L&G Software hat zuerst ein mathematisches Berechnungsmodell für pneumatische Zylinder mit Dämpfungen entwickelt, welches in der Folge in ein Simulationsmodell des bestehenden Kreuzlegers implementiert wurde. Durch Vergleich mit realen Messungen am Objekt wurden die Dämpfer im Simulationsmodell schliesslich eingestellt bzw. geeicht. Anschliessend wurden diese Dämpfer und ihre Einstellungen in einem Simulationsmodell des neuen Kreuzlegers implementiert. Verschiedene Angriffspunkte bzw. Hebelarme für den Zylinder ergeben unterschiedliche Geschwindigkeitsverläufe der Bewegung.

Müller Martini Zofingen Schweiz

Optimierung eines einfachen mech. Systems

Müller Martini ist Hersteller von Druckverarbeitungssystemen. Im Jahre 2003 wurde ein neuer Kreuzleger entwickelt, welcher seinen Vorgänger ablösen und bezüglich seiner Leistung überbieten soll. Ein Kreuzleger ist ein Gerät, welches herunterfallende Druckprodukte mittels Gabeln auffängt, sammelt und anschliessend gebündelt wieder freigibt. Wie bei vielen technischen Entwicklungen ist das Ziel der Entwicklung eine maximale Leistung verbunden mit einer akzeptablen Lebensdauer und minimalen Kosten des Systems. Kritische Komponenten des Kreuzlegers sind zwei Fangarme, welche mit hydraulischen Zylindern möglichst schnell geöffnet und geschlossen werden müssen. Um die sog. Totzeiten minimal zu halten.

Was das Beispiel zeigt:

Auch scheinbar einfache mechanische Systeme können ohne entsprechende Simulations Tools oft nicht ohne weiteres optimiert werden. Zumindest nicht im Planungsstadium. Sind mehrere variable Einflüsse im Spiel, wird das Problem schnell vielschichtig und ist für einfache analytische Berechnungen nicht mehr zugänglich.

Während das Design des Gerätes in seiner Grundform definiert war, stellte sich dem Engineering die Frage bezüglich den optimalsten Hebelarmen bzw. Angriffspunkten für die pneumatischen Zylinder welche die Gabeln betätigen. Diese Frage ist deshalb nicht so trivial, weil die pneumatischen Zylinder ihrerseits eine geschwindigkeitsabhängige Weg- und Endlagendämpfung besitzen. Die während der beschleunigten und verzögerten Bewegung wirkenden Kräfte sind folglich eine Summe von trägen Massen und mehreren geschwindigkeitsabhängigen Dämpfungseffekten. Es stellte sich die Frage nach dem optimalen Angriffspunkt im Rahmen der erlaubten maximalen Kräfte in den Gelenken.
Die Simulation zeigt alle Schwingungen und Vibrationen. Mit einer Parameterstudie wurde schliesslich der optimale Angriffspunkt für die pneumatischen Zylinder gefunden. Die folgende Abb. zeigt die Oeffnungszeiten als Funktion des Hebelarms für drei verschiedene pneumatische Zylinder.
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