Hydraulik und Industrie 4.0 Chancen und Herausforderungen Teil 3

Hydraulik und Industrie 4.0 (Teil 3)

Verdränger- statt Drosselsteuerung

Moderne hydraulische Systemlösungen kommen oft mit deutlich weniger Hardware-Komponenten aus, weil vormals durch Ventiltechnik ausgeführte Aufgaben nun rein von der Software ausgeführt werden. Die klassische Drosselsteuerung mit Ventilen wird zunehmend durch eine intelligente Verdrängersteuerung mit variablem Volumenstrom mittels Innenzahnradpumpen ersetzt. Drehzahlvariable Pumpenantriebe regeln hydraulische Funktionen aus der Software-gesteuerten Drehzahl heraus, teilweise zusätzlich durch die Verstellung des Schwenkwinkels bei Axialkolbenmaschinen.

OEMs können dadurch völlig neue Konzepte umsetzen. Bislang versorgte ein großes Zentralaggregat mit einer großen Ölmenge eine Vielzahl von Hydraulikzylindern. Ventile steuerten dabei die Funktionen und synchronisierten die Aktoren. Jetzt können Anlagenhersteller hydraulische Einzelantriebe einsetzen. Drehzahlvariable Pumpenantriebe erzeugen den Volumenstrom für jeweils einen Zylinder. Die Synchronisation dieser Achsen erfolgt über Software in Echtzeit. Das spart aufwändige Verrohrung und zahlreiche Ventile. Vor allem verkürzt sich der Inbetriebnahmeaufwand erheblich. Prozessveränderungen erfordern nur noch die Eingabe optimierter Parameter über die Bediensoftware.

Servo-hydraulic linear axes

Servohydraulische Linearachse

Noch einen Vernetzungsschritt weiter gehen einbaufertige Servohydraulische Linearachsen. Diese einbaufertigen Module bestehen im Wesentlichen aus einem drehzahlvariablen Pumpenantrieb, einem darauf montierten Zylinder und einem eigenen dezentralen Hydraulikkreislauf. Die Achse benötigt also kein separates Aggregat. Pumpen werden drehzahlvariabel von den gleichen Servomotoren wie elektromechanische Linearachsen angetrieben. Weil die hydraulischen Achsen gekapselte autarke Systeme sind, müssen die Techniker bei der Montage und Inbetriebnahme nur Leistungs- und Kommunikationskabel anschließen, und die Inbetriebnahme kann beginnen. Alles andere, wie beispielweise aus Simulationen ermittelte Parametrierungswerte, sind bereits in der Antriebssoftware hinterlegt und unterstützen die Plug & Run Philosophie. Damit sind die Servohydraulischen Achsen im Handling vollkommen identisch mit elektromechanischen. Maschinenhersteller skalieren so die Antriebskräfte und Eigenschaften mit minimalem Engineeringaufwand.

Schnelle Vernetzung und flexible Konfiguration

Bei komplexen Hydrauliksystemen müssen heute Inbetriebnehmer bis zu 1.500 Parameter definieren. Dieser Aufwand kann drastisch reduziert werden, wenn in den dezentralen Steuerungen Hydraulik-Know-how hinterlegt ist. Dann können Autotuning-Funktionen und Inbetriebnahme-Assistenten die Zahl der einzustellenden Parameter auf nur noch 50 reduzieren. Dazu tragen auch „elektronische Typenschilder“ inkl. technischer Parameter an intelligenten Komponenten bei.
Eine automatisierte Inbetriebsetzung und bedienerunabhängige Optimierung benötigt zwingend lokale Intelligenz in den Komponenten. Erste Hersteller haben einheitliche und durchgängige technologieneutrale Engineering-Tools für die Inbetriebnahme, Parametrierung und Diagnose elektrischer, elektrohydraulischer und elektromechanischer Antriebe entwickelt. Die Folge ist, dass die Inbetriebnahme und Parametrierung vordefinierter Regler keine vertieften Kenntnisse der Hydraulik erfordern. Die Software schlägt mit entsprechenden Assistenten die Parameter vor, die eine in den meisten Fällen ausreichende Systemleistung sicherstellen. Intelligente, vernetzbare Hydraulik ist automationstechnisch auf Augenhöhe mit elektromechanischen oder elektrischen Achsen und bietet darüber hinaus alle physikalischen Vorteile der Fluidtechnik.

Niedrigere Total Cost of Ownership

Für Endanwender zählen vor allem die Total Cost of Ownership. Sie setzen sich aus den Anschaffungsund Betriebskosten, dem Wartungsaufwand und der Verfügbarkeit zusammen. Bei den Betriebskosten spielt vor allem der Energieverbrauch eine wichtige Rolle. Die Verfügbarkeit umfasst die Rüstzeiten für immer kleinere Losgrößen sowie Stillstände durch notwendige Reparaturen. Bei allen Faktoren senkt die intelligente, vernetzbare Hydraulik die Kosten.

80 Prozent energieeffizienter

Die Elektronifizierung der Hydraulik macht sie nicht nur vernetzbar, sondern auch energieeffizient. So reduzieren drehzahlvariable Pumpenantriebe den Energieverbrauch bei gleicher Leistung um bis zu 80 Prozent und liegen damit in vergleichbaren Größenordnungen elektrischer Antriebe. Durch die Kombinationen elektrohydraulischer Einzelantriebe können alle Möglichkeiten pendelnder Prozessenergien, also Rückgewinnung von Bremsenergien und bedarfsgerechte Ein- und Rückspeisung ausgeschöpft werden. Die bedarfsgerechte Erzeugung des Volumenstroms steigert darüber hinaus die Standzeit der Hydraulikmedien sowie der eingesetzten Hydraulikkomponenten. Das senkt die Betriebskosten zusätzlich. Die Einführung von Condition Monitoring und vorausschauender Wartung steigert die „Overall Equipment Efficiency“ durch höhere Verfügbarkeit und geringere Instandhaltungskosten.

Perspektiven

Intelligente, vernetzbare Hydraulik erfüllt alle Voraussetzungen für den Einsatz in Industrie 4.0-Konzepten: verteilte Intelligenz, offene Standards, digitales Lebenszyklusmanagement, schnelle Vernetzung und flexible Konfiguration sowie ein virtuelles Echtzeitabbild. Damit fügt sie sich nahtlos in die horizontale und vertikale Vernetzung ein, die in Industrie 4.0 für eine Verschmelzung von realer Automation mit der virtuellen Welt der Informationstechnologie und des Internets sorgt.
Gleichzeitig erhält sie ihre physikalischen Alleinstellungsmerkmale wie Kraftdichte, Kompaktheit, Überlastfähigkeit und Robustheit. Die Herausforderungen bestehen darin, die Mehrkosten für Elektronik und Sensorik in messbare Kundenvorteile umzuwandeln und vor allem die Software so weiterzuentwickeln, dass der Umgang mit der Fluidtechnologie noch einfacher wird. Damit reduziert intelligente vernetzbare Hydraulik den Engineeringaufwand für OEMs und senkt die Total Cost of Ownership für Endanwender.

 

Über den Autor:

Martin Voglsanger ist Leiter des Bereichs Vertrieb, Produktmanagement & Marketing für die Industriehydraulik bei der Bosch Rexroth AG. Nach dem Maschinenbau-Studium arbeitete er zunächst im Vertrieb Automationstechnik der Robert Bosch GmbH bevor er 2001 zur Bosch Rexroth AG wechselte. Nach sechs Jahren Leitung der Vertriebssteuerung Industriehydraulik in Lohr übernahm er die Geschäftsleitung Vertrieb, Finanzen und Administration der Bosch Rexroth India Ltd. In Bangalore. 2012 erfolgte der Wechsel zurück nach Lohr als Leiter der Zentralabteilung Vertriebskoordination International. Danach Aufbau und Leitung der Abteilung Vertrieb Anlagenbau mit den Branchensegmenten Marine, Offshore & Motion Simulation; Bergbau & Schwergut Handling; Metallurgie, Stahlwasserbau & Bühnentechnik; Energie, Transport & Prüftechnik sowie Pressen.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.