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![]( "Buchcover ISBN 9783867762298")
Rechnergestützte Analyse des dynamischen Verhaltens mechanischer Pressen
von Hans Wilfried Wagener, Thomas Freiherr, Hubert Hahn und Martin NeumannDie Arbeitsgenauigkeit der Umformmaschine hat maßgebenden Einfluß auf die Fertigungsgenauigkeit der Werkstücke. Statische Genauigkeitsuntersuchungen sind im Experiment und durch FEM-Rechnungen durchgeführt worden und haben zu wesentlichen Verbesserungen der Pressenkonstruktionen geführt. Dieses Vorgehen ist jedoch für dynamische Betrachtungen unzureichend, da einerseits die bekannten Meßaufbauten für die dynamische Maschinenuntersuchung nicht geeignet sind und andererseits die FE-Methode Massenkräfte, Dämpfungen und Lagerspiele nur unzureichend berücksichtigen kann, die bei dynamischer Belastung vorhandenen sind.
Für dynamische Berechnungen großer Bewegungen mit Lagerspielen ist die numerische Simulation besser geeignet, welche die Bewegungen elastisch und dissipativ gekoppelter räumlich konzentrierter Massepunkte beschreibt. Der Einsatz dieser Simulationstechnik zur Beschreibung der vollständigen Arbeitsgenauigkeit einer Presse, also der Kippung und der Verlagerung, wird in dieser Untersuchung erstmalig erprobt. Dazu werden Simulationsmodelle unterschiedlicher Diskretisierung erstellt (1. Modell= Trivialmodell, 2. Modell= Standardmodell, 3. Modell = komplexes Modell) und die Rechenergebnisse der Simulation mit Versuchsdaten verglichen, die an einer Laborpresse gewonnen werden.
Zur Genauigkeitssteigerung bei der Versuchsdaten wird zunächst ein neues Meßsystem auf Laserbasis entwickelt, das die Messungen in der geforderten Qualität ermöglicht. Der Vergleich von Messung und Simulation führt zu der Erkenntnis, daß die numerische Starrkörpersimulation prinzipiell zur Beschreibung der Arbeitsgenauigkeit von Pressen geeignet ist, daß die exakte Simulation jedoch mit sehr großem Aufwand bei der Erstellung des Simulationsmodells verbunden ist. Dennoch können mit verhältnismäßig geringem Aufwand (Standardmodell) aussagekräftige Simulationsrechnungen mit hinreichender Ergebnisgenauigkeit ausgeführt werden.
Das Simulationsverfahren eignet sich daher gut als Werkzeug für den Pressenkonstrukteur, der in der Entwurfsphase die Auswirkungen unterschiedlicher Konstruktionsvarianten auf das dynamische Pressenverhalten kostengünstig untersuchen muß. Er ist nicht auf absolute Genauigkeit der Simulationsrechnung angewiesen sondern vielmehr an Vergleichen interessiert.
Ebenso ist das Rechenverfahren für den Entwurf von Regelkreisen verwendbar. Hier können die Auswirkungen unterschiedliche Regler und Regelstreckenparameter auf das dynamische Verhalten der Presse überprüft werden, was im Schadensfall bei einem Realversuch erhebliche Kosten verursacht. Die Rechnersimulation bietet hier kostengünstige und schnelle Ergebnisse mit hinreichender Genauigkeit. Bisher verwirklichte Regelkreise an Pressen berücksichtigen ausschließlich die Kippungskompensation, die für das Gesamtsystem nicht ausreichend ist.
Mit Hilfe des entwickelten Lasermeßsystems ist es nun möglich, die am Stößel vorhandene Verlagerung mit großer Genauigkeit meßtechnisch zu erfassen und somit eine vollständige Genauigkeitsregelung mit Kippungs- und Verlagerungskompensation an Pressen zu realisieren.
Für dynamische Berechnungen großer Bewegungen mit Lagerspielen ist die numerische Simulation besser geeignet, welche die Bewegungen elastisch und dissipativ gekoppelter räumlich konzentrierter Massepunkte beschreibt. Der Einsatz dieser Simulationstechnik zur Beschreibung der vollständigen Arbeitsgenauigkeit einer Presse, also der Kippung und der Verlagerung, wird in dieser Untersuchung erstmalig erprobt. Dazu werden Simulationsmodelle unterschiedlicher Diskretisierung erstellt (1. Modell= Trivialmodell, 2. Modell= Standardmodell, 3. Modell = komplexes Modell) und die Rechenergebnisse der Simulation mit Versuchsdaten verglichen, die an einer Laborpresse gewonnen werden.
Zur Genauigkeitssteigerung bei der Versuchsdaten wird zunächst ein neues Meßsystem auf Laserbasis entwickelt, das die Messungen in der geforderten Qualität ermöglicht. Der Vergleich von Messung und Simulation führt zu der Erkenntnis, daß die numerische Starrkörpersimulation prinzipiell zur Beschreibung der Arbeitsgenauigkeit von Pressen geeignet ist, daß die exakte Simulation jedoch mit sehr großem Aufwand bei der Erstellung des Simulationsmodells verbunden ist. Dennoch können mit verhältnismäßig geringem Aufwand (Standardmodell) aussagekräftige Simulationsrechnungen mit hinreichender Ergebnisgenauigkeit ausgeführt werden.
Das Simulationsverfahren eignet sich daher gut als Werkzeug für den Pressenkonstrukteur, der in der Entwurfsphase die Auswirkungen unterschiedlicher Konstruktionsvarianten auf das dynamische Pressenverhalten kostengünstig untersuchen muß. Er ist nicht auf absolute Genauigkeit der Simulationsrechnung angewiesen sondern vielmehr an Vergleichen interessiert.
Ebenso ist das Rechenverfahren für den Entwurf von Regelkreisen verwendbar. Hier können die Auswirkungen unterschiedliche Regler und Regelstreckenparameter auf das dynamische Verhalten der Presse überprüft werden, was im Schadensfall bei einem Realversuch erhebliche Kosten verursacht. Die Rechnersimulation bietet hier kostengünstige und schnelle Ergebnisse mit hinreichender Genauigkeit. Bisher verwirklichte Regelkreise an Pressen berücksichtigen ausschließlich die Kippungskompensation, die für das Gesamtsystem nicht ausreichend ist.
Mit Hilfe des entwickelten Lasermeßsystems ist es nun möglich, die am Stößel vorhandene Verlagerung mit großer Genauigkeit meßtechnisch zu erfassen und somit eine vollständige Genauigkeitsregelung mit Kippungs- und Verlagerungskompensation an Pressen zu realisieren.