Voruntersuchun­gen zum Einsatz magnetorheolo­gischer Aktoren in Umformanlagen

Zielstellung

Aus der Literatur sind verschiedene Lösungsansätze zur Schnittschlagdämpfung von Schneidpressen und Stanzautomaten bekannt. Die recherchierten Lösungen eignen sich jedoch ausschließlich für langsamlaufende, nicht jedoch für schnelllaufende Pressen. Die wesentliche Begrenzung stellt dabei die Bereitstellung einer ausreichend hohen Dämpferkraft (in Höhe der Schnittkraft) binnen kürzester Zeit dar.

Da die Verhinderung bzw. Verringerung der schnittschlagbedingten Schall- und Schwingungsemission für schnelllaufende Schneidpressen und Stanzautomaten noch nicht zufrieden stellend gelöst wurde, soll die Möglichkeit, die schnelle Viskositätsänderung magnetorheologischer Flüssigkeiten zur Schnittschlagdämpfung schnelllaufender Pressen auszunutzen, auf ihre technische und ökonomische Realisierbarkeit überprüft werden.

Lösungsweg

Im Projekt wurden Lösungen zur Schnittschlagdämpfung sowie ausgeführte MRF-Dämpfer recherchiert. Auf Grundlage der dabei ermittelten Kenndaten wurde für eine repräsentative Schneidpresse und ein repräsentatives Werkstück ein Simulationsmodell erarbeitet, mit dem die Wirkung verschiedener Dämpfungsansätze untersucht werden konnte. Für verschiedene Anordnungs- und Regelungsvarianten von MRF-Dämpfern wurde die Wirkung auf die Stößelkippung und Stößelverlagerung untersucht.

Ergebnisse

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Anforderung, innerhalb kürzester Zeit eine sehr große Dämpferkraft aufzubauen, mit MRF-Dämpfern nicht realisierbar sind. Hierfür wurden im einzelnen folgende Gründe ermittelt:

• Die Eigenfrequenzen von Stößel- oder Gestellschwingung sind zu hochfrequent, um mit MRF-Dämpfern, welche in der Lage wären, Dämpferkräfte in pressentypischen Größenordnungen zu erzeugen, bedämpft zu werden.
• Der Vorteil der schnellen Eigenschaftsänderung von MRF kann praktisch nicht genutzt werden, weil die Geschwindigkeit des Magnetfeldaufbaus und -abbaus in metallischen Umbauteilen zu gering ist.
• Die große Leistung, die vom Dämpfer im wesentlichen in Wärme umgewandelt wird, führt zu einer starken Erwärmung des Dämpfers und der MRF, was eine starke Verringerung des Leistungsvermögens des Dämpfers zur Folge hat. In diesem Zusammenhang ist auch die maximal zulässige MRF-Temperatur, die bei den derzeit verfügbaren Flüssigkeiten bei ca. 150 °C liegt, als beschränkender Faktor zu nennen. Eine Kühlung des Dämpfers wäre daher für einen Dauerbetrieb unbedingt erforderlich.

Der Ansatz, höhere Schaltgeschwindigkeiten durch Ausnutzung des magnetorheologischen Effekts in einer Drossel, die für einen schnellen Magnetfeldaufbau optimiert ist, zu erreichen, hat aufgrund der Kompressibilität der MRF im Lastzylinder den gleichen Nachteil des "weichen" Dämpfers und damit eines verzögerten Kraftaufbaus, wie es bei nicht vorgespannten Hydraulik-Schnittschlagdämpfern auftritt.

Kontakt

© Crispin-Iven Mokry

Research associate

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Mr Dr.-Ing. Jens Müller

Head of the department Control and Feedback Control Systems

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