Marginale Spalte

Effizienter durch voll integrierte Antriebstechnik

Inhalt

Juli 2015

 

Die Fortschritte bei der Erhöhung der Energieeffizienz für stationäre und mobile Anwendungen sind messbar. Dabei eröffnet das Zusammenspiel von innovativen Softwarefunktionen mit hydraulischen und elektrischen Antrieben besonders große Potenziale.

Mit ihrer Leistungsdichte und Robustheit hat die Hydraulik ein Alleinstellungsmerkmal unter den Antriebstechnologien. In modernen Systemlösungen verbindet sie diese Vorteile mit einer hohen Energieeffizienz. Früher erzeugten Hydraulikaggregate oft konstant den maximalen Förderstrom, auch wenn der Prozess ihn aktuell nicht benötigte. Heute regeln in immer mehr Maschinen und Anlagen drehzahlvariable Pumpenantriebe, zum Beispiel der Sytronix-Familie, den Durchfluss und den Druck bedarfsorientiert. Bei Teillast senken sie die Drehzahlen ab und verringern so den Energieverbrauch der Hydraulik im täglichen Betrieb, bei der Holzverarbeitung ebenso wie bei Spritzgieß- oder Werkzeugmaschinen, um bis zu 80 Prozent, in Einzelfällen wie Druckgussmaschinen sogar um bis zu 90 Prozent.

Eine neue Generation an modular aufgebauten Hydraulikaggregaten, ABPAC, kombiniert diese Energieeffizienz mit den Vernetzungsmöglichkeiten der Zukunft. Mit dezentraler Intelligenz und optionalen Sensorpaketen erfassen die Aggregate kontinuierlich alle Betriebszustände und kommunizieren über offene Schnittstellen mit übergeordneten Steuerungsebenen oder dazu berechtigten Smart Devices wie Smartphones oder Tablet-PCs.

Hydraulisches Getriebe – elektrische Leistungsverzweigung

Damit ist die Entwicklung aber noch nicht abgeschlossen. Der nächste Schritt ist die voll integrierte Hydraulik. Das Schlagwort lautet Hydro Gear: Durch die Regelung des Förderstroms mit gleichzeitiger Verstellung der Drehzahl des Pumpenantriebs und des Schwenkwinkels der Pumpe entsteht ein stufenlos verstellbares hydraulisches Getriebe. Das nutzen beispielsweise Pressenhersteller bereits für den kompletten Oberkolbenantrieb. Für lineare Bewegungen hat Rexroth einen Baukasten autarker Achsen entwickelt. Identische Servoantriebe treiben sowohl elektromechanische als auch hydraulische Achsen an. Servohydraulische Achsen haben einen eigenen Fluidkreislauf und benötigen kein zentrales Hydraulikaggregat zur Versorgung. So können beispielsweise Maschinenhersteller je nach Leistungsstufe innerhalb einer Maschinenfamilie frei zwischen den Antriebstechnologien wählen – bei nahezu identischer mechanischer Konstruktion, Software und maximaler Energieeffizienz.

Durch die intelligente Drehzahlregelung erreichen die servohydraulischen Achsen beim Energieverbrauch vergleichbare Werte wie Achsen mit mechanischer Kraftübertragung. Zusätzlich kann ein integrierter Druckspeicher eine gewisse Menge an Volumen und Druck speichern, der auch dann zur Verfügung steht, wenn der Motor abgeschaltet ist. Das ist besonders interessant, wenn es darum geht, Verbrauchsspitzen durch das gleichzeitige Hochfahren mehrerer großer Antriebe zu verhindern.

Die Leistungsverzweigung bei diesen voll integrierten Lösungen erfolgt rein elektrisch. Die Servoantriebe der autarken Achsen, unabhängig davon, ob elektromechanisch oder hydraulisch, gewinnen die Bremsenergien zurück und stellen sie anderen Verbrauchern über einen Zwischenkreis zur Verfügung. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die zurückgewonnene Energie zwischenzuspeichern oder sie in das Stromnetz zurückzuspeisen.

 
Sytronix

Intelligente Energieeffizienz

Das intelligente Energiemanagement der IndraDrive Netzversorgung mit Smart Energy Mode verknüpft die Vorteile mehrerer Ein- und Rückspeisevarianten. Damit wird so viel Energie wie möglich im System gehalten und mehrfach genutzt, um die Lastspitzen zu kappen. Die Regelung sorgt für eine netzspannungsunabhängige Zwischenkreisspannung und nutzt gleichzeitig Kondensatoren oder kinetische Speicher. Das reduziert die Anschlussleistung einer Stanzmaschine bei gleicher Produktivität um bis zu 25 Prozent. Dadurch können alle Netz- und Versorgungskomponenten kleiner dimensioniert werden.

