In Werkzeugmaschinen-Konzepten spielt die Hydraulik eine wichtige Rolle. Ihre Vorteile in Bezug auf Kraftdichte, Kompaktheit und aufgelöste Bauweise machen sie zu einer idealen Lösung für Spann- und Klemmaufgaben. Durch die Elektronifizierung hat sie darüber hinaus große Fortschritte bei der Energieeffizienz erzielt und fügt sich mit dezentraler Intelligenz nahtlos in vernetzte Automatisierungsumgebungen ein. Von besonderer Bedeutung ist das Herz des Systems, das Hydraulik-Aggregat.
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Die Anforderungen an ein Aggregat gehen dabei weit über die bloße Erzeugung von Druck und Volumenstrom hinaus. An Hydraulikaggregate für den Maschinenbau werden heute höhere Anforderungen denn je gestellt: Leistungsstark, energieeffizient und schnell verfügbar sollen sie sein, aber auch intelligent, flexibel und dabei natürlich kostengünstig.
Bei Werkzeugmaschinen ist der Bauraum in der Regel sehr begrenzt. Das schränkt die Flexibilität bei Erweiterungen, Modernisierungsmaßnahmen und Umrüstungen erheblich ein. Maschinenbetreiber und -hersteller suchen deshalb nach möglichst kompakten und energieeffizientenSerienaggregaten, die sich leicht in bestehende Systeme integrieren lassen, aber auch bei Neukonstruktionen mit geringem Platzbedarf überzeugen. Werkstücke spannen, klemmen, heben oder schwenken: Bei zahlreichen Hilfsbewegungen bietet die Hydraulik technische und wirtschaftliche Vorteile. Einbaufertige Kompaktaggregate für Werkzeugmaschinen setzen dies konsequent um.
So vereinfacht etwa das autarke Kompaktaggregat CPM-MT von Rexroth die Montage und Inbetriebnahme, da die Verrohrung zu einem zentralen Aggregat entfällt. Bei den speziell für Werkzeugmaschinen optimierten Modulen wird die Energieeffizienz durch Kompaktventile mit geringen Leistungsverlusten und einer Speicher-Lade-Schaltung erhöht. Bei Kompaktaggregaten mit Leistungen im Bereich unter 2,2 kW können je nach Anwendung drehzahlvariable Antriebe eingesetzt werden. Mit dieser Lösung wird bedarfsgerecht die erforderliche hydraulische Leistung erzeugt, das Aggregat arbeitet höchst effizient.
Ein neuartiges Hydraulikaggregat für Werkzeugmaschinen wird Bosch Rexroth auf der Hannover Messe vorstellen. Es ist besonders kompakt, energieeffizient durch einen drehzahlvariablen Pumpenantrieb, benötigt keinen separaten Kühlkreislauf und überwacht sich selbst mit Condition Monitoring. Das einbaufertige Aggregat bietet auf geringstem Einbauraum alle wichtigen Funktionen. Über die Multi-Ethernet-Schnittstelle fügt es sich in vernetzte Strukturen ein und kann per Softwarebefehl auf neue Prozessbedingungen umgestellt werden.
Energieeffiziente Bedarfsregelung
Für das Spannen und Klemmen ist Hydraulik nach wie vor in den meisten Werkzeugmaschinen erste Wahl. Elektrische Spannvorrichtungen benötigen mehr Bauraum, magnetische Lösungen erzeugen starke Störfelder. Aber gerade bei älteren Werkzeugmaschinen und bei einfacheren Ausführungen sind oftmals noch ungeregelte Konstantantriebe im Einsatz. Parallel hat sich der Stand der Technik durch drehzahlvariable Pumpenantriebe, wie sie Rexroth mit der Sytronix-Familie anbietet, längst von herkömmlichen Drosselsteuerungen hin zu energieeffizienten Lösungen verändert.
Bei zyklischen Anwendungen mit unterschiedlichen Lastprofilen passen drehzahlvariable Pumpenantriebe die erzeugte hydraulische Leistung dem tatsächlichen Bedarf an. Antriebsregler senken die Drehzahl bei Teillast bedarfsgerecht ab und gehen bei Nulllast in den Stand-by-Mode. Anwender sparen so – je nach Zykluscharakteristik – bis zu 80 % Energie im Vergleich zu einem Konstantantrieb.
