Das Tauziehen um den Einsatz von Hydraulik oder Elektrik in der Spritzgießmaschine ist längst nicht beendet. Entscheidend für die Zukunft der Hydraulik wird die Regel-Elektronik sein. Ein beliebter Kompromiss für die Maschinenhersteller sind Hybridantriebe.
Bernhard Foitzik ist freier Fachjournalist in Neustadt/Weinstraße
Die Entwicklungsziele aller Maschinenhersteller von Spritzgießmaschinen sind vergleichbar, unabhängig von der jeweiligen Antriebsart: Neue Maschinen sollen zuverlässiger arbeiten, einfacher zu warten sein und vor allem auch weniger Energie verbrauchen. Regelbare Antriebe, gleich ob elektrisch oder hydraulisch, erfüllen die Forderung nach effizientem Energieeinsatz.
Seit die erste vollelektrische Spritzgießmaschine auf der K vorgestellt worden ist, befindet sich die hydraulische Antriebstechnik in einem harten Wettbewerb. Die Hersteller von elektromechanischen Systeme nverweisen auf den schlechteren Energienutzungsgrad von hydraulischen Antriebssystemen, nicht ganz zu unrecht, denn noch vor zehn Jahren gingen vollhydraulische Maschinen mit der Energie nicht gerade sparsam um.
Inzwischen richtet sich das Hauptaugenmerk der Entwickler auf die Verbesserung des Wirkungsgrades. Die Fortschritte sind unverkennbar, wenn auch noch lange nicht ausgereizt. So lag noch vor knapp zehn Jahren der Gesamtwirkungsgrad einer Spritz- gießmaschine bei 25 %. Eine Reihe von Optimierungen hat dazu geführt, dass „der Gesamtwirkungsgrad heute bei deutlich über 45 Prozent liegt“, wie Jörg Weingart, Projektbearbeiter am Institut für Fluidtechnik der TU Dresden ,feststellt. Beim Lokalisieren der Energiefresser blieb man jedoch eher auf Vermutungen angewiesen. In einem Forschungsvorhaben des Forschungsfonds des Fachverbandes Fluidtechnik im VDMA wurde in Dresden aber nun ein Berechnungsmodell entwickelt, das eine vergleichsweise genaue Vorhersage und damit eine Optimierung der Komponenten und Baugruppen möglich machen soll.
Wirkungsgrade sind von 25 auf 45 Prozent angestiegen
Noch dominiert in Europa die Hydraulik als Antriebstechnik für Spritzgießmaschinen. Zwar experimentieren alle Maschinenhersteller mit einer elektrisch angetriebenen Maschine oder bieten ein solches Modell an. Dennoch liegt der Marktanteil bislang nur zwischen 20 und 30 %. Dagegen hatten auf der letzten japanischen Branchenmesse gut zwei Drittel aller Neuvorstellungen einen elektrischen Antrieb. Branchenkenner Roland Janssen von der Moog GmbH, Böblingen, führt das unter anderem darauf zurück, „dass in Europa im allgemeinen Maschinen gebaut werden, die sehr hohen Anforderungen genügen müssen“. Für die Hydraulik spricht dabei der Raumvorteil, deren Kraftdichte etwa um den Faktor 6 besser ist als bei elektrischen Antrieben.
Trotz Serienproduktion sei die Hydraulik der Maschinen ein „sehr individuelles Geschäft“, stellt Janssen fest. Die Ventile und Baugruppen glichen sich zwar äußerlich, doch das Innenleben unterscheide sich teils sehr. Da die Regelung der Spritzzylinder einen großen Einfluss auf die Produktqualität hat, lassen sich die Maschinenhersteller diese Bauteile individuell auslegen.
Die Hydraulikanbieter haben dabei unterschiedlich großen Einfluss. Während der eine Maschinenhersteller komplette Achsen konzipieren lässt, legt der andere die Hydraulik selbst aus und bezieht lediglich die Komponenten. Spezialisiert auf die Hydraulik in Spritzgießmaschinen ist beispielsweise die Dorninger Industriehydraulik GmbH in Linz, die für die Battenfeld Kunststoffmaschinen GmbH, Kottingbrunn/Niederösterreich, seit Jahren die Hydraulik auslegt. Jüngstes Kooperationsprodukt ist die TM-Baureihe, für die Dorninger insgesamt drei Hydraulikmodule konzipierte und baut, nämlich für die Pumpensteuerung sowie für die Spritz- und die Schließeinheit. Für die aufwendige Regelung – immerhin hat die TM acht Achsen – kommen Bosch-Regelventile mit On-Board-Elektronik zum Einsatz.
Der Erfolg der Hydraulik im Marktsegment Spritzgießmaschinen wird im Wesentlichen von der Regel-Elektronik bestimmt. Moog zum Beispiel wird zur K die neue Variante eines digitalen Ventils vorstellen. Dieser Trend basiert nicht nur auf der Forderung nach höherer Regelgüte. Über die digitale Schnittstelle lassen sich solche Baugruppen einfacher programmieren. Deshalb ist sicher die neu entwickelte ventilintegrierte NC-Steuerung (VNC) der Bosch Rexroth AG interessant, die unter anderem in Kunststoffmaschinen eingesetzt werden kann. „Im Zuge der Miniaturisierung konnten die Funktionen der digitalen Reglerbaugruppe in ein Regelventil integriert werden“, heißt es dazu aus Lohr am Main. Programmiert wird über einen PC. Die Kommunikation zu übergeordneten Steuerungen erfolgt über digitale Ein- und Ausgänge oder Feldbusse.
Noch hat sich für den Einsatz in Spritzgießmaschinen kein Bussystem als Standard herauskristallisiert, was möglicherweise daran liegt, dass die Regelung über Bus für manche Anwendung zu langsam ist. Insofern ist die Regelung im Ventil eine sinnvolle Zwischenstufe auf dem Weg zum offenen Regelsystem.
Gespannt darf man zur K 2001 sein, ob sich der CAN-Bus durchsetzt, um die Hydraulik an die Maschinensteuerung anzubinden. Als erster Hersteller hatte die Negri Bossi S.P.A., Mailand, auf der K `98 eine Spritzgießmaschine vorgestellt, bei welcher der Informationsaustausch über einen Feldbus mit CAN-open-Protokoll erfolgt. Partner auf der Hydraulikseite war damals die Robert Bosch GmbH.
Die für die Ausstattung einer Spritzgießmaschine erforderlichen busfähigen Hydraulikkomponenten sind mittlerweile serienreif. Im Wesentlichen handelt es sich um ein Ventil mit digitaler On-Board-Elektronik und eine elektrohydraulisch verstellbare Radialkolbenpumpe. Gerade die hohen Anforderungen an die Hydraulik in Spritzgießmaschinen machen diese Entwicklung attraktiv. Über die individuell einstellbaren Regelparameter lässt sich für jeden Verbraucher ein Optimum in Dynamik und Druckverlauf erreichen.
Bei den Entwicklern von Spritzgießmaschinen sind Hybridkonzepte beliebt, weil damit die spezifischen Stärken der Basistechniken Hydraulik und Elektrotechnik genutzt werden können. Allerdings gibt es unterschiedliche Konzepte für Hybridmaschinen. Normalerweise arbeitet die Spritzseite hydraulisch und die Schließseite elektrisch, ist teilweise aber mit hydraulischen Zusatzaggregaten ausgelegt.
Ein Beispiel dafür bietet die Ettlinger Kunststoffmaschinen GmbH, Königsbrunn, mit ihrer neuen Spritzgießmaschine. Sie ist als so genannte Hydraulikdruckspeicher-Maschine ausgelegt und befindet sich seit Februar bei Wavin, Sneek/Niederlande, im Einsatz. Der aufgeladene Hydraulikspeicher versorgt beim Schließen des Werkzeuges nicht nur die vier Kerne, sondern stellt darüber hinaus auch das notwendige Ölvolumen für den darauf folgenden Einspritzvorgang zur Verfügung. Diese Hybridtechnik mit elektrisch angetriebener Schnecke konnte im Vergleich zur Vorgängermaschine den Energieverbrauch reduzieren.
Teilen:
