Hydraulik fordert Elektromechanik in der Energieeffizienz heraus

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Trotz der Vielseitigkeit der Hydraulik bleibt für die Hauptantriebsachsen spanender Maschinen die Mechanik dominant. Ist bei diesen Achsen keine Renaissance der Hydraulik in Sicht?

Schmidt: Die Bewegungstechnik in spanenden Werkzeugmaschinen liegt klar in der Hand der Mechanik. Dagegen ist in anderen Maschinen die Hydraulik die dominante Technik für Antriebsachsen, zum Beispiel in Spritzgießmaschinen und Abkantpressen. Wichtig ist also, sich die jeweilige Antriebsanwendung genau anzusehen. Rexroth hat neben hydraulischen und peumatischen auch mechanische Antriebsachsen im Programm und kann daher neutral beraten. Wir müssen akzeptieren, dass die Elektrik und Elektronik auf der Steuerungs-, Sensor- und Motorseite der richtige Weg in Richtung Energieeffizienz ist. Auf diesem Weg wendet man sich nicht zwangsläufig von der Hydraulik ab. Vielmehr entscheidet die effizienteste Art der Kraftübertragung darüber, ob eine Maschinenachse hydraulisch oder mechanisch angetrieben wird. Wir müssen an dieser Stelle Hydraulik neu denken und auch zulassen.

Synek: „Hydraulik neu denken“ ist ein gutes Schlagwort. Im Bereich Kunststoff-Spritzgießmaschinen gab es eine ähnliche Diskussion um die effizienteste Antriebstechnologie. Elektromechanische oder elektrohydraulische Antriebssysteme wurden in Vorhaben des Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA mit Unterstützung der Spritzgießmaschinen-Hersteller untersucht. Für eine objektive Vergleichbarkeit wurden die Formteilgeometrie, die daraus resultierenden Werkzeugmaße sowie die technischen Anforderungen, die sich aus der Geometrie und dem zu verarbeitenden Material ergaben, wie Schließkraft, Dosierleistung, Einspritzvolumenstrom, Öffnungshub und Geschwindigkeiten, gemeinsam festgelegt. Die so erarbeiteten Ergebnisse ließen einen objektiven Vergleich der Antriebssysteme zu: In Abhängigkeit vom Formteil und Spritzgießprozesses ist nur die Entkopplung temporär benötigter Antriebssysteme sinnvoll. Der Hybridantrieb – die Kombination elektrischer und hydraulischer Antriebsachsen – bietet Potenziale hinsichtlich der Energieeffizienz. Für die Werkzeugmaschine eröffnet sich unter den vorgenannten Kriterien sicherlich auch ein noch nicht voll ausgeschöpftes Potenzial. Auch bietet die Optimierung beziehungsweise Reduzierung der Nebenzeiten sicherlich noch Einsparpotenziale.

Kann der Hybridansatz die Anwendungschancen der Hydraulik bei Vorschubachsen von Mehrspindel- und Rundachsmaschinen erhöhen?

Schmidt: Bei der Vorschubachse sind die Entscheidungskriterien unter anderem die Eigenfrequenz, die Übertragungskraft und die Masse. Bei einer schlanken, relativ schwachen Achse geht der Vergleich bezüglich der Eigenfrequenzen natürlich zugunsten der mechanischen Spindel aus. Das hat aber mit dem E-Modul von Stahl und dem Öl zu tun. Ab einer bestimmten Übertragungskraft kippt das dann zugunsten des Hydraulikzylinders. Machen die Hydrauliker ihre Hausaufgaben, wird dieser Übergang bei 100 bis 300 kN liegen. Der Übergangsbereich liegt jedoch normalerweise über dem der spanenden Werkzeugmaschinen.

Gibt es bei der Anbindung an die CNC von Werkzeugmaschinen Hindernisse, die ein Erschließen des Anwendungspotenzials erschweren?

Schmidt: Ein drehzahlvariabler Pumpenantrieb parametriert sich nicht anders als ein elektromechanischer Antrieb. Drehzahlvariable Pumpenantriebe werden daher in naher Zukunft die Akzeptanz der Hydraulik wieder steigern.

Inwieweit haben Entwicklungen wie Mikroelektronik und Digitaltechnik dabei geholfen?

Roosen: Die Entwicklung in der Elektronik hat signifikant zum heutigen Leistungsvermögen der Hydraulik beigetragen. Parker bietet spezielle Achsreglermodule für hydraulische Antriebe an, die sich aus Sicht der Maschinensteuerung und der Bedienoberfläche nicht von Modulen elektromechanischer Antriebe unterscheiden. Der Regler selbst muss natürlich der Physik des hydraulischen Antriebs, zum Beispiel der geringen Dämpfung, gerecht werden. Wird das physikalische Antriebsverhalten im Regelungsmodul berücksichtigt, so ist es für den Anwender unerheblich, ob er einen hydraulischen oder elektromechanischen Antrieb in die Steuerungsarchitektur integriert.

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