Hybride Antriebstechnik

Die hybrid angetriebenen Spritzgießmaschinen der Baureihe Hidrive (H) von Arburg kombinieren präzises elektrisches Schließen und dynamisches hydraulisches Einspritzen. Dass die Jubiläumsmaschine ein attraktives Antriebskonzept aufweist, bestätigt auch eine Umfrage unter den Besuchern der Jubiläums-Tage im März 2023: 96 % der Befragten bewerteten die hybriden Allrounder 470 H als einen passenden Ersatz für hydraulische, 95 % für elektrischen Maschinen. Die hinter dieser Maschinentechnologie steckende Intention sei von den Befragten bestätigt worden, resümierte daher Gerhard Böhm, Geschäftsführer Vertrieb und Service des Loßburger Unternehmens, „für den technischen Spritzguss genauso wie für anspruchsvolle Anwendungen, zum Beispiel in der Automobil- und Verpackungsindustrie. Denn sie ist energiesparend, ressourcenschonend, produktionseffizient, bedienfreundlich und zuverlässig zugleich.“ Zudem seien die meisten Maschinenbediener mit hydraulischen Spritzeinheiten vertraut und können deren Vorteile umfassend nutzen.

Durch die Eingliederung des Servomotoren-Herstellers AMK Motion in die Arburg-Familie liegen Entwicklung und Produktion des gesamten Antriebsstrangs in eigener Hand. Das gilt für Spritzgießmaschinen inklusive Umrichter und Motor und somit das Kernstück des Schließsystems, aber beispielsweise auch für die Werkzeugtechnik. Für High-End-Spritzgießaufgaben ist der Planetenrollengewindetrieb in Kombination mit flüssigkeitsgekühlten Motoren besonders geeignet. Mit diesem elektrischen Direktantrieb, der zum Beispiel in den hybriden Maschinen der zwei oberen Leistungsvarianten Premium und Ultimate verbaut ist, lassen sich alle Positionen schnell und präzise anfahren und laststeife Kraftübertragungen sowie eine hohe Leistungsdichte realisieren – auch über eine lange Lebensdauer hinweg und auch dann, wenn die Maschine unter Volllast läuft. Die Kinematik des doppelten Fünf-Punkt-Kniehebels ist so auf den elektrischen Antrieb abgestimmt, dass die Krafteinleitung bei Bewegungen und Zuhaltung symmetrisch verläuft – auch bei schweren Werkzeugen. Über eine servoelektrische Verstellung lässt sich der Kniehebel zudem an unterschiedliche Werkzeugeinbauhöhen anpassen. Die optional erhältliche automatische Schließkraftregelung erzeugt eine gleichbleibende Zuhaltekraft und gleicht damit die Wärmedehnung des Werkzeugs automatisch aus.

Weitere Voraussetzungen für die qualitativ hochwertige Teilefertigung sind eine homogene Materialaufbereitung und präzises Einspritzen. Die im Spritzgießen seit Jahrzehnten verwendeten hydraulischen Antriebe gelten als ausgereift, robust, wartungsarm und langlebig. Sie eignen sich besonders gut für hohe Materialdurchsätze und erzielen hohe Kräfte, die sich auch für beliebig lange Nachdruckphasen aufrechterhalten lassen. Für hohe Plastifizierleistungen können bei den hybriden Allroundern Hidrive je nach Leistungsvariante geregeltes Einspritzen, dynamische Hydraulikspeichertechnik und ein energiesparender servoelektrischer Dosierantrieb kombiniert werden.

„In der neuen Maschinengeneration stecken viele technische Neuheiten“, sagt Guido Frohnhaus, der Geschäftsführer Technik des Maschinenherstellers. Dazu zählen ein neues Ölmanagement-Konzept, eine Förderstromteilung und der erweiterte Einsatz der Servohy-draulik. Die hybriden Allrounder gibt es in drei Leistungsvarianten für unterschiedliche Anforderungen:

• Die neuen Maschinen Allrounder 470 H Comfort sind prädestiniert für technische, dickwandige oder vergleichsweise einfache Spritzteile, die in Zykluszeiten von typischerweise zehn bis 45 s gefertigt werden. Die Energiebilanz dieser Variante ist im Vergleich zu einer entsprechenden hydraulischen Maschine um bis zu 50 % besser, Kühlwasser- und Ölbedarf um bis zu 35 % reduziert, die Trockenlaufzeiten sind mit 1,4 s rund 30 % kürzer. Der Antrieb erfolgt über eine robuste Kugelumlaufspindel.
• Die Premium-Variante erreicht höhere Produktionseffizienz mit Trockenlaufzeiten von 1,2 s. Mit ihr lassen sich anspruchsvolle Anwendungen realisieren, wie zum Beispiel die Fertigung von Präzisionsbauteilen für die Automobil- und Elektronikindustrie. Zur Serienausstattung zählen ein Planetenrollengewindetrieb und die AED-Funktion (Arburg elektromechanisches Dosieren) für längeres Dosieren. Hinzu kommt die Förderstromteilung für gleichzeitige, unabhängige Bewegungen von zwei hydraulischen Nebenachsen.
• Die höchste Leistungsvariante Ultimate ist mit Trockenlaufzeiten von 0,9 s speziell für schnelllaufende und anspruchsvolle Prozesse wie etwa Dünnwandanwendungen in der Verpackungstechnik ausgelegt. Zum Serienumfang zählen hier ebenfalls AED sowie Hydraulikspeichertechnik und die Gestica-Steuerung mit der Funktion „AXW Control Screwpilot“, die Störungen des Füllverlaufs kompensiert und die Formfüllung stabil hält. Damit lässt sich eine Einspritzpräzision auf dem Niveau einer elektrischen Spritzeinheit erreichen. Optional ist auch zyklusübergreifendes Dosieren möglich.

Die Comfort- und Premium-Modelle verfügen über die Arburg-Servohydraulik (ASH). Bei dieser Technologie passt sich das Antriebssystem über einen drehzahlgeregelten, wassergekühlten Servomotor stufenlos an den tatsächlichen Leistungsbedarf an. Großer Vorteil dabei: Bei Stillstand der Maschine steht auch der Pumpenantrieb, sodass es keine Leerlaufverluste gibt. Das ermöglicht einen energieeffizienten und emissionsarmen Betrieb und spart bis zu 50 % Energie, vor allem bei Prozessen mit langen Kühlzeiten. Mit einem Allrounder 470 H Comfort lassen sich je nach Anwendungsfall bis zu 12.000 kg CO2 im Jahr einsparen. Gleichzeitig reduzieren sich Kühlbedarf und Geräuschpegel der Maschine deutlich.

Um trotz der prinzipiell seriell arbeitenden ASH-Technologie gleichzeitige Bewegungen zu realisieren, hat das Unternehmen eine sogenannte Förderstromteilung entwickelt. Über Varan-Ventiltechnologie mit integrierter Sensorik können damit in der Premium-Variante zwei hydraulische Nebenachsen (zum Beispiel Kernzug und Auswerfer beim Werkzeugöffnen) parallel und unabhängig voneinander gefahren werden. Dabei teilen sich die Achsen bei Bedarf den verfügbaren Volumenstrom der ASH-Servopumpe. Dies verbessert sowohl Energie- als auch Produktionseffizienz. Denn einerseits verbrauchen die Maschinen dadurch deutlich weniger Energie, andererseits reduzieren sich die Zykluszeiten. Und das ganz ohne Hydraulikspeicher oder Mehrpumpentechnologie mit zweitem Servomotor und zusätzlichem Frequenzumrichter.

Die hybriden Allrounder in der Ultimate-Ausführung können hohe Anforderungen an Dynamik und Prozessfähigkeit mit Hydraulikspeichertechnik erfüllen. Über separate Regelventile lassen sich hier alle Bewegungsachsen unabhängig voneinander ansteuern und fahren. Der Hydraulikspeicher sorgt für ein konstantes Druckniveau. Ergebnis sind dynamische, schnelle und gleichzeitige Bewegungen und mehr Möglichkeiten zur Prozesseinstellung, wie zum Beispiel Einspritzen beim Schließen des Werkzeugs oder Prägen. Mit diesen Maschinen lassen sich Einspritzgeschwindigkeiten von bis zu 450 mm/s erreichen. „Künftig werden mit Ultimate-Maschinen sogar 550 mm/s und Beschleunigungen von bis zu 1 g möglich sein“, kündigt Guido Frohnhaus an.

Der Spritzgießmarkt verlangt heute mehr denn je modular anpassbare Antriebstechnik, mit der sich die Vorzüge der elektrischen und hydraulischen Welt kombinieren lassen – nämlich Schnelligkeit und Präzision gepaart mit Kraft und Dynamik. Die hybride Maschinentechnologie des Allrounder 470 H ist hinsichtlich Trockenlaufzeiten und Einspritzgeschwindigkeiten vergleichbar mit vollelektrischen Maschinen. Weitere Größen in allen drei Leistungsvarianten werden folgen. Damit können die „neuen Hybriden“ eine energiesparende Alternative zu hydraulischen und eine wirtschaftliche Alternative zu elektrischen Maschinen sein.

Quelle: Arburg

Fakuma 2023: Halle A3, Stand 3101