Projekt: Exzenterpresse

[hpf]

Berechnung der Kenngrößen

Hallo,

Baldun hat ein Excelsheet zusammengestellt, mit dem man die Kenngrößen einer Exzenterpresse berechnen kann. Da er (noch?) kein Fördermitglied ist, stelle ich es für ihn ein.

Gruß
Harald

P.S.: .xls gehen nicht zum Anhängen, musste ein .zip daraus machen

 

[Balduin]

Excelsheet

@Harald Danke
gehst du zum Schmiedetreffen am 17/18 März?@

Hallo freunde des heissen Eisens

Ich habe zwei Tabellenblätter zusammengestell.
So kann jeder ein wenig mit den Parametern spielen.
Es wird schnell klar, welche Kräfte wirken.
- Es währe wünschens wert, wenn jemand es überprüft.
- Es soll eine Grundlage für das weitere Vorgehen sein.
Das Vorprojektierung der Exzenterpresse kan beginnen.

Kann man sich mit einer Fördermitgliedschaft das
Anhängen von Dateien erkaufen?


Gruss Balduin

 

[Damastos]

100 N/mm³ richtig?

Hallo,

ist die Kenngröße 100 N/mm² (in der Tabelle von Balduin) als benötigte Pressung zum Fließen richtig? Ich hab da einen zugegebenermaßen schon etwas älteren Scan mit älteren Einheiten, das Walzen war aber auch damals schon erfunden:

Widerstand beim Warmwalzen

Danach bräuchte man dreimal mehr Bums. Hat jemand andere verlässliche Informationen? Ich denke Pressen unterscheidet sich vom Walzen nicht grundsätzlich.

@ hpf: Abgucken runterskaliert natürlich. Die arbeiten soweit ich weiß mit Pleueln die einen Schlitten bewegen.

Auch wenn man die Pressenkraft von Hatebur auf den möglichen Durchmesser bezieht kommt man auf ca. 350 N/mm² bis 650N/mm² mögliche Presskraft! Bei denen handelt es sich aber um Schmieden im geschlossenen Gesenk und Formfüllung bis in die Ecken ist ein Thema das nur mit Kraft und mehr Kraft zu lösen ist. Das brauchen wir zum Freiformschmieden nicht. Wahrscheinlich ist deshalb die benötigte Flächenpressung geringer. Praxiswerte von einer kleinen Schmiedepresse zum Freiformschmieden konnte ich aber nicht finden.

Mit diesem Wert steht und fällt aber die Konstruktion, bzw die Gesenkgröße muß dementsprechend angepasst werden.

Grüße

 

[hpf]

Formänderungsfestigkeit?

Hallo,

ich habe noch ein Problem mit der „Formänderungsfestigkeit“. Die Einheiten sind N/mm^2, also ist es eine Kraft, die auf eine Fläche wirkt oder von dieser Fläche ausgeht.
Balduin, Du benutzt diese Kenngröße, um die Kraft zu berechnen, die bei einer bestimmten Gesenkfläche nötig ist (Excelsheet, 1.1). Mir fehlt aber darin irgendwie die Geschwindigkeit.
Wenn ich nämlich mit einer kleineren Kraft drücke, müsste sich doch der Werkstoff auch schon verformen, nur eben langsamer. Drücke ich mit mehr Kraft, dann müsste die Verformung schneller sein.
Warum spielt die Geschwindigkeit bei der Berechnung keine Rolle?

Gruß
Harald

 

[hpf]

@Damastos
Ja, war schon klar. Ich konnte mir den Kommentar bei der Größe der Maschine einfach nicht verkneifen.

 

[Balduin]

Formänderungsfestigkeit

Hallo Harald

Es ist die Fliessspannung die deinem Gesenk entgegenwirkt.
Sie ist abhängig von der Temperatur, Umformgeschwindigkeit, und vom Umformgrad.

Die Umformgeschwindigkeit und den Umformgrad
habe ich weggelassen.
Diese beiden Grössen kenne ich im Moment von der Presse noch nicht.

Die Geschwindigkeit mit der du auf das Material einwirkst ist die Umformgeschwindigkeit je langsamer desto kleiner ist der Widerstand.

