Michael Stiegler, Baumüller Nürnberg GmbH
2024-08-21T12:55:05+02:00
Antriebstechnik
Baumüller

Umstieg auf Servohydraulik: Das System kurz erkl?rt

In servohydraulischen Systemen werden ungeregelte Normmotoren durch pr?zise regelbare Servomotoren ersetzt. Das System hinter dem Umstieg erkl?ren wir Ihnen in diesem Beitrag.

? Hydraulik vs. Servohydraulik |
Berechnen Sie Ihre Energieeinsparung!

Das servohydraulische Antriebssystem

In servohydraulischen Systemen werden ungeregelte Normmotoren durch pr?zise regelbare Servomotoren ersetzt. Der wichtigste Vorteil dieser drehzahlgeregelten Pumpenantriebe ist eine effizientere Dosierung der eingebrachten Energie und damit eine verbesserte Energieeffizienz. Au?erdem punktet die Servohydraulik mit optimierter Regelgüte, Kompaktheit und geringeren Ger?uschemissionen. Seit einigen Jahren ist darum das Konzept, hydraulische Leistungsübertragung mit dem Prinzip drehzahlgeregelter Leistungsbereitstellung zu kombinieren in vielen Anwendungen Standard.

Ein Umstieg von herk?mmlichen hydraulischen Systemen mit Normmotor auf Servohydraulik lohnt sich besonders, wenn im Bearbeitungszyklus viele oder lange Pausezeiten oder Teillastbereiche enthalten sind, in denen keine hydraulische Kraft abgenommen wird. Auch Retrofitl?sungen k?nnen Sinn machen und die Energieeffizienz bestehender Maschinen deutlich verbessern. Der Umstieg hin zum servohydraulischen Antrieb ist kein Hexenwerk und die Vorteile machen sich über die gesamte Lebensdauer der Maschine bemerkbar.

Ein Vergleich von klassischen hydraulischen Antrieben mit servohydraulischen Systemen und einige Anwendungsbeispiele finden Sie hier

Zum Artikel

Nach der Entscheidung für einen Umstieg auf Servohydraulik geht es an die Architektur des Systems. Hier gilt es einige Punkte zu beachten, die bei klassischen Hydrauliksystemen mit Normmotor nicht relevant sind.

Ein Beispiel für den Aufbau eines servohydraulischen Systems in einer Spritzgie?maschine

Das servohydraulische System besteht aus einem Servoumrichter, der einen Synchronservomotor ansteuert. Dieser Motor steuert eine Konstantpumpe an. Die Druck- und Volumenstrom-Sollwerte werden von der Steuerung an den Umrichter geschickt. Auf dem Umrichter wird durch Anpassen der Drehzahl die Druck- und Volumenstromregelung realisiert. Das Auslesen der Ist-Positionen findet, wie im herk?mmlichen hydraulischen System mit Normmotor, über die Maschinensteuerung statt. Für die Auslegung des Antriebssystems gibt der Maschinenbauer die Werte für den ben?tigten Volumenstrom und Druck an den Systemanbieter, z.B. Baumüller, weiter. Baumüller übernimmt die Auslegung des gesamten Antriebssystems inklusive Pumpe, Motor und Umrichter.

Die Hardware: Pumpe

In der Regel werden in servohydraulischen Systemen Konstantpumpen eingesetzt. Baumüller kann dabei auf Wunsch mit allen g?ngigen Pumpenherstellern arbeiten. Zahlreiche Hersteller haben eine eigene Baureihe für den drehzahlvariablen Betrieb im Portfolio, die genau den Anforderungen servohydraulischer Systeme entspricht und für hohe Beschleunigungen konzipiert ist. Im Vergleich zum ungeregelten hydraulischen System mit Normmotor wird die Pumpe kleiner ausfallen, da eine Entkopplung von der Netzfrequenz stattfindet. So wird eine h?here Drehzahl m?glich und die Pumpe kann kleiner dimensioniert werden.

Baumüller bietet als Besonderheit drei verschiedene Varianten für die Verbindung zwischen Pumpe und Motor. In der Standard Line erfolgt der Anbau klassisch über Kupplung und Pumpentr?ger. Diese bew?hrte Variante kommt mit Standard-Motorwelle und -Motorflansch aus und ist durch die separaten Komponenten flexibel. Die zweite Ausbaustufe Advanced Line bezeichnet den Direktanbau der Pumpe an den Motor über eine Innenverzahnung. Hier entfallen Pumpentr?ger und Kupplung, das System ist somit kompakter und robuster. Durch den Wegfall des Pumpentr?gers als Resonanzk?rper verringert sich zudem die Ger?uschbelastung. In der dritten Stufe, der Performance Line wird zus?tzlich noch das Hydraulik?l für eine intelligente ?lumlaufschmierung genutzt. Es wurden hier sowohl beim Motor als auch bei der Konstantpumpe Anschlüsse erg?nzt, damit der Leckagestrom der Pumpe zur permanenten Schmierung der Verzahnung eingesetzt werden kann. Eine notwendige Fettschmierung der Innenverzahnung, die durchschnittlich alle 3000 Betriebsstunden f?llig w?re, entf?llt somit und das System ist besonders robust. Baumüller bietet somit eine zum Patent angemeldete L?sung an, die zu einem deutlich reduzierten Serviceaufwand im Betrieb führt.

Die zum Patent angemeldete permanent geschmierte Innenverzahnung von Baumüller nutzt den Leckagestrom des Hydraulik?ls zur Schmierung und verringert so deutlich den Wartungsaufwand

Die Hardware: Motor

Als Motoren kommen in servohydraulischen Systemen permanenterregte Synchronmotoren zum Einsatz. Hauptkriterium bei der Auswahl der Servomotoren sind gute Performance hinsichtlich Dynamik und ?berlastf?higkeit. Auch der Drehzahlbereich spielt bei der Auswahl des Motors eine gro?e Rolle, da die Pumpen mit bis zu 6000 min-1 laufen k?nnen, die dann auch dem Motor abverlangt werden. Baumüller hat für den Einsatz in servohydraulischen Systemen verschiedene Motorbaureihen, vom dynamischen Drehstrom-Servomotor DSD2 bis hin zum Drehstrom-Synchronmotoren DS2, im Angebot. So kann ein gro?er Leistungsbereich abgedeckt werden. Zus?tzliche Vorteile bringt die Option ?lkühlung. Flüssigkeitsgekühlte Motoren haben eine h?here Leistungsdichte als luftgekühlte Motoren und k?nnen so kleiner dimensioniert werden. Im hydraulischen System bietet es sich an, diese Vorteile zu nutzen, da ohnehin ?l in der Maschine vorhanden ist. Baumüller bietet seine Servomotoren in den Baugr??en 45 bis 132 mit ?lkühlung an. Die Synchronhauptantriebe sind von Baugr??e 100 bis hin zur Baugr??e 200 in ?lgekühlter Ausführung erh?ltlich

Hier gibt’s mehr Informationen zu den Baumüller Motoren

Zu den Produkten

Die Hardware: Umrichter

Gr??ter Unterschied zum ungeregelten hydraulischen System ist der Umrichter, auch Servoantrieb genannt. Er spielt bei der Auswahl des passenden Systems eine zentrale Rolle. Im Servoantrieb sitzt die Software für die Druck- und Volumenstromregelung und für zahlreiche weitere Funktionen z.B. für das Pumpenmonitoring. Au?erdem muss der Umrichter die passenden Schnittstellen bieten, um das Antriebssystem in die Maschine integrierten zu k?nnen. Die Baumüller-Umrichterreihen b maXX 5000 und b maXX 3000 verfügen über die analogen Schnittstellen für die Druckaufnehmer und Schnittstellen für alle g?ngigen Feldbusse, so dass eine einfache Anbindung an die zentrale Steuerung m?glich ist. Die Anforderungen an die zentrale Steuerung ?ndern sich im Vergleich zum hydraulischen System mit Normmotor nicht, Maschinenbauer haben also die M?glichkeit mit ihren gewohnten Steuerungstypen zu arbeiten. Motor und Umrichter werden entsprechend der Leistungsanforderungen als Paket ausgelegt. Vorteilhaft ist es, wenn auch die Elektronik über ?lkühlung verfügt, da das Medium ja bereits in der Maschine vorhanden ist. Die b maXX 5000 Servoantriebe von Baumüller verfügen über die Option ?lkühlung.

