Hohe Verfügbarkeit dank intelligenter Software

Die servohydraulische Antriebslösung von Baumüller besteht aus einer Konstantpumpe, einem Servomotor sowie einem Servoantrieb mit integrierter Servopumpenregelung und dazugehörigen Softwarefunktionen. Leistungsstarke Servoantriebe der Baureihe b maXX 6500 regeln mithilfe der Softwarefunktion den Druck im Hydrauliksystem, indem der Servomotor die Konstantpumpe in hochdynamischer Drehzahlregelung anpasst. Damit stellt die Baumüller Antriebslösung, die zum Betrieb der Maschine benötigten Druck- und Volumenstromwerte schnell, präzise und bedarfsgerecht zur Verfügung.

Der Energieverbrauch gegenüber Regelpumpen, die mit konstanter Drehzahl am Netz betrieben werden, reduziert sich hierdurch signifikant: „Es gibt ein hohes Potential für Energie­einsparungen, die exakte Einsparung hängt vom Anwendungsfall ab“, erklärt Philipp Gebhardt, Applikationsexperte bei Baumüller. Die hohe Energieeffizienz der servohydraulischen Lösung entsteht durch eine bedarfsgerechte Pumpenleistung und einem hohen Systemwirkungsgrad. Steht die Maschine still, z.B. beim Abkühlen, ruhen auch die Motoren und verbrauchen keine Energie. Dies minimiert die Energiekosten und reduziert den CO₂-Footprint. Folglich ergeben sich deutlich reduzierte Lebenszykluskosten, die die höheren Initialkosten häufig innerhalb eines Jahres amorti­sieren. Ein weiterer positiver Nebeneffekt ist der verminderte Geräuschpegel des Servohydraulik-Systems.

Baumüller bietet mit der antriebsintegrierten Software ein umfangreiches Technologiepaket zur Ansteuerung, Regelung und Überwachung von Servohydraulik-Systemen. Die hochdynamische Regelung von Druck und Volumenstrom im Reglertakt von 125 µs ermöglicht hochpräzise und wiederholgenaue Prozesse. Die Spritzgießmaschine hat verschiedene hydraulische Verbraucher wie Schließe, Plastifiziereinheit oder Auswerfer, deren Regelverhalten unterschiedlich ist. Die adaptive Druckvorsteuerung passt sich automatisch an diese verschiedenen Hydraulikstrecken an, ermöglicht so einen überschwingfreien Drucksprung in Minimalzeit und sorgt damit für einen optimierten Prozessablauf.

Durch die Online-Umschaltung der beiden Rollen Master und Slave kann im Zyklus eine hohe Flexibilität erreicht werden, indem der Slave zeitweise zu einem separaten Master wird und Bewegungen je nach Bedarf gemeinsam oder unabhängig ausgeführt werden.

Eine weitere Funktion, die den Programmieraufwand reduziert, ist die geregelte Abschaltung der Servohydraulik.

Deren Vorteil ist es, vor dem Abschalten der Servopumpe ein niedriges Druck­niveau anzufahren. Dies verhindert ein unkontrolliertes Rückbe­schleunigen der Pumpe aufgrund des Staudrucks. Die geregelte Abschaltung kann von der Maschinensteuerung, von der Sicher­heitstechnik oder im Falle eines Antriebsfehlers, eingeleitet werden.

Die vorbereitete Softwarelösung schont Ressourcen in der Maschinensteuerung und reduziert den Programmieraufwand.

Dank eines intelligenten Berechnungsmodells erfolgt die Erkennung ausschließlich anhand von Druck und Drehzahl. Es ist kein zusätzlicher Temperatursensor nötig. Der Servoantrieb steuert direkt ein Bypass-Ventil an und versetzt die Konstantpumpe damit in den dauerhaft zulässigen Betriebsbereich.

Durch die hochdynamische Druckregelung und intelligente Vorsteuerung des b maXX 6500 ist die Druckabweichung beim Öffnen und Schließen des Bypassventils so gering, dass die Prozessgenauigkeit der Spritzgussmaschine weiterhin eingehalten wird. Sobald die Auslastung der Konstantpumpe wieder im zulässigen Bereich ist, wird der Bypass geschlossen. D.h. nur in den Überlastphasen wird der Bypass intelligent geöffnet. Im Vergleich zum dauerhaften Bypass spart die Funktionalität Energie und reduziert damit die CO₂-Emissionen der Maschine.

Auch Fehlerfälle detektiert der thermische Pumpenschutz: Ist beispielsweise das Drosselventil zum Ölvorwärmen zu hoch eingestellt und öffnet nicht, befindet sich die Konstantpumpe während des gesamten Ölvorwärmens im Druckhaltebetrieb. Als Folge überhitzt die Konstantpumpe und nimmt Schaden. Die intelligente Pumpenschutzfunktion erkennt die Überlast und meldet diese der Maschinensteuerung. Damit ist die Konstantpumpe im Fehlerfall geschützt.

Weitere verfügbare Schutzfunktionen sind die Kavitations- und Trockenlauferkennung der Konstantpumpe. Die beschriebenen IoT-Funktionen stellen Veränderungen im Prozess fest und melden diese über eine intelligente Datenvorauswertung im Servoantrieb an die Maschinensteuerung. Besonderer Clou: Die Daten werden direkt dort verarbeitet, wo sie entstehen. Dadurch lässt sich in der hohen Auflösung des Antriebsreglers abtasten und schneller reagieren als das über den Feldbus möglich wäre.

Auch in kniffligen Fehlerfällen, wie EMV-Störungen, eine fehlerhafte Parametrierung oder eine nicht korrekte Verdrahtung eines Drucksensors, detektiert die Baumüller Software zuverlässig: Gegenüber einer konventionellen Leitungsbruch-Überwachung, welche nur auf einen fehlenden Signal-Off-Set reagiert, kann die neue patentierte Softwarefunktion Ist-Druckschätzer unplausible Drucksensorsignale unabhängig von deren Pegel erkennen. Dank eines detaillierten Servopumpen-Modells, das in Echtzeit im Servoantrieb berechnet wird, kann anhand von Strom und Drehzahl eine Abschätzung des vorherrschenden Systemdrucks erfolgen.

Um die Maschinenverfügbarkeit weiter zu erhöhen, lässt sich im Fehlerfall der geschätzte Druckistwert für eine sensorlose Regelung mit reduzierter Performance nutzen. Dadurch reduziert sich die Ausfallzeit im Fehlerfall, da die Maschine trotz Sensordefekts den Maschinenzyklus beenden kann und in die ideale Serviceposition fährt.

Servohydraulische Spritzgussmaschinen sind kompakt, leistungsstark und wertstabil. Sie zeichnen sich durch hohe Energieeffizienz und Langlebigkeit aus. Als Technologiepartner liefert Baumüller effiziente und kompakte Antriebstechnik, sowie ein intelligentes Softwarepaket zur Regelung und Überwachung des servohydraulischen Systems. Die hochperformante Druck- und Volumenstromregelung ermöglicht eine sehr hohe Prozess- und Produktqualität. Darüber hinaus erkennen die integrierten IoT-Reglerfunktionen Fehlerzustände im System frühzeitig und sorgen so für eine hohe Verfügbarkeit und eine schnellere Maschinenintegration. All das geschieht direkt im Servoantrieb b maXX 6500. Der Vorteil: Schnellere Antriebsreaktionen sowie Entlastung von Feldbus und Maschinensteuerung, wodurch der Maschinenbau von mehr Performance im Spritzgussprozess profitiert.