Regelventil IAC in Werkzeugmaschine
Bosch Rexroth bietet – auf gleicher Softwarebasis – sowohl Lösungen für den Schaltschrank als auch direkt am Ventil mit der IAC-Technologie - Integrated Axis Control (IAC). Bild: Bosch Rexroth

Anforderungen wie hohe Präzision, Dynamik und Reproduzierbarkeit sind nicht neu. Jedoch steigt mit der Konkurrenz von anderen Antriebstechnologien, aber auch mit neuen Fertigungsverfahren und wachsenden Produktstandards der Anspruch an die Antriebstechnik. Das spiegelt sich bei Umformmaschinen beispielsweise im Bereich der Prozesssteuerung wider. Der Automobilbau als größte Abnehmerbranche von Karosserieblechteilen, gibt hier laufend neue Vorgaben mit komplizierterem Design und crash-sicheren Formteilen, was unterschiedliche Anforderungen an die Antriebe in Richtung variables Kraftprofil oder variables Geschwindigkeitsprofil stellt. „Da geht es um Antriebe, die schnelle Vorschubbewegungen über einen großen Hubbereich und anschließend in einem kurzen Hubbereich noch mal eine präzise Bewegung bei höchster Kraft ausführen müssen“,  erläutert Prof. Weber.

Hohe Produktanforderungen wie Teilequalität, Oberflächengüte oder Wiederholgenauigkeit bedeuten für Werkzeug- und Umformmaschinen sehr enge Prozessfenster hinsichtlich Kraft- und Bewegungssteuerung – und dies für die gesamte Lebensdauer der Maschinen. Gefragt sind daher Steuerungs- und Regelungskonzepte, die keine Festwerte parametrisieren, sondern in der Maschine mithilfe von Sensorik Schwankungen oder Veränderungen erfassen und in die Regelkreise entsprechend eingreifen. Prof. Weber betont, dass die Anwendung höherer Regelungsverfahren großes Potential für die Dynamik und Wiederholgenauigkeit von hydraulisch angetriebenen Maschinen bietet. „Einblicke in den Bereich der Regelungs- und Steuerungstheorien lohnen sich durchaus. In jüngster Zeit beschäftigen sich immer mehr Hydraulikhersteller mit neuen Konzepten wie lernenden Reglern oder automatisierten Identifikationsverfahren, um ihre Antriebe gleichzeitig genauer und flexibler auszulegen.“

Dr.-Ing. Steffen Haack, Mitglied des Vorstands mit Zuständigkeit für die Business Unit Industrial Applications und Koordination Vertrieb von Bosch Rexroth
„Elektrohydraulische Achsregler agieren mikrometergenau." - Dr.-Ing. Steffen Haack, Mitglied des Vorstands mit Zuständigkeit für die Business Unit Industrial Applications und Koordination Vertrieb von Bosch Rexroth. Bild: Bosch Rexroth

Dr. Steffen Haack bedauert, dass die Fähigkeiten moderner Hydraulik oft noch unterschätzt werden. Er betont: „Elektrohydraulische Achsregler agieren mikrometergenau, können auch in sehr beengten Bauräumen platziert werden, wo elektromechanische Antriebe bereits wegen der Wärmeentwicklung mehr Platz benötigen oder werden für Motion Control-Aufgaben über gängige Echtzeit-Ethernet-Protokolle miteinander vernetzt und in die Infrastruktur moderner Produktionsumgebungen eingebunden.“

In der Praxis sieht das so aus, dass sich eine intelligente Hydraulik den sich ändernden Anforderungen in der Maschine bezüglich Geschwindigkeit und Kraft automatisch anpasst. „Dazu müssen zunächst die relevanten Streckeninformationen zur Verfügung stehen. Die große Herausforderung dabei ist, diese Informationen intelligent zu verknüpfen, zu interpretieren um schließlich entsprechend zu reagieren, also den Regelkreis wirklich zu schließen.“ Bei Bosch Rexroth liefern Sensoren die notwendigen Informationen, die über Feldbusse und das Industrial Ethernet übertragen und von intelligenter Software ausgewertet werden. Eine Hardware verknüpft dies alles miteinander. „Bei diskret aufgebauten Achsen sind dazu eine Vielzahl von Schnittstellen zu bedienen und intelligent zu vernetzen. Ventile und Regelpumpen mit Multi-Ethernet-Schnittstelle oder autarke hydraulische Achssysteme wie die servohydraulische Achse SHA entlasten den Anwender von vielen dieser Aufgaben“, so Haack.

Einheitliches Engineering verbessert Motion Control

Verdrängergesteuerte Kompaktantriebe (Laboraufbau)
Verdrängergesteuerte Kompaktantriebe (Laboraufbau). Dr Steffen Haack von Rexroth sieht in der Verdrängersteuerung erhebliche Vorteile. Bild: 2016, André Wirsig

Vor wenigen Jahren waren auf den Punkt optimierte Regel-Algorithmen und Expertensoftware eine Herausforderung, heute stehen Benutzerfreundlichkeit und die Qualität des Regelergebnisses im Fokus. Bosch Rexroth bietet – auf gleicher Softwarebasis – sowohl Lösungen für den Schaltschrank als auch direkt am Ventil mit der IAC-Technologie. Integrated Axis Control (IAC) ist als On-Board-Elektronik direkt an den Hydraulikventilen verbaut und beinhaltet im Unterschied zu den Schaltschranklösungen auch den Ventilregler mit allen Rückführungen, der Signalaufbereitung und der Verstärkerfunktionalität. Die Schnittstellen nach außen, zum Beispiel zu einem Zylinderantrieb, sind Industriestandards wie zum Beispiel SSI, 1Vss. Beide Lösungen, sowohl die Schaltschrankvariante als auch die IAC-Technologie, werden über Ethernet-basierte BUS-Schnittstellen in die Maschinenstruktur eingebunden.

Für hybride Maschinen, die sowohl über elektrische als auch über hydraulische Antriebe verfügen, sollte das Engineering vereinheitlicht sein. Kann der Anwender mit derselben Software und einem durchgängigen Bedienkonzept die jeweilige Achse auswählen und sie mit Technologiefunktionen wie zum Beispiel Getriebefunktion, Bewegungsprofil oder Roboterkinematik verknüpfen, so erreicht er präzise ausgeführte Bewegungen, die mit bestmöglicher Dynamik geregelt sind. bf