Der Umformgrad hängt mit Formänderung vor und nach dem Pressvorgang zusammen.

Damit du die Zusammenhänge klarer siehst lade das Demoprogram herunter [/URL] www.ima-dresden.de/wiamde/download.htm
Wähle den Stahl 1.4571 und nachher Fliesskurven (Fliessspannung) der Massivumformung (Stauchversuch)

Gruss Balduin

 

[newtoolsmith]

@Guenter:

Stimmt, ABER:

die Säulen haben laut Skize etwa 900mm Länge.

Wenn ich eine effektive Arbeitsfläche von 10x50mm annehme und 100N/mm² an Formänderungswiderstand, so ergibt das 50kN. Wird an jeder der Säulen gleichmäßig gezogen, so sind das 12,5kN pro Säule.

Der E-Modul liegt bei 210000N/mm² - völlig egal welchen Stahl man nimmt (stimmt zumindest fast). Mit E=Spannung/Dehnung und mit Dehnung=dL/L bekommt man dL=Spannung/(E/L).

Mit Spannung = 12,5kN/625mm² = 20N/mm²
L = 900mm
E = 210000N/mm²

ergibt sich dL = 0,09mm als Verlängerung der Säule bei jedem Arbeitstakt.

Also knapp ein Zehntel - wobei die 50kN Arbeitskraft auch gering angesetzt sind. Ich könnte mir vorstellen, ohne das hier durchrechnen zu wollen, dass man bei Beanspruchung bis an die Leistungsgrenze des Motors die Säulen um über einen Millimeter dehnt. Hinzu kommt noch die Durchbiegung der TRaverse bzw. Excenterwelle, untere Gesenklagerung ... ImZweifelsfalle bleibt dann vom Excenterhub nicht mehr viel übrig.**

Ich persönlich halte das für ungünstig - um nicht zu sagen inakzeptabel.

Aber auch hier gilt: wer heilt hat Recht.

**Tragende Teile sehr kurz zu konstruieren wirkt hier Wunder.

MfG
newtoolsmith

 

[Balduin]

Projekt Exzenterpresse Excelblatt 1

@newtoolsmith
Danke für den Tipp mit den kurzen Säulen.

Ich habe mit Harald schon ein paar Mails ausgetauscht.
Fakt ist Harald möchte eine Presse bauen, aber hat vom Maschinenbau soviel Ahnung wie ich vom Programmieren.

Um Klarheit zu schaffen habe ich das Excelblatt 1:
Berechnung der Kenngrössen .... geschrieben.

Da kann jeder verschiedene Varianten der
- Gesenkfläche
- Umformstrecke
- Hubzahl
austesten.

Als Resultat bekommt er die :
- Umformkraft (die nötig ist um das Werkstück zu verformen)
- Umformarbeit
- Antriebsmotorenleistung
So wird schnell klar in welche Richtung die Reise geht. Kleinere Schmiedefläche kleinere Hubzahl oder grösserer Motor.

Der grösste Unsicherheitsfaktor ist die Fliessspannung
Hier ein Beispiel des Werkstoff 1.0503 - C45 Datenquelle ist das Demoprogramm WIAM-METALLINFO siehe weiter oben.

Temperatur C°......N/mm2
20..................950
100.................900
200.................850
300.................800
400.................800
500.................750
600.................575
700.................400
800.................300
900.................240
1000................175
1100................125
1200................100

100 N/mm2 sind wohl ander unteren Grenze.

Fortsetzung folgt. (muss ja fürs Einfügen der Anhänge 50 Beiträge erreichen)

PS. Schlage in der Zwischenzeit ein Brainstorming vor, mit demThema:
Höhenverstellung unteres Gesenk, es darf auch das obere sein.
Konstante Arbeitshöhe ist auch nicht zu verachten.
Nur Mut lasst die Ideen fliessen. Harald hat schon einpaar Vorschläge gemacht.

Gruss Balduin

 

[newtoolsmith]

@Balduin:

Kleinere Hubzahl? Nee - größerer Motor!!

