Effizienteres Fräszentrum dank Hydraulik

Moderne Werkzeugmaschinen müssen heute nicht nur Bestleistungen bei der Bearbeitung von Werkstücken aufweisen, sondern auch energieeffizient sein“, sagt Daniel Lustenberger, Leiter Marketing und Verkauf bei Reiden Technik in der Schweiz. Das mittelständische Unternehmen ist Hersteller von präzisen 5-Achs-Fräszentren für die Schwerzerspanung von Werkstücken mittlerer Größe. Aufgrund entsprechender Forderungen der Politik werden solche industriellen Anlagen heute zunehmend auch mit Blick auf ihre Energieeffizienz auf den Prüfstand gestellt. Aus diesem Grund setzte Reiden bei ihren Neuentwicklungen der RX-Serie auf eine umfassende Neukonzeption der Hydrauliksysteme, die bei diesen Maschinen zahlreiche Hilfsfunktionen bei Achsverriegelungen, beim Werkzeugwechsel sowie bei der Werkzeug- und Werkstückspannung übernehmen. Dafür suchte sich Reiden Unterstützung bei Hawe-Hydratec.

„Jüngstes Projekt war die Modernisierung unseres Flaggschiffs, der BFR2“, erklärt Lustenberger. Diese großformatige Bettfräsmaschine ist in verschiedenen Baugrößen mit Arbeitsraumabmessungen bis zu 4.000 x 1.200 x 1.500 Millimeter und Palettenzuladungen bis zu 5.000 Kilogramm erhältlich. Ihre Hydraulik übernimmt zahlreiche Hilfsfunktionen bis hin zum Gewichtsausgleich der Z-Achse und der Durchbiegungskompensation für den Getriebebalken des Fräskopfs. Sie war jedoch noch in herkömmlicher Weise ausgelegt: So lief die Pumpe kontinuierlich gegen ein Überdruckventil, um den geforderten Öldruck aufrechtzuerhalten und zudem Leckageverluste in den Ventilen zu kompensieren. Die Ventile benötigten erhebliche Steuerleistungen. Weitere Nachteile waren der hohe Geräuschpegel der ständig laufenden Pumpe und Beschädigungsrisiken für das außen beigestellte Aggregat und die Verbindungen bis zur Maschine.

„Aufgrund der ungebrochenen Beliebtheit der BFR2-Baureihe entschied man sich bei Reiden Mitte 2016 für ein komplettes Upgrade im Bereich der Hydraulik“, sagt Andy Brunner, Vertriebsmitarbeiter bei Hawe Hydratec. Reider und Hawe Hydratec arbeiteten zusammen an der neuen Hydraulik für die Gesamtmaschine. Das Ergebnis war ein sehr kompaktes Hydraulikaggregat, das von Hawe Hydratec komplett gefertigt und geliefert wird. Die vollständige Integration in die Maschine verringert den Flächenbedarf und die Hydraulik ist unter der Abdeckung vor Beschädigungen geschützt.

Zu den Besonderheiten der neuen Lösung gehört die vollständige Umstellung auf Speicherladebetrieb. Das heißt die Pumpe füllt zunächst einen Gasdruckspeicher. Hieraus wird anschließend der für die Betätigung der Hydraulik benötigte Energiebedarf entnommen bis ein definiertes Mindest-Druckniveau unterschritten wird. Daraufhin läuft die Pumpe wieder an und lädt den Speicher erneut auf. Dadurch konnte die Einsatzdauer der Pumpe je nach Betriebsweise teilweise auf weniger als zehn Prozent gesenkt werden. Dementsprechend verringern sich auch der Verschleiß des Aggregats und damit die Wartungsaufwendungen.

„Weitere erhebliche Einsparungen beim Energieverbrauch konnten wir durch die konsequente Verwendung neuer Ventiltechnik erzielen“, erklärt Brunner. Dazu wurde die gesamte Ventiltechnik auf Wegesitzventile umgestellt, weil diese von der Bauart her völlig dicht schließen, sodass keinerlei Druckabfall durch interne Leckagen mehr ausgeglichen werden muss. Hinzu kommen weitere Energieeinsparungen bei der Ventilansteuerung, weil jetzt ausschließlich Low-Watt-Elektromagnete mit einer Leistungsaufnahme von je nur acht Watt verwendet werden.