Hier gibt’s mehr Informationen zu den Baumüller Umrichtern.

Zu den Produkten

Mit der praktischen Durchstecktechnik bei den b maXX 5000 bietet Baumüller flüssigkeitsgekühlte Ger?te an

Die Hardware: IoT und Steuerung

Bei Baumüller ist das gesamte servohydraulische System eine antriebsbasierte L?sung. Das hei?t, die Anforderungen an die zentrale Steuerung ?ndern sich mit der Umstellung von Normmotor auf geregelten Servomotor nicht. Die Schnittstellen zur Anbindung der Steuerung an die Maschine bleiben die gleichen. Die Umsetzung des Systems ist herstellerunabh?ngig mit den unterschiedlichsten Steuerungstypen m?glich.

Für mehr Transparenz in der Fertigung stehen in den Servoantrieben intelligente Funktionalit?ten zur Verfügung, die die Performance von servohydraulischen Systemen noch weiter verbessern. Das permanente Sammeln, Auswerten und ?bertragen von Daten im Umrichter erm?glicht die kontinuierliche ?berwachung und Visualisierung des technischen Zustandes einer Maschine oder Anlage. Bestimmte Ereignisse k?nnen so schon im Voraus berechnet werden, so dass eventuelle Maschinenausf?lle frühzeitig erkannt werden und Wartungsintervalle verschlei?orientiert geplant werden k?nnen.

Optimierte Prozessabl?ufe werden zum Beispiel durch intelligente Regelalgorithmen wie die adaptive Druckvorsteuerung erreicht. Die Software erm?glicht hier einen überschwingfreien Drucksprung in Minimalzeit, ganz automatisch, mit sanftem ?bergang in nur wenigen Millisekunden.

Hier gibt’s mehr Informationen zu den Baumüller Steuerungen.

Zu den Produkten

Die Software

Die Software mit allen Funktionalit?ten zum Betrieb des servohydraulischen Systems ist direkt im Servoumrichter integriert und grundlegend dafür verantwortlich, dass die Vorteile der Servohydraulik in maximalem Ma? zum Tragen kommen. Die Parametrierung des Umrichters erfolgt über eine grafische Bedienoberfl?che. Mit der geführten Inbetriebnahme von Baumüller ist eine schnelle Inbetriebnahme auch ohne tiefgehende Programmierkenntnisse oder detailliertes Know-how in der Servoantriebstechnik m?glich. Die Parametrierung kann auch als Service durch die Baumüller-Experten erfolgen, genauso wie die Unterstützung bei Optimierungen und Herausforderungen in der Serienproduktion.

Neben den notwendigen Standardfunktionalit?ten wie Druck- und Volumenstromregelung oder Online-Datensatzumschaltung umfasst die neuste Software für servohydraulische Systeme von Baumüller v2+ zahlreiche Schutz- und Monitoringfunktionen, die die Performance und Zuverl?ssigkeit des Systems noch verbessern.

Der Service

Sowohl die Auslegung des Antriebssystems, als auch die Inbetriebnahme und die Betreuung bis zur Serienreife k?nnen von Baumüller als Systemanbieter übernommen werden. Baumüller unterstützt den Maschinenbauer mit seiner langj?hrigen Erfahrung und dem notwendigen Know-how beim Systemwechsel.

Haben Sie noch Fragen?

Michael Stiegler
Applikation