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antriebstechnik 10/2018

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MOTEK

MOTEK 2018 I SPECIAL Pneumohydraulik vs. Elektromechanik Welcher Antriebszylinder eignet sich für welche Positionieraufgaben? 01 Vergleichsmatrix: pneumatische, hydraulische, pneumo-hydraulische oder elektrische Antriebe Für einfache Positionieraufgaben sind Pneumatikoder Elektrozylinder immer noch erste Wahl. Geht es jedoch um kombinierte Kraft-/Weg-Prozesse, spielen pneumohydraulische Antriebszylinder ihre Vorteile aus. Weil aber viele Arbeitsprozesse immer komplexer werden und trotzdem hohe Präzision und Flexibilität gefragt sind, stellen elektromechanische Servoantriebe mehr und mehr eine echte Alternative dar. Wie also entscheiden? Spielte der Verbrauch an Energie zumindest in bestimmten Produktionssystemen bis dato eher eine untergeordnete Rolle, sieht das heute im Zeichen zunehmender Ressourcenknappheit sowie permanent steigender Energiekosten deutlich anders aus. Plötzlich stehen Hydraulik und Druckluft als „teure Energien“ im Schussfeld, obwohl es im Grunde genommen egal ist, ob ein System bzw. die entsprechende Antriebseinheit per Hydraulik, per Druckluft oder eben elektrisch betrieben wird. Somit ist ein allgemeiner Vergleich zwischen hydraulischen bzw. pneumo-hydraulischen und elektromechanischen Antrieben nur dann angebracht, wenn er sich auf eine konkrete Anwendung bezieht. Im Vordergrund muss die Eignung der gewählten Antriebstechnik stehen, weil nur dann eine ganzheitliche Betrachtung möglich ist, welche alle technischen und auch betrieb lichen Faktoren berücksichtigt. Die Tox Pressotechnik GmbH & Co. KG aus Weingarten ist seit vielen Jahren in der Antriebstechnik tätig und bietet dem Markt heute eine breite Auswahl an hydraulisch/pneumohydraulischen und elektromechanischen Antriebs- zylindern. Bereits vor einigen Jahren und damit lange vor der Diskussion um mehr Energieeffizienz, formulierten speziell die Kunden aus dem Bereich Automotive klare Forderungen in Richtung Prozessüberwachung, Prozessdokumentation, Kostenreduktion im Sondermaschinen- und im Anlagenbau und nicht zuletzt bezüglich Betriebs- und Wartungsaufwand. Daraufhin wurde bei Tox die Entwicklung von elektromechanischen Antrieben gestartet, weil sich diese im Gegensatz zu den bekannten Hydraulik- und Pneumohydraulik-Antrieben besser steuern und regeln und somit die Endfunktionen lückenlos überwachen sowie dokumentieren lassen. Das ist zwar auch bei hydraulischen beziehungsweise pneumohydraulischen Antrieben möglich, verlangt jedoch erheblichen Mehraufwand. Womit ein wichtiges Kriterium sprich: Vergleichsmerkmal zu den auf den ersten Blick deutlich teureren elektrischen Antrieben zutage tritt. Nämlich, ob z. B. der Mehraufwand gerechtfertigt ist, um besagte technische Anforderungen zu erfüllen, was aber noch gar nichts mit Energieeffizienz und dem konkreten Einsparen von Energie zu tun hat. 86 antriebstechnik 10/2018

