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O+P Fluidtechnik 11/2016

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O+P Fluidtechnik 11/2016

ANTRIEBE 04

ANTRIEBE 04 Konventionelle Hydraulik FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG durch Kavitation und höherer Verschleiß. Daraus ergibt sich der Bedarf für ein großes Ölvolumen im Tank (10 000 l), um die Luft im Öl wieder auszuscheiden. VERBESSERTES ANTRIEBSKONZEPT Das neue Hydraulikkonzept beruht auf einer Patenschrift „hydraulische Achse“ von Bosch Rexroth [1]. Dieses Konzept wurde von SMS Group GmbH als Innovation im hydraulischen Pressenbau auf eine 2000-t-Ringrohlingpresse übertragen. Das Prinzip beruht auf drehzahlgeregelten Axialkolbenpumpen, die im geschlossenen Ölkreislauf im Vierquadrantenbetrieb arbeiten. Die Drehzahlregelung erfolgt präzise und hochdynamisch über wassergekühlte Servomotoren (Bild 05). Jeweils vier Motoren bilden einen Antriebsstrang für je einen Zylinder. Dadurch ist ein permanenter Gleichlauf der beiden Zylinder zu jeder Zeit gewährleistet. Durch einen Hilfszylinder (7) wird das Pendelvolumen der Differenzialzylinder (4) aufgenommen. Damit entfällt der Öltank vollständig. Das Gesamtvolumen des Öls in diesem System liegt bei ca. 900 l. Durch die Ventile 5 und 6a wird eine Flächenumschaltung der Zylinder für den Arbeitsgang (Pressen) bzw. Eilgang (Senken und Heben) durchgeführt. Die Pumpe (1) sieht in jeder Bewegungsphase quasi einen Gleichgangzylinder. Das Pendelvolumen des Differenzialzylinders 4 wird durch den Hilfszylinder 7 fast vollständig eliminiert. Beim Pressen (Bild 06, oben) sind die Zylinderflächen groß, daraus resultieren hohe Kräfte bei kleinen Pressgeschwindigkeiten. Beim Eilgang (Bild 06, unten) wirken kleine Flächen, kleine Kräfte und große Geschwindigkeiten. Die Bewegungsumkehr der Presse erfolgt über einen Drehrichtungswechsel der Servoantriebe. Die Vorteile dieses Konzeptes sind: Power on Demand: Während des Pressenstillstands z. B. in den Pausenzeiten für das Werkstückhandling bzw. Kühlung und Schmierung der Werkzeuge stützt sich der Rückzug auf entsprechende Sicherheitsventile ab. Die Servomotoren stehen still (keine Leerlaufverluste). Effiziente Energienutzung: Die potentielle Energie der bewegten Masse wird beim Senken in elektrische Bremsenergie gewandelt. Die Dekompressionsenergie und die elastische Auffederungsenergie des Pressenrahmens werden bei Entlastung ebenfalls in Bremsenergie der Servomotoren umgewandelt. Diese Energie wird im Zwischenkreis der Umrichter gespeichert bzw. durch Rückspeisemodule wieder in das Netz gespeist. Drastische Reduzierung der Ölmengen: Das Ölvolumens wurde 05 Neues Hydraulikkonzept nach [1] von 10 000 l auf ca. 900 l verringert. Durch den geringen Lufteinschluss im Öl wird die Ölqualität verbessert und die Kompressionsverluste werden verringert. Geräuschemission stark reduziert: Durch den kompakten Aufbau ist eine effektive Geräuschkapselung möglich. Bei Stillstand ist die Hydraulik nahezu geräuschlos. 74 O+P Fluidtechnik 11-12/2016

ANTRIEBE Geringer Verrohrungsaufwand: Schnellerer Aufbau und Inbetriebnahme. Geringerer Verschleiß und weniger Wartung. Built-in Condition Monitoring. NEUES STEUERUNGSKONZEPT Die komplexe Steuerungstechnik der Hydraulik wurde in eine intelligente Umrichtertechnik der Elektrik (Bild 07) verlagert. Alle Wechselumrichter zur Ansteuerung der Servomotoren hängen an einem gemeinsamen 750-V-DC-Bus, der von zwei Einspeisegeräten mit Energie versorgt wird. Die Achssteuerung und die Gleichlaufregelung der beiden Zylinder wird von einer Beckhoff CNC ausgeführt, die über einen EtherCAT Bus mit den Wechselumrichtern verbunden ist. Als übergeordnete Steuerung ist eine Siemens SPS im Einsatz. 6 ZUSAMMENFASSUNG Das neue Hydraulikkonzept erfüllt alle Bedingungen für ein EcoPlant Design: n Energieeinsparung > 30 % n Power on Demand, keine Stillstandverluste n Reduktion der benötigten Ölmenge > 80 % n Geräuschemission < 85 dBA n schneller Aufbau und Inbetriebnahme n kompaktes Layout www.sms-group.com Autoren: Dr.-Ing. Ekhard Siemer, SMS Group GmbH, Witten Dr.-Ing. Achim Kluge, Platestahl Umformtechnik GmbH, Lüdenscheid 06 Prinzip der Flächenumschaltung für Pressen/Umformen (oben) sowie für Eilgang-Bewegungen (unten) Literatur: [1] G. Hendrix; Hydraulische Achse, Patenschrift Bosch Rexroth DE10 2011 116 964 A1 07 Steuerungskonzept Pressenantriebe O+P Fluidtechnik 11-12/2016 75

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