Servoelektrischer Pumpenantrieb optimiert Hydraulikpresse energetisch

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Frequenzumrichter übernimmtkomplette Antriebsregelung

Das Herz einer solchen Lösung bildet eine Kombination aus Servomotor, Pumpe und Frequenzumrichter. Der Servomotor Simotics 1PH8 von Siemens treibt dabei direkt die Hydraulikpumpe an. Dieser Antrieb wird über einen Frequenzumrichter Sinamics S120 geregelt. Die gesamte Weg-, Geschwindigkeits- und Positionsregelung der Achse übernimmt die Steuerung Simotion D445 (auch von Siemens).

Mit einer Reaktionszeit von 250 µs lassen sich damit schnelle Synchronisationen von bis zu 256 Achsen durchführen sowie sehr präzise Bewegungs- und Kurvenprofile abfahren. „Erste Anwendungen haben gezeigt, dass eine derartige Servotechnik hervorragende Ergebnisse liefert“, bestätigt der Elektroingenieur. Zum einen gilt das regelungstechnisch, zum anderen energetisch und natürlich auch für die Anwendung.

Aufgabenstellung bei der genannten Tiefziehpresse war es, die Presskraft und die Pressgeschwindigkeit nach einem individuell einstellbaren Bewegungsprofil ablaufen zu lassen. Dabei kann der Hydraulikdruck und somit die Presskraft mithilfe des Drehmoments am Servomotor vorgegeben werden. Die Stößelgeschwindigkeit wird dabei durch die Drehzahl des Motors und damit über den Volumenstrom der Pumpe reguliert. Im beschriebenen Projekt kamen Axialkolbenpumpen mit festem Verdrängungsvolumen je Umdrehung zum Einsatz.

Skalierung der Pumpensysteme als großer Vorteil

Vier derartige Pumpensysteme für einen Druck von maximal 250 bar speisen parallel die Druckleitung für den Presshub des Stößels, drei weitere sind für den Rückhub des Pressenstößels zuständig. Harald Barnickel erwähnt: „Auch die Möglichkeit der Skalierung, also das Anpassen einer solchen standardisierten Servolösung an den vorhandenen Bedarf, ist ein nicht zu unterschätzender Vorteil der neuen Technik.“

Rund 9000 l Hydrauliköl befinden sich im Tank der Tiefziehpresse. Für die schnelle Abwärtsbewegung des Stößels werden aufgrund des hohen Volumenstroms von 16.000 l/min Füllventile eingesetzt.

Für den Pressvorgang unter Druck mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 mm/s liefern die Servopumpen den erforderlichen Volumenstrom. Während früher für die präzise Darstellung von Verfahrprofilen präzise Nullschnitt-Regelventile notwendig waren, übernimmt heute die Bewegungssteuerung (Motion-Control) in Verbindung mit den Servopumpen diese Aufgabe. Mit der neuen Technik lassen sich in der Presse bis zu 40 % an Ventiltechnik einsparen. Die verbleibende Ventiltechnik ist im Wesentlichen notwendig, um die Forderungen bezüglich der Maschinensicherheit zu erfüllen.

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