Intelligente Selbstversorger

Technik/Steuerung u. Antrieb

In einer Kalibrierpresse nutzt Frey aus Lenggries-Fleck drei elektrohydraulische, autark arbeitende Plug+Run-Achsen von Bosch Rexroth. Diese führen Linearbewegungen präzise, mit großen Kräften und hoher Dynamik aus, ohne neue Hydraulikaggregate und Leitungen zu erfordern. Eine Lösung, die auch für die Blechbearbeitung interessant sein könnte.

04. Februar 2016

Immer mehr Metallbauteile in der Automobilindustrie entstehen durch das Verpressen von Metallpulverlegierung in Pressformen. Komplexe Bauteile, die früher aufwendigen Zerspanungsverfahren unterlagen, werden so kostengünstig hergestellt.

Die Sintermetalle sind vor allem in der Serienfertigung weit verbreitet: Zahnräder, Ventilsitzringe, Teile für Stoßdämpfer, Lager, Kupplungsscheiben. Systeme für die Pulvermetallurgie entwickelt Frey aus Lenggries-Fleck.

Die Kalibrierpressen von Frey sind dafür konzipiert, die Bauteile nach dem Sintern nachzuverdichten. »Unsere Kunden haben hohe Anforderungen an die Fertigungsqualität, mit engen Toleranzen bei Maßhaltigkeit und Oberflächengüte«, erklärt Kaspar Waldherr, Technischer Leiter bei Frey.

Deshalb baut das Unternehmen zu seinen Pulverpressen auch Kalibrieranlagen. In ihnen presst ein Ober- und Unterkolben das im Ofen gesinterte Bauteil nach dem Erkalten in eine Matrize und damit in seine endgültige Form. »Dieser Arbeitsschritt ist notwendig, weil es beim Sintern naturgemäß immer zu minimalem Verzug kommt. Den gleichen wir mit dem Kalibrieren aus und verdichten gleichzeitig das Materialgefüge«, so Waldherr.

Bestückt werden die Axialpressen bei hohen Fertigungszahlen vollautomatisch. Das Einlegen per Hand ist ebenfalls möglich – ein effektiver und flexibler Weg bei kleinen Losgrößen. Damit das Kaltformverfahren überhaupt möglich ist, arbeiten die Axialpressen von Frey mit Drücken bis 315 bar.

In der neuen KA-Serie setzen die Maschinenbauer erstmals neu entwickelte Plug&Run-Lösungen von Bosch Rexroth ein. Hierbei handelt es sich um einbaufertige, autarke Achsen, die die bewährten Funktionen von Servoantrieben mit der hohen Leistungsdichte der Hydraulik verbinden. Auslöser für den Wechsel von der bis dato eingesetzten Zentralhydraulik zu dezentralen servohydraulischen Einzelachsen war die aktuelle Präsentation der neuen mechatronischen Lösung von Rexroth.

»Da wurden wir hellhörig, gerade weil es für die SHA-Achsen (Self-contained Hydraulic linear Axis) einen kompletten Baukasten mit vielen Varianten gibt«, blickt Waldherr zurück. Der Leistungsbereich reicht von 100 bis 2500 Kilonewton in Druck und Zugrichtung. Der maximale Hub der in IP 65 ausgeführten Achse beträgt 1800 Millimeter.

Sparsam und kompakt

Die Achse nutzt einen dynamischen Servo-Synchronmotor als Stellglied. Das ermöglicht die Regelung von Position, Geschwindigkeit, Druck und Kraft. Bei der Positionsregelung werden Genauigkeiten von einem Mikrometer erreicht. Frey nutzt für diese Anwendung eine Kombination aus selbst konstruierten und an die Kundenbedürfnisse angepassten Zylindern und den Antrieben von Rexroth. In dieser Konfiguration sind dem Maschinenbauer wenig Grenzen gesetzt.

Den gravierenden Systemwechsel vollzieht Frey weniger auf der Suche nach neuen technischen Möglichkeiten. Vielmehr will das Unternehmen die Vorteile nutzen, die die autarke elektrohydraulische Servoachse mit Blick auf die Ressourceneffizienz bietet: weniger Energieverbrauch, geringere Lärmemission, höhere Produktivität, weniger Platzbedarf und einen geringeren Planungsaufwand. »Wir haben immer wieder Phasen im Herstellungsprozess, in denen die Zylinder stehen. Zentrale Hydraulik-aggregate würden dann weiter laufen«, berichtet Waldherr.

Der im Vergleich zu konventionellen Lösungen geringere Stromverbrauch der SHA-Achsen beruht auf der Tatsache, dass der elektrische Servoantrieb ständig seine Motor-Drehzahl an den Leistungsbedarf der Pumpe anpasst. Steuerungsbedingte Drosselverluste entfallen, der Kühlaufwand verringert sich. »Was wir dort einsparen können, ist schon sensationell und hat unsere anfänglichen Erwartungen übertroffen«, freut sich Waldherr.

Weitere Pluspunkte sammelt die SHA-Achse, da sie – bedingt durch die Kapselung der Pumpe im Steuerblock – deutlich leiser ist. Weil zentrale Hydraulikaggregate auch bei Prozessunterbrechungen weiter laufen müssen, um den Druck im System aufrecht zu erhalten, herrscht in den Werkhallen dauerhaft ein Geräuschpegel von 65 bis 70 Dezibel. Der ist entweder hinzunehmen oder es sind teure akustische Zusatzmaßnahmen für den Lärmschutz erforderlich. Das wiederum bringt neue Herausforderungen mit sich, zum Beispiel das Abführen von Verlustwärme und Kosten. »Die drei SHA-Achsen sind im Betrieb leiser und still, wenn sie stehen«, bringt es der Technische Leiter auf den Punkt.

Einfaches Engineering

Als Regelung sind standardisierte ›Indradrive‹-Servoumrichter in Kombination mit dem Motion-Logic-System ›Indramotion MLC‹ von Rexroth integriert. Mit Blick auf ein einfaches wie schnelles Engineering beinhaltet die Antriebs- und Steuerungssoftware eine spezielle SHA-Bibliothek, die automatisch alle Besonderheiten der Fluidtechnik berücksichtigt.

Anwender können auch komplexe Fahrprofile beispielsweise für die Umform- und Fügetechnik, Spritzgießmaschinen und andere kraftvolle Anwendungen sehr einfach parametrieren – ohne das gewohnte Arbeitsumfeld mit elektrischen Antrieben verlassen zu müssen. Weil hydraulische Aufgaben mit Hilfe von Servoantrieben erledigt werden, stehen im Engineering zudem alle etablierten Funktionen zur Verfügung – zum Beispiel die Regelung der Achse und antriebsbasierenden Sicherheitstechnik über das Steuerteil.

Frey kann die Axialpresse entsprechend der EN ISO 13849-1 so sicher konstruieren, dass innerhalb der Norm das höchste Performance-Level erreicht wird. Dieser Schutz für Mensch und Maschine gegenüber Störungen und Fehlbedingungen ist notwendig, weil die Maschinen auch von Hand bestückt werden. »Der manuelle Einlegebetrieb ist für kleine Chargen gedacht. Die Sicherheit hat hier absolute Priorität«, macht Kaspar Waldherr klar.

Flexibilität und Sicherheit insbesondere für die Herstellung kleiner Stückzahlen: Dieser Zusammenhang wirft schnell Fragen nach dem Platzbedarf einer Maschine auf. Die mechatronische Kombination aus Hydraulik und elektrischer Antriebstechnik braucht weniger Produk-tionsfläche, weil nur mit sehr geringen Ölmengen gearbeitet wird. Der hydraulische Kreislauf ist geschlossen, die Pumpe bereits integriert. Ein Tank ist nicht nötig. Waldherr: »Früher war ein Tank mit mehr als 1000 Litern Öl notwendig. Auf den können wir jetzt verzichten, sogar, wenn für Randprozesse noch Zusatzhydraulik erforderlich ist. Wir können auf Ölwechsel verzichten und sparen uns auch teure bauliche Maßnahmen zum Schutz vor Leckagen.«

Weil in der Axialpresse neben den drei servohydraulischen Achsen noch weitere Peripherie-Funktionen mit vergleichsweise geringem Leistungsbedarf hydraulisch angetrieben werden, setzt Frey dafür heute die neuen, kompakten Standardaggregate ›ABPAC Basic‹ von Rexroth ein. Sie lassen sich dank der hohen Freiheitsgrade innerhalb des Baukastens passgenau konfigurieren.

Schnelle Installation mit deutlich weniger Hydraulikverrohrung, weniger Lärm und Energieverbrauch sowie verbesserter Umweltschutz zeigen die Leistungsfähigkeit der elektrohydraulischen Mechatronik. Für Frey sind dies gute Gründe, die Rexroth-Technik künftig auch in seinen Pulverpressen einzusetzen. Erste Maschinen sind bereits konstruiert und im Bau.

www.boschrexroth.de

ABPAC

Flexible Druckversorgungseinheiten für stationäre Maschinen bietet Bosch Rexroth mit der Hydraulikaggregate-Baureihe ABPAC (AggregateBau Power Unit Accelerated by Configuration). Standardisierte Komponenten und Prozesse verkürzen Konstruktions- und Lieferzeiten.

Erschienen in Ausgabe: 01/2016