Hydraulik fordert Elektromechanik in der Energieeffizienz heraus

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Zeigt sich diese Entwicklung auch in der Verbesserung von Leistungsmerkmalen hydraulischer Antriebsachsen?

Roosen: Die Flexibilität ist definitiv besser geworden, zum Beispiel bei der Anpassung an unterschiedliche Arbeitspunkte. Ein digitaler Regler ist immer ein taktender Regler mit begrenzter Abtastfrequenz. Ein optimaler Analogregler ist sowohl für die Hydraulik als auch für die Elektrik sicherlich das schnellstreagierende System. Jedoch bietet die digitale Regelungstechnik zahlreiche zusätzliche Möglichkeiten, sodass neue Einsatzfelder mit hohen Genauigkeitsanforderungen erschlossen werden. Davon profitieren beispielsweise auch umformende Werkzeugmaschinen.

Was halten die Werkzeugmaschinenhersteller von komplett gekapselten Hydraulikaggregaten mit einer Öl-Lebensdauerfüllung – ähnlich einem hydrostatischen Differenzialgetriebe für Nutzfahrzeuge?

Pruschek: Bei dieser Art einer hydraulikfreien Werkzeugmaschine geht es um eine bessere Montage- und Servicefreundlichkeit. Darüber wurde schon vor mehreren Jahren diskutiert. Im Zuge der Energieeffizienzdebatte brachte die Politik jedoch auch die Problematik des Medieneinsatzes und der Medienentsorgung in die Effizienzdebatte ein. Wie wir heute wissen, ist der Energieaufwand für die Herstellung einer Maschine im Vergleich zum Energiebedarf in der Betriebszeit der Maschine im unteren Prozentbereich anzusiedeln. Weil in eine energetische Betriebsanalyse alle Energiearten einfließen, wäre eine Einmalbefüllung wünschenswert.

Schmidt: Ist der Wunsch nach einer hydraulikfreien Maschine gleichbedeutend mit dem Wunsch nach einer ölfreien Maschine oder mit dem einer Hydraulik, die sich im Betrieb, im Service und über die Maschinenlebensdauer hinweg besser verhält? Wenn ich das Potenzial der Hydraulik sehe, das heute noch nicht erschlossen ist, bereitet mir die Zukunft der Hydraulik wenig Sorgen. Jedoch müssen neue Antriebskonzepte zugelassen werden. Intelligente Automatisierung, Elektrifizierung und Digitalisierung sind dabei die Stichworte.

Synek: Der Begriff „hydraulikfrei“ lässt zwei Interpretationen zu: Das Hydrauliksystem ist entweder substituiert oder es handelt sich um ein modernes Hydroaggregat mit einer Öllebensdauerfüllung – und mit gegenüber der eingesetzten Druckflüssigkeit kompatiblen Dichtungen und Verschraubungssystemen, die dem Stand moderner Technik entsprechen. Der Betreiber einer Werkzeugmaschine würde das vorbeschriebene Hydrauliksystem nicht mehr wahrnehmen – auch deshalb nicht, weil bei entsprechenden Einsatzbedingungen keine oder nur sehr überschaubare Service- oder Wartungsarbeiten anfallen. Entspricht ein nahezu wartungsfreies Hydroaggregat – ausgelegt auf die Lebensdauer der Werkzeugmaschine – dem, was die Maschinenhersteller unter „hydraulikfrei“ verstehen oder geht es dabei doch um die Substituierung der Hydraulik? Eine Antwort auf diese Frage kann mit Blick auf den bisherigen Verlauf dieses Gesprächs nicht eindeutig gegeben werden. Es bedarf für die meisten Fälle einer individuellen Analyse und Bewertung.

Bauer: Den Maschinenherstellern geht es doch um mehr Montage- und Servicefreundlichkeit. Dazu kommt der Preisdruck und eine zunehmend schwindende Hydraulikkompetenz im Maschinenbau – in der Entwicklung und Konstruktion, im Einkauf und After-Sales-Service. Eine Plug-in-Lösung mit Lebensdauerfüllung wird dieser Entwicklung gerecht. Zwar gibt es bereits solche gekapselten Aggregate, doch sind das Einzelfälle. Eine stärkere Verbreitung setzt aber eine enge Zusammenarbeit mit den Kunden voraus, weil diese Antriebe maßgeschneidert werden müssen. Für die Hydraulikbranche ergibt sich damit die Chance, die Energieeffizienzdebatte stärker zu gestalten und nicht mehr größtenteils den Maschinenherstellern zu überlassen.

