Hoerbiger Antriebe für Abkantpressen – kraftvoll, leise und energieeffizient

Autor / Redakteur: Josef Ritzl und Andreas Zeiff / Dietmar Kuhn

Abkantpressen werden mehr und mehr zu Hightech-Fertigungssystemen für die Blechbearbeitung. Gemessen werden sie vor allem an ihren Antrieben, wobei Hersteller auf unterschiedliche Philosophien setzen. Hoerbiger Automatisierungstechnik liefert ausschließlich die Antriebstechnik und setzt dabei mit elektrohydraulischen Kompaktantrieben auf das Beste aus zwei Welten.

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Mit der Antriebslösung ePrAX® setzt die Hoerbiger Automatisierungstechnik GmbH für Abkantpressen neue Maßstäbe. Der Antrieb lässt sich leicht montieren und warten.
Mit der Antriebslösung ePrAX® setzt die Hoerbiger Automatisierungstechnik GmbH für Abkantpressen neue Maßstäbe. Der Antrieb lässt sich leicht montieren und warten.
(Bild: Hoerbiger)

Bleche und deren Bearbeitung gestern und heute sind zwei verschiedene Welten: Die Werkstoffe haben sich geändert, die Möglichkeiten für die Bearbeitung werden intelligenter und aufgrund massiver Energieeinsparung immer effizienter. Hochfeste Bleche, deren Wanddicken in neue Dimensionen vorstoßen, beste Stabilität bei weniger Gewicht – das sind die heutigen und künftigen Herausforderungen für eine moderne Blechbearbeitung. Deshalb sind höhere Produktivität und Genauigkeit bei größtmöglicher Flexibilität von kleinsten bis größten Kräften und eine kompakte Bauweise gefragt. Herkömmliche elektrische oder hydraulische Antriebe stoßen dabei schnell an ihre Grenzen. Umdenken ist angesagt:

Der völlig neuartige Aufbau einer durchdachten Hybridlösung vereint die Vorteile beider Antriebsarten und eliminiert deren spezifische Nachteile. Das kommt den Anforderungen von Anwendern und Konstrukteuren von Blechbearbeitungsmaschinen entgegen und vereinfacht sowohl Konstruktion als auch Montage, Betrieb und Wartung gleichermaßen. Zudem ermöglicht er einen zuverlässigen, leisen und energiesparenden Betrieb.

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Hydraulik mit der Elektrik kombiniert gibt Kraft

Große Kräfte für Pressen sind eine Domäne der Hydraulik, elektrische Antriebe dagegen sind eine saubere, praktische Sache für kleinere Aktuatoren, dazwischen klafft eine Lücke. Das war bisher ein Konstruktionsgrundsatz. Hoerbiger kombiniert als der Experte für elektrohydraulische Lösungen im Maschinenbau den elektrischen Antrieb mit einem hydraulischen Getriebe für leistungsstarke Antriebe in Abkantpressen zu einem echten Kraftzwerg. Kompakte Abmessungen, hohe Präzision bei der Positionierung des Biegebalkens, niedrigste Geräuschemissionen und höchste Zuverlässigkeit bei leichter Einbindung in die jeweilige Maschine unter Verwendung von minimalen Ölvolumen. Das sind die wesentlichen Ansprüche aus den Lastenheften von Maschinenbauern für die Blechbearbeitung, die es für Entwickler leistungsbestimmender Komponenten zu erfüllen gilt. Für den Konstrukteur wie für den Wartungsfachmann kommen einfach aufgebaute Systeme, die wenig Anschlussaufwand und Wartung erfordern, dem idealen Aktuator schon sehr nahe. Elektrische Antriebe, die nur eine Leistungs- und Signalleitung benötigen, waren hier klar im Vorteil. Elektrische Linearaktuatoren sind aber für den Einsatz bei großen Kräften und Dynamik klar im Nachteil.

Zudem ist ein „Kolben“, der beispielsweise über Gewindespindeln angetrieben wird, teurer in der Anschaffung und meist wartungsintensiver. Höchste Energiedichte vor Ort dagegen bietet die Hydraulik, erfordert aber dazu meist voluminöse Nebenaggregate und vergleichsweise starre und störende Verbindungsleitungen. Das Konglomerat aus Tank, Verschraubungen, Leitungen und Filter im Ölkreislauf verlangt bei konventionellen Lösungen eine intensivere Wartung, zusätzliche elektrische Steuerleitungen erschweren und verteuern die Montage.

Neuer Antrieb wurde an die Praxis angepasst

Der Vergleich von Vor- und Nachteilen der beiden Lösungen weist einen Königsweg auf: ein Verbund aus elektrischem Antrieb und hydraulischem Abtrieb für leistungsstarke Linearaktoren ist die beste Lösung. Dabei bietet sich für den Konstrukteur und den Anwender ein deutlicher Zusatznutzen: Die elektrische Pressenachse lässt sich wie andere Motoren als elektrischer Verbraucher betrachten und erfordert kein Hydraulikwissen.