Auch bei der elektrischen Antriebstechnik hat Rexroth neue Konzepte entwickelt. Die schaltschranklose Antriebstechnik IndraDrive Mi verschmilzt Antriebselektronik und Motor zu einer integralen Einheit. Durch die ständige Weiterentwicklung können Konstrukteure jetzt auch sämtliche Netzversorgungskomponenten dezentral an der Maschine platzieren. Besonders Hersteller von Verpackungsmaschinen nutzen diese Möglichkeit, um ihre Maschinenkonzepte zu modularisieren und Aufstellfläche einzusparen. Monteure verbinden bis zu 30 IndraDrive Mi mit einem Hybridkabel für die Leistungsversorgung und die Führungskommunikation. Die in Reihe geschalteten Antriebe tauschen Energie innerhalb ihres Antriebsstrangs einfach aus. Mehr noch: Die energieintensive Kühlung des Schaltschranks entfällt ebenfalls.

 
Smart Energy Mode

Offen für maschinenübergreifendes Energiemanagement

Ob elektrische oder hydraulische Antriebe: Mit Open Core Engineering bietet Rexroth zahlreiche Möglichkeiten, die Maschinenebene mit den übergeordneten Systemen der IT-Welt zu verbinden. Es umfasst alle Softwaretools für eine SPS-basierte Automatisierung und noch mehr: Als erster Anbieter schlägt das Unternehmen mit der integrierten Schnittstellentechnologie Open Core Interface die Brücke zur IT-Welt. In Hochsprachen programmierte Funktionen greifen direkt auf den Kern der Steuerungen und Antriebe zu. Endanwender können mit ihren Leitsystemen unmittelbar die Energieströme erfassen und lenken. Damit hat Bosch Rexroth das Tor aufgestoßen, die Energieeffizienz entlang des gesamten Wertstroms zu steigern ‒ auch über Maschinengrenzen hinweg.

 
Open Core Engineering

Weniger Abgasemissionen durch intelligente Mobilhydraulik

Für mobile Arbeitsmaschinen sind weltweit in den vergangenen Jahren schrittweise neue Grenzwerte für Abgasemissionen in Kraft getreten und in der Europäischen Union wird bereits über die nächste Verschärfung diskutiert. Zusätzlich zur Abgasreinigung können die Hersteller die Vorgaben oft nur durch ein Downsizing erreichen. Sie setzen kleinere Dieselmotoren ein und verlagern das maximale Drehmoment in niedrigere Drehzahlbereiche. Das hat erhebliche Auswirkungen auf die Fahr- und Arbeitshydraulik. Sie muss mit weniger Eingangsenergie mindestens die gleiche Arbeitsleistung wie bisher zur Verfügung stellen.

Diese Herausforderung löst Bosch Rexroth durch die Vernetzung der Mobilhydrauliksteuerungen mit dem Motormanagement. Die Systemlösung Diesel Hydraulic Control (DHC) meldet zu erwartende Lastanforderungen der Fahr- und Arbeitshydraulik vorab an den Dieselmotor. Dies erfolgt über aufeinander abgestimmte Steuergeräte von Bosch für die Motorsteuerung und von Rexroth für die Fahr- und Arbeitshydraulik. Dadurch stellt der Dieselmotor über die DHC-Vorgaben immer nur so viel Leistung bereit, wie die mobile Arbeitsmaschine aktuell benötigt. Das Ergebnis: Der Dieselverbrauch und damit die Abgasemissionen sinken beispielsweise bei Telehandlern um bis zu 20 Prozent.

Auch bei Hilfsantrieben sorgen intelligente Lösungen für einen geringeren Verbrauch, wie das Beispiel hydrostatischer Lüfterantriebe zeigt. Mechanisch an die Drehzahl gekoppelte Lüfter stellen bei abgesenkten Drehzahlen nicht genügend Kühlleistung bereit. Bei den hydrostatischen Lüfterantrieben meldet die Dieselmotorsteuerung den aktuellen Kühlbedarf an die Regelelektronik der Mobilhydraulik. Sie regelt die Lüfterdrehzahl bedarfsgerecht über eine Verstellpumpe. In der Praxis verbrauchen Radlader, Bagger, Mähdrescher oder auch On-Highway-Fahrzeuge wie Busse damit bis zu fünf Prozent weniger Diesel – das senkt auch die Betriebskosten über den gesamten Lebenszyklus.

 
Diesel Hydraulic Control