Eine flexible Serienfertigung von großen Stückzahlen reduziert die Kosten, so dass das Endprodukt für den Kunden erschwinglich bleibt. Um diese Fertigungskosten gering zu halten, laufen die Fertigungsanlagen für Automobile in der Regel dreischichtig an 300 Tagen im Jahr. Ungeplante Stillstandzeiten sind bei diesen Fertigungslinien ein extremer Kostenfaktor, da nicht nur eine einzelne Fertigungseinheit, sondern auch die nachgelagerte Produktion von einem Stillstand betroffen ist. Eine hohe Verfügbarkeit ist daher ein wesentlicher Faktor bei der Auslegung der Produktionsanlage.
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Dies bezieht sich auch auf die Werkzeugmaschinen, die für die Herstellung der Motoren und anderer Antriebskomponenten eingesetzt werden. Hier wird in der Regel eine technische Verfügbarkeit von über 98 % erwartet. Dementsprechend ist jede Komponente in der Werkzeugmaschine auszulegen. Für das Hydraulikaggregat bedeutet dies, dass neben einer langen Lebensdauer und langen Wartungsintervallen keine unvorhersehbaren Ausfälle auftreten dürfen.
Für Bearbeitungszentren und andere Werkzeugmaschinen liefert Hawe Hydraulik vorzugsweise Aggregate, die im Abschaltbetrieb laufen. Das Aggregat lädt also einen Hydraulikspeicher auf und schaltet dann ab. Das Hydrauliksystem wird aus dem Speicher heraus versorgt, und das Aggregat läuft erst dann wieder an, wenn der Druck im Speicher gefallen ist. So läuft das Aggregat meist nur 20 % der Maschinenlaufzeit – was Wartungsintervalle und Lebensdauer des Aggregats beachtlich verlängert. Die Systemversorgung aus dem Speicher bringt zudem einen weiteren Vorteil mit sich: kurzfristig kann ein sehr hoher Volumenstrom zur Verfügung gestellt werden. Motor und Pumpe müssen nicht nach dem Spitzenbedarf bemessen werden, was sich positiv auf die Dimensionierung der Stromversorgung der Maschine auswirkt.
Der Abschaltbetrieb funktioniert besonders gut, wenn das Hydrauliksystem mit leckagefreien Sitzventilen ausgerüstet ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schieberventilen tritt bei dieser Technologie keine interne Leckage auf – d. h. die hydraulische Energie geht nicht im System verloren. Daraus ergibt sich ein weiterer, entscheidender Vorteil des Abschaltbetriebs mit Sitzventiltechnik. Gegenüber konventionellen Aggregaten, die im Durchlaufbetrieb arbeiten und bei denen an den Ventilen interne Verluste auftreten, kann bis zu 80 % der Antriebsenergie eingespart werden. Bei den derzeitigen Energiekosten können somit an einem Aggregat mit 1,5 kW Antriebsmotor im Jahr 700 € eingespart werden. In einer Automobilfertigung, in der hunderte von Werkzeugmaschinen im Einsatz sind, ist das ein wesentlicher Faktor. Auch wenn sich der Ölpreis derzeit auf einem Tiefststand befindet, so ist davon auszugehen, dass mittelfristig die Energiekosten weiter steigen werden.
Das ist nur das direkte Einsparpotenzial. Aggregate im Abschaltbetrieb erzeugen darüber hinaus deutlich weniger Abwärme. Energie kann also auch bei der Maschinen- bzw. Hallenkühlung eingespart werden. Zudem erlaubt der Abschaltbetrieb, den Ölbehälter deutlich kleiner auszulegen – denn das Ölvolumen kann auf 10 l reduziert werden. Zusammen mit dem verlängerten Wartungsintervall ergibt sich ein weiteres Einsparpotenzial von rund 100 € pro Jahr und pro Maschine.
Nicht zu vergessen ist auch: Da das Aggregat nur ca. 20 % der Zeit läuft, verlängert sich die Lebensdauer von Motor, Pumpe und allen bewegten Komponenten um den entsprechenden Faktor. In den meisten Fällen wird die Lebensdauer der Komponenten im Aggregat die Lebensdauer der Maschine selbst überschreiten. Reparaturen aufgrund von Verschleiß sind damit hinfällig.