Die bedarfsgerechte Drehzahlregelung hat noch weitere positive Effekte: Die mittlere Geräuschemission von Sytronix liegt um bis zu 20 dB(A) niedriger als bei Antrieben mit konstanter Drehzahl. Damit können Maschinenhersteller bei den Hydraulikaggregaten in vielen Fällen auf die sonst notwendigen Sekundärmaßnahmen zum Schallschutz verzichten. Das verringert die Systemkosten.
Zusätzlich benötigt das Hydrauliksystem durch die Drehzahlregelung eine kleinere Fluidmenge als ein konstant angetriebenes System. Die Folge: Der Behälter fällt kleiner aus, das Aggregat wird kostengünstiger und kompakter. Darüber hinaus sinken die Kosten für das Fluidmanagement, weil bei Medienwechseln weniger Öl ausgetauscht werden muss. Trotz der kleineren Ölmenge kann in vielen Fällen die Kühlung des Öls kleiner dimensioniert werden oder ganz entfallen. Das senkt den Energieverbrauch weiter und spart Platz.
Auch bei maßgeschneiderten Hydraulik-Aggregaten erwarten Maschinenhersteller eine flexible, auf standardisierten Baugruppen basierende Baukastenlösung, um Kosten und Lieferzeit zu optimieren. Die Aggregatebaureihe ABPAC von Rexroth ist ein intelligentes Standard-Aggregat für alle Bereiche, in denen hydraulische Lösungen zum Einsatz kommen und eine Druckversorgungseinheit benötigt wird – in spanenden und umformenden Werkzeugmaschinen genauso wie im allgemeinen Maschinenbau und im Material Handling.
Die Individualisierung wird durch eine hohe Modularisierung in einzelne Baugruppen gewährleistet. Die Varianz wird nahezu ausschließlich in der Montage erzeugt und nicht über auftragsspezifische, aufwändige Schweißkonstruktionen. Gleichzeitig kommen bei ABPAC nahezu ausschließlich Großserienkomponenten mit hoher Verfügbarkeit zum Einsatz. Diese Standardisierung über alle Behältergrößen reduziert den Konstruktions- und Herstellaufwand erheblich und verkürzt die Lieferzeiten.
Für Instandhalter ist es immer eine Gratwanderung: Tauschen sie Bauteile und Betriebsmedien vorbeugend aus, um Ausfällen vorzubeugen, erzeugen sie unnötig Kosten. Reagieren sie nur auf Ausfälle, riskieren sie einen Produktionsstopp mit enormen Kosten.
Anders sieht es aus, wenn Condition-Monitoring-Funktionen die Betriebs- und tatsächlichen Verschleißzustände zuverlässig detektieren. Dann können zustandsabhängig nur die Komponenten und Betriebsmedien vorausschauend ausgetauscht werden, bei denen es wirklich notwendig ist.
Einen solchen Ansatz verfolgt Bosch Rexroth unter anderem bei der Aggregate-Baureihe ABPAC mit dezentralen Condition-Monitoring-Funktionen. Für Visualisierung und Bedienung der Condition-Monitoring-Funktionen sowie der vorausschauenden Wartung in den ABPAC Aggregaten nutzt Rexroth bereits Industrie 4.0 Ansätze. Über eine offene Multi-Ethernet-Schnittstelle verbindet sich die dezentrale Intelligenz mit übergeordneten Steuerungen und Systemen. Diese haben ohne jeden Programmieraufwand Zugriff auf die Daten und Auswertungen.
Das Condition-Monitoring von Rexroth unterstützt auch mobile Bediengeräte wie Smartphones und Tablet-PCs. Über eine von Rexroth programmierte WebApp für Smart Devices greifen Bediener und Instandhalter betriebssystemunabhängig auf die dezentrale Intelligenz zu.
Die Inbetriebnahme des Condition-Monitoring erfolgt über die intuitive Oberfläche der WebApp. Dort stellt der Instandhalter per Fingertipp ein, welche Daten in welcher Form aufbereitet werden sollen. Er definiert, wann und an wen Push-Meldungen erzeugt werden, die ein schnelles Reagieren erfordern. Zukünftig können Bediener nach entsprechender Authentifizierung auch betriebskritische Parameter verändern.
Bosch Rexroth AG
Der Autor
Daniel Müller, Vertrieb Branche Werkzeug-maschinen, Bosch Rexroth AG.
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