Elektrische Lösungen haben in den letzten Jahrzehnten ein breites Einsatzgebiet gefunden und dabei auch hydraulische Antriebstechnik verdrängt. In diesen Fällen übernimmt die Hydraulik noch das Klemmen und Spannen und sorgt für den Gewichtsausgleich. In den Anwendungen jedoch, in denen sie ihre Vorteile – hohe Kraftdichte, Robustheit und sehr große Übersetzungsverhältnisse – ausspielen kann, wird sie weiterhin eine wichtige Rolle spielen. Zumal auch die Technologien zusammenwachsen. Rexroth hat z. B. hochdynamische, servohydraulische Antriebstechnik in Verbindung mit CNC-Steuerungstechnik im Portfolio. Anwender können so elektrische und hydraulische Achsen kombinieren und auf einfache Weise in eine Anwendung integrieren. Bei Inbetriebnahme und Parametrierung macht die Technologie keinen Unterschied. Interessant ist die servohydraulische Lösung insbesondere für Rundtaktmaschinen deren Bearbeitungsstationen wenig Platz bieten.

W Aber welche Antriebstechnologie kommt letztlich zum Einsatz?

Das hängt grundsätzlich von den Anforderungen der Anwendung ab. Hier zeigt sich das Potenzial eines technologieübergreifenden Ansatzes. Rexroth hat alle Antriebstechnologien unter einem Dach und kann sie so optimal miteinander verbinden und Kunden umfassend beraten. Damit findet sich für jede Werkzeugmaschine die optimale Automatisierungslösung. Auch lassen sich so erst alle Potenziale für eine höhere Produktivität und Energieeffizienz erschließen.

W Welche Möglichkeiten sehen Sie, um technologisch übergreifend die Energieeffizienz und Produktivitätspotenziale in Werkzeugmaschinen zu maximieren?

Es gibt verschiedene Ansatzpunkte. Wichtig ist, dass eine energieeffiziente Automatisierung nicht nur die gewohnte Produktivität beibehält, sondern im Idealfall auch die Voraussetzung für eine Produktivitätssteigerung und niedrigere Total Cost of Ownership schafft. Rexroth hat zu diesem Zweck die universelle Systematik Rexroth 4EE (Rexroth for Energy Efficiency) entwickelt. Diese umfasst vier Hebel, mit denen sich für alle Antriebs- und Steuerungstechnologien sowie Maschinentypen die Energieeffizienz über den gesamten Maschinenlebenszyklus deutlich steigern lässt. Die Basis bilden Produkte und Systeme mit optimiertem Wirkungsgrad (Efficient Components) in allen Steuerungstechnologien. Der zweite Hebel setzt bei der Rückgