Energieeffizienz für die Fertigung

Ein hydraulischer Gewichtsausgleich ist ein autarkes System; ist es einmal mit Druck beaufschlagt, benötigt es keine weitere Energiezufuhr. Ein Hydraulik-Zylinder, der mit einem Druckspeicher verbunden ist, nimmt das Gewicht des Spindelkopfs bzw. Werkstücktischs auf. Der Druck in dem System wird so eingestellt, dass die Kraft des Zylinders das Gewicht ausgleicht. Für die vertikale Bewegung des Spindelkopfs ist nur noch die Reibungskraft und die Massenträgheit zu überwinden - es ist eine deutlich geringere Antriebsleistung aufzuwenden. Für das System notwendig ist ein Druckregelventil für die Druckversorgung, damit bei der Befüllung des Systems auch der gewünschte Betriebsdruck eingestellt wird. Während des Betriebs überwacht ein Druckschalter den Systemdruck, der das Unter- oder Überschreiten des festgelegten Druckbereichs signalisiert. Der Maschinenbediener kann dann entsprechende Maßnahmen ergreifen, zum Beispiel das System auf Leckagen untersuchen oder die Vorspannung des Druckspeichers kontrollieren. Ein Druckbegrenzungsventil sichert den Druckspeicher und über das Ablassventil lässt sich der Speicher im Servicefall entleeren. Die Münchner Hawe Hydraulik bietet diese erforderlichen Ventile aus dem Produkt-Baukasten. Für den Gewichtsausgleich haben sich beispielsweise Standardkomponenten des Ventilverbands Typ BA bewährt. Mit diesem kompakten Verband entfällt der Aufwand für Verrohrung und Montage bzw. für eine separate Blockkonstruktion.

Ein ideales Verhältnis

Das Ein- und Ausfahren des Zylinders verändert die Kompression des Gasvolumens im Druckspeicher und damit den Systemdruck. Das beeinflusst die Kraft des Zylinders und damit auch die Kräfte an der Vorschubspindel. Daher ist mit einer Beeinträchtigung der Bearbeitungsgenauigkeit des Werkstücks zu rechnen. Um diesen unerwünschten Nebeneffekt zu vermeiden, ist es erforderlich, den Lieferanten frühzeitig in die Entwicklung des Gewichtsausgleichs einzubeziehen. Denn mit einer geschickten Auslegung des Systems lässt sich die Beeinträchtigung minimieren. Ein ideales Verhältnis von Speichervolumen zu dem vom Zylinder verdrängten Volumen ist Teil der Lösung. Ein möglichst hoher Betriebsdruck ermöglicht gleichzeitig, Komponenten einzusetzen, die wenig Einbauraum beanspruchen.

Da das System für den Gewichtsausgleich autark arbeitet, ist das Aggregat für die Druckölversorgung nur für die Systembefüllung bei Inbetriebnahme und für den Servicefall erforderlich. Wichtig ist ein Ölbehälter mit ausreichendem Volumen für das Befüllen oder Entleeren des Systems. In Frage kommen etwa Kompakt-Pumpenaggregate vom Typ MPN, da sie die Kriterien hoher Betriebsdruck, kleine Förderleistung, kompakte Bauweise und großes Behältervolumen erfüllen.

Kompakt-Pumpenaggregate spielen auch bei Spannfunktionen in Werkzeugmaschinen eine große Rolle. Der Typ KA von Hawe etwa braucht wenig Platz, da der Antriebsmotor unter Öl verbaut ist und sich der Ventilverband anbauen lässt. Weil die Ventile aus Stahl gefertigt werden, sind hohe Drücke bei kleinem Bauraum möglich. Ein vergleichsweise kleiner Öltank genügt. Dank der kühlenden Wirkung des Öls reicht ein Motor mit niedriger Antriebsleistung aus. Das senkt den Strombedarf. Das Aggregat ist zudem für Speicherladebetrieb ausgelegt. Vorausgesetzt, der angebaute Ventilverband ist mit Wegesitzventilen ausgestattet, kann Druck in einem Speicher vorgehalten und der Pumpenantrieb für Speicherladeschaltungen an den Lastzyklus und zur Überbrückung von Lastspitzen angepasst werden. Die Pumpe ist nur in Betrieb, wenn der Systemdruck unter einen bestimmten Wert absinkt. Sind die Wegesitzventile mit 8-Watt-Magneten ausgestattet, sparen sie zusätzlich Energie. jg