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O+P Fluidtechnik 4/2017

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O+P Fluidtechnik 4/2017

MESSERÜCKBLICK K

MESSERÜCKBLICK K KUNSTSTOFFMASCHINEN – QUO VADIS HYDRAULIK? PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Vom 19. bis 26. Oktober 2016 wurde in den ausgebuchten Düsseldorfer Messehallen die gesamte Bandbreite der Kunststoffherstellung, Be- und Verarbeitung sowie zugehörige Peripherie in Form von Automatisierungsund Dienstleistungslösungen präsentiert. Die Kunststoffmesse „K“ ist neben ihrer Rolle als Weltleitmesse für den Kunststoff- und Gummimaschinenbau auch ein Barometer für die Umsatzentwicklung der hydraulischen Antriebstechnik in diesem Segment, die sich mit der Etablierung drehzahlvariabler, modularer Lösungen gut am Markt behauptet. Die im dreijährigen Turnus stattfindende „K“ ist ein Magnet für Besucher und Aussteller von allen Kontinenten, was sie zur internationalsten Messe der Welt werden lässt: Die 3285 ausstellenden Unternehmen kommen aus 61, die über 230 000 Besucher aus 160 Nationen der Welt. Deutschland und Europa spielen für die stetig wachsende Branche eine Autor: Dipl.-Ing. Tobias Radermacher ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Fluidtechnik der TU Dresden. Leiter: Prof. Dr.-Ing. J. Weber wichtige Rolle: Deutschland liegt als Herstellerland auf Platz zwei und ist größter Exporteur von Kunststoff- und Kautschukmaschinen: Etwa jede 4. Maschine kommt aus Deutschland; die europäischen Kunststoff- und Gummimaschinenhersteller erwirtschafteten 2015 zusammen 40 % des weltweiten Umsatzes in diesem Segment. Bezogen auf die deutsche Wirtschaft hat die Industrie mit 470 000 Beschäftigten einen Anteil von 6 % an der heimischen Industrieproduktion. Traditionell werden zur „K“ viele Neuheiten vorgestellt: „Die ‚K‘ bestimmt den Innovationszyklus“ so Werner M. Dornscheidt, Vorsitzender der Geschäftsführung der Messe Düsseldorf, die die Messe in den seit Jahren ausgebuchten Hallen am Rhein ausrichtet. Auch die Antriebstechnik als „Herz“ der Maschinen unterliegt dabei immer weiter steigenden Ansprüchen. In den letzten Jahren standen hier die gestiegenen Anforderungen an Geräusch, Energieeffizienz, Reproduzierbarkeit und Lebensdauer im Vordergrund – Faktoren, die die Lebenszykluskosten der Maschinen wesentlich beeinflussen. Auch für die Hydraulik-Entwickler sind diese Themen im Fokus, so dass sich ein Besuch der Messe immer wieder lohnt, um sich über die neusten Entwicklungen der hydraulischen Antriebstechnik zu informieren. Nachdem sich die starke Diskussion um die Konkurrenz von elektromechanischen und hydraulischen Linearantrieben in den letzten Jahren versachlicht hat, haben sich nun auch die Argumente verschoben: Kugelgewindetriebe sind günstiger geworden und weisen längere Standzeiten auf, hydraulische Antriebe sind leiser geworden und haben in Puncto Energieeffizienz aufgeschlossen – alle Antriebskonzepte für Kunststoffmaschinen sind energetisch besser geworden. Was bleibt ist die Qual der Wahl der wirtschaftlichsten Antriebstechnik. Sie lässt sich nur in Abhängigkeit der spezifischen Anwendung beantworten. Einige Entwicklungen im Bereich der Antriebstechnik sollen in diesem Artikel vorgestellt werden. 50 O+P Fluidtechnik 4/2017