Mann, mann, erst hab ich ja gedacht, ich hätte jetzt mal etwas zu sehr auf die K.... gehauen - aber wenn die 100N/mm² die unterste Grenze sind, dann sind meine GEdankengänge noch nicht mal so sehr aus der Luft gegriffen und meine Zweifel berechtigt.

Nochmal an Guenter (damit er mir nicht so böse ist): In Sachen Festigkeit hast du natürlich recht - selbst ein S235 hält das zehnfache dessen, was ich zu Grunde gelegt habe. Wenn nur die elastische Dehnung nicht wäre...

Wir müssen also mit 200...250N/mm² rechnen und bekommen dann mindestens die doppelte Dehnung (verglichen mit der vorangegangenen Rechnung).

Man soll übrigens nicht für möglich halten, wie stark sich auch eine Traverse durchbiegen kann - je nach Konstruktion. Auch hier machts die geschickte Geometrie!!

Zur Gesenkverstellung ist mir noch keine Lösung eingefallen, die mich zufrieden stellen könnte. Es sollte nämlich eine Möglichkeit integriert sein, die GEsenke parallel auszurichten... - aber, ich arbeite daran...


MfG
newtoolsmith

 

[Balduin]

@ newtoolsmith

Grösserer Motor ja, aber da macht meine Steckdose nicht mit 220V - 10A.
Habe übrigen hier
http://www.machinestock.com/site/msdatasheet.php?lang=de&machineno=1005-12383 Excenterpressen gefunden.
Mich verblüfft wie klein die Antriebsleistung ist.
Über die Dimensionierung des Pressengestell mache ich mir noch keine Gedanken, alles zu seiner Zeit.
Wie meinst du das die Gesenke paralell ausrichten?

Harald ist am Zug.
Er muss die Eckdaten der Presse bekannt geben. Vorallem die Antriebsleistung der Rest ergibt sich von allein.



Gruss Balduin

 

[hpf]

Hmm, ich bin gerade noch dabei den Stoff zu verarbeiten, den ihr hier uns so um die Ohren haut, vor allem Du, Balduin (was ich toll finde, vor allem immer mit Hintergrundinfo )
Sieht so aus, wie wenn ich das mit der Fließspannung kapiert habe. Ich kam auch zu dem Ergebnis, dass die 100N/mm^2 zu niedrig ist; das man eher so 250N/mm^2 annehmen muß.
Im Moment bin ich dabei, die Formeln zur Berechnung genauer anzugucken.
Was ich mich z. B. frage, ist, aus was setzt sich die Konstante "9550" bei der Berechnung der Umformleistung zusammen?
Weiterhin ist mir aufgefallen, dass die meiste Zeit der Motor nichts zu tun hat . Wenn wird max. nur im halben Hub Arbeit zur Umformung verrichtet. Wenn man an die "Druckgrenze" der Maschine gehen will, dann muß man möglichst nahe an UT gehen. Dann wird aber der Weg/die Zeit, bei dem/der der Motor arbeit verrichten muß recht klein.
Für diesen kleinen Zeit-/Wegabschnitt muß aber die Leistungsfähigkeit des Motors auslegt werden.
Die Fragen die ich nun habe, sind:
1. Wo spiegelt sich dieses Tatsache in der Berechnung der Leistung des Motors wieder? (Ich meine das Excelsheet)
2. Welche "Drehmomentspeicher" gibt es in der Mechanik, die man hier einsetzen könnte, damit man den Motor kleiner dimensionieren kann? Schwungrad fällt mir so ein. (Jetzt verstehe ich auch die Frage in einer Mail von Dir Balduin: Schwungrad oder größerer Motor?)

Gruß
Harald

 

[Balduin]

@ Harald
Da ist einer spät ins Bett gekommen.

Du holst meinen Vorsprung mit riesen Schritten ein.
Ich hatte eine unruhige Nacht, frei nach meiner Fussnote.
Die Erklärung mit dem Schwungrad habe ich.
Das Excelsheet folgt.
Energiespeicher da währen:...... nein nein 3 weiss ich bestimmt.
Doch einen verrate ich.
Bei den alten Kuckucksuhren nicht die neuen mit Batterien ( mist jetz werden es zwei). Da wird Energie in Form der Gewichte gespeichert. Portionenweise über das Uhrwerk an die Zeiger weitergeleitet. Einmal geladen und schon läuft die Uhr einen Monat.

