Dimensionierung und optimale Bewegungsfuhrung von Servopressen

摘要

Sinkende Losgrossen, eine zunehmende Fulle unterschiedlicher Produkte sowie deren kosteneffiziente Herstellung sind die grossen Herausforderungen in der Umformtechnik. Eine ideale Losung hierfur bieten servomotorisch angetriebene mechanische Pressen, die hohe Produktivitat mit Flexibilitat kombinieren. Voraussetzung allerdings ist, dass alle Komponenten des Antriebsstrangs sorgfaltig auf die Mechanik und die Kinematik der jeweiligen Pressenkonstruktion abgestimmt sind. Eine besondere Herausforderung bei Servopressen stellt die neue Anforderung dar, die Drehzahl des Exzenters wahrend einer Kurbelwellenumdrehung den spezifischen Anforderungen entsprechend flexibel veranderbar zu gestalten. Das bei konventionellen mechanischen Pressen mit der Exzenterwelle direkt gekoppelte Schwungrad wird bei Servopressen durch einen oder mehrere leistungsfahige Elektromotoren ersetzt. Gemeinsam mit allen Komponenten des Maschinenantriebs erfullen diese Motoren bei richtiger Dimensionierung alle Anforderungen hinsichtlich Dynamik, Presskraft, Arbeitsvermogen und der geforderten Produktivitat. Gleichzeitig werden sowohl mechanische als auch elektrische Beschrankungen wie z. B. Maximalwerte fur Stosselgeschwindigkeit, Ruck, Drehmoment, Drehzahl und Leistung eingehalten. Im Rahmen dieses Beitrags wird auf Grundlage eines mechatronischen Modells der Maschine die grundsatzliche Vorgehensweise bei der Antriebsdimensionierung beschrieben. Ausgehend von Anforderungen an den Umform-prozess und die Produktivitat wird die optimale Antriebskonfiguration der Presse bestimmt. Das mathematische Modell der Presse wird weiterhin zur Formulierung eines beschrankten Optimalsteuerungsproblems verwendet. Als Ergebnis der Losung dieses Optimalsteuerungsproblems entstehen energieoptimale Bewegungsprofile, die sowohl die maschinenseitigen Beschrankungen als auch die vom Maschinenbediener spezifizierten Randbedingungen berucksichtigen. Schliesslich wird ein weiterer wesentlicher Aspekt bei Servopressen - das Energiemanagement - vorgestellt. Dieses hat zum Ziel, die netzseitige Anschlussleistung im Vergleich zur installierten motorischen Leistung klein zu halten.