Entwicklung eines Keilschiebers in Leichtbauweise
Verfasser:
Dipl.-Ing. Matthias Klärner, Prof. Dr.-Ing. Lothar Kroll, Professur für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung am Institut für Strukturleichtbau, Technische Universität Chemnitz - Dipl.-Ing. Stefan Polster, Prof. Dr.-Ing. Reinhard Mauermann, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz
86 Seiten - 70,00 EUR (sw, 55 teils farbige Abb., 6 Tab.)
ISBN 978-3-86776-589-3
Zusammenfassung
Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Keilschiebers in Leichtbauweise, bei welchem ein Hybridaufbau aus Stahl und faserverstärktem Kunststoff realisiert wird. Der Entwicklungsprozess beinhaltet die Bestimmung des Lastkollektivs, die Ableitung und Bewertung von Konstruktionskonzepten, die Dimensionierung einer Vorzugsvariante sowie die Umsetzung und praktische Erprobung eines Forschungsfunktionsmusters.
Der Ausgangspunkt für das Projekt war und ist die technische und wirtschaftliche Problemstellung der hohen Stoß- und Schwingungsbelastung für dynamisch belastete Werkzeugkomponenten.
Durch neue Pressentechnologien und Antriebskonzepte wie z. B. die Servo-Direct-Technologie sind immer höhere Produktionsgeschwindigkeiten möglich. Diese Entwicklung hat zur Folge, dass die Werkzeuge höheren Stoß- und Schwingungsbelastungen aufgrund der stark beschleunigten Massen ausgesetzt sind. Infolge der hohen Rückhubgeschwindigkeiten des Werkzeugs wirken hohe Kräfte speziell im Rückhub auf den Schieber. Die Minimierung des Rückhubstoßes durch eine Reduzierung der Masse der dynamisch beanspruchten Werkzeugkomponenten war somit Kernziel des beantragten Forschungsvorhabens.
Im Projekt konnte gezeigt werden, dass eine Reduzierung der Schiebermasse zu einer entsprechenden Reduzierung der Schieberbelastung im Endanschlag führt.
Es konnte eine Massereduzierung von 10 % für den gewählten Referenzschieber erzielt werden. Infolge der verringerten Trägheit bei gleicher Beschleunigung reduzieren sich die Kräfte beim Auftreffstoß im Rückhub in ähnlichem Maß (ca. 9%).
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Entwicklung eines Keilschiebers in Leichtbauweise" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 18336BR über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 533 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
The aim of the project the development of a cam slide in a lightweight design with a hybrid structure made of steel and fibre-reinforced composites. The development process included the determination of the acting load, the derivation and evaluation of design concepts, the dimensioning of a preferred variant as well as the implementation and practical testing of a research model.
The starting point for the project was and is the technical and economical problem of high shock and vibration loads for dynamically loaded tool components.
Through new press technologies and drive concepts such as B. Servo Direct Technology, ever higher process speeds are possible. This development leads to tool exposures to higher shock and vibration loads due to the strongly accelerated masses. As a result of the high return stroke speeds of the tool, high forces act on the slide, particularly in the return stroke. The minimisation of the return stroke by reducing the mass of the dynamically stressed tool components therefore was the main goal of the proposed research project.
The project showed that a reduction in the cam slide mass leads to a corresponding reduction in the slide load in the end stop. A mass reduction of 10 % could be achieved for the selected reference slide. As a result of the reduced inertia with the same acceleration, the forces on impact on the return stroke are reduced equivalent (approx. 9 %).
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungs- und Kurzzeichenverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik und Forschung
3 Problemstellung, Forschungsziel und Arbeitsprogramm
3.1 Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung
3.2 Angestrebtes Forschungsziel
4 Projektergebnisse
4.1 Spezifikation der Gestaltungsanforderungen
4.2 Kinematische Analyse der Schieberdynamik
4.2.1 Kinetostatisches Modell
4.2.2 Ermittlung von Kennwerten für die kinetostatische Analyse
4.2.3 Ergebnisse der kinematischen Analyse
4.3 Kraftflussgerechte Vorauslegung und Optimierung des Leichtbauschiebers
4.4 Bauweisen für einen Leichtbauschieber in FKV-Bauweise
4.5 Faserverbundgerechte Konstruktion und numerisch gestützte Auslegung und Optimierung der FKV-Bauweise
4.6 Fertigung eines FKV-Leichtbauschiebers
4.7 Konzeption, Entwicklung und Bau eines Versuchsstands für unterschiedliche Belastungen
4.8 Experimentelle Untersuchungen am Referenz- und Leichtbauschieber
4.8.1 Auswahl des Referenzschiebers
4.8.2 Messkonzept zur Kraftmessung am Schieberendanschlag
4.8.3 Versuchsdurchführung in der Versuchspresse
4.9 Verformungsanalysen der Schieber
4.10 Akustische Analysen der Schieber
4.11 Dauerversuch mit dem Leichtbauschieber
4.12 Ergebnistransfer
4.12.1 Gestaltungsrichtlinien für Leichtbauschieber
4.13 Kostenabschätzung
4.13.1 Übertragbarkeit auf große Schieber
5 Nutzung und Verwertung der erzielten Forschungsergebnisse
5.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
5.2 Innovativer Beitrag der erzielten Ergebnisse
5.3 Industrielle Anwendungsmöglichkeiten
6 Literaturverzeichnis