Los Freunde des heissen Eisen, das ist die Chance beim Projekt Excenterpresse dabei zu sein.

Gruss Balduin

 

[newtoolsmith]

Ja, Ja, bin ja schon dabei!!

Ein Schwungrad ist wohl das einzige, was sich hierumsetzen ließe, vor der Untersetzung montiert. Alles andere, Potentialspeicher, Federspeicher, etc, halte ich für ungeeignet. Der Anker des Motors bildet ja auch schon ein Schwungrad. Wenn ich so darüber nachdenke, gar keine schlechte Idee.

Vielleicht könnte man, falls z.B. ein Riementrieb zum Einsatz kommt, die Riemenscheibe für die Motorwelle als Schwungrad ausführen. Recht einfach, wenn man eine Drehmaschine hat und auch die Passfedernut gestoßen kriegt.

Hohe Drjzahlen begnügen sich mit kleineren Schwungscheiben.

Die Presse zu der der Link führt hat ja auch eine Schwungscheibe - und frag nicht nach Sonnenschein...


MfG
newtoolsmith

 

[Balduin]

Exzenterpresse - Schwungrad

@ newtoolsmith
Ich versuche die "Konstruktionsproblematik" allgemein verständlich zu erklären. Um Harald und den Nachbauern einen Einblick in den Konstruktionsalltag zu ermöglichen. Wie es scheind, ist das Thema doch eher etwas für Spezialisten.

@ Harald und Nachbauer
Warum ein Schwungrad?
1/4 einer Umdrehung arbeitet der Motor unter Volllast und 3/4 ruht er sich aus. Diese Energie der 3/4 Umdrehung müssen wir in einem Schwungrad speichern.
Schwungrad das ist klar, nur wo im Antriebstrang?

Da wir aus Kostengründen und der Einfachheit der Presse auf eine Kupplung verzichten müssen. Schlage ich auch als Einbauort direkt nach dem Motor vor.
Vorteil
- kleine Masse .
- die Schwerpunktlage der Presse ist tief (auch im Hinblick auf eine mehrteilige Konstruktion für den Transport).
Nachteil
- Beim blockieren (Überlasten) der Presse muss der Antriebsstrang die ganze Energie des Schwungrades übernehmen.
Gruss
Balduin

 

[Balduin]

Zusammenfassung möglicher Energiespeicher

Hallo allerseits

Als mögliche Energiespeicher währen also:

- Potentialspeicher - aufgehängtes Gewicht - zB. Fallhammer
- Chemische Speicher - zB. Autobatterie (Sonnenschein)
- Dampf - Dampfmaschine
- Federspeicher - Stossdämpfer - zB ( Rückhub der Presse)
- Hydrostatischer Speicher - Hydraulik - Oeldruckspeicher
- Pneumatkspeicher - zB. Druckluftspeicher am Kompressor
- Dynamischer Speicher - zB. Schwungrad an einer Exzenterpresse

@ newtoolsmith
Komm sende mir vorab Informationen (Mail).
Ich überlege mir gerade die Einkaufsliste für Harald, wenn er das nächstemal auf den Schrottplatz geht.
@ Dex
Sehe ich das Richtig deine Presse hat keine Stösselstange? Du drückst direkt auf die " Gesenkhalteplatte". Der Rückhub geht über eine Zugfeder?
Klevere Idee spart ein Bauteil.
Könntest du für das Exzenterprojekt als Abschluss ein 3D-Model erstellen?

Gruss Balduin

PS Michael zeigs ihnen.

 

[hpf]

Schwungrad

Ich versuche mal zu formulieren, was mir am Schwungrad prinzipiell nicht so ganz gefällt:

Ein Elektromotor wird so ausgelegt, dass bis zu einer bestimmten Belastung eine mehr oder weniger konstante Umdrehungszahl hält. Wird diese max. Belastung überschritten, bricht die Umdrehungszahl schnell zusammen. Viel der nun aufgenommenen Energie wird in Wärme umgesetzt. Im Extremfall brennen die Wicklungen durch. Das gilt es also zu vermeiden.

