Ein Duo für die Hydraulik 1

Die promovierten Ingenieure Steffen Noack und Thomas Päßler, die im Ausland studiert haben und am Institut seit dessen Gründung 1991 arbeiten, kümmern sich am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz um die Fluidtechnik.

Herr Dr. Päßler, wie ist die Fluidtechnik in die Organisation des Fraunhofer IWU integriert?
Päßler: Wir sind in die Hauptabteilung „Werkzeugmaschinen und Automatisierung“ integriert und gehören dort zur Abteilung für Werkzeugmaschinen. In der Hauptabteilung arbeiten neben Konstrukteuren auch Experten für elektrische Steuerungen, Regelungen und Antriebe sowie für Messtechnik. Wir können also ganzheitlich das Thema Steuerungs- und Antriebstechnik vor allem für umformende sowie spanende Werkzeugmaschinen und Sondermaschinen angehen.

Herr Dr. Noack, wo liegen aktuell die Schwerpunkte Ihrer Arbeit?
Noack: Sie gliedern sich grob in drei Bereiche. Der erste Bereich betrifft die Projektierung und Dimensionierung von hydraulischen Baugruppen bis hin zu kompletten Maschinen. Ergänzend zu diesen praktischen Aufgaben erfolgt die modelltheoretische Analyse. So simulieren wir neben dem dynamischen Verhalten seit zehn Jahren sehr intensiv den Energiefluss von hydraulischen Systemen. Unser Institut beschäftigt sich drittens mit Vorlaufstudien – etwa zu smarten, elektro- und magnetorheologischen Fluiden oder zu praxis-tauglichen Steuerungskonzepten.

Arbeiten Sie mit vielen Abteilungen zusammen?
Päßler: Der intensivste Kontakt besteht zu den Fachleuten der Umformtechnologien. Wir beteiligen uns am Prüfstandsbau, an der Umrüstung vorhandener Anlagen und an Projekten von Anwendern. Hinzu kommt, dass sich in der Fluidtechnik heute nichts mehr ohne Elektronik verwirklichen lässt. Wir arbeiten daher intensiv mit den Kollegen der Steuer- und Regelungstechnik zusammen. Weiterhin befassen wir uns mit der Weiterentwicklung von Steuerungs- und Reglerstrukturen qualitätsbestimmender Baugruppen in Umformmaschinen zum Beispiel in Ziehkissen. Um die Kraftspitzen beim Auftreffen des Stößels auf das Kissen zu reduzieren, haben wir etwa eine Fuzzy-Regelung mit der entsprechenden Wissensbasis in den Ziehkissenregler implementiert.

VW-Produktionsvorstand Hubert Waltl berichtete anlässlich einer Tagung Ihres Institutes von intelligenten Werkzeugen, die sich an Umformprozesse und Pressen anpassen. Beeinflusst dieser Trend auch Ihre Arbeit?
Päßler: Ja, denn wenn es sich um werkzeugnahe Funktionen handelt, kommt automatisch die Hydraulik ins Spiel. Hier haben wir uns bereits mit entsprechenden Aktoren beschäftigt.

Wie sieht es mit Energieeffizienz aus?
Päßler: Wir starteten bereits 1995 mit Vorarbeiten zu energiesparenden Antrieben. Das Thema wird zum einen angegangen mit der Energiefluss-Simulation: Es lässt sich hiermit schon im Vorfeld der Entwicklung einer Maschine abschätzen, wie der spätere Energiebedarf und die Effizienz ausfällt. Wir entwickeln zum anderen bereits seit 1995 energieeffiziente Ziehkissentechnik.

Beschäftigen Sie sich mit Blick auf das Energiesparen auch mit hydraulischen Hauptantrieben?
Päßler: Ja. An Umformmaschinen werden heute meist Pumpendirektantriebe eingesetzt, die aus energetischer Sicht günstiger arbeiten als ventilgesteuerte Antriebe. Durch den Einsatz drehzahlveränderlicher Motoren kann auch bei diesen Antriebskombinationen der Wirkungsgrad verbessert werden. Dem gegenüber stehen hochdynamische geregelte Speicherantriebe, deren Verluste höher sind, die aber auch eine andere Zielfunktion beinhalten.

