Bibus AG: Servohydraulik senkt Energiebedarf

>> Radialkolbenpumpe, bürstenloser Servomotor und Mehrachsregler sind die Hauptelemente eines Pumpensystems, das bei Spritzgiess- und Blasformmaschinen deutliche Energieeinsparungen im Vergleich zur klassischen Ventilhydraulik erzielt. Gegenüber elektrischen Antrieben sind Investitionen und Wartungsaufwand niedriger.

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Mindestens 30% Energieeinsparung verspricht der Antriebsspezialist Moog, Böblingen, bei Spritzgiess- und Blasformmaschinen. Ausschlaggebend dafür ist das Pumpensystem SCP (speed controlled pump), das aufgrund der Einspareffekte zur Reduzierung der Stückkosten im Vergleich zu konventionellen hydraulischen Maschinen zur Kunststoffverarbeitung beiträgt. Es umfasst eine Radialkolben-Konstantpumpe (RKP), einen bürstenlosen MD-Servomotor (maximum dynamic) und einen Regler für Mehrachsanwendungen (MSD). Als Herzstück servohydraulischer Antriebe bietet es die Möglichkeit, Drehzahl und Drehmoment von Motor und Pumpe zu verändern. Damit lässt sich der Fördervolumenstrom der Pumpe direkt steuern. Als Ergebnis wird die Steigerung der Energieeffizienz der Maschinen herausgestellt.

Funktionsgerechte Bedarfsanpassung

Diese Verbesserung im Vergleich zu konventionellen Hydrauliksystemen begründet Moog mit den Leistungsanforderungen der Maschinen. Innerhalb von Spritzgiess- oder Blasformzyklen laufen die Maschinen im Teil- oder Volllastbetrieb. Die direkte Steuerung des Ölvolumenstroms an der Pumpe ersetzt die Verstellpumpe mit konstanter Drehzahl. In Tests bei Kunden wurde mit dem SCP-System unter mittlerer Last eine um 20 bis 30% höhere Energieeffizienz erzielt. Im Leerlauf oder Stand-by-Betrieb sank der Energieverbrauch um bis zu 90%. Unter Volllast war im Vergleich zur Ventilsteuerung so gut wie kein Unterschied in der Leistungsfähigkeit festzustellen. Laut Moog zeigen diese Ergebnisse Möglichkeiten auf, die Energieeffizienz hydraulischer Maschinen je nach Anforderung so zu optimieren, dass keine Leistungseinbussen hingenommen werden müssen. Die Gesamtkosten für die Maschinenbetreiber seien niedriger und die Amortisationsdauer aufgrund der beträchtlichen Energieeinsparungen kürzer.

Die Hauptmotivation für diese Antriebsentwicklung liegt in den steigenden Energiepreisen. Als weitere Argumente werden kompakte Bauweise und Geräuschreduzierung angeführt. Die Kompaktheit geht aus der Modulbauweise hervor. Sie erleichtert die Integration in die Maschinen – und das bei verkleinerter Gesamtstellfläche. Des Weiteren hat Moog ein System für eine Tauchinstallation der Pumpe und des Motors im Hydrauliktank entwickelt, um die Motorgrösse zu verringern und die Wärme des Hydrauliköls im Tank zu nutzen. Darüber hinaus wurde aufgrund der angepassten Pumpenleistung in Abhängigkeit vom Lastbetrieb der Geräuschpegel auf 9 dB(A) bei Teillast reduziert. Wichtig für die Leistungsanpassung ist nach Angaben des Antriebsspezialisten der MSD-Regler, der aufgrund besonderer Regelalgorithmen den Druck und den Fördervolumenstrom der Pumpe bedarfsgerecht optimiert. Das geschieht über die Drehzahl- und Drehmomenteinstellung des dynamischen Servomotors. Weil die Motor- und Pumpenkennwerte in der Antriebssteuerung vor Ort gespeichert sind, kann jeder hydraulische Servoantrieb über einen Feldbus mit übergeordneten Steuerungen kommunizieren.

Weniger Investitionen und Wartung

Das SCP-System ist so ausgelegt, dass sich kundenspezifische Anforderungen erfüllen lassen. Falls erforderlich, kann die Radialkolbenpumpe als Verstellpumpe, Dual Displacement (Zweipunktverstellung) oder Konstantpumpe betrieben werden. Diese Funktionsfreiheit ermöglicht, dass der Servomotor immer energieeffizient arbeitet, wie Moog beim Spritzgiessen anhand der Nachdruckphase beispielhaft verdeutlicht: In der Nachdruckphase wird ein niedriger Ölvolumenstrom und ein hoher Druck benötigt. In dieser Phase ist die mögliche Energieeinsparung besonders gross.

Mit dem SCP-System werden jedoch nicht nur im Vergleich zur klassischen Ventilhydraulik Vorteile erzielt, sondern auch zu elektromechanischen Antriebssystemen. Diesbezüglich verweist der Antriebsspezialist auf den Wartungsaufwand und die Anschaffungskosten, die beide niedriger sind.

Ist während einer Wartung ein Ab- und Wiederaufbau der Maschine erforderlich, wird die elektromechanische Infrastruktur im Allgemeinen komplett zerlegt und erneut zusammengebaut. Im Vergleich dazu sei der Aufwand bei einer hydraulischen Maschine mit SCP-System wesentlich niedriger. Als Grund dafür hebt man die Konzeption als integrierte, modulare Einheit hervor, bei der alle Bestandteile leicht zugänglich, somit leicht zu warten oder aufzurüsten sind. Der Moog Global Support Service bietet sowohl Maschinenherstellern als auch Kunststoffverarbeitern Zugang zu Kundendienstexperten, um mit dem servohydraulischen Pumpensystem maximale Betriebszeiten sicherzustellen. <<

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