Energieeffizienz Moderne Antriebstechnik für hydraulische Pressen

Ein Gastbeitrag von Georg Weber

Durch den Einsatz hydraulischer Servodirektantriebe in Pressen lässt sich die Energieeffizienz von Prozessen in der Metallmassiv- und Blechumformung drastisch steigern. Die Technik ist sowohl bei Neuausrüstungen als auch Retrofits erprobt und auch deren Einsatz für Serienproduktion langjährig bewährt.

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Eine Pressenlinie von Lasco bei ZF in Schweinfurt. Hier wurde beim Retrofit von zwei Tiefziehpressen mit Hydraulic Servo Drive verstärkt.
Eine Pressenlinie von Lasco bei ZF in Schweinfurt. Hier wurde beim Retrofit von zwei Tiefziehpressen mit Hydraulic Servo Drive verstärkt.
(Bild: Lasco Umformtechnik | H. Lehmann)

„Die Explosion der Stromkosten und der hohe Preisanstieg bei Werkstoffen und Vorleistungsgütern veranlasst derzeit viele Betriebe in der Metallbearbeitung, das Optimierungspotenzial ihrer Produktionsmittel auszuloten“, berichtet der Sprecher der Lasco-Geschäftsführung Lothar Bauersachs. Hinzu kommt die Erwartung substanzieller Beiträge der Industrie zum Erfolg der Dekarbonisierungs-Agenda der Politik in Deutschland und der EU, die viele Unternehmen erfüllen wollen. Bauersachs: „Im Mittel verbrauchen direktangetriebene servohydraulische Pressen knapp ein Drittel weniger Energie als konventionelle Hydraulikpressen. Zusätzlich hat die Technik Vorteile in Steuerbarkeit, Skalierbarkeit und Verfügbarkeit der Anlage sowie Reproduzierbarkeit der Prozesse.

Lasco rüstet hydraulische Pressen für die Metallmassiv- und Blechumformung sowie die Kalksandstein-Produktion seit mehr als einem Jahrzehnt optional mit Servodirektantrieben aus. Die unter dem eingetragenen Warenzeichen „Hydraulic Servo Direct Drive“ geschützte Technik ist weltweit in zahlreichen Produktionsanlagen unterschiedlichster Branchen, darunter der Fahrzeug-, Eisenbahn- sowie Luft- und Raumfahrtindustrie erfolgreich im Einsatz. Durch Skalierbarkeit der Antriebe können fast beliebig große Antriebsleistungen realisiert werden. Die Anzahl von Motor-Pumpen-Kombinationen in Neuausrüstungen und Retrofits von Lasco reicht von einer einzigen in einer VPE 400, mit der Tellerfedern kalibriert werden, bis zu 56 in einer von Lasco gebauten multidirektionalen Presse CSPC 31000 mit 310.000 kN Presskraft. Mit diesem imposanten Beispiel für Servodirektantriebe werden in den USA Großkurbelwellen für Schiffsmotoren geschmiedet

Kinetische Energie wird nur bei Bedarf abgerufen

Beim Servodirektantrieb sind Servomotoren direkt mit Hydraulikpumpen gekoppelt. Die Positionierung von Hydraulikkolben, die Einstellung der Pressgeschwindigkeit und die Vorgabe von Kraftwerten erfolgt ohne Ventile und mit hoher Geschwindigkeit. Kinetische Energie wird nur bei Bedarf abgerufen und durch Rekuperation bei Bremsvorgängen und in der Dekompression anteilig in Form von elektrischer Energie rückgewonnen. In Verbindung mit bauartbedingt geringeren Energieverlusten (weniger Ventile) sowie höherem Wirkungsgrad bei Teillastbetrieb ergibt sich die deutlich überlegene Energiebilanz gegenüber konventioneller Antriebstechnik. Nebenaspekte wie geringerer Kühlbedarf, niedrigere Scheinleistung, geringe Störanfälligkeit und hohe Wartungsfreundlichkeit bringen zusätzliche Kosteneffekte. Gegenüber konventioneller Hydraulik ist der Verschleiß sehr gering. Bei einer routinemäßigen Revision eines Aggregats bei einem Lasco-Kunden durch den Hersteller der eingesetzten Pumpen wurde festgestellt, dass die Starrpumpen nach über 50 Mio. Lastwechseln so gut wie keinen Verschleiß erfahren haben.

Die besondere Stärke dieser Antriebstechnik wird bei Positionieraufgaben deutlich. Drehmoment, Drehzahl und Position des Pumpenmotors werden elektronisch gesteuert. Die Hydraulik arbeitet annähernd stoßfrei. Die digitalen Prozessparameter sind produktspezifisch speicher- und abrufbar. Schwankungen in der Kompressibilität und potenzielle Leckagen im hydraulischen System werden automatisch kompensiert. Bei Maschinen mit mehreren Presszylindern wird eine einfache und hochwirksame Gleichlaufregelung realisiert (Servokissen). Mehrachsige Anlagen, besonders mit engen funktionalen Zusammenhängen der Achsen, lassen sich komfortabel und zuverlässig steuern und regeln.

Durch die Vorzüge des Hydraulic Servo Direct Drive sind Hydraulikpressen auch im Großserieneinsatz wirtschaftliche Lösungen. Lothar Bauersachs nennt als Beispiel die im kanadischen Werk eines deutschen Automobilzulieferers eingesetzte 800-Tonnen-Pressenlinie, mit der eine sehr hohe Taktfrequenz von bis zu 40-Hüben pro Minute im Alltagsbetrieb gefahren wird. Auch die ZF Friedrichshafen AG setzt in Schweinfurt auf diese Technik. Beim Retrofit 2017/2018 wurde eine Pressenlinie mit zwei Tiefziehpressen TZP 1250 (12.500 kN Presskraft) mit Hydraulic Servo Direct Drive verstärkt. Stefan Zauner, Senior Manager Electrified Powertrain Technology bei ZF in Schweinfurt: „Wir sind bei der Hubzahl in völlig neue Leistungsdimensione vorgestoßen.“

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