Hydraulik Digitalisierung verbessert Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit von Kunststoffmaschinen

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Vernetze Hydraulik bietet viele Vorteile – etwa im Hinblick auf Energie-effizienz und Wirtschaftlichkeit. Das haben immer mehr Hersteller von Kunststoffmaschinen erkannt und wechseln von analog geprägten Komponenten auf digital vernetzbare Lösungen. Sie profitieren so von den Vorteilen der Fluidtechnologie und der Digitalisierung.

Um unterschiedliche Anforderungen flexibel abzudecken, sind in Kunststoffmaschinen heute modular austauschbare hydraulische, hybride und elektrische Antriebe im Einsatz. Vor allem bei höheren Leistungsklassen bietet die Hydraulik mit ihrer Kraftdichte und Robustheit klare Vorteile. Im Vergleich zu elektromechanischen Lösungen ist sie zudem besonders wartungsarm und arbeitet nahezu verschleißfrei. Moderne hydraulische Antriebstechnik sorgt zudem für eine bedarfsgerechte, energieeffiziente Druckversorgung der hydraulischen Verbraucher. Digital ansteuerbare, dezentral intelligente Hydraulikkomponenten und Subsysteme eröffnen neue Freiheitsgrade zur Optimierung von Grundfunktionen der Kunststoffmaschine, wie etwa einspritzen, Form öffnen und schließen oder Auswerfen.

Kraftvolle Pumpenantriebe mit eigener Intelligenz

Eine solche Lösung ist das Hydraulikaggregat Cytrobox von Bosch Rexroth, das sich im Leistungsbereich von 7,5 bis 30 kW beispielsweise auch für die Druckversorgung von Zusatzfunktionen wie Kernzügen eignet. Als Plug-and-run-Lösung senkt das Aggregat den Aufwand für die Inbetriebnahme erheblich. Der integrierte IoT-Service Cytro Connect Solutions sorgt für eine hohe Verfügbarkeit und vermeidet ungeplante Maschinenstillstände.

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Auch die Nachhaltigkeit von Aggregaten kann über verschiedene konstruktive Hebel deutlich verbessert werden: Die Cytrobox bringt alle Komponenten in einem schlanken Gehäuse unter, das 75 Prozent weniger Aufstellfläche als bisherige Aggregate beansprucht: Statt 2 werden jetzt nur noch 0,5 m² benötigt. Drehzahlvariable Pumpenantriebe Sytronix mit eigener Intelligenz passen über vordefinierte Regler die Drehzahlen bedarfsgerecht an. Damit senken sie den Energieverbrauch der Hydraulik in zyklischen Anwendungen um bis zu 80 Prozent. Der entgasungs- und strömungsoptimierte Tank reduziert das Ölvolumen um 75 Prozent, von 600 auf lediglich 150 l. Außerdem liegt die Geräuschemission der Cytrobox – auch unter Volllast – bei weniger als 75 dB(A).

Drehzahlgeregelte Antriebe sorgen für eine nachhaltige Industriehydraulik

Drehzahlgeregelte Antriebe leisten einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Industriehydraulik. Sie sparen durch die Drehzahlregelung Energie ein, doch die servomotorisch angetriebenen Verstellpumpen können zudem über ihren Schwenkwinkel verschiedene Betriebszustände erzeugen. Auf diese Weise lassen sich typische Zyklusphasen, wie zum Beispiel längeres Druckhalten, mit deutlich geringerem Motordrehmoment und weniger Energiebedarf realisieren als mit Konstantpumpen.

Mit der neuen Pumpenplattform A3V von Bosch Rexroth sparen Spritzgießmaschinen und andere zyklische Anwendungen beispielsweise bis zu 80 Prozent Energie im Vergleich zu Systemen mit konstanter Drehzahl. Durch die höheren Drehzahlen ermöglicht die Verstellpumpe A3V2Q045 gleiche Volumenströme mit 30 Prozent weniger Motordrehmoment. Dadurch kann der Servomotor kleiner dimensioniert werden, was Investitions- und Betriebskosten reduziert. Weiteres Downsizing-Potenzial ergibt sich durch die bedarfsgerechte Anpassung des Fördervolumens: Durch Verstellung reduziert sich das Drehmoment in vielen zyklischen Anwendungen zusätzlich um weitere 30 Prozent. Dadurch kann auch der Umrichter kleiner dimensioniert werden, was ebenfalls Energie und Ressourcen spart.

Hardwaregebundene Hydraulikfunktionen in Softwaremodelle überführt

Mit der Elektrohydraulik hat sich die Regel- und Integrierbarkeit der Hydraulik verbessert, dennoch ist sie nach wie vor hardwarezentriert. Elektronik und Software werden als hardwaregebundene Erweiterungen geplant und umgesetzt. Noch flexibler werden Herstellende, wenn man bislang hardwaregebundene Hydraulikfunktionen in Softwaremodelle überführt.

