DIGITAL HYDRAULISCHE ANTRIEBSEINHEIT – SYMBIOTISCH INTEGRIERT IN PRODUKTIONSANLAGE
VERBESSERUNG DER AUSFALLSSICHERHEIT MIT POSITIVEN NEBENWIRKUNGEN.
Beim Herstellen von Reiblamellen auf Composite Basis werden hitzefeste Carbon-Reibbeläge unter hohem Druck mit Stahllamellen verpresst. Dieser Prozess teilt sich in einen Eilgang- und einen Druckhalteprozess, welcher ursprünglich mit nur einer Motor-Schwenkpumpe-Ventil Einheit realisiert wurde. Ein Hydraulikventil für die Druckbereitstellung dieser Anordnung zeigte jedoch erheblichen Verschleiß auf, daher musste es vergleichsweise häufig ausgewechselt werden, was wiederum erhebliche Komponenten- und Stillstandskosten für das Unternehmen verursachte. In Zusammenarbeit zwischen Miba Frictec GmbH und Linz Center of Mechatronics GmbH ist es gelungen, das System mit einem hydraulischen Add-on, der „Digital Pressure Contol Unit“ kurz DPCU, robuster, deutlich effizienter und fit für die Zukunft zu machen. Dieses Add-on ergänzt in symbiotischer Weise – dem neuen Paradigma des COMET K2 Zentrums „Symbiotic Mechatronics“ – den vorhandenen Hauptantrieb und ermöglicht, dass beide Systeme hauptsächlich in ihren optimalen Betriebszuständen betrieben werden können.
Die DPCU wird aktuell bei Miba Frictec GmbH eingesetzt. Sie verbessert sowohl die Lebensdauer der Systemkomponenten wie auch die Regelungsgüte im Prozess erheblich. Positive Nebenwirkungen sind darüber hinaus eine mehr als 80-prozentige Reduktion des Energieverbrauchs durch Vermeidung von Leckageverlusten mit dem Einsatz von hydraulisch dichten Sitzventilen und eine deutliche Verringerung des Lärms in der Produktionshalle. Im nachträglich auf bestehende Maschinen integrierbaren Add-on kommt eine spezielle Technologie, welche im Rahmen des K2 Zentrums entwickelt und perfektioniert wurde, zur Anwendung – die „Digitalhydraulik“.
Wissenschaftliche Herausforderungen
Die Grundidee der Digitalhydraulik besteht darin, wie in der elektrischen Antriebstechnik, geschaltet analoge Regelungstechnik zu ersetzen. Dabei ergeben sich drei Gruppen von Herausforderungen. Man benötigt (I) sehr schnelle hydraulische Schaltventile, (II) eine dazu passende Elektronik inklusive Ansteuerlogik um die Ventile zu aktuieren ohne sie thermisch zu schädigen und (III) das nötige Know-how, um das Gesamtsystem so auszulegen und zu regeln, dass vom schnellen Schalten verursachte physikalische Effekte, wie Druckpulsationen durch Wellenausbreitungen usw., nicht das Systemverhalten beeinträchtigen. Durch die geschickte Integration dieser Aspekte lassen sich Systeme entwickeln, die sowohl eine erhebliche Energieeinsparung bei der Leistungsbereitstellung ermöglichen als auch hochdynamische und präzise Regelungen von Druck, Position, Ölmenge, Kräften oder Momenten realisieren. Die Grundlage für diese Entwicklungen bilden die Forschungsergebnisse, welche im Rahmen von Kooperationsprojekten, Diplomarbeiten bzw. Dissertationen erarbeitet und großteils publiziert wurden.
Wirkungen und Effekte
Der Kompetenzaufbau im K2 Zentrum und die unmittelbare Umsetzung der neuen Erkenntnisse im Projekt mit Miba Frictec GmbH, hatten eine Effizienzsteigerung des gesamten Produktionsprozesses zur Folge. Dies beinhaltet auch einen schonenden Umgang mit Ressourcen, da hydraulische Verluste reduziert und die Anlage somit ressourcenschonender also ökologischer produzieren kann. Durch die Realisierung lassen sich beim Kunden pro Jahr 3.000 € bis 5.000 € an Energiekosten bzw. bis zu 10 Tonnen CO2 einsparen. Damit diese Technologie einem größeren Kundenkreis zugänglich gemacht werden kann, wurde eine spezielle Elektronik für die digitalhydraulische Ansteuerung entwickelt, der DHCU-Controller. Mit ihm steht dem zukünftigen Anwender ein maßgeschneidertes Werkzeug für die Umsetzung digitalhydraulischer Antriebe zur Verfügung. Bei zwei Pilotkunden kommt diese Entwicklung bereits erfolgreich in sehr rauer Umgebung im Rahmen von Mobil- und Offshore-Anwendungen zum Einsatz.