Störungen lassen sich auch mit dem besten System nicht vollständig ausschließen. Wichtig ist dann, dass etwaige Probleme frühzeitig signalisiert werden. So ist ein Eingreifen möglich, bevor es zum Stillstand der Maschine kommt.
Für Hydraulikaggregate in der Automobilindustrie ist daher vorgeschrieben, dass alle Sensoren, die auf eine Störung hinweisen können, eine Vorwarnmeldung ausgeben, bevor eine endgültige Störungsmeldung die Maschine abschaltet. Dies betrifft zunächst die Verschmutzungsanzeige des Filters: Ist dieser zu 75 % verschmutzt, wird die Vorwarnmeldung ausgelöst. Das Aggregat kann problemlos weiterlaufen, und bei der nächsten geplanten Stillstandzeit wird der Filter durch die Instandhaltung gewechselt. Gleiches gilt auch für die Temperaturüberwachung und die Überwachung des Ölstands. Auch hier gibt es entsprechende Vorwarnungen, die sicherstellen, dass Maßnahmen ergriffen werden können, bevor das Aggregat und damit die Maschine stillsteht.
Die Forderungen der Automobilindustrie wurden von Hawe Hydraulik in dem bewährten Kompakt Pumpenaggregat Typ HKF umgesetzt. Auch die Hardware-Schnittstellen entsprechen dem Standard der Automobilhersteller. So kann das Aggregat über einen Harting-Stecker schnell an die Werkzeugmaschine angeschlossen werden. Die Sensoren sind über M12-Stecker verbunden. Dies bringt insbesondere dann Vorteile, wenn ein Austausch des Aggregats vorgenommen werden muss. Verdrahtungsarbeiten sind dabei nicht nötig, so dass auf den Einsatz von Elektro-Fachpersonal verzichtet werden kann.
Um sicherzustellen, dass das Aggregat ausschließlich mit sauberem, gefilterten Öl befüllt wird, ist eine Befüllkupplung vorgesehen. Hydrauliköl kann damit nur über ein Befüllsystem eingefüllt werden, in dem ein entsprechender Filter integriert ist. Auch dies entspricht ebenfalls dem Standard der Automobilindustrie. Die Handhabung ist einfach, schnell und sauber.
Wie bereits beschrieben, ist das Aggregat für den energieeffizienten Abschaltbetrieb ausgelegt. Jedoch sind ausreichend Leistungsreserven vorhanden, die auch bei einer Erhöhung der Maschinentaktzeiten oder bei internen Leckagen einen störungsfreien Betrieb sicherstellen. Letztendlich kann das Aggregat auch im Dauerbetrieb laufen – der Effizienzvorteil ist dann natürlich dahin.
Auch die leckagefreien Sitzventile von Hawe Hydraulik halten sich an den Automobilindustrie-Standard. Es werden Ventile vom Typ NBVP in Nenngröße 6 mit einem Cetop 3-Anschlussbild vorgesehen. Eine Austauschbarkeit mit konventioneller Ventiltechnik ist damit gegeben. Neben den Sitzventilen sind auch Zwischenplatten mit Druckregelventilen vorgesehen, die ebenfalls leckagefrei ausgeführt sind.
Die Wege-Sitzventile sind auch in 8-Watt-Technik verfügbar. Grund hierfür ist weniger die verringerte Energieaufnahme gegenüber konventionellen Ventilmagneten mit etwa 30 Watt Leistungsaufnahme. Viel eher geht es darum, dass die 8-Watt-Ventile eine direkte Anbindung an einen Bus oder eine SPS erlauben. Es sind keine zusätzlichen elektrischen Bauteile (wie z. B. Relais etc.) notwendig und der Montageaufwand wird minimiert.
Hydrauliksysteme von Hawe Hydraulik unterstützen die Kosteneinsparung in der Automobilfertigung somit vielseitig: durch hohe Verfügbarkeit, Energie- und Ressourceneffizienz sowie durch Vorteile bei der Systemintegration.
Hawe Hydraulik SE
Der Autor
Axel Grigoleit,Key Market Manager
Machine Tools Hawe Hydraulik SE.
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