Noack: Für eine durch uns mitentwickelte Try-out-Presse, die die Stößelübertragungsfunktion von mechanischen Pressen nachbilden kann, setzen wir geregelte Speicherantriebe mit vier Zylindern ein, die mit bis zu 500 Millimeter pro Sekunden arbeiten. Die zu beherrschenden Volumenströme betragen dabei bis zu 25 000 Liter Öl pro Minute.

Welcher hydraulische Hauptantrieb schneidet in Sachen Energieeffizienz am besten ab?
Päßler: Es ist der Pumpenantrieb. Wir haben mit der Industrie zusammen Load-Sensing-Systeme verwirklicht, die mit einem angepassten Versorgungsdruck arbeiten. Aktuell beschäftigen wir uns mit drehzahlgeregelten Motoren und Pumpen in Umformmaschinen.

Kümmern Sie sich momentan auch um Antriebe für zerspanende Maschinen?
Päßler: Ja, vorzugsweise im Bereich von Nebenaggregaten wie Spannsystemen oder Kühlschmierstoff-Kreisläufen. Ausgehend von weiterentwickelten Zerspanungstechnologien entwickeln wir Lösungen, die sich durch geringeren Energieeinsatz sowie minimierten Verbrauch von Hilfsstoffen wie beispielsweise Schmierstoffen auszeichnen.

Gibt es weitere Antriebstrends bei Umformmaschinen?
Noack: Es gibt eine Entwicklung hin zu elektrisch angetriebenen Servopressen. Im Prinzip beschäftigen sich alle Maschinenhersteller mit diesem Antriebskonzept. Für diese Technik spricht: Elektromechanisch angetriebene Maschinen können eine sehr hohe Produktivität erreichen. Die Servoelektrik sorgt für höhere Flexibilität.

Auch altgediente Hydrauliker beschäftigen sich nun also mit Elektroantrieben?
Noack: Ja, es spielt sich ähnliches wie bei den Spritzgießmaschinen vor zehn Jahren ab. Die Spritzgießmaschinen arbeiten heute mit elektrischen und hydraulischen Antrieben. So wird es sich auch bei den Umformmaschinen entwickeln.

Welche Nachteile besitzt die Hydraulik auf diesem Gebiet?
Noack: Es geht im Wesentlichen um drei Schwerpunkte: Den oft geringeren Wirkungsgrad hydraulischer Anlagen als bei elektromechanischen Lösungen, Probleme mit der Dichtheit der Anlagen insbesondere wegen der hohen Beanspruchung in Umformanlagen sowie kompliziertere Kopplung an die Energieversorgung beziehungsweise Steuerung, fehlendes plug and play.

Und Condition Monitoring?
Noack: Wir untersuchen in Projekten neben dem Zustand von Fluiden in Anlagen weitere Aspekte der Alterung, beispielsweise Ventilverschleiß. Hier müssen Strategien für eine vorausschauende und kostenminimierte Wartung entwickelt werden.

Wie sieht es mit biologisch abbaubaren Ölen aus?
Noack: Sie kommen in unserem Bereich noch nicht vor. In Umformmaschinen werden normale Mineralöle oder HFA-Flüssigkeiten eingesetzt.

Warum sind Bio-Öle hier nicht gefragt?
Noack: Weil es sich um stationäre Anlagen handelt, bei denen sich andere Vorkehrungen gegen die Wassergefährdung treffen lassen. Interessanter ist das Thema Bio-Öle bei Kühlschmierstoffen, hier wird in Richtung alternativer Flüssigkeiten geforscht.

Das Interview führte Nikolaus Fecht

 

Hydraulik am Fraunhofer IWU
Einrichtungen und Prüfstände:

  • 16  000 Kilonewton-Try-out-Presse mit Stößelparallelhaltung, 16-Punkt-Ziehkissen, High-Speed-Antrieb
  • 50 000 Kilonewton-Innenhochdruck-Umformanlage
  • 15 000 Kilonewton-Innenhochdruck-Umformanlage
  • hydraulische 2 500 Kilonewton-Ziehpresse mit 16-Punkt-Ziehkissen
  • hydraulische parallelkinematische Rohrbiegemaschine HexaBend
  • Bohrungsdrückmaschine BDM2000 mit 2 500 Kilonewton-Drückstempel
  • Flachbacken-Querwalzmaschine FBQ 100/1600
  • Hydrauliklabor (zentrale Druckölversorgung bis 315 bar, 700 Liter pro Minute Volumenstrom, 100 Liter Druckspeicher, zwei unabhängige Prüfplätze).