Electro hydraulic drives: The Fitness program

Elektrohydraulik – Eine himmlische Verbindung

Jake Mitchell von Bosch Rexroth betont die Rolle der Elektrohydraulik bei modernen Industrieanwendungen.

Hydraulikanlagen wurden vor mehr als 200 Jahren als effiziente und bequeme Lösung zur Bereitstellung hoher Kraftdichte für eine Vielzahl  industrieller Anwendungen entwickelt. Auch heute noch ist die Hydraulik das Herz  in vielen Anlagen.

Die Vorteile der Hydraulik und Industrie 4.0

Die Vorteile der Hydraulik sind klar. Sie ist im Vergleich zu den Alternativen kostengünstig und zuverlässig. Mit der hohen Kraftdichte und den enormen Drehmomenten die sie liefert ist sie häufig die einzige Option für anspruchsvolle Anwendungen. Sie ist äußerst robust gegen Schläge und Vibrationen und findet dank ihrer kompakten Bauweise selbst in kleinsten Räumen Platz.

Wie dies auch bei allen anderen Technologien der Fall ist, entwickeln die Konstrukteure von Hydraulikkomponenten und -Hydraulikanlagen  ihre Produkte ständig weiter, um mit den heutigen Anforderungen Schritt halten zu können. Nicht zuletzt  weil der Trend hin zu Industrie 4.0 derzeit enorm Fahrt aufnimmt.

Die Anforderungen von Industrie 4.0 Anwendungen erfordert ein bestimmtes Maß an Konnektivität zu anderen Systemen und Komponenten. Sie benötigen ebenfalls die Fähigkeit, tatsächliche und erwartete Probleme mit der Performance, die in vielen Fällen vor 20 Jahren noch nicht einmal berücksichtigt worden wären, zu überwachen sowie proaktiv darauf zu reagieren. Dies geht Hand in Hand mit dem Wunsch vieler Hersteller, die Arbeitsweisen einzelner Systeme, die Einflussgrößen, und die besten Lösungen für die Instandhaltung genau zu kennen und zu verstehen.

Die Elektrohydraulik und ihre Möglichkeiten

Es wäre jedoch falsch zu behauten, dass Industrie 4.0 die einzige Motivation für Veränderungen in der Hydraulik ist. In allen Branchen zwingen der Preisdruck und die steigenden Energiekosten die Hersteller, alle Aspekte der Auslegung und des Betriebs ihrer Anlagen unter die Lupe zu nehmen, um sicherzustellen, dass sie so effizient wie nur möglich arbeiten. In der Zwischenzeit zwingen strengere lokale, nationale und internationale Vorschriften in Bereichen wie Nachhaltigkeit, Energieeffizienz, Gesundheit und Sicherheit die Anlagenentwickler dazu, intelligente Komponenten wie smarte Steuerungen, Sensoren und Überwachungstechnologien in ihre Hydraulikanlagen zu integrieren.

Kurzum: moderne Hydraulikanlagen müssen Effizienz, Sicherheit und Konnektivität bieten und eine andauernde Zustandsüberwachung bzw. die Reaktion auf Zustandsveränderungen zu ermöglichen. Und ohne dabei ihre einzigartige Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. Dies hat die Entwicklung hybrider oder elektrohydraulischer Lösungen vorangetrieben. Diese kombinieren die Leistungsfähigkeit der Hydraulik mit der Effizienz, Sicherheit und den Konnektivitätsvorteilen elektrischer und elektronischer Systeme.

Tatsächlich sorgt die Integration der Elektronik für eine zusätzliche Erweiterung der Leistungsfähigkeit  der Hydraulik. Sie bietet die Möglichkeit komplexerer Bewegungssteuerungssequenzen, die sicherstellen, dass das Drehmoment über eine Reihe von Anwendungen optimal genutzt wird. Unter Anwendung des Bernoulli Gesetzes, welches besagt, dass eine schneller fließende Flüssigkeit in einem Idealzustand weniger Druck ausübt, ermöglichen die neuesten Sensoren und Hydrauliksteuerungen gesteigerte Flexibilität und Variabilität bei Durchfluss und Druck. Dies führt zu einer um eine optimierten Leistung, wenn es um das Drehmoment geht.