Roosen: Mit Plug-in-Lösungen verlagert sich die Kompetenz für Fluidsysteme bei vielen Maschinenherstellern stärker zu den Systemanbietern. Hier kann Parker auf die Expertise für alle Disziplinen zurückgreifen. Bei Plug-in-Lösungen hat Parker den großen Vorteil, als Lieferant und Systempartner der Maschinenhersteller kundenspezifische Komplettlösungen anbieten zu können – unabhängig davon, ob man ein mechanisches, pneumatisches oder hydraulisches Antriebssystem haben will.

Grigoleit: Die Auslegung der Hydraulik auf die Maschine ist ein ganz wesentlicher Punkt. Sind die Aktoren bereits festgelegt, gibt es nicht mehr viele Möglichkeiten, um die Druckverhältnisse zwischen Pumpe und Verbraucher anzupassen. Die Zusammenarbeit zwischen Werkzeugmaschinenhersteller und Lieferant sollte daher frühzeitig beginnen, um Einfluss auf die Auslegung der Aktoren zu haben – und sei es nur bezüglich des Durchmessers und des Drucks.

Pruschek: Dazu müssten wir als Maschinenhersteller von der Hydraulikbranche die richtigen Auslegungswerkzeuge bereitgestellt bekommen. Bei der elektrischen Antriebstechnik ist das der Fall. Wir haben alle Werkzeuge, um einen elektrischen Antriebsstrang komplett durchzurechnen, einschließlich aller Komponenten, die dranhängen – insbesondere der mechanischen Ankopplung. Möglicherweise gibt es solche Werkzeuge auch in der Hydraulik, sie sind uns jedoch wenig bekannt.

Schmidt: Letztendlich gibt es vier Hebel, um die Energieeffizienz von Antrieben zu steigern. Dies sind energieeffiziente Komponenten, bedarfsgerechte Energiebereitstellung, Energierückgewinnung und – ein besonders wichtiger Punkt – die Systembetrachtung. Hierbei möchten wird unsere Kunden bereits in der Konzeptphase beraten. Je früher der Hebel angesetzt wird, desto wirksamer ist er. Rexroth bündelt die Hebel in der 4EE-Systematik für seine Kunden.

Zu welchem Ergebnis kommt man bei Spannsystemen unter der Voraussetzung, dass die vier Hebel angewendet werden?

Sayler: Blickt man zurück auf die EMO Hannover 2011, wird klar, dass elektrisch betätigte Spannelemente nicht die hohen Drücke und Kräfte erzeugen können wie hydraulische. Wir befassen uns seit Langem mit dem Thema Energieeffizienz und haben für hohe Drücke und Kräfte noch kein elektromechanisches Pendant zur hydraulischen Spanntechnik gefunden, das zudem kostengünstig und platzsparend im Aufbau ist. Dennoch können alle unsere Techniken auch elektrisch ausgeführt werden. Der Kunde entscheidet über Kosten, Nutzen und Platzverhältnis.

Pruschek: Die Druck- und Kraftbegrenzung schränkt natürlich die elektromechanische Spanntechnik auf Kleinmaschinen ein, die mit relativ wenig Spannkraft auskommen. Bei einer kleinen Werkzeugmaschine sieht Gildemeister in einem elektromechanischen Spannsystem dann Vorteile, wenn es die einzige hydraulische Funktionseinheit wäre. Nur in diesem Fall lässt sich ein elektromechanischer Spanner gegen ein komplettes Hydraulikaggregat aufrechnen. Noch ist das eine Vision, es gibt noch keine fertig umsetzbare Standardlösung und schon gar nicht bei großen aufzubringenden Spannkräften. Ansätze zur hydraulikfreien Maschine sehen wir nur bei kleinen Werkstücken, kleinen Werkzeugen und entsprechend eingeschränkten Drehzahlen.

Schmidt: Dennoch steckt in der Spannhydraulik noch Verbesserungspotenzial. So hat Rexroth auf der Hannover-Messe 2011 ein Spannsystem ausgestellt, das mit Schaltventilen hochgenau Drücke und auch Positionen regeln kann. Eingesetzt wird dabei ein Wegesitzventil mit digital-elektrischer Ansteuerung. Die Regelgenauigkeit übertrifft die eines analogen Proportionalventils. Das Ansteuerprinzip ähnelt denen von ABS-Systemen in Automobilen. Daraus resultieren zwei entscheidende Vorteile: Die Investitionskosten sinken. Der digitale und leckölfreie Betrieb senkt die hydraulische Spanntechnik energetisch auf ein extrem sparsames Niveau.

* Das Round-Table-Gespräch wurde gemeinsam mit dem Fachverband Fluidtechnik im VDMA veranstaltet.

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