Die Experten von Hoerbiger haben den an den Praxisanforderungen von Abkantpressen ausgerichteten Kompaktaktuator ePrAX® entwickelt. Er vereint einen dynamischen elektrischen Pumpenantrieb mit einer energieeffizienten Innenzahnradpumpe mit höchstem Wirkungsgrad und einem leistungsstarken Hydraulikzylinder. Das nötige Öl wird dabei platzsparend direkt in der Komponente in einem geschlossenen Tankbehälter um den Zylinder gelagert. Eine intelligente Steuerung für den Motor und die Ventile erlaubt einen energieoptimierten Betrieb ohne Abstriche bei Leistung und Präzision. Im Vergleich zur konventionellen Hydraulik spart das neuartige Hybridkonzept, wie Vergleichsmessungen zeigen, rund 70 % Energie ein und arbeitet dabei auch noch deutlich leiser als herkömmliche Antriebslösungen. Die erreichbare Präzision liegt bei 5 μm. Da sich das System über den Betriebsbereich weitgehend linear verhält, reicht eine einfache Kalibrierung zur Abstimmung aus. Das System ist plug-and-play-einsatzfähig. Für die Montage wird die kompakte Einheit aus Hydraulikteil und aufgesetzter Kraft-/Steuereinheit einfach angeschraubt und mit Leistungs- sowie Signalleitungen verbunden. Durch das rundum geschlossene und einbaufertig gelieferte System sind für den Monteur keine Hydraulikkenntnisse notwendig. Die Elektrohydraulik ist auf einen wartungsfreien Zeitraum von rund 7000 h ausgelegt, da das Hydrauliköl keinen Kontakt zur Atmosphäre hat. Die Ölmenge beträgt im Schnitt je System nur rund 18 l im Vergleich zu mehreren Hundert Litern in konventionellen Antrieben, ein deutlicher Umweltgewinn. Momentan gibt es den ePrAX® in der 550-kN-Ausführung mit einem Hub von 280 mm, weitere Varianten mit 850 und 1250 kN sind in der Entwicklung.

Schneller Arbeitstakt senkt Stückkosten

Blechteile werden meist nach Stückkosten gerechnet. Deshalb ist für eine hohe Wertschöpfung ein schneller Arbeitstakt erforderlich. Ein schneller Eil-Ab und Eil-Auf minimiert dabei die Zykluszeiten drastisch. Arbeiten bisherige Hydrauliklösungen oft nur mit dem Eigengewicht des Biegebalkens, so erlaubt der Elektroantrieb durch Drehzahlumkehr einen schnellen und exakt steuerbaren Eil-Ab und Eil-Auf. Diese Optimierung des Systems gewährleistet ein kleinerer Eilgangzylinder innerhalb des Arbeitskolbens, der je nach Einstellung eine höhere Beschleunigung erzielt. Der Hilfszylinder wird direkt von der Servopumpe versorgt. An der Biegeposition angekommen arbeiten Eilgangzylinder und Arbeitszylinder zusammen. So wird der gesamte Kolbenraum genutzt, um eine maximale Kraftentfaltung sicherzustellen. Bei der maximalen Arbeitsgeschwindigkeit von 10 mm/s wird die erforderliche Kraft aufgebracht. Die Servopumpe regelt die Richtung und Position sowie den Druck des Zylinders.

Im direkten Vergleich zu herkömmlichen Anlagen ist der Maschinenzyklus dadurch deutlich kürzer. Da Materialfluss und Teilequalität eine nicht zu überschreitende definierte Höchstgeschwindigkeit der Umformung vorgeben, stammt der Zeitgewinn aus den Nebenzeiten wie verbesserte Rampenzeiten in den einzelnen Prozessschritten des Systems. Hier schlägt das neue Hybridsystem die üblichen hydraulischen Antriebe um Längen und erlaubt typischerweise bis zu 30 % Zyklusverkürzung.

Dabei sind im Eil-Ab wie Eil-Auf Ganggeschwindigkeiten bis zu 230 mm/s möglich. Für den Maschinenbauer und Nutzer birgt das einen weiteren Zusatznutzen: Das Gewicht des Biegebalkens kann auf das von der Krafteinwirkung vorgegebene Maß reduziert werden, da die Kolbenbewegung nun unabhängig vom Balkengewicht ist. Das spart Material- und Handlingkosten.

Keine Angst vor Überbelastung dank konstruktiver Lösung

Werden schnelle rotierende Teile schlagartig abgebremst, entstehen hohe Kräfte, die problemlos auch dicke Wellen und Passfedern abscheren können. Mechanische und damit verschleißträchtige (Rutsch-) Kupplungen müssen dann diese Systeme entkoppeln. Die Hybridlösung begegnet solchen Blockaden dagegen mit bewährter, einfacher Technik: Überlast wird im Hydraulikteil durch Überdruckventile sicher abgebaut und gleichzeitig über die Elektronik die Pumpenleistung kontrolliert und angepasst. Da alle Komponenten praktisch verschleißfrei durch Eigenschmierung arbeiten, erhöht das die Lebensdauer des Aktors. Da alle mess- und steuerungsrelevanten Komponenten direkt elektrisch aus dem ePrAX® heraus geführt werden, lässt es sich auch schnell und sicher in ein übergeordnetes Anlagensicherheitskonzept applizieren.

Das Hybridkonzept aus dynamischem Elektroantrieb und bewährter hydraulischer Kraftuntersetzung setzt als kompakter Kraftzwerg neue Maßstäbe bei Abkantpressen und vergleichbaren Antriebslösungen im Maschinenbau. Höchste Kräfte und Präzision, gepaart mit kurzen Zykluszeiten und einer Energieeinsparung bis zu 70 %, sprechen für sich. Der leise Betrieb bringt einen weiteren Vorteil, da Lärmemissionen in Produktionshallen ein ernstzunehmendes Thema beim Arbeitsschutz in Fertigungsumgebungen sind. Hinzu kommen eine einfache Einbindung in bestehende Systeme und ein intelligentes hydraulisches Getriebe bei Montage und Betrieb.

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