Frey setzt autarke, elektrohydraulische Servoachsen von Rexroth ein

Viele Metallbauteile in der Automobilindustrie entstehen durch das Verpressen von Metallpulverlegierung in Pressformen. Komplexe Bauteile, die früher aufwendigen Zerspanungsverfahren unterlagen, werden so kostengünstiger hergestellt. Die Sintermetalle sind vor allem in der Serienfertigung weit verbreitet: Zahnräder, Ventilsitzringe, Teile für Stoßdämpfer, Lager, Kupplungsscheiben. Systeme für die Pulvermetallurgie entwickelt Frey aus Lenggries-Fleck. In einer neuen Kalibrierpresse nutzen die Bayern drei elektrohydraulische, autark arbeitende Plug-&-Run-Achsen von Rexroth, die präzise, mit großen Kräften und hoher Dynamik Linearbewegungen ausführen, ohne dass Hydraulikaggregate und Leitungen installiert werden müssen.

Kalibrierpressen von Frey sind dafür konzipiert, die Bauteile nach dem Sintern nachzuverdichten. „Unsere Kunden haben hohe Anforderungen an die Fertigungsqualität, mit engen Toleranzen bei Maßhaltigkeit und Oberflächengüte“, erklärt Kaspar Waldherr, Technischer Leiter. Deshalb baut das Unternehmen parallel zu seinen Pulverpressen auch Kalibrieranlagen. In ihnen presst ein Ober- und Unterkolben das im Ofen gesinterte Bauteil nach dem Erkalten in eine Matrize und damit in seine endgültige Form.

„Dieser Arbeitsschritt ist notwendig, weil es beim Sintern naturgemäß immer zu minimalem Verzug kommt. Den gleichen wir mit dem Kalibrieren aus und verdichten gleichzeitig das Materialgefüge.“ Bestückt werden die Axialpressen bei hohen Fertigungszahlen vollautomatisch. Das Einlegen per Hand ist aber ebenfalls möglich. Denn gerade bei kleinen Losgrößen ist dies ein effektiver und flexibler Weg.

Hintergrund

ABPAC-Aggregate

Die neuen Hydraulikaggregate-Baureihe ABPAC (Aggregatebau Power Unit Accelerated by Configuration) von Bosch Rexroth sind Druckversorgungseinheiten für stationäre Maschinen. Standardisierte Komponenten und Prozesse sollen Konstruktions- und Lieferzeiten verkürzen. Über den Online-Konfigurator kann der Anwender aus einem Spektrum an Aggregatelösungen wählen. Hydraulik im Sinne von Industrie 4.0 für den Datenaustausch zu öffnen, war ein Anliegen bei der Entwicklung. So bietet die Baureihe ein Sensorpaket für ein umfassendes Condition Monitoring aller relevanten Systemzustände. Durch die Integration des Open Core Interface mit offenen Schnittstellen verbindet sich die SPS mit der Unternehmens-IT.

Damit dieses Kaltformverfahren überhaupt möglich ist, arbeiten die Axialpressen in dem Unternehmen mit einem Druck bis 315 bar. In der neuen KA-Serie setzen die Maschinenbauer aus Lenggries-Fleck dafür erstmals neu entwickelte Plug-&-Run-Lösungen von Bosch Rexroth ein. Hierbei handelt es sich um einbaufertige, autarke Achsen, welche die Funktionen von Servoantrieben mit der Leistungsdichte der Hydraulik verbinden. Auslöser für den Wechsel von der bis dato eingesetzten Zentralhydraulik zu dezentralen servohydraulischen Einzelachsen war die aktuelle Präsentation der neuen mechatronischen Lösung von Rexroth. „Da wurden wir hellhörig, gerade weil es für die SHA-Achsen (self-contained hydraulic linear axis) einen kompletten Baukasten mit vielen Varianten gibt“, sagt Waldherr rückblickend.

Der Leistungsbereich reicht von 100 Kilonewton bis 2500 Kilonewton in Druck- und Zugrichtung. Der maximale Hub der in

IP 65 ausgeführten Achse beträgt 1800 Millimeter. Die Achse nutzt einen hochdynamischen Servo-Synchronmotor als Stellglied. Das ermöglicht die Regelung von Position, Geschwindigkeit, Druck und Kraft. Bei der Positionsregelung werden Genauigkeiten bis zu ein Mikrometer erreicht. Frey nutzt für diese Anwendung eine Kombination aus selbst konstruierten und kundenspezifisch angepassten Zylindern und Antrieben von Rexroth.

Den Systemwechsel vollzieht der Anwender, um die Vorteile zu nutzen, welche die autarke elektrohydraulische Servoachse im Hinblick auf die Ressourceneffizienz bietet: weniger Energieverbrauch, geringere Lärmemission, weniger Platzbedarf, höhere Produktivität und einen geringeren Planungsaufwand.

