O+P Fluidtechnik 1-2/2020

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN ELEKTROHYDRAULISCHE SYSTEME MOTION CONTROL FÜR DIE INTELLIGENTE HYDRAULIK Raus mit den Ventilen, rein mit den Elektromotoren: KOLLMORGEN hat für die Servoregler der Reihe S700 eine vorbereitete Antriebslösung für Hydraulikanwendung entwickelt. Die neue Technik verbessert die Energieeffizienz von Applikationen, die die hohe Kraftdichte der Hydraulik benötigen. Zwei weitere Merkmale sind Regelgenauigkeit und Lebensdauer. Die Druck- / Volumenstromsteuerung hydraulischer Anwendungen wird i. d. R. mit Hilfe von Verstellpumpen realisiert. In Standardlösungen kommen dafür vergleichsweise primitive Asynchronmotoren zum Einsatz, die die Verstellpumpen antreibt. Daran angebunden ist eine Steuerung, dessen Aufgabe darin liegt, Sollwerte einzuhalten. Die Regelung dieses klassischen Aufbaus erfolgt über Druckaufnehmer und die Steuerung von Drücken und Fließgeschwindigkeiten in recht grob gefassten − und damit ungenauen − Regelungsbereichen. Zwei weitere Autor: Jens Depping, Vertriebsleiter Brandlabel, KOLLMORGEN, Ratingen Nachteile heißen Energieeffizienz und Geräuschemission, da Asynchronmaschinen im Vergleich zu Synchronmotoren viel Blindleistung und mehr Lärm erzeugen. Die Lösung des Antriebsspezialisten KOLLMORGEN stellt hingegen den in hydraulischen Anwendungen variierenden Bedarf an Druck und Volumenstrom über die Drehzahl des Synchronservomotors sicher − also nicht über Ventile. Die Regelung der zwei Parameter übernimmt der Servoregler S700 in Verbindung mit dem Synchronservomotor und einer Konstantpumpe. Sie liefert mit jeder Umdrehung das gleiche Volumen. Folglich reduziert sich damit die Führungsgröße der Regelung auf die reine Drehzahl. EIGENSTÄNDIGE DRUCKREGELUNG IM SERVOUMRICHTER Der Aufbau dieser für Hydraulikanwendungen konzipierten Servoantriebslösung sieht vor, dass die Regelung autark vom intelligenten Servoumrichter S700 übernommen wird. Die per Feldbus oder Analogsignal angeschlossene Steuerung gibt lediglich die Druckund Volumenwerte vor, die vom Regler dann über die Drehzahl präzise eingehalten werden. „Wir erreichen mit der Abtastfrequenz mit 16 kHz ein schnelles wie präzises Regelverhalten der Drehzahlen und damit optimale Druck- und Durchflusswerte“, erklärt Georg Jaskowski, Entwicklungsingenieur bei KOLLMORGEN. Die Software innerhalb der Servoregler S700 macht darüber hinaus den Weg frei, Wirkungsgradkompensationen als Folge höhere Pumpendrehzahlen vorzunehmen. „Vergleichbares gilt für die linearen Interpolationen mit dem Effekt, Schwingungen und Pulsationen wirkungsvoll auszugleichen und damit abzufangen“, so Jaskowski. Ein weiterer Vorteil besteht im Praxiseinsatz darin, Ziel-

ELEKTROHYDRAULISCHE SYSTEME drücke und Zielvolumen über Profile bzw. Rampen in den Antriebsregler als Rezepturen abzulegen und der Steuerung sofort abrufbar zur Verfügung zu stellen. Die skizzierten Merkmale nutzt das Unternehmen Hainzl aus Linz, Österreich, für das Engineering von hydraulischen Komplettlösungen im kleineren bis mittleren Leistungsbedarf − für Aufgaben von der Kunststoffverarbeitung bis hin zur Handhabungstechnik. Nach Ansicht von Peter Schrenk, Leiter Fluidtechnik bei Hainzl, kann die Servoumrichter gesteuerte Hydraulik im Bereich zwischen 1 bis 20 kW ihre Merkmale voll ausspielen. Darüber hinaus haben zentrale Systeme nach wie vor ihre Berechtigung. HOHER RETURN OF INVEST Nach Aussage der Fluidspezialisten aus Linz rechnen sich die Mehrkosten einer Servopumpe im Vergleich zur herkömmlichen Technik. „Wir haben weniger Stellglieder im System und senken damit die Komplexität“, so Schrenk. Mit Blick auf die Ergonomie am Arbeitsplatz verbessere diese Technik zudem die Arbeitsbedingungen aufgrund ihrer geringen Geräusch-Emissionswerten unter 75 dB. „Schall ist in Fertigungsbetrieben zunehmend ein Thema der Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes.“ Die maßgeblichen Vorteile der Servoumrichter gesteuerten Hydraulik, sieht der Betreiber aber vor allem in den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten, ohne dabei Abstriche machen zu müssen, ob die Hydraulikversorgung von einem Zentralaggregat aus in einem Prozessbereich gegeben ist. „Wir machen die hohe Leistungsdichte der Hydraulik leichter verfügbar“, betont Schrenk. „Kabel lassen sich eben leichter verlegen, als Hydraulikdruckleitungen.“ Die kompakten Einheiten arbeiten mit vergleichsweise wenig Hydrauliköl und sind nur dann in einem aktiven Betriebszustand, wenn der angeschlossene Prozess die hydraulische Kraft auch wirklich benötigt. Zentrale Systeme müssen im Gegensatz dazu immer den Betriebsdruck aufrechterhalten − v. a. wenn in Fertigungsprozessen Hydraulikachsen zeitversetzt im Verbund arbeiten. Die Servoumrichter gesteuerte Hydraulik ist hingegen aus dem Stand 01 POINTIERT REGELUNG WIRD AUTARK VOM SERVOUM- RICHTER S700 ÜBERNOMMEN PRÄZISES REGELVERHALTEN FÜR OPTIMALE DRUCK- UND DURCHFLUSSWERTE SERVOUMRICHTER GESTEUERTE HYDRAULIK SOFORT BETRIEBSBEREIT heraus durch den hochdynamischen Servomotor aus der AKM- Reihe des Herstellers betriebsbereit. Dieser Aufbau bringt auf lange Strecke gesehen eine verbesserte Energieeffizienz, da die Verluste im Standby-Betrieb keine Rolle mehr spielen. Damit einher geht die längere Standzeit des Hydraulikmediums, weil das Öl weniger mechanisch beansprucht wird und folglich nicht so schnell altert. Die längeren Standzeiten des Fluids als Folge des zielgerichteten Einsatzes der Hydraulik sorgen zudem dafür, dass die Umgebungstemperatur nicht über Gebühr ansteigt − dieses als Folge einer insgesamt sinkenden Verlustleistung. Und wo weniger „Abwärme“ entsteht, müssen sich OEM und Maschinenbetreiber auch weniger Gedanken darüber machen, wie sie die steigenden Temperaturen in ihren Prozessen beherrschen oder senken. KOLLMORGEN leistet motorseitig ebenfalls einen wertvollen Beitrag, den Wärmeeintrag zu senken, indem die AKM-Servomotoren aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades niedrige thermische Verlustleistungen erzeugen. Zudem arbeiten die Synchronservomotoren ohne Fremdlüfter. KEINE BREMSLEISTUNG IN DIE HYDRAULIK Der negative Einfluss der Wärme auf die Lebensdauer und Energieeffizienz wirkt sich auch außerhalb von Teillast und Standby-Betrieb aus − und zwar dann, wenn gerade auf die Hydraulik Bremskräfte wirken. Hainzl realisiert mit der Technik des Antriebsspezialisten bspw. Handhabungsaufgaben im Rahmen intralogistischer Prozesse. Hierbei sind schwere Stahlteile zu heben und zu senken. Bei einer zentralen Hydraulik lässt sich die beim Absenken erzeugte Bewegungsenergie nur über das Öl in Form von Wärme aufnehmen. Dieses hat die geschilderten Konsequenzen zur Folge − bis hin zu zusätzlichen Kühlmaßnahmen, die die Gesamteffizienz einer Maschine (Stichwort OEE) weiter verschlechtern. „Das gemeinsam mit KOLLMORGEN entstandene elektrohydraulische System macht es möglich, die Bremsenergie direkt auf den Motor wirken zu lassen“, erklärt der Leiter Fluidtechnik bei Hainzl. Die Österreicher haben so die Möglichkeit, gerade in stetig wiederkehrenden Senkabläufen, die Bremsenergie elegant und vor allem energieeffizient zurück zu speisen. 01 Der Einsatz der Servoumrichter gesteuerte Hydraulik ist unabhängig von einer zentralen Hydraulikversorgung 02 Für die Servoregler der Reihe S700 hält der Hersteller eine Antriebslösung für Hydraulikapplikationen bereit 02 FAZIT Mit der vorbereiteten Antriebslösung Servopumpe hat KOLLMORGEN für elektrohydrostatische Aktuatoren (EHA) eine neue Funktion auf Grundlage der Servoregler-Reihe S700 entwickelt. Die softwarebasierte Applikation lässt sich im Engineering leicht durch Parametrieren an die Besonderheiten der Anwendung anpassen. Damit ist die Grundlage geschaffen, die Vorteile der EHA ohne Rücksicht auf mögliche Restriktionen vorhandener Zentralhydrauliken nutzen zu können. KOLLMORGEN unterstützt diesen Weg durch eine modular und vor allem offen konzipierte Antriebslösung, die sich leicht in den vorhandenen Automationsverbund einbinden lässt. www.kollmorgen.com O+P Fluidtechnik 1-2/2020 31