Diesen Ansatz verfolgt Bosch Rexroth mit seiner neuen Software-Plattform H4U (Hydraulics for You). Die H4U-Plattform ist aus verschiedenen Software-Bausteinen, sogenannten Hydraulikfunktionen, aufgebaut. Diese können, je nach Anwendungsfall, beliebig miteinander kombiniert werden. Der Funktionsumfang reicht dabei von Basisfunktionen für Druck- und Volumenstromregelung bzw. Weg- und Kraftregelung für Hydraulikzylinder bis zu erweiterten Funktionen z. B. für die Gleichlaufregelung von mehreren hydraulischen Achsen.

Der klassische Ansatz, die Hydraulikfunktion in einer dedizierten Regelelektronik direkt mit der zu regelnden Komponente zu koppeln, wird mit der H4U-Plattform aufgelöst. Die Hydraulikfunktionen dieser Plattform sind hardwareunabhängig und können dadurch leicht in die bestehende Steuerung der Maschine integriert werden. Ebenso ist es möglich, Zykluszeit-unkritische Funktionen wie ein Condition Monitoring in Edge- oder Cloud-Lösungen umzusetzen. So sind Mehrwertdienste auch über Maschinengrenzen hinweg realisierbar. Wirtschaftlichkeit und Zukunftsfähigkeit von Maschinen und Anlagen werden über den gesamten Lebenszyklus hinweg erhöht. Funktionen zum Energiesparen sowie eine durchgängige Simulation verbessern die Energieeffizienz und Nachhaltigkeit der Kunststoffmaschine.

Digitalisierte Schnittstellen für vernetzte Industrie-4.0-Anwendungen

Die Vernetzung aller Aktuatoren in Kunststoffmaschinen schreitet schnell voran. Inzwischen reichen die Anforderungen von einfachen Statusabfragen bis hin zu komplexen, dezentral synchronisierten Bewegungen. Nur über digitale Schnittstellen können Anwender im laufenden Betrieb Parameter per Software ändern und so flexibel auf neue Aufgaben reagieren.

Die Digitalisierung ermöglicht außerdem schnelle Diagnosen und kann über Condition Monitoring die Maschinenverfügbarkeit steigern. Cloud-basierte Systeme können die Wartung von Hydraulikanlagen unterstützen. Ein modularer Ansatz ermöglicht individuelle Lösungen je nach Einsatzfall und Anforderungsprofil.

Condition Monitoring: heute schon wissen, was morgen passiert

Mit den Cytro Connect Solutions deckt Bosch Rexroth daher ein breites Spektrum an Servicelösungen ab – von der einfachen Datenvisualisierung des Maschinenzustands über ein regelbasiertes Condition Monitoring bis hin zu einem Predictive Analytics Service. Die umfassendste Lösung Cytro Connect Predict ermöglicht eine vorausschauende Analyse des Systems auf Basis selbstlernender Algorithmen. Hierzu wird der Systemstatus über einen Zeitraum hinweg erfasst und mittels künstlicher Intelligenz werden Modelle gebildet. Das System detektiert Abweichungen im Betrieb und bildet diese in Veränderungen der Komponentenindizes der Maschine ab.

Das erlaubt eine modellbasierte Analyse, ohne dass eine Person dauerhaft Prozesse überwachen sowie jegliche Grenzwertüberschreitung überprüfen muss. Auf dieser Grundlage sprechen Expertinnen und Experten frühzeitig Wartungsempfehlungen aus, die den bisherigen Zeitaufwand beim Anwender um bis zu 50 Prozent senken. Diese prädiktiven Instandhaltungsmaßnahmen stellen eine maximale Verfügbarkeit sicher und vereinfachen die Lagerhaltung von Ersatzteilen. Darüber hinaus stellt Bosch Rexroth regelmäßige Leistungs- und Nutzungsberichte zur Verfügung, auf deren Basis die Anwendung weiter optimiert werden kann.

Mit der Verlagerung von Funktionen in die Software vereinfacht die intelligente, vernetzte Hydraulik bereits die Engineeringphase. Mit identischer Hardware können Konstrukteure verschiedenste Varianten realisieren. Das senkt auch den Aufwand für die Inbetriebnahme. Aufeinander abgestimmte Komponenten und Software-Bausteine erhöhen die Prozesssicherheit und Wiederholgenauigkeit über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Zusätzlich eröffnet eine moderne Hydraulik zahlreiche Möglichkeiten, den Energieverbrauch zu senken und so die Betriebskosten zu reduzieren und die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. Durch die Vernetzung erschließen Hersteller außerdem neue Möglichkeiten für ein Condition Monitoring. Endanwender können vorausschauende Wartungskonzepte bis hin zu Cloud-basierten Systemen wie Cytro Connect nutzen und damit die Verfügbarkeit ihrer Maschinen und Anlagen deutlich steigern.

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