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Servohydraulische Aktuatoren in Anlagen für das hydroerosive Entgraten

Einsatz im Bereich des hydroerosiven Entgratens
Servohydraulische Aktuatoren von Rexroth

Elektrohydraulik macht moderne Fertigungsverfahren noch effizienter: Das beweist Sonplas, ein führender Hersteller von Montage- und Prüfanlagen für Turnkey Solutions in den Bereichen Kraftstoffeinspritzung, Elektromobilität, Luftfahrttechnik und Kfz-Sicherheitssysteme. Seit mehr als 20 Jahren ist Sonplas der Ansprechpartner im Bereich des hydroerosiven Entgratens (HE). Bei der neuesten Generation von Anlagen für das hydroerosive Verrunden von Common Rails verringern servohydraulische Aktuatoren (SHA) von Rexroth mit geschlossenem Fluidkreislauf den konstruktiven Aufwand, die Ölmenge, den Energieverbrauch und den Platzbedarf der Maschinen erheblich.

 

Michael Goldbach, Engineering Systems and Solutions, System Development, Bosch Rexroth AG, Lohr am Main

Inhaltsverzeichnis

1. Zykluszeiten im Blick
2. 90 % weniger Öl
3. Bis zu 80 % weniger Energieverbrauch
4. Inbetriebnahme rein elektrisch
5. Vorteile aus Hydraulik und Elektrik

 

Sämtliche Automobilhersteller arbeiten aktuell an Downsizing-Konzepten, um mit kleineren Motoren bei geringerem Verbrauch die gewohnte Leistung zu erreichen. Ein Schlüssel dazu ist die Common-Rail-Technologie, die sowohl bei Diesel- als auch Benzinmotoren zum Einsatz kommt. Ein gemeinsames Verteilerrohr dient als Hochdruckspeicher für den Kraftstoff, aus dem spezielle Injektoren heraus die einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors versorgen. Die Common-Rail-Technologie steigert die Motoreneffizienz erheblich, stellt aber hohe Ansprüche an die Maßhaltigkeit der einzelnen Bauteile. Sonplas entwickelt und liefert schlüsselfertige Anlagen für die Endbearbeitung der Düsenbohrungen und Löcher im Rail. Dieser Schritt ist entscheidend für eine reproduzierbare Qualität in der Serie.

Anstelle konventioneller spanender Verfahren hat Sonplas dafür ein Verfahren auf Basis von hydroerosivem Entgraten entwickelt. Dabei werden die Bohrungen in dem Verteilerrohr (Rail) in Auslassrichtung mit einem abrasivem Medium verrundet, das mit einem Druck von bis zu 140 bar durch das Bauteil gepresst wird. Dieser Prozess verrundet kontrolliert die Bohrungskanten. Damit kalibrieren die Sonplas-Maschinen den statischen Durchfluss in diesem Bauteil.

Zykluszeiten im Blick

„Sonplas hat auf dem Markt die längste Erfahrung für HE-Schleifen von Common-Rail-Komponenten“, betont Werner Riederer, bei Sonplas für den Vertrieb der HE-Anlagen zuständig. Kontinuierlich arbeiten die Entwickler des Sondermaschinenherstellers aus Niederbayern daran, Zykluszeiten und Prozesssicherheit dieses Verfahrens gleichermaßen zu optimieren. Bei der aktuellen Maschinengeneration erreicht das 1993 gegründete Unternehmen mit dem Einsatz der servohydraulischen Aktuatoren von Rexroth eine neue Stufe der Modularisierung.

In den Sonplas-Anlagen treiben Zylinder mit hoher Vorschubkraft Plungerpumpen an, die das Schleifmittel unter Druck setzen. Kleine Maschinenausführungen wurden bislang mit elektromechanischen Achsen ausgerüstet. Die großen Geschwister mit einem Zentralaggregat, das mehrere Hydraulikachsen versorgt. „Für unsere Kunden aus der Automotive-Industrie geht es immer um Produktivität, aber zunehmend auch um Kompaktheit, Energieeffizienz und Vernetzung“, hebt Riederer hervor. Diese Anforderungen erfüllt die neueste Anlagengeneration von Sonplas mit servohydraulischen Aktuatoren von Rexroth. „Die neuen Maschinen sind produktiver, kompakter und energieeffizienter.“

90 % weniger Öl

Servohydraulische Aktuatoren von Rexroth bestehen aus einer Motor-Pumpen-Kombination mit einem fest verbundenen Zylinder, einem Steuerblock und einem Niederdruckausgleichsbehälter. Sie haben einen eigenen geschlossenen Fluidkreislauf und benötigen kein zentrales Hydraulikaggregat mehr. Pro Aktuator reichen 6,5 l Hydrauliköl. „Im Vergleich zu den bisherigen Ausführungen mit Aggregat sparen wir 90 % an Hydrauliköl ein“, rechnet Riederer vor. Außerdem wird kein zentrales Hydraulikaggregat mehr benötigt. Das spart etwa 50 bis 60 % Aufstellfläche.