Die Drehzahl und Ihre Bedeutung für die Elektrohydraulik

Außerdem haben intensive Forschungs- und Entwicklungsbemühungen der führenden Hydraulikanbieter jetzt dafür gesorgt, dass die softwarebasierte Automatisierung eine echte Möglichkeit darstellt. Dies bedeutet, dass hydraulische Antriebe in vielen Anwendungen mit genau denselben Hilfsmitteln gesteuert werden können wie elektrische Antriebe. Somit können die Konstrukteure, denen diese Möglichkeit früher aufgrund des fehlenden Hydraulikwissens verwehrt blieb, jetzt auf die Vorteile der Hydraulik zurückgreifen.

Die neuesten elektrohydraulischen Systemlösungen nutzen dieselben Elektrosteuerungsbaugruppen und Logik wie elektrische Antriebe. Durch den Einsatz offener Standards wie Multi-Ethernet-Schnittstellen können sie horizontal und vertikal vernetzt  und auf genau dieselbe Art und Weise in bestehende Maschinenarchitekturen eingebunden werden. Elektrohydraulische Achsen werden mithilfe derselben Engineeringtools in Betrieb genommen wie elektrische Antriebe, jedoch mit zwei deutlichen Unterschieden. Erstens führt ein „Assistent“ den Techniker logisch durch die Inbetriebnahme hydraulischer Achsen und schlägt Werte für die Parametrisierung vor, die zum gewünschten Ergebnis führen. Zweitens sorgen spezielle Regler im Hintergrund für eine intelligente Kompensierung der besonderen Merkmale der Fluidtechnik. Der entscheidende Punkt ist, dass das Inbetriebnahmepersonal kein spezifisches Wissen über Hydraulik haben muss, um diesen Technologien zu effektiven Ergebnissen zu verhelfen. Gleichzeitig können die neuesten drehzahlvariablen Pumpenantriebe den Energieverbrauch von Hydraulikachsen um bis zu 80 Prozent reduzieren.

In den vergangenen Jahren wurden so gut wie alle Bewegungsmuster und besonderen Merkmale der Fluidtechnik in modularer Software abgebildet. Es gibt jetzt verschiedene Online-Konfiguratoren für Komponenten und Module, mit Simulationswerkzeugen, die alle Komponenten auf ordnungsgemäße Dimensionierung prüfen und es den Konstrukteuren ermöglichen, eine breite Vielfalt an Konfigurationen virtuell zu testen. Moderne Lösungen basieren auf verteilter Intelligenz und offenen Standards zur Programmierung und Kommunikation. Außerdem können  schaltschranklose  Achsregler die Konstruktionen weiter vereinfachen.

Dies bedeutet, dass sich die Eignung von Hydraulik für eine Anwendung auf dieselbe Weise bewerten lässt wie bei jeder anderen Technologie – dies gilt auch für die Implementierung der Automation.

Predictive Maintenance Ansätze für die Elektrohydraulik

Digitale Zwillinge von Hydraulikkomponenten unterstützen jetzt Simulationen und Software-gesteuerte Prozessänderungen, während vernetzte Hydraulik für eine Überwachung und Erkennung von Fehlern mit einer Wahrscheinlichkeit von 99 Prozent sorgt. Bevor diese zu einem Ausfall führen können. Spezielle Sensoren können Informationen über verschiedene Betriebszustände in Hydraulikaggregaten wie z.B. über die Ölqualität, die Temperatur und Vibrationen einholen. Sie zählen die Schaltzyklen von Ventilen, leiten diese Informationen in Echtzeit an die Steuerungssysteme zurück und ermöglichen das Einleiten geeigneter Wartungsarbeiten und zwar proaktiv und in geplanten Produktionspausen.

Elektrohydraulik bietet eine einzigartige Leistungsdichte, Effizienz und Robustheit – und gleichzeitig ist die Anlagenauslegung, Parametrisierung, Inbetriebnahme, der Betrieb und die softwarebasierte Diagnose genauso einfach wie bei anderen Antriebstechnologien.

Mit digitaler Intelligenz lässt sich vernetzbare Hydraulik jetzt nahtlos in Multitechnologie- und Industrie 4.0-Konzepte integrieren; dies bedeutet, dass die Hydraulik eine wichtige Komponente des modernen Maschinenbaus ist und bleiben wird.

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