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HAWE Ventilverband Typ BVH

Der Ventilverband Typ BVH – einzelne Ventilmodule tauschen oder ergänzen ist ein Kinderspiel, denn sie werden lediglich mit einer integrierten Hohlschraube angeschlossen, ohne Grundplatte, ohne Zuganker.

25.06.2015

Antrieb: Elektrisch oder hydraulisch?

Hydraulischen Antrieben wird oft noch ein erhöhter Energiebedarf nachgesagt, welcher vor allem durch Leckagen entsteht. Doch es gibt Mittel und Wege, den Einbruch des Druckes wirkungsvoll zu verhindern.

Die Werkstückspannung, das Spannen und Lösen des Werkzeugs oder das Klemmen einer Achse sind typische hydraulische Funktionen in Bearbeitungszentren. Dennoch ist es berechtigt, über elektrische Systeme nachzudenken. Schließlich wird „die Hydraulik“ häufig als zusätzliches Subsystem gesehen, das Geräusche verursacht, Wartung benötigt, Abwärme und damit Energieverluste erzeugt und das zudem durch schmutzige Ölpfützen an oder in der Maschine auffällt.

Den eingangs genannten Funktionen ist gemein, dass systembedingt keine Leckage auftritt und damit die ideale Betriebsbedingung für ein Hydraulikaggregat im Abschaltbetrieb gegeben ist. Die Umsetzung der hydraulischen Energie in eine mechanische Spann- oder Klemmkraft erfolgt durch ein sehr kompaktes und einfaches Bauteil, meist ein Kolben, der in ein Gehäuse integriert ist. Ist der Druck einmal aufgebaut, schließen die leckagefreien Sitzventile diesen Bereich ab und es ist keine weitere Energiezufuhr erforderlich – das Aggregat kann abgeschaltet werden. Energie ist erst wieder notwendig, wenn eine neue Betätigung erfolgt. So erzeugt das Aggregat weder Wärme noch Geräusche und es benötigt keine Energie.

Wird hingegen elektrische Energie für mechanisches Klemmen oder Spannen verwendet, ist immer ein Antrieb erforderlich, um die elektrische Energie in magnetische und dann in mechanische umzuwandeln. Das bedeutet weniger Energiedichte, als es bei einem Hydrauliksystem der Fall ist. Soll das elektrische Element zudem in einer belasteten Funktion verharren, muss die Energieversorgung aufrechterhalten werden. Das heißt, es wird weiterhin Energie verbraucht.

Kompakt-Pumpenaggregat von HAWE

Das anschlussfertige Kompakt-Pumpenaggregat besteht aus dem Gehäuse (Tank) mit integriertem Motor und der Pumpe (Bilder: HAWE Hydraulik SE).

Alternativ ist bestenfalls eine mechanische Klemmung oder die Selbsthemmung eines Gewindes möglich. Diese bietet jedoch nicht die Elastizität des Hydrauliköls, das kleinere Kraftänderungen am Bauteil, zum Beispiel durch Wärmeausdehnung oder -schrumpfung, ohne weiteres kompensiert. Sind größere Schwankungen zu erwarten, kann noch ein kleiner Hydraulikspeicher in die Arbeitsleitung gesetzt werden.

Eine solche Flexibilität mechanisch umzusetzen, erfordert gegebenenfalls Federn, die zusätzlichen Bauraum beanspruchen. Darüber hinaus erfordert das Lösen einer mechanischen Klemmung immer einen zusätzlichen Kraft- und Energiebedarf. Die Nachteile elektrischer Antriebe von Spann- und Klemmfunktionen sind deutlich: Mehr Bedarf an Bauraum und Energie, Mehrkosten und -aufwand für die Montage der Betätigungselemente.

Geringer Energiebedarf und reduzierte Wartung

Häufig heißt es, dass elektrische Antriebe weniger Energie verbrauchen. Als Vergleich dienen allerdings Hydrauliksysteme, die interne Leckagen, zum Beispiel an Schieberventilen, aufweisen und die auch dann in Betrieb gehalten werden, wenn keine hydraulische Energie erforderlich ist. Wie am Beispiel Spannen und Klemmen erwähnt, tritt auf der Verbraucherseite des Hydrauliksystems keine Leckage auf.

Wird außerdem für die Druckölversorgung ein Aggregat mit leckagefreier Sitzventiltechnik eingesetzt, ist der beschriebene Abschaltbetrieb möglich. Diese Betriebsart bedeutet, dass sich die tatsächliche Laufzeit des Aggregats auf höchstens ein Viertel der Maschinenbetriebszeit beschränkt. Daraus resultiert nicht nur ein geringerer Energiebedarf, sondern auch ein reduzierter Aufwand für die Wartung durch den Maschinenbediener.

Eine andere Situation findet sich am Spannfutter der Drehmaschine: Die systembedingte Leckage an der Drehdurchführung des Spannfutters lässt sich bis heute nicht vollständig vermeiden, auch wenn neuere Modelle schon erhebliche Verbesserungen bringen. Die Anforderung an den Hersteller des Hydrauliksystems besteht nun darin, die Leistung des Aggregats dem aktuellen Volumenstrom-Bedarf des Systems anzupassen und so die Energieverluste zu minimieren.

HAWE Hydraulik SE löst dies mit dem Kompakt-Pumpenaggregat Typ HK kombiniert mit dem Spannmodul Typ NSMD. Die Konstantpumpe des Aggregats wird für diesen Einsatz über einen Drehstrommotor mit Frequenzumrichter angetrieben. Damit ist ein angepasster Volumenstrom sichergestellt, der die Verluste aufgrund der Leckage an der Drehdurchführung des Spannfutters ausgleicht. So bleibt zum einen der Spanndruck aufrechterhalten und er kann an verschiedene Werkstücke angepasst werden. Zum anderen werden weitere hydraulische Verbraucher wie der Werkzeugwechsler mit konstantem Druck versorgt.

Ein detaillierter, unabhängiger Vergleich des Energieverbrauchs durch ein elektrisches oder ein hydraulisches Spannfutter steht noch aus. Unabhängig davon steht jedoch ein Hydrauliksystem hier wieder für den Vorteil des geringeren Bauraums und der deutlich günstigeren Anschaffungskosten. Darüber hinaus ist für diese Spannfunktion, deren Sicherheit auch das Gefährdungspotenzial für den Maschinenbediener minimiert, die bewährte Zuverlässigkeit der Hydraulik ein wichtiges Argument. Und was ist mit den Ölpfützen an der Werkzeugmaschine? Sie sind leider gelegentlich zu sehen, jedoch kein systematischer Fehler des Hydrauliksystems. Sorgfalt bei der Montage und die Auswahl geeigneter Verrohrungskomponenten vermeiden diese externen Leckagen.

Fazit:
Bei den Nebenfunktionen in Werkzeugmaschinen übertreffen die Vorteile der Hydraulik bis heute die der elektrischen Antriebe.

von Axel Grigoleit und Ulrike Ballnath, HAWE Hydraulik SE

Autor: Annika Ostermeier

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