Der Aluminimumdruckguss stellt hohe technische Anforderungen und die Konstruktion der Maschinen und die Echtzeitregelung der Hydraulik. Mit dem Giesszylinder soll das flüssige Aluminium schnell und ruckfrei in die Form transportiert werden. Bei Erreichen ein vordefinierten Punktes soll ein hoher Druck möglichst verzugsfrei, aber auch ohne grosse Spitzen gehalten werden. Falls diese Spezifikationen nicht erfüllt werden kann entweder nur mindere Gussqualität erreicht werden, oder es kommt sogar zu Spritzen von Aluminium aus der Form.

Maschinenmodell als Entwicklungsgrundlage

Bei einer Neuentwicklung eine Druckgussmaschinenbaureihe durch die Bühler Druckguss AG hatten wir die Gelegenheit, neue Regelalgorithmen zu entwickeln, zu testen und zu implementieren. Da die neue Maschinengeneration erst in der Entwicklung war, wurde ein dynamisches Modell des Giessvorganges entwickelt, welches das Verhalten des Gieszylinders, die Hydraulik mit Ventilen und Rohleitungen, wie auch das Verhalten des Aluminiums beim Eintritt in die Gussform umfasste.

Auf der Grundlage dieses Modells wurden erste Regelungskonzepte entwickelt und simuliert. Nachdem erste Maschinenprototypen zur Verfügung standen, konnten diese Ideen mit Fast-Prototyping-Tools (Matlab/Simulink/RTW & dSpace) schnell implemeniert und erprobt werden.

Robuste Regelung

Besonders erfolgreich waren robuste Regelungen, welche mit der Methode der Minimierung der H∞-Norm (Loop shaping eines geschlossenen Regelkreises) enworfen wurden. Nach einigen Verbesserungen im Detail wurden die Algorithmen in die Serienproduktion integriert.

Kundennutzen

Die neuen Regelalgorithmen haben grosse Vorteile: Mussten in mühsamer Kleinarbeit vorher Kennlininen ausgemessen und etliche Parameter für jede einzelne Maschine eingestellt werden, kann nun mit einem einzigen Tuning-Parameter das gewünschte dynamische Echtzeitverhalten erzielt werden. Neben der Produktionsvereinfachung konnte auch die Regelgüte auf ein Niveau gehoben werden, welches an der Spitze der Branche liegt. Dies erhöht die Robustheit der Produktion in der Giesserei ungemein, da Störungen wie ungenaue Dosierung und Klemmen des Gieskolbens kompensiert werden.