| von Fachbeitrag Bosch Rexroth
Multi-Ethernet-Ventile, Bild: Bosch Rexroth
Die Multi-Ethernet-Ventile funktionieren mit integriertem Achsregler. Bild: Bosch Rexroth

Von den Reglern unabhängig erfolgt die individuelle Streckenanpassung der hydraulischen Aktoren. Die Regleranteile sind damit unabhängig davon, wie klein oder groß die Zylinderflächen, die Ventil-Charakteristik oder andere System-Parameter sind. Die nichtlinearen Eigenschaften der Strecke werden durch eine inverse Kennlinie linearisiert. Somit arbeiten die Regler intern nur mit physikalischen Größen, die in der Streckenanpassung zu einem Stellwert umgerechnet werden.

Für die verschiedenen Antriebsarten wie drehzahlvariable Pumpenantriebe Sytronix, Digitalhydraulik und Anwendungen mit mehreren Stellgliedern stellt der Anbieter nachgeschaltet zum Achsregler Software-Adaptermodule bereit. Auch eigene, anwenderspezifische Varianten können durch diese Technik realisiert werden.

Wizard-unterstütztes Engineering und Parametrierung

Innerhalb des Engineering-Workflows unterstützt ein Wizard den Anwender für die jeweilige Aufgabe: vom Anlegen des Projekts über die Auswahl der Steuerungshardware bis zum Anlegen der hydraulischen Achsen, inklusive der Zuordnung der Aktorik und Sensorik. Danach kann der Anwender die Achse erstparametrieren.

Der Wizard unterstützt zwei Vorgehensweisen: die manuelle Eingabe der wichtigsten Antriebs-Parameter und die Eingabe der systembeschreibenden Werte mit automatischer Berechnung der Antriebs-Parameter. Der Wizard führt den Anwender in der richtigen Reihenfolge durch die Parametrierung. So werden zum Beispiel die Daten des Zylinders, des Ventils beziehungsweise dessen Auswahl aus der Ventildatenbank, der Sensorik sowie Masse und Einbaulage abgefragt. Danach schlägt der Wizard anhand der eingegebenen Systemgrößen Regler-Struktur und Antriebs-Parameter, zum Beispiel Verstärkungen und Grenzwerte, vor. Zudem berechnet er Kennwerte wie maximale Geschwindigkeiten, maximale Kräfte sowie Eigenfrequenz des Antriebes.

Mit den ermittelten Parametern können die Antriebe bereits robust verfahren werden. Der Anwender beginnt anschließend direkt mit dem Fine-Tuning der Gesamtanlage und des Prozesses. Auch weniger Erfahrene kommen hierbei zu stabilen Ergebnissen. Parametrierfehler werden vermieden.

Automatische Identifikation der Streckenkennwerte

Bei vielen hydraulischen Achsen ist auch eine automatische Identifikation der Strecke möglich. Der Inbetriebnahme-Wizard ermöglicht dem Anwender, den Antrieb in definierten Grenzen selbstständig überwachte Bewegungen durchführen zu lassen. Die intelligente Funktion ermittelt zuerst die Regelrichtung, dann den Nullpunktdrift, vermisst die Ventilkennlinie, um danach mittels einer Sprungantwortmessung die Eigenfrequenz und Dämpfung des Systems zu ermitteln. Daraus werden die Parameter der Streckenanpassung berechnet und Werte für den Lageregler vorgeschlagen. Diese lassen sich noch über einen Schieberegler feintunen. Weitere Optimierungen lassen sich in den Standard-Dialogen vornehmen.

Die Best-in-Class-Regler und ihre transparente Struktur bewähren sich bereits bei zahlreichen Maschinenkonzepten. So setzt Winema Maschinenbau IAC-Multi-Ethernet Regelventile bei hochkomplexen Werkzeugmaschinen und Rundtaktmaschinen ein. Mit ihnen können die unterschiedlichsten Werkstücke schnell und kostengünstig bearbeitet werden. Kernstück der Maschinen ist ein vertikaler Schaltteller mit acht bis zwölf Spannstationen.

Bei der neu entwickelten RV10 Flexmaster koordiniert die CNC-Steuerung IndraMotion MTX Performance alle elektrischen und hydraulischen Antriebe. Durch die kreisförmig angeordneten hydraulischen Vorschubachsen erreicht der Maschinenhersteller eine kompakte Konstruktion. Angesteuert werden die Achsen über IAC-Multi-Ethernet-Regelventile. Der im Ventil integrierte Best-in-Class-Achsregler fügt sich über Sercos in die CNC-Steuerung ein und vereinfacht das gesamte Engineering.

Anforderungen an das Steuerungs- und Antriebssystem sind hier kurze Umrüstzeiten, Taktzeiten von 1,6 s für die komplette Werkstückbearbeitung, Eilganggeschwindigkeit bis 29 m/min sowie Werkstückgenauigkeiten von <5 µm. Für die Werkstücke ist eine Bahnbearbeitung mit interpolierenden elektrischen und hydraulischen Achsen notwendig.

Um die Anforderungen an die Genauigkeit und die Eilganggeschwindigkeit zu erreichen, werden Ventile mit geknickter Ventilkennlinie eingesetzt, die die Auflösung sowohl bei der Vorschubgeschwindigkeit als auch zur Positionierung erhöhen. Für die Lage-Erfassungen werden hochgenaue digitale Wegmess-Systeme verwendet. Antriebsspezifische Eigenschaften wie maximale Geschwindigkeiten und Beschleunigungen sowie der Einfluss der Ventilkennlinien und Zylinderdaten werden in der Streckenanpassung berücksichtigt. Für den Lageregler stellt sich damit eine lineare Strecke dar, die über den Kv-Faktor des P-Reglers einfach optimiert werden kann. Durch den unterlagerten Geschwindigkeitsregler wird die geforderte Konturgenauigkeit der Bahnbearbeitung erreicht.

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