Energieeffiziente Hydraulikpressen

Nach dem durchschlagenden Erfolg mechanischer Servopressen ist die Servoantriebstechnologie auf dem besten Weg, nun auch die Hydraulik zu erobern. Die Lasco Umformtechnik GmbH (Coburg), Spezialist für hydraulisch angetriebene Pressen, stellt das neue Antriebskonzept auf der Euroblech dem Fachpublikum vor.

18. Oktober 2012

Beim hydraulischen Servodirektantrieb wird ein Servomotor direkt mit einer Hydraulikpumpe gekoppelt. Die Positionierung der Hydraulikkolben, die Einstellung der Pressgeschwindigkeit und auch die Vorgabe von Kraftwerten erfolgen ohne Schalt- oder Stetigventile.

Die Verfügbarkeit leistungsfähiger elektrischer Servoantriebe gibt dieser Antriebsart verstärkt Rückenwind.

Im Gegensatz dazu erfolgt der konventionelle Pressenantrieb in der Regel über einen Asynchronmotor mit konstanter Drehzahl und eine Pumpe mit variablem, mechanisch verstellbarem Fördervolumen. Die Steuerung übernehmen Schalt- oder Stetigventile.

Völlig ohne Hydraulikventile kommt die neue Technologie trotzdem nicht aus. Gesetzlich vorgegebene Sicherheitsfunktionen oder das Füllen großer Zylinderräume bei schnellen Bewegungen erfordern schaltbare und zum Teil auch überwachbare Ventile. Eine Absicherung verschiedener Druckkreise auf einen Maximalwert muss ebenfalls beibehalten werden.

Ihre Stärke spielt diese Antriebstechnik besonders bei Positionieraufgaben aus. Der Lageistwert für den Pressenstößel wird an den Lageregler der Achssteuerung übermittelt. Der Servoantrieb positioniert dann den Hydraulikkolben an die gewünschte Stelle, indem die entsprechende Menge Hydrauliköl in den Zylinder gefördert wird. Kompressibilität und Leckagen werden dabei automatisch kompensiert. Bei Maschinen mit mehreren Presszylindern kann mit dieser Technologie eine einfache und hochwirksame Gleichlaufregelung auch bei wechselnder Last realisiert werden.

Pressfläche und Rückzugsfläche werden durch separate Pumpenan-triebe mit Hydrauliköl versorgt. Während der schnellen Abbewe-gung des Pressenstößels fließt das Hydrauliköl von der Rückzugsfläche über eine Pumpe in den Tank. Die Geschwindigkeit bestimmt der Servomotor, elektrische Energie wird im Generatorbetrieb des Servomotors im Zwischenkreis des Servosystems gespeichert. Die Bremsfunktion wird ebenfalls durch den Servomotor vorgenommen. Bei der anschließenden Pressfunktion entnehmen die Motoren die vorher eingespeiste Bremsenergie dem Zwischenkreis des Servosytems.

Die am Ende des Pressvorgangs im komprimierten Hydrauliköl ge-speicherte Federenergie wird genutzt, um beim Entlastungsvorgang Pumpe und Servomotore generatorisch zu betreiben und gewonnene Energie in den Zwischenkreis zwischenzuspeichern.

Für den Antrieb der Servohydraulikpresse kommen sowohl Innenzahnradpumpen als auch Axialkolbenpumpen in Frage. Durch Skalierbarkeit der Antriebe (Anzahl der Motor/Pumpen-Kombinationen) können fast beliebige Antriebsleistungen realisiert werden.

Immense Verbesserung des Wirkungsgrades

Nicht nur die Hauptpresszylinder sondern auch Auswerfer und Ziehkissen lassen sich mit der Servotechnik perfekt steuern und regeln. Beim Verdrängerbetrieb des Ziehkissens „hält“ der Servomotor mit seiner angeflanschten Pumpe „dagegen“. Den Ziehdruck bestimmt das Drehmoment des Servomotors im Generatorbetrieb. Die gewonnene elektrische Energie speist teilweise die Antriebe des Ziehstößels. Die daraus resultierende Verbesserung des Wirkungsgrades ist immens.

Selbst die Versorgung des Steueröldruckkreises erfolgt über eine Servopumpe. Hierbei betreibt man den Servomotor momentengeregelt, um den gewünschten Steuerdruck zu erhalten. Die Pumpe dreht dann exakt mit der Drehzahl, um die Steuerölmenge zuzüglich der Leckage zu liefern.

Derartige Hydrauliksysteme sind unkompliziert aufgebaut und lassen sich sehr schnell und einfach diagnostizieren. Eine Funktion zur automatischen Pumpenprüfung erlaubt es, turnusmäßig die Hydraulikpumpen auf ihren Verschleißzustand zu überprüfen.

Der hydraulische Servodirektantrieb lässt sich optimal an die vorliegende Umformcharakteristik anpassen. Fließpressvorgänge oder Ziehvorgänge erfordern eine nahezu konstante Presskraft über einen langen Pressweg. In diesem Fall verzichtet man auf eine Leistungsregelung. Bei Stauchvorgängen oder gar beim Prägen hat man einen nichtlinearen Kraftverlauf mit einem kurzen, steilen Kraftanstieg am Ende. Hier bietet es sich an, leistungsgeregelt zu arbeiten, um das Motormoment zu begrenzen. Dies erreicht man durch eine Pumpe mit verstellbarem Fördervolumen. Beim Kraftanstieg gegen Ende des Pressvorgangs regelt man die Pumpe zurück, um das erforderliche Drehmoment zu begrenzen. Kleinere Kräfte erlauben dann dennoch eine relativ zügige Geschwindigkeit.

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Herbert Rüger