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EFB-Forschungsbericht Nr. 026

Der Gesamtwirkungsgrad und die Teilwirkungsgrade von Exzenterpressen als Blechbearbeitungsmaschinen

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Hans Wilfired Wagener, Dipl.-Ing. Alexander Jörg, Dipl.-Ing. Peter Bogon, Laboratorium für Verfahren und Werkzeugmaschinen der Umformtechnik der Gesamthochschule Kassel

296 Seiten (Sw 128 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-105-5

Preis (Digital) EUR 121,00

Preis (Print) EUR 135,90

Schlagwörter: Wirkungsgrad, Hubzahl

Zusammenfassung

Das energetische Verhalten des Gesamtsystems Exzenterpresse sowie von einzelnen Pressenbaugruppen wurde an drei Pressen unterschiedlicher Baugröße und -art für die Verfahren Schneiden und Tiefziehen und mit dem Massivumformverfahren Stauchen als Referenzverfahren untersucht. Für zwei Versuchspressen wurde ein Programmsystem aus Berechnungsalgorithmen zur Simulation von Verfahrensabläufen in Exzenterpressen aufgestellt.

Als gesicherte Ergebnisse können aufgeführt werden:

  • Das energetische Verhalten von Exzenterpressen zeigt nur geringe Unterschiede im Vergleich der drei untersuchten Umformverfahren. Hierbei liegt das Verfahren Stauchen bei vergleichbaren Umformarbeiten energetisch am günstigsten. Abweichungen zu den beiden Blechumformverfahren haben unterschiedliche Ursachen:
    • Beim Tiefziehen verschlechtert sich der Wirkungsgrad aufgrund von Niederhalterarbeit, wenn man über ein Ziehkissen zieht. Blechhalterstößel als Niederhalter verursachen keine meßbaren Verluste.
    • Hauptgrund für ein schlechteres energetisches Verhalten beim Schneiden ist die durch den Schnittstempeldurchfall verlorene Federarbeit im System Exzenterpresse.
  • Die Wirkungsgrad-Charakteristik des Antriebsmotors hat ausschlaggebende Auswirkungen auf das Arbeitsverhalten der Presse.
  • Als weniger ausschlaggebend für den Gesamtwirkungsgrad wurde das Bauteilverhalten von Riementrieb, Vorgelege, Federung von Gestell, Tisch, Pleuel und Werkzeug ermittelt.
  • Die Einstellung der Presse, z. B. Hubzahl und Drücke in Stößel- und Blechhaltergewichtsausgleich ist in großem Maße entscheidend für das energetische Verhalten.
  • Das Betriebsverhalten von Exzenterpressen ist für jede Phase eines Hubzyklus durch Computersimulation berechenbar. Vergleiche von Rechenwerten mit Meßwerten beweisen die Anwendbarkeit.
  • Konstruktive Änderungen am Pressenaufbau können das energetische Verhalten von Exzenterpressen optimieren. Die Computersimulation ermöglicht eine quantitative Bestimmung der Optimierung.

Das Forschungsvorhaben "Der Gesamtwirkungsgrad und die Teilwirkungsgrade von Exzenterpressen als Blechbearbeitungsmaschinen" wurde unter der Fördernummer DFB/AiF: 5714 von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln, (AiF) aus Mitteln des Bundeswirtschaftsministeriums über die DFB gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 26 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

0. Verzeichnis der Verwendeten Formelzeichen
1. Einleitung
1.1. Forschungsziel
1.2. Historische Entwicklung
1.3. Stand der eigenen Forschung
1.4. Systemgrenzen
1.5. Werkstoff und Energiefluß in einem Preßwerk
2. Theoretische Betrachtungen des Systems Exzenterpresse
2.1. Energieumwandlungen und Energieverluste während eines Pressenzyklus
2.2. Pressenverluste und Gesamtwirkungsgrad
2.2.1. Verfahrensunabhängige Verluste
2.2.1.1. Verluste durch den Einkuppelvorgang
2.2.1.2. Verluste durch Abbremsen der Sekundärseite
2.2.1.3. Reibverluste
2.2.1.4. Verluste im Motor und im Riementrieb
2.2.2. Verfahrensabhängige Verluste
2.2.3. Einfache Bestimmung des Pressengesamtwirkungsgrades
2.2.4. Betrachtung spezieller Pressenbaukomponenten
2.2.4.1. Pressenantriebsmatere
2.2.4.2. Riementrieb und Riemenschlupf
2.2.4.3. Pneumatische Subsysteme
2.2.4.4. Niederhalter
2.2.4.5. Federverhalten des Kurbeltriebes
3. Versuchsmaschinen und Versuchsaufbau
3.1. Versuchspressen
3.1.1. 2000 kN (-Gestell-Exzenterpresse Bauart: Weingarten)
3.1.2. 2500 kN Torgestell-Exzenterpresse Bauart: Krupp
3.1.3. 10 000 kN Torgestell-Karosserie-Presse Bauart: Weingarten
3.2. Versuchswerkzeuge
3.2.1 . Stauchwerkzeug
3.2.2. Schneidwerkzeuge
3.2.3. Tiefziehwerkzeuge
3.3. Meßtechnik
3.3.1. Wegmessung
3.3.2. Druckmessung
3.3.3. Temperaturmessung
3.3.4. Kraftmessung
3.3.5. Drehzahlmessung
3.3.6. Drehmomentmessung
3.3.7. Leistungsmessung
3.3.8. Volumenmessung
3.4. Versuchsprogramme
3.4.1. Versuchsprogramm 2000 kN C-Gestell-Presse
3.4.2. Versuchsprogramm 2500 kN Torgestell-Presse
3.4.3. Versuchsprogramm 10 000 kN Torgestell-Presse
4. Versuchsergebnisse und Diskussion der Experimentellen Untersuchungen
4.1. Meßergebnisse für die einfache Bestimmung des Gesamtwirkungsgrades
4.1.1. Drehzahlabfall durch den Kuppelvorgang
4.1.2. Verlusteaufgrund dynamischer Federung
4.1.3. Messung der lastabhängigen Verluste
4.1.4. Messung der lastunabhängigen Reibarbeiten
4.1.5. Bestimmung des Gesamtwirkungsgrades
4.1.6. Fazit der einfachen Wirkungsgradbestimmung
4.2. Auswirkungen von Maschineneinstelldaten auf den Gesamtwirkungsgrad
4.2.1. Einfluß des Druckes im Stößel- und Blechhaltergewichtsausgleich
4.2.2. Einfluß der Hubzahl auf den Gesamtwirkungsgrad
4.2.3. Einfluß vom Druck im Stößel- und Niederhalterausgleich und von der Pressen-Hubzahl
4.2.4. Einfluß der Hublage
4.3. Bauteilverhalten während eines Bearbeitungszyklus
4.3.1. Schaltarbeiten in Kupplung und Bremse
4.3.2. Motorverhalten während der Umformvorgänge
4.3.3. Riemenschlupf
4.3.3.1. Einflußgrößen auf den Schlupf
4.3.3.2. Zusammenfassung
4.3.4. Getriebefederung
4.3.5. Statische Pressenauffederung
4.3.6. Ergebnisse der Ziehkissenuntersuchungen
4.3.6.1. Einfluß der Niederhalterkraft auf den Ziehkissenwirkungsgrad
4.3.6.2. Einfluß des Niederhalterweges auf den Ziehkissenwirkungsgrad
4.3.6.3. Einfluß der Rückstromdrosselung auf den Ziehkissenwirkungsgrad
4.3.6.4. Definition der Niederhalterarbeit
4.3.6.5. Zusammenfassung der Ergebnisse der Ziehkissenuntersuchung
4.4. Versuchsergebnisse für verschiedene Umformverfahren
4.4.1. Das Umformkraft-Umformarbeit-Feld von Exzenterpressen
4.4.2. Gesamtwirkungsgrade für die verschiedenen Umformverfahren
4.4.2.1. Gesamtwirkungsgrad beim Stauchen
4.4.2.2. Gesamtwirkungsgrad beim Tiefziehen
4.4.2.3. Gesamtwirkungsgrad beim Schneiden
4.4.2.4. Vergleich der Umformverfahren
5. Analytische Untersuchung des Betriebsverhalten von Exzenterpressen durch Rechnersimulation
5.1. Ziel der Untersuchung
5.2. Analytische Erfassung der Pressenbaugruppen
5.2.1. Antriebsmotor
5.2.2. Riementrieb
S.2.2.1. 6etriebsverhalten
5.2.2.2. Riemenvorspannung und Wellenbelastung
5.2.3. Schwungrad
5.2.3.1. Funktion
5.2.3.2. Schwungradlagerung
5.2.4. Lagerungen
5.2.4.1. Wälzlager
5.2.4.2. Gleitlager
5.2.5. Kupplung und Bremse
5.2.5.1. Kupplung
5.2.5.2. Bremse
5.2.5.3. Massenträgheitsmomente
5.2.5.4. Schaltenergie
5.2.6. Getriebe
5.2.7. Kurbeltrieb
5.2.7.1. Kinematik
5.2.7.2. Lagerung und Stößelführung
5.2.7.3. Stößelgewichtsausgleich
5.2.7.4. Auffederung
5.3. Hubphasen
5.3.1. Kuppelphase
5.3.2. Anfahrphase
5.3.3. Umformphase
5.3 .4. Rückhubphase
5.3.5. Erholphase
5.4. Simulationsprogramm
5.4.1. Grundlagen
5.4.2. Programmaufbau
5.4.2.1. Probenberechnungsprogramm
5.4.2.2. Steuerprogramm
5.4.2.3. Umformprogramm
5.4.2.4. Programm Arbeit-Hinhub
5.4.2.5. Programm Arbeit- Rückhub
5.4.2.6. Programm Arbeit-Erholung
5.4.2.7. Zyklusprogramm
5.4.3. Datenausgabe
5.5. Programmanwendung
5.5.1. Simulation der Versuchspressen
5.5.1.1. Simulation der 2000 kN C-Gestell-Exzenterpresse
5.5.1.2. Simulation der 2500 kN Torgestell-Exzenterpresse
5.5.2. Energetische Optimierung
5.5.2.1. Grundüberlegungen
5.5.2.2. Variation des Motors
5.5.2.3. Variation der Kupplung
5.5.2.4. Variation der Federzahl
5.5.2.5. Variation des Antriebes
5.5.2.6. Optimierung
6. Massnahmenkatalog für Pressen-Hersteller und Pressenbetreiber für den Energie-Optimierten Einsatz von Exzenterpressen
6.1. Maßnahmen des Pressen-Betreibers
6.2. Maßnahmen des Pressen-Herstellers
6.2.1. Bauteile ohne Optimierungsempfehlung
6.2.2. Bauteile mit wesentlichem Einfluß
7. Zusammenfassung
8. Schrifttum