Präzision und Effizienz

Fluidtechnik

Hydraulik – Der energiesparende Antrieb von Hydraulikpumpen über Umrichter bietet nur mäßige Ansprechzeiten und Genauigkeit. Mehr Präzision versprechen Axialkolben-Servopumpen mit integrierter digitaler Steuerung zur Regelung von Druck und Volumenstrom.

31. August 2011

Der weltweite Trend zur Reduzierung des Energieverbrauchs hat auch in der Hydraulik zur Entwicklung von neuen energiesparenden Lösungen geführt. Bei solchen Systemen werden die Hydraulikpumpen meist von einem Elektromotor-Motor angetrieben, dessen Drehzahl sich über einen Frequenzumrichter regeln lässt. Der Elektromotor ist dabei mit einer Konstantpumpe gekoppelt und ermöglicht so eine Regelung des Volumenstroms gemäß den tatsächlichen Erfordernissen des Regelkreises, was die gesamte Leistungsaufnahme verringert.

Diese neuen Lösungen sind eine Alternative zu modernen elektrohydraulischen Systemen, bei denen ein traditioneller Elektromotor mit einer Axialkolben-Servopumpe mit integrierter digitaler P/Q-Steuerung gekoppelt wird. Solche Motor-Pumpen-Kombinationen ermöglichen die proportionale Regelung von Volumenstrom und Druck und damit die Regelung von Geschwindigkeit und Kraft bei hydraulischen linearen oder rotativen Antrieben. Der italienische Hydraulikkomponentenhersteller Atos mit Sitz in Sesto Calende bei Mailand hat jetzt in einer Reihe von hausinternen Tests untersucht, wo die Vorteile dieser unterschiedlichen Ansätze liegen.

Dabei zeigte sich bei gleichen Testbedingungen hinsichtlich Leistung und Volumenstrom, dass die Ansprechzeiten bei umrichtergesteuerten Systemen mit 500 bis 1.500 Millisekunden rund zwei- bis fünfmal länger sind als die Ansprechzeiten, die sich durch digitale Servopumpen erreichen lassen. Zwar lässt sich dieses Verhalten durch den Einsatz von hochdynamischen Motoren mit eingebauten Positionsgebern und integriertem Umrichter verbessern, jedoch sind diese Optionen in der Regel nur zu vergleichsweise hohen Kosten verfügbar. Außerdem verschlechtert sich auch bei solchen Lösungen das Ansprechverhalten mit der Zeit aufgrund der fortschreitenden Abnutzung des Elektromotors. Zudem benötigt ein derartiges System zusätzliche Proportionalventile zur Druckregelung, während sich eine kombinierte Volumenstrom- und Druckregelung mit digitalen Servopumpen auf einfache Weise realisieren lässt.

Ein Nachteil der umrichtergeregelten Hydrauliksysteme ist auch ihre vergleichsweise eingeschränkte Genauigkeit und Wiederholbarkeit von etwa ±3 Prozent des Regelbereiches, während Anwendungen mit digitalen Servopumpen hier Werte bis zu ±0,5 Prozent des Regelbereiches erreichen können. Auch reduziert sich bei steigender Nenndrehzahl des Motors das Abtriebsdrehmoment und damit der Druck, der von der Pumpe bereitgestellt wird.

Präzise oder sparsam

Andererseits resultiert aus der Möglichkeit, die Nenndrehzahl des Motors zu verringern, eine geringere Leistungsaufnahme, sodass eine Energieeinsparung von circa 10 Prozent im Vergleich zu elektrohydraulischen Systemen möglich ist. Bei den heutigen Preisen für Energie amortisieren sich umrichtergesteuerte Hydrauliksysteme jedoch frühestens nach 24 Monaten. Bei elektrohydraulischen Systemen dagegen erfordert eine sinnvolle Verringerung der Leistungsaufnahme neben Verstellpumpen auch Speicherstationen, die die Spitzen der erforderlichen Energie liefern, sodass sich die Aggregate entsprechend den durchschnittlichen Anforderungen des Arbeitszyklus auslegen lassen.

Zusammengefasst bietet also keines der Systeme die »beste« Lösung für sämtliche Einsatzfälle. So ermöglichen umrichtergesteuerte Systeme zwar einen energieeffizienten Betrieb, allerdings eignen sie sich nur für Anwendungen mit geringeren Ansprüchen an die Präzision und die Ansprechzeiten. Moderne elektrohydraulische Lösungen sind dagegen ideal für Anwendungen, bei denen hohe Leistung und Dynamik ein Muss sind und Energieeinsparung eine nützliche Option ist.

Erschienen in Ausgabe: 06/2011