60 Prozent Energieersparnis

Mit vielfältigen Funktionen für Motion-, Robot- und Logic-Control eröffnet die Indramotion MLC Anwendern alle Freiheiten der modernen Maschinenautomation.
Bilder: Bosch Rexroth

„Wir haben immer wieder Phasen im Herstellungsprozess, in denen die Zylinder stehen. Zentrale Hydraulikaggregate würden dann weiter laufen“, berichtet Kaspar Waldherr. Der im Vergleich zu konventionellen Lösungen geringere Stromverbrauch der SHA-Achsen beruht auf der Tatsache, dass der elektrische Servoantrieb ständig seine Motor-Drehzahl an den Leistungsbedarf der Pumpe anpasst. Steuerungsbedingte Drosselverluste entfallen, der Kühlaufwand verringert sich. „Was wir dort einsparen können, ist schon sensationell und hat unsere anfänglichen Erwartungen deutlich übertroffen“, sagt Waldherr.

Die SHA-Achse ist, bedingt durch die Kapselung der Pumpe im Steuerblock, deutlich leiser als die bisherige Lösung: Weil zentrale Hydraulikaggregate auch bei Prozessunterbrechungen weiter laufen müssen, um den Druck im System aufrecht zu erhalten, herrscht in den Werkhallen dauerhaft ein Geräuschpegel von 65 bis 70 Dezibel.

Dieser ist entweder hinzunehmen oder es sind teure Zusatzmaßnahmen für den Lärmschutz erforderlich. Das wiederum bringt neue Herausforderungen mit sich, wie die Abführung von Verlustwärme und Kosten. „Die drei SHA-Achsen sind im Betrieb deutlich leiser und still, wenn sie stehen“, bringt es der Technische Leiter auf den Punkt.

Durchgängiges Automatisierungssystem

Als Regelung kommen bei Frey standardisierte Indradrive Servoumrichter in Kombination mit dem Motion-Logic-System Indramotion MLC von Rexroth zum Einsatz. Mit Blick auf ein einfaches und schnelles Engineering beinhaltet die Antriebs- und Steuerungssoftware eine spezielle SHA-Bibliothek, die automatisch alle Besonderheiten der Fluidtechnik berücksichtigt. Anwender können deshalb auch komplexe Fahrprofile beispielsweise für die Umform- und Fügetechnik, Spritzgießmaschinen und andere kraftvolle Anwendungen parametrieren, ohne dabei das gewohnte Arbeitsumfeld mit elektrischen Antrieben verlassen zu müssen.

Weil hydraulische Aufgaben mithilfe von Servoantrieben erledigt werden, stehen im Engineering darüber hinaus alle etablierten Funktionen zur Verfügung, zum Beispiel die Regelung der Achse und antriebsbasierte Sicherheitstechnik über das Steuerteil.

Die Firma Frey kann damit die Axialpresse entsprechend der EN ISO 13849-1 so sicher konstruieren, dass innerhalb der Norm das höchste Performance Level e (PLe) erreicht wird. Dieser Maximalschutz für Mensch und Maschine gegenüber Störungen und Fehlbedingungen ist notwendig, weil die Maschinen, wie eingangs beschrieben, auch von Hand bestückt werden. „Der manuelle Einlegebetrieb ist für kleine Chargen gedacht. Die Sicherheit hat hier oberste Priorität“, betont Waldherr.

Ölmengen reduzieren, Platz sparen

Für die hydraulisch angetriebenen Peripheriefunktionen verwendet das Unternehmen die Standardaggregate ABPAC Basic. Bild: Bosch Rexroth

Sicherheit und Flexibilität gerade für die Herstellung von kleinen Stückzahlen: Dieser Zusammenhang wirft schnell Fragen nach dem Platzbedarf einer Maschine auf. Die mechatronische Kombination aus Hydraulik und elektrischer Antriebstechnik schont die Ressource Produktionsfläche, weil nur mit geringen Ölmengen gearbeitet wird (geschlossener hydraulischer Kreislauf, integrierte Pumpe, kein Tank). „Früher war ein Tank mit mehr als 1000 Litern Öl notwendig. Auf den können wir jetzt verzichten, sogar, wenn für Randprozesse noch Zusatzhydraulik notwendig ist. Wir können auf Ölwechsel verzichten und sparen uns auch noch teure bauliche Maßnahmen zum Schutz vor Leckagen“, erklärt der Technischer Leiter.

Weil in der Axialpresse neben den drei servohydraulischen Achsen noch weitere Peripheriefunktionen mit vergleichsweise geringem Leistungsbedarf hydraulisch angetrieben sind, setzt das Unternehmen dafür heute die neuen, kompakten Standardaggregate ABPAC Basic von Rexroth ein. Sie lassen sich aufgrund der hohen Freiheitsgrade innerhalb des Baukastens passgenau konfigurieren.

Schnelle Installation mit deutlich weniger Hydraulikverrohrung, weniger Lärm und Energieverbrauch sowie verbesserter Umweltschutz zeigen die Leistungsfähigkeit der elektrohydraulischen Mechatronik. Für Frey sind dies Gründe, die Rexroth-Technik künftig auch in den Pulverpressen einzusetzen. Erste Maschinen sind bereits konstruiert und im Bau. Vom 20. bis 23. Oktober 2015 stellt das Unternehmen die erste Presse dieser Baureihe auf der Ceramitec in München vor. do

Beitrag: Bosch Rexroth