ANTRIEBSTECHNIK Bei kleineren Maschinen (Schließkräfte bis 1000 kN) sind häufig hydraulische Antriebskonzepte zu finden. Gründe hierfür sind neben dem geringen Platzbedarf für die Schließeinheit – die hydraulisch angetrieben meist ohne zusätzliche mechanische Übersetzung (Kniehebel o.ä.) auskommt – die Modularität und die geringeren Investitionskosten. Nach Aussage von Gerd Liebig, CEO der Sumitomo Demag SHI, liegt der break even für die Investition einer vollelektrischen Maschine in diesem Bereich bei 15 % Mehrkosten, die der Kunde bereit ist zu bezahlen – was zugleich Entwicklungsziel für die vollelektrischen Maschinen in diesem Bereich sei. Andere Hersteller nennen eine Zeit von zwei bis fünf Jahren, in denen sich die Mehrkosten einer elektromechanischen Maschine durch Energieeinsparungen amortisiert haben müssen. Drehzahlvariable hydraulische Antriebssysteme mit Konstantoder Verstellpumpe sind bei den großen europäischen Herstellern Standard. Sie haben durch eine erheblich verbesserte Effizienz und geringere Geräuschemission diese Art von Antriebssystem konkurrenzfähig gemacht. Im Bereich hydraulischer Maschinen unter 150 t berichtet der österreichische Hersteller Wittmann Battenfeld von steigenden Absatzzahlen. Einen Beitrag zur verringerten Geräuschemission leisten dabei Motor-Pumpe-Kombinationen bei denen die Verdrängereinheit ohne Kupplungsgehäuse direkt mit dem Motor verbunden ist. Dies reduziert die Abstrahlfläche für Körperschall signifikant. Die Konfigurationen – bereits zur K 2013 vorgestellt – sind im asiatischen Markt heute schon verbreitet und finden nun auch Einzug in Maschinen in Europa. Der verminderte Körperschall führt bei Antriebseinheiten bis 200 l/min zur Reduzierung der Geräuschemission auf weniger als 65db(A) bei Volllast. „Mit diesen Einheiten, die von der Geräuschemission vergleichbar mit elektromechanischen Einheiten sind, entkräftet der hydraulische Servoantrieb das Argument der lauten Betriebsgeräusche“ konstatiert Andreas Lechner, Entwicklungsleiter der österreichischen Firma Wittmann-Battenfeld. Die größte Diversität der Antriebstechnik ist im Bereich der Maschinen mittlerer Schließkräfte bis ca. 6500 kN zu finden. Hier sind schnelllaufende Verpackungsmaschinen zu nennen, bei denen das Einspritzen durch die hohen Geschwindigkeiten in Verbindung mit großer Präzision vorwiegend ventilgesteuert aus dem Druckspeicher erfolgt, der bei einigen Herstellern – je nach Anwendung – heute nur noch auf das erforderliche Druckniveau aufgeladen wird, was die Druckverluste reduziert. Des Weiteren sind in diesem Schließkraftbereich Maschinen für technische Teile oder Standardmaschinen für Güter mit geringeren Anforderungen an Präzision und Dynamik zu finden. Neben Hydraulik und Kugelgewindetrieben setzten immer mehr Hersteller auf Zahnstangenantriebe, die in der Konkurrenz mit letzteren vergleichsweise geringere Trägheitsmomente aufweisen, je größer die aufzubringenden Kräfte werden. Ein Beispiel für diese im Spritzgießmaschinenbereich relativ junge Antriebstechnik sind Getriebe der Firma Knödler, bei denen Synchronmotoren mit Drehzahlen von über 4000 U/min die geforderte Dynamik bereitstellen. Systeme dieser Art werden aktuell in Maschinen der Firmen Battenfeld, Millacron, Storck und Romi in Schließ-, Spritz- und Plastifiziereinheiten sowie den Auswerfern verbaut. Als Vorteile werden hier die geringeren Trägheitsmomente sowie der gute Wirkungsgrad von 95 % genannt, mit denen die Antriebe Kräfte von über 1000 kN bei Geschwindigkeiten von bis zu 600 mm/s aufbringen können. Die großen Kräfte werden dabei über einen achtfachen Eingriff der Getriebezähne in die Zahnstange übertragen. In naher Zukunft werden Kniehebel-Schließeinheiten mit 10 000 kN Schließkraft mit Zahnstangenantrieben dieser Bauart ausgestattet werden. Während große Gewindetriebe durch die prinzipbedingt geringe Wärmeabfuhr unter Öl laufen, ist die Wärmeentwicklung bei Zahnstangenantrieben geringer. Bei den Großmaschinen über 6500 kN Schließkraft setzt die überwiegende Mehrzahl der Hersteller auf hydraulische Antriebs- FULLY LOADED Optimierte Leistung. Reduzierter Energiebedarf. Weniger Platz.Verkürzte Einbauzeit. Erhöhte Zuverlässigkeit. Nutzen Sie einen individuellen HydraForce Steuerblock für Ihre Maschine. Durch unsere moderne Fertigungstechnologie treffen wir exakt Ihre Anforderungen. Und wir bieten Ihnen eine schnelle Umsetzung sowie unsere Unterstützung vom Entwurf bis zur Serie. Für mehr Informationen, besuchen Sie hydraforce.com, Oder mailen Sie uns unter Sales@hydraforce.com Lincolnshire, IL, USA +1 847-793-2300 Birmingham, UK +44 121 333 1800 Changzhou, China +86 519 6988 1200 hydraforce.com Eussenheim, GER +49 9353 9855 86 Karlsruhe, GER +49 721 2048 3493 Zweibrücken, GER +49 6332 79 2350 © 2017 HydraForce, Inc.

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