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antriebstechnik 12/2020

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antriebstechnik 12/2020

HYDRAULIK UND PNEUMATIK

HYDRAULIK UND PNEUMATIK DEZENTRALER LINEARANTRIEB MIT AX-PUMPE AUF DIE SPITZE GETRIEBEN Es wird ernst, der Klimawandel ist nicht mehr zu leugnen. Damit die Industrie weiter produzieren und für sichere Arbeitsplätze sorgen kann, muss die Effizienz der Fertigungsprozesse deutlich verbessert werden. Bucher Hydraulics hat daher die dezentrale hydraulisch-elektrische Linearachse Helax mit AX-Pumpe konzipiert. Demonstriert wird dessen Leistungsfähigkeit anhand eines inversen Pendels. Mehrere politische Initiativen auf nationaler und europäischer Ebene zielen im Sinne des Klimaschutzes auf eine gesteigerte Effizienz. Dazu muss auch die Industrie ihren Beitrag leisten. Unter anderem sollen hocheffiziente, elektrisch angetriebene Lösungen konventionelle Antriebe ablösen. Betrachtet wird dabei das gesamte System und nicht mehr nur die einzelne Komponente. Vernetzte Antriebe sollen ein Management ermöglichen, das möglichst sparsam mit Energie umgeht. In der Vergangenheit sind energieeffiziente Lösungen oft am zu hohen Preis gescheitert, weil Energie und auch der Preis für CO 2 - Emissionen noch zu günstig waren. Durch die aktuelle Klimaproblematik und -diskussion ändert sich diese Situation gerade. Energetisch günstigere elektromechanische Antriebe stoßen jedoch oft an technologische Grenzen, vor allem, wenn es um hohe Kräfte bei geringem Bauraum geht. VORAUSSCHAUEND HANDELN Hydraulikzylinder sind geradezu prädestiniert, wenn es darum geht, lineare Bewegungen mit hohen Kräften zu erzeugen. Nachteil: Die Steuerung oder Regelung der Bewegung in konventionellen Systemen funktioniert auf Basis von Ventilen, die hohe Drosselund damit Energieverluste erzeugen. Außerdem schränkt die meist zentrale Anordnung großer Hydraulikaggregate, deren Energie über lange Strecken verteilt werden muss, die Energieeffizienz zusätzlich ein. Die etablierten Systeme sind hinsichtlich ihrer Initialkosten beim Bau von Maschinen allerdings deutlich günstiger, weshalb sie immer noch einen hohen Stellenwert im Maschinen- und Anlagenbau haben. Was meist nicht bedacht wird: Im Laufe der Betriebsdauer verursachen sie so hohe Energiekosten, dass diese die ursprüngliche Investition weit übersteigen können. Hersteller energetisch günstigerer elektromechanischer Antriebe versuchen seit einigen Jahren, hydraulische Antriebe für lineare Bewegungen zu substituieren. Direktelektrische Antriebe ohne Getriebe gibt es bisher allerdings nur vereinzelt und mit beschränkten Leistungsdaten. So reizvoll ein direkter Antrieb ist, ohne Getriebeübersetzung fallen elektrische Antriebe prinzipbedingt groß aus, 22 antriebstechnik 2020/12 www.antriebstechnik.de

