendig, durch die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in der Industrie einsetzbar.

Das Forschungsvorhaben „Vergleichende Untersuchungen an Überlastsicherungen mechanischer Pressen mit dem Ziel einer Lösungsfindung für schnelllaufende mechanische Pressen“ wurde unter der Fördernummer AiF 9946B 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. 96 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Vorwort
1 Einleitung
2 Ausgangssituation
3 Zielstellung der Forschungsaufgabe
4 Stand der Technik
4.1 Einsatzmöglichkeiten und Grenzen bekannter hydraulischer Überlastsicherungen
4.2 Betrieb der Maschinen im Teillastbereich
4.3 Untersuchungen zu Überlastsicherungen mit Hochgeschwindigkeitsstellgliedern
4.4 Andere Wirkprinzipien
4.5 Möglichkeiten der Signalgewinnung
5 Wissenschaftliche Problemstellung
6 Voruntersuchungen
6.1 Erfassung und Analyse von Schadensfällen in Anwenderbetrieben
6.2 Untersuchungen an ausgeführten Überlastsicherungen
6.3 Präzisierte Aufgabenstellung
7 Entwicklung der Ventilbaugruppe
7.1 Erstes Funktionsmuster
7.2 Zweites Funktionsmuster
7.3 Modifiziertes zweites Funktionsmuster
7.4 Drittes Funktionsmuster (Prototyp)
8 Möglichkeiten der Energiebereitstellung für die Hochgeschwindigkeitsstelleinheit
8.1 Vergleich der möglichen Energieträger im Versuch
8.1.1 Elektromagnetischer Antrieb
8.1.2 Elektrohydraulischer Antrieb
8.1.3 Antrieb durch einen Zündsatz
8.1.4 Vergleich der Antriebsprinzipe und Auswahl der Betätigungsart
8.2 Entwicklung des Zündsatzes für die Hochgeschwindigkeitsstelleinheit
8.3 Entwicklung eines serienreifen Zündsatzes
8.3.1 Anforderungsprofil
8.3.2 Anzündung
8.3.3 Konstruktive Vorgaben
8.3.4 Lösung
9 Signalkreis und Auslöseelektronik
9.1 Projektierung des elektrischen Signalkreises
9.1.1 Eigenschaften der Überlastsicherung bei Nutzung eines elektrischen Signalkreises
9.1.2 Gestaltung des elektrischen Signalkreises
9.2 Die Auslöseelektronik
10 Erprobung der Überlastsicherung
10.1 Test des projektierten elektrischen Signalkreises
10.2 Erprobung der sensorgesteuerten Überlastsicherung an einem Schneidautomaten
11 Sicherheitsaspekte und Zulassung der Überlastsicherung
12 Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
Anhang