Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Minimierung von Schwingungen in der Transferbewegung mittels autoadaptiver Sollkinematik-Vorgabe

Für den Teiletransport zwischen aufeinander folgenden Umformprozessen zur Herstellung von komplexen Blechwerkstücken auf Stufenpressen werden Transfersysteme unterschiedlicher Bauarten verwendet. Aufgrund der hohen Beschleunigungen des Transferantriebs, welche bei hohen Hubzahlen erforderlich sind, kommt es häufig zur Schwingungsanregungen der Transfersysteme. Infolge dessen kann es zu Positionierungenauigkeiten oder gar zu einem Herausfallen der Werkstücke aus der Transportvorrichtung kommen. Diese Problematik besteht besonders bei Transfersystemen in Servopressen, da die für den Transportvorgang pro Hub zur Verfügung stehenden Zeiten bei einer Servopresse aufgrund des beschleunigten Rückhubs und potentiell des Pendelhubbetriebs im Vergleich mit mechanischen Pressen geringer sind. Um den Transportvorgang bei hohen Geschwindigkeiten zu stabilisieren und somit die Produktivität der Anlagen zu erhöhen, wird im geplanten Vorhaben ein Verfahren zur autoadaptiven Schwingungsminimierung erforscht. Mittels eines auf evolutionären Ansätzen arbeitenden Algorithmus‘ werden antriebsseitig Interferenzschwingungen erzeugt, welche mit den prozessbedingten Schwingungen überlagert werden. Für die experimentellen Versuche wird ein Transferdemonstrator in Zusammenarbeit mit dem PA konstruiert, gefertigt und in Betrieb genommen. Anschließend erfolgt die Entwicklung von Regelungsstrategien zur Schwingungsreduktion an einem Mehrkörpersimulationsmodell des Transferdemonstrators. Um Abweichungen zwischen Modell und realer Maschine hinsichtlich des Schwingverhaltens bei unterschiedlichen Transportgeschwindigkeiten abzugleichen, werden Schwingungsmessungen am realen Transferdemonstrator mittels eines optischen Messsystems durchgeführt. Die aus den Messungen hervorgehenden Ergebnisse werden zur Validierung des Simulationsmodells verwendet. Nach der simulationsbasierten Schwingungsreduktion am Modell wird das Verfahren am realen Transferdemonstrator erprobt und optimiert.

Ergebniszusammenfassung:

Als wissenschaftliches Ergebnis wurde eine Methodik zur Minimierung von Schwingungen in der Transferbewegung entwickelt. Innovativ ist hierbei der Einsatz eines autoadaptiven Regelungsansatzes auf Basis eines evolutionären Optimierungsalgorithmus. Es wurde gezeigt, dass mit dem Verfahren eine signifikante Reduktion der Schwingungen der Transferbalken erreicht werden kann.

Als technisches Ergebnis ist ein Mehrkörpersimulationsmodell eines Transfersystems entstanden, mit dem die zielführende Wirkung der Methodik virtuell nachgewiesen werden konnte. Bei der Modellierung wurde eine hohe Übereinstimmung hinsichtlich der dynamischen Eigenschaften zwischen Simulationsmodell und realem Transfersystem erreicht. Da jedes industrielle Transfersystem über ein separates Steuerungs- / Regelungsprogramm verfügt, sind im Vorhaben Voraussetzungen herausgestellt worden, die es zur Implementierung der Methodik in Steuerungsprogramme industrieller Transfersysteme zu erfüllen gilt.

Die erzielten Ergebnisse tragen zur zukünftigen Optimierung von Transfersystemen bei, so dass die Ausbringungsrate von bestehenden mehrstufigen Umformanlagen gesteigert werden kann. Eine sich daraus ergebende Kosteneinsparung führt zu einer Erhöhung der Wertschöpfung und Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen.