Gesamtwirkungsgrad, Teilwirkungsgrade und optimales Betriebsverhalten von hydraulischen Pressen als Blechbearbeitungsmaschinen

Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden zwei hydraulische Pressen unterschiedlicher Bauart und Baugröße bezüglich ihres Betriebsverhaltens insbesondere hinsichtlich ihres energetischen Verhaltens untersucht und mit Exzenterpressen verglichen.
Betrachtet werden die Teilwirkungsgrade der eingesetzten Subsysteme sowie der Pressen-Gesamtwirkungsgrad bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Hierzu erfolgt zunächst die Definition geeigneter Systemgrenzen für die energetische Untersuchung der einzelnen Bauelemente wie des Gesamtsystems.
Weiterhin werden Beziehungen und Definitionen für ein den Exzenterpressen vergleichbares Arbeitsvermögen hydraulischer Pressen aufgestellt sowie der Nutzungsgrad-Hub zur Erfassung des einstellbaren Arbeitshubes eingeführt.
Es zeigt sich, dass von einer, bei hoher Kraftanstiegsgeschwindigkeit zu Beginn des Umformvorganges auftretenden Leistungsüberhöhung kein wesentlicher negativer Einfluss auf das energetische Pressen-Verhalten ausgeht; dass insbesondere jedoch ein ungünstiger Antriebswirkungsgrad bei hohen Systemdrücken den Pressenwirkungsgrad bestimmt. Der Grund hierfür liegt bei dem schlechten Pumpenwirkungsgrad unter diesen Betriebsbedingungen.
Detailliert untersucht werden neben der Umformphase auch die Leerhubphasen im Vor- und Rücklauf sowie die Haltephase unter Last. Der Gesamtwirkungsgrad für den kompletten Ablaufzyklus der Presse zeigt eine starke Abhängigkeit vom Energieumsatz in diesen Phasen. Eine Variation der Arbeitsgeschwindigkeit erweist günstige energetische Bedingungen bei mittlerer Geschwindigkeitseinstellung mit nur geringer Verschlechterung bei Maximaleinstellung.
Das bei hydraulischen Pressen übliche Fahren auf feste Anschläge bedingt schon bei geringen Haltezeiten unter Last einen erheblichen Energieumsatz und damit eine negative Beeinflussung des Pressenwirkungsgrades.
Fernerhin wird der Vergleich zwischen den untersuchten hydraulischen Pressen und bereits im Rahmen des Vorläuferprojektes betrachteten Exzenterpressen vorgenommen.
Kriterium des Vergleiches ist die Wirtschaftlichkeit des Presseneinsatzes, gekennzeichnet durch das energetische Verhalten und die erbrachte Mengenleistung, bei der Fertigung eines identischen Werkstückes und die baugrößenbezogene pressenspezifische Beurteilung des Energieumsatzes der betrachteten Pressentypen.
Die rechnergestützte Simulation des Pressen-Betriebsverhaltens lässt sich mit einem vereinfachten Rechenmodell realisieren. Es wird derart eine praxisgerechte Alternative zu aufwendigen komplexeren Programmsystemen aufgezeigt.
Mittels einer numerischen Lösung der das System beschreibenden Simulationsalgorithmen kann für beliebige Umformverfahren und Pressen-Einstellungen der Pressen-Gesamtwirkungsgrad in abschätzender Weise bestimmt werden. Grundlage sind Herstellerkennlinien der wichtigsten Subsysteme.
Die Anwendbarkeit des Rechenmodelles bestätigt sich; eine Steigerung der Rechengenauigkeit ist nur durch aufwendige messtechnische Aufnahme aller relevanten Betriebskennlinien im Einzelfall realisierbar.
Insgesamt stellt die Methode ein geeignetes Hilfsmittel für die Optimierung der Einstellparameter durch den Pressen-Betreiber dar und gibt andererseits dem Konstrukteur Hinweise auf eine energetisch günstige konstruktive Auslegung einer hydraulischen Presse.