Ein Schwungrad nimmt Energie über die Umdrehung auf. Je mehr Energie es hat, desto größer die Umdrehungszahl. Entziehe ich dem Rad wieder Energie, nimmt die Umdrehungszahl natürlich wieder ab. Der Zusammenhang zwischen Umdrehung und Energie müsste linear sein.

Ich kenne jetzt die Kennlinien eines Elektromotors nicht, aber ich schätze mal, dass die Umdrehungszahl zwischen unbelastet und max. zulässige Belastung um 10% abnimmt. D .h. es kann auch nur 10% der Energie des Schwungrades genutzt werden, bevor die Umdrehungszahl soweit fällt, dass es für den Motor gefährlich wird.

Die Frage, die ich mir nun stelle ist, kann man diesen nutzbaren Energiebereich des Schwungrades vergrößern oder anders formuliert: bekommt man die Energiespeicherung des Rades nichtlinear hin. Schafft man es z.B. irgendwie, bei 10% Reduzierung der Umdrehung, 50% der Energie dem Rad zu entziehen.
Vorstellen könnte ich mir, dass man Gewichte in das Rad einbaut, die mit Federn in Richtung Mittelpunkt gezogen werden. Wird nun die Umdrehung erhöht, werden die Gewichte nach außen gedrückt und der Zuwachs der Umdrehung wird gebremst. Damit müsste man doch eine Nichtlinearität von Umdrehungen zu Energie schaffen können.

Was meint Ihr zu meiner „Spezialtheorie“? Ich weiß, ich stelle mal wieder bewährte Prinzipien in Frage und dass auch noch als Fachfremder. Man möge es mir verzeihen

Gruß
Harald

 

[newtoolsmith]

@hpf:

Ich glaube, jetzt schießt du etwas übers Ziel hinaus.

Die Schwungscheibe soll ja nur die Lastart des Motors etwas gleichmäßiger machen, damit die Ströme im Arbeitszyklus nicht so groß werden.

@Balduin:

Was für Infos?

Kannst natürlich alles benötigte bekommen.

MfG
newtoolsmith

 

[Balduin]

@ newtoolsmith
Die Info über die paralele Gesenkverstellung.

Gruss Balduin

 

[Balduin]

Vorschlag Schwungrad

Hallo Freunde des heißen Eisens

Habe für das Schwungrad einen Lösungsvorschlag, zugegeben ein etwas verwegenen.

Man nehme:
Einen Achsschenkel eines Autos mit Felge und Reifen. Wichtig mit funktionierte Trommelbremse (Handbremse).
1. Mit der Bremse hat man eine Möglichkeit das ganze zu stoppen. Gewicht aufhängen. Im Notfall über eine Reisleine die potentionelle Energie freisetzen und über ein Gestänge an die Bremse leiten.
2. Kostengünstig vom Schrottplatz
3. Das Verwegene
Reifen mit Wasserfüllen (im Winter mit Frostschutz).
- Menge könnte variiert werden je nach gewünschter Speicherenergie.
- Auswuchten wird sich das System von selbst.
- Unsicherheit wann zerplatzt der Reifen und wir gehen Baden.
- Feiglinge schrauben statt Felge mit Reifen eine Riemenscheibe und Zusatzgewichte an die Bremstrommel.

Wie findet Ihr diese Idee ?

mit freundlichen Grüssen
Balduin

 

[hpf]

Hallo Balduin,

interessant finde ich die Idee auf jeden Fall. Aus wuchten kann man das Rad auch noch auf einfache Art lassen
Ich sehe nur das Problem, dass mit Wasser füllen nichts bringen wird. Es wird ein Weilchen dauern (wenn überhaupt) bis das Wasser "mitläuft" und wenn das Rad selbst steht, rauscht das Wasser noch weiter. Wenn, dann müßte man einzelne Tanks oder Segmente einbauen.

Gruß
Harald

P.S.: über die "Unsicherheit" mußte ich lachen