Als Stellglied fungiert ein drehzahlvariabler Pumpenantrieb der Sytronix-Familie. Sie bestehen aus einer Kombination von Synchron-Servomotoren und einer Axialkolben-Verstellpumpe. Ein Servoumrichter regelt hochdynamisch die Drehzahl bedarfsgerecht nach den aktuellen Prozessanforderungen. Der Differenzialzylinder erzeugt die lineare Bewegung. Er bringt eine maximale Kraft von 140 kN auf und erreicht eine Eilganggeschwindigkeit von 200 mm/s. Der Hubweg beträgt für die Sonplas-Anwendung 500 mm.

Bis zu 80 % weniger Energieverbrauch

Die bedarfsgerechte Drehzahlerzeugung reduziert den Energieverbrauch der Hydraulik im Vergleich zu Konstantantrieben um bis zu 80 % – und erfüllt damit eine wichtige Anforderung der Anwender aus dem Automotive-Bereich. Dadurch sinkt auch der Wärmeeintrag ins Hydrauliköl erheblich. Sonplas kann auf die bislang notwendige Ölkühlung komplett verzichten: „Es klingt makaber, aber wir denken in sehr kalten Regionen eher über Zuheizen nach“, so Riederer.

Inbetriebnahme rein elektrisch

Der Einsatz der SHA vereinfacht die Konstruktion, Montage und Inbetriebnahme erheblich. Die gesamte Verrohrung, ein Großteil der bislang notwendigen Ventiltechnologie und die hydraulische Inbetriebnahme fallen weg. Die einbaufertig und vorgeprüft gelieferte SHA montieren die Techniker mechanisch in die Anlage und verbinden sie anschließend mit der Spannungsversorgung und der Führungskommunikation. Sie benötigen keine tiefgreifenden hydraulischen Kenntnisse und führen auch keine hydraulischen Arbeiten aus. Die Inbetriebnahme erfolgt rein elektrisch per Software. Auf der elektrischen Seite nutzen SHA die gleichen Antriebsregler Indradrive wie elektromechanische Achsen von Rexroth. Hierbei berücksichtigt das Software-Paket alle Besonderheiten der Fluidtechnologie. Zusätzlich umfasst die Engineering-Umgebung für viele Anwendungen Wizards, die den Techniker logisch durch die Inbetriebnahme führen und passende Werte vorschlagen. Nach wenigen Minuten ist der SHA verfahrbereit und der Techniker kann mit der Feinjustierung beginnen.

Die Maschinensteuerung gibt die Drucksollwerte je nach Prozessanforderungen vor. Die vorprogrammierte Funktion Position-Force-Control (PFC) von Rexroth übernimmt die Vorgaben der Maschinensteuerung und setzt sie um. Sonplas nutzt die Intelligenz des Servoantriebs, um dezentral die Lage des servohydraulischen Aktuators zu regeln. „Wir haben keinerlei Programmieraufwand für die SHA, sondern müssen sie lediglich parametrieren“, sagt Riederer. Im Austauschfall stecken Wartungstechniker nur die Speicherkarte mit den Parametern in den neuen SHA ein und die Produktion kann sofort wieder starten. In der Maschinensteuerung hat Sonplas das jahrzehntelange Prozess-Know-how für das hydroerosive Schleifen in einer eigenen Software abgebildet.

Vorteile aus Hydraulik und Elektrik

„Die Hydraulik bietet eine einmalige Kraftdichte, einen sicheren Überlastschutz und eine lange Lebensdauer“, betont Riederer. „Mit den SHA erhalten wir diese Eigenschaften und verbinden sie mit allen Vorteilen der digitalen Regelung.“ Das sehen auch Automobilhersteller und Tier-1 Zulieferer so: Die neue Anlagengeneration für den HE-Prozess ist bereits bei mehreren Anwendern im Einsatz und konnte dank der vereinfachten Konstruktion mit servohydraulischen Antrieben auch schnell geliefert werden. bec

www.boschrexroth.com
www.sonplas.de

Detaillierte Informationen zu den servohydraulischen Aktuatoren:
hier.pro/LDHvq

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