HYDRAULIK UND PNEUMATIK weil vielzählige Anwendungen hohe Kräfte auch bei geringen Geschwindigkeiten erfordern. Grundsätzlich wird jeder elektromechanische Antrieb von einem eigenen E-Motor angetrieben. Im Gegensatz dazu treibt in der traditionellen Hydraulik ein E-Motor mit Hydraulikpumpe über Steuerventile mehrere Zylinder an. Das erklärt, warum elektromechanische Antriebstechnik höhere Investitionen erfordert. Und bei hohen Kräften, wie Hydraulikzylinder sie bereitstellen, sind mechanische Linearantriebe aufwendiger und schwerer. FLEXIBLE ANORDNUNG MÖGLICH Die Energieeffizienzstrategie der deutschen Bundesregierung verlangt in Zukunft hocheffiziente dezentrale Antriebe, die vernetzt in Gesamtsystemen arbeiten. Dies setzt neue Systemansätze und Subsysteme voraus. So lassen sich die Drosselverluste an den Steuer-/ Regelventilen vermeiden, wenn jeder einzelne Hydraulikzylinder von einem eigenen E-Motor und Pumpe angetrieben wird. Damit ist die Ursache für den geringen Wirkungsgrad der traditionellen Hydraulik eliminiert. Ein weiterer Vorteil gegenüber der starren Anordnung von E-Motor, Getriebe und Rollspindel eines elektromechanischen Linearantriebs: Die Komponenten des hydraulischen Linearantriebs lassen sich flexibel in Maschinen und Anlagen anordnen. Damit sind die kompakten Dimensionen eines Hydraulikzylinders voll nutzbar. E-Motor und Pumpe lassen sich an einem passenden Einbauort in der Nähe montieren. Darüber hinaus sind viele weitere Features der klassischen Hydraulik wie Überlastschutz, Wärmeabfuhr, Dämpfung oder Nothaltfunktionen leicht integrierbar. Kritischer Part solcher Anwendungen ist oftmals die Pumpe, weil die Zuverlässigkeit nicht in allen Betriebspunkten optimal ist. Das gilt vor allem bei hohen Kräften und geringen Geschwindigkeiten oder beim Reversieren. Die konventionellen Hydraulikpumpen sind vor 50 Jahren nicht für diesen Einsatzzweck entwickelt worden, werden aber dennoch mit bestimmten Einschränkungen hierfür benutzt. Daher erzeugen konventionelle Hydraulikpumpen die höchste Verlustleistung im Subsystem Linearantrieb. Bucher Hydraulics hat unter Einsatz der neuartigen AX-Pumpen hocheffiziente, dezentrale Linearantriebe namens Helax (hydraulic electric linear axis) vor allem für diese Zwecke entwickelt. Sie funktionieren ohne Drosselventile mit drehzahlgeregelten Servomotoren und AX-Pumpen im geschlossenen Kreis. Die bekannten Eigenschaften des Hydraulikzylinders hinsichtlich Kraft, Geschwindigkeit, Robustheit und Zuverlässigkeit bleiben uneingeschränkt erhalten. 01 Durch den modularen Aufbau kann die Systemlösung einfach an verschiedene Zylinderarten angepasst werden – die AX Pumpe versorgt das System dabei mit geregeltem Volumenstrom ohne Drosselverluste EINSETZBAR FÜR VARIABLE DREHZAHLEN Die AX-Pumpe ist für drehzahlvariable Anwendungen einsetzbar: Mit 24 Kolben sind die Pulsationen niedrig und es kann mit hoher Zuverlässigkeit in allen vier Quadranten gefahren werden. Die Performance des elektrischen Antriebs ist vollständig nutzbar. Die sonst zu beachtende minimale Drehzahlgrenze konventioneller Pumpen ist bei den AX-Pumpen nicht mehr vorhanden. Mit dem hohen AX-Wirkungsgrad bis 94 % ist die Verlustleistung auf dem gleichen Niveau wie bei E-Motoren und Getrieben. Zudem weisen sie nur eine geringe Geräuschentwicklung auf. Eine Inbetriebnahme des hydraulischen Linearantriebs ist mithilfe der On-Board-Elektronik, in Verbindung mit einer Software, ohne besonderes Hydraulik-Know-how mit den Kenntnissen der elektrischen Antriebstechnik möglich. Die Vorgabe von Motion-Control- Signalen erfolgt z. B. mittels CAN-Bus, die Software setzt die Signale in die gewünschte Bewegung um. Der Anwender muss sich nicht im Detail mit den Eigenschaften der Hydraulik beschäftigen und kann

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