Wichtiger Pluspunkt der neuen Lösung ist auch die Verwendung einer kompakten Motor-Pumpeneinheit, die als Unterölaggregat direkt im Tank verbaut ist. Dieses platzsparende Design erleichtert nicht nur die Integration in die Werkzeugmaschine, die Dämpfung durch die Flüssigkeit senkt auch die Geräuschemissionen in den vergleichsweise kurzen Zeiträumen, in denen die Pumpe überhaupt arbeitet. Auch ein Teil der Ventile sowie der schlanke Druckspeicher finden oberhalb des Öltanks Platz.

„Zu den erwähnenswerten Besonderheiten der Hydrauliklösung gehören der Gewichtsausgleich für die Z-Achse sowie die Durchbiegungskompensation der Y-Achse“, sagt Brunner. Der Gewichtsausgleich für die Z-Achse samt des auf ihr verfahrenden Getriebebalkens der Y-Achse nebst Getriebekopf und Fräswerkzeug erfolgt durch einen eigenen Hydraulikkreislauf mit zugehörigem Speicher, dessen Kennfeld auf die zu bewältigende Gewichtskompensation ausgelegt ist. Erforderlichenfalls kann das Druckniveau durch die Haupthydraulik nachjustiert werden, zum Beispiel um das Gewicht eines besonders schweren Fräskopfs zu berücksichtigen. Diese feinfühlige Justiermöglichkeit verringert die Belastung des Antriebs der Z-Achse und damit deren Energieverbrauch.

Eine weitere Besonderheit des BFR2-Konzepts ist der hydraulische Ausgleich der Durchbiegung des Getriebebalkens der Y-Achse. Je weiter diese Achse ausfährt, desto stärker biegt sie sich der Schwerkraft folgend nach unten durch. Bei manchen am Markt angebotenen Maschinen wird dies lediglich durch eine entsprechende Höhenkorrektur der Z-Achse ausgeglichen. Dies kompensiert jedoch nicht die gleichzeitige Abweichung des Winkels der Spindelachse von der Vertikalen. Die Folge können Stufen in der Oberfläche sein. Der Effekt ist umso stärker, je größer der Werkzeugdurchmesser ist. Als Abhilfe setzt man bei Reiden auf eine Kompensation der Durchbiegung durch eine Zugstange auf der Oberseite des Getriebebalkens, deren Spannung über einen Hydraulikzylinder verändert werden kann. Dadurch steht dann die Drehachse der Spindel wieder im exakten 90 °-Winkel zur Tischoberfläche. Diese Kompensation stellt sehr hohe Anforderungen an die Feinfühligkeit der Hydraulik. Hierfür sind zuverlässige und genaue Proportionalventile nötig. Das Ergebnis sind saubere Oberflächen ohne „Stufen“, selbst beim Einsatz großformatiger Scheibenfräser.

„Selbstverständlich haben wir bei dieser Upgradeaktion auch weitere Modernisierungen vorgenommen“, verrät Lustenberger. So wirke sich die geringe und konstante Wärmeentwicklung der neuen Hydraulik positiv auf die Bearbeitungsgenauigkeit aus. Hinzu kommen Verbesserungen an der Elektronik und den Antrieben sowie die Anpassung der Steuerung auf den aktuellen Entwicklungsstand von Hard- und Software.

Inzwischen habe man drei Maschinen dieser verbesserten Version gebaut sowie eine weitere im Auftrag. Von den bereits bei Kunden stehenden Anlagen erhalte man positive Rückmeldungen. Auch bezüglich der Zusammenarbeit mit Hawe Hydratec sei man hoch zufrieden. Dies betreffe nicht nur die Entwicklungszusammenarbeit, sondern auch Qualität und Servicefähigkeit. Das Schweizer Hauptlager liege in kurzer Distanz und reagiere bei Bedarf sehr schnell. hei

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