SPECIAL I MOTEK 2018 02 Das modular konzipierte Baukastensystem Tox-ElectricDrive zur Realisierung individueller Antriebslösungen 03 Vergleichs-Anwendung Tox-Kraftpaket Typ RZK in einer Tox-Roboterzange zum Clinchen 04 Vergleichs-Anwendung Tox-ElectricDrive in einer Tox-Roboterzange zum Clinchen Vorteile der Druckluft-/ Pneumohydraulikzylinder Rein druckluftbetriebene Antriebszylinder sind weltweit die meistgenutzten Arbeitsgeräte, welche potenzielle Energie (Druck) in Bewegungsenergie umformen. Ein entscheidender Vorteil dabei ist die Realisierung sehr hoher Kolbengeschwindigkeiten für dynamische Bewegungsabläufe. Ist jedoch ein großer Kraftbedarf ge fordert, braucht es entsprechend große Druckluftzylinder, die wiederum einen hohen Druckluftverbrauch verursachen. Mit pneumo hydraulischen Druckaggregaten wie dem Tox-Kraftpaket dagegen lassen sich per Druckluft sehr hohe Drücke bzw. Press kräfte von mehreren hundert Bar erzeugen, ohne dass dafür entsprechend viel Druckluft aufgewendet werden muss. Der Vorteil der Pneumo-Hydraulik besteht demnach darin, auf kleinstem Raum (Kolbenfläche) reproduzierbar hohe Kräfte zu erzielen. Voraussetzung dafür ist ein Mehrraumsystem, das die Medien Druckluft und Öl wirkungsvoll miteinander arbeiten lässt (Druck-/Kraftübersetzung), und bei dem die getrennten Räume durch präzise Bau teile sowie spezielle Dichtungen einen hohen Wirkungsgrad gewährleisten. Solche pneumohydraulischen Antriebszylinder wie das Tox-Kraftpaket zeichnen sich zudem durch mögliche kurze Bewegungszyklen aus und sind mittels moderner Proportionalventiltechnik auch fein fühlig zu steuern. Vorteile elektromechanischer Kraft-Antriebszylinder Zunächst ist festzuhalten, dass elektromechanische Kraft-Antriebszylinder nicht viel mit den herkömmlichen elektrisch betriebenen Antriebszylindern gemein haben, die ebenfalls vieltausendfach für reine Verstell- und Positionieraufgaben zur Verwendung kommen. Denn im direkten Vergleich mit Druckluft- und Pneumohydraulik- Antriebszylindern müssen sie, in Bezug auf die Kraft-/Presskrafterzeugung, etwa vergleichbare Leistungen erbringen, weshalb es hier zumeist um Kombinationen aus Elektro motor und z. B. Planetenrollengetriebe geht (z. B. Tox-ElectricDrive EPMR). Elektromechanische Kraft-Antriebszylinder benötigen keine Druckluft und kein Öl, sind hochflexibel einzusetzen sowie hochdynamisch zu betreiben. Sie helfen als betriebsbereite Komplettsysteme Konstruktions-, Mechanik- und Installationskosten in erheblichem Umfang einzusparen und sind nahezu wartungsfrei. Als anwendungstechnische Vorteile wären solche Funktionen wie eine zuvor bestimmte Kraft erzeugen und halten, die Aufbiegungskompensation z. B. eines C-Gestells oder einer Maschinen-/Roboterzange, keine Begrenzung des Krafthubes, Ziel positionen mit Überwachung der Kraftgrenzen, oder auch die Zielkraft mit Überwachung der Positionsgrenzen anzuführen. Schließlich können diese Einheiten frei programmiert und schnell umgerüstet werden, und es sind neue Anwendungen auch durch Software-Updates möglich. Dadurch ist eine hohe Zukunfts sicherheit gegeben, was für das wie erwähnt zunächst höhere Investment eine günstigere Amortisationsbetrachtung erlaubt. Der praxisrelevante Systemvergleich Bei diesem Vergleich wurden Tox-Roboterzangen zum Clinchen per Tox-Rund-Punkt-Verfahren gegenübergestellt. Die Roboterzangen basieren auf identischen C-Bügeln und unterscheiden sich lediglich durch den Antrieb. Zum Einsatz kommen ein Tox-Kraftpaket vom Typ RZK (pneumohydraulischer Antrieb) mit Zangen- w Einzigartig kompakt w Kräfte bis 250 kN www.a-drive.de SMART ACTUATOR SOLUTIONS Kraftvolle Zuverlässigkeit Exlar Aktuatoren Halle 1 | Stand 1-547 antriebstechnik 10/2018 87 a-drive.indd 1 29.08.2018 11:03:37

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