EFFIZIENTE ANTRIEBE

 

 

Auslegungstool für Servopressenantrieb:

Aufgrund zahlreicher Vorteile gegenüber herkömmlichen Umformpressen haben sich Servopressen am Markt etabliert. Bei der Auslegung beeinflussen sich die Einzelkomponenten des Antriebsstrangs gegenseitig. Dieser Umstand macht den Auslegungsprozess zu einem komplexen Vorgang. Gleichzeitig ist es aus wirtschaftlicher und technischer Sicht sinnvoll, den Antrieb möglichst kompakt und mit minimalem Leistungsbedarf auszulegen. Dazu ist es notwendig die Anwendung des Motors möglichst genau zu kennen. Neben dem angestrebten Stößelweg-Zeit-Verlauf und der Prozesskraft sind hierbei auch die mechanischen Komponenten der Presse relevant. Für das Koppelgetriebe müssen hierbei die kinematischen Beziehungen hergestellt und die Dynamik der einzelnen Glieder beschrieben werden. Weiter sind beispielsweise die Gleitlagerungen infolge der Reibung verlustbehaftet. Diese Verluste gilt es abzuschätzen und zu berücksichtigen. Auf diese Weise lassen sich die Mindestanforderungen an den Antrieb ermitteln. Am IFUM wurde die Anwendung eines modellbasierten Softwaretools untersucht, das den Entwicklungsprozess einer Servopresse potentiell beschleunigt und variabler gestaltet.

Leistungsverzweigter Pressenantrieb

Der Einsatz von servoelektrisch angetriebenen Pressen bietet aufgrund der variablen Stößelkinematik entscheidende Vorteile für die Fertigung umformtechnisch hergestellter Produkte. Zum einen kann die Stößelgeschwindigkeit im unproduktiven Rückhub gesteigert werden, was zu einer Erhöhung der Ausbringungsrate führt. Zum anderen besteht die Möglichkeit, die Stößelkinematik im Arbeitsbereich an die Anforderungen des jeweiligen Umformprozesses anzupassen. Prozessseitig auftretende Belastungsanstiege äußern sich in kostenintensiven, netzseitigen Leistungsspitzen. Am IFUM wurde daher an einem neuartigen Antriebskonzept für Exzenterpressen gearbeitet, bei dem eine frei programmierbare Stößelkinematik mit verringerten Betriebskosten kombiniert wird. Basis dieses Konzeptes bildet ein Überlagerungsgetriebe, das die Leistung eines Haupt- und eines Nebenantriebes summiert und auf die Exzenterwelle der Maschine leitet. Beide Antriebe sind permanent mit dem Überlagerungsgetriebe gekoppelt. Die Drehzahl der Exzenterwelle resultiert aus den Drehzahlen der beiden Antriebe sowie der inneren Übersetzung des Überlagerungsgetriebes. Vorgesehen ist, dass der Hauptantrieb, welcher sich aus einem Motor und einem Schwungrad zusammensetzt, mit annähernd konstanter Drehzahl rotiert. Die resultierende Drehzahl der Exzenterwelle wird ausschließlich mithilfe des dynamischen Nebenantriebs beeinflusst. Auftretende elektrische Leistungsspitzen des Nebenantriebes werden durch generatorisches Abbremsen des Schwungrades vom Hauptantriebsmotor kompensiert. Leistungsspitzen können somit ohne den Einsatz zusätzlicher Energiespeicher wie Speicherkondensatoren vermieden werden.

Hybridaktorik:

Moderne Linearantriebe sind in der Lage, hochvariable Bewegungsabläufe zu realisieren. Der Hauptnachteil ist die relativ geringe erreichbare Prozesskraft. Da Linearantriebe häufig als Direktantriebe eingesetzt werden, gibt es keine Möglichkeit die Prozesskraft mit Hilfe eines Übersetzungsgetriebes zu erhöhen. Am IFUM wurde ein neuartiger, hybrider Pressenantrieb untersucht. Dieser innovative Antrieb besteht aus Linearmotoren und Hochleistungs-Elektromagneten. Die Linearmotoren werden eingesetzt, um den Hub zu realisieren und eine zum Beispiel für das Tiefziehen erforderliche Prozesskraft von bis zu 25 kN über den gesamten Hub zur Verfügung zu stellen. Die Elektromagnete liefern eine zusätzliche kombinierte Kraft von etwa 100 kN in einem Bereich von einem Millimeter um den unteren Totpunkt. Durch den zusätzlichen Kraftimpuls ist die Presse in der Lage, Prozesse durchzuführen, die hohe Kräfte erfordern, wie beispielweise Prägen und Schneiden. Die Vorteile des hybriden Pressenantriebs liegen zum einen darin, dass er wesentlich kleiner ist als herkömmliche Pressen, die zur Herstellung vergleichbarer Werkstücke eingesetzt werden. Zum anderen können in Kombination mit einer flexibleren Kinematik höhere Hubzahlen erreicht werden.

VERÖFFENTLICHUNGEN

Zusammenfassung der Veröffentlichung folgt in Kürze

„Energy-efficient Drive Concepts in Metal-forming Production"

„Bernd-Arno Behrens, Anas Bouguecha, Richard Krimm, Sergej Teichrib, Thomas Nitschke (2016), Procedia CIRP, Volume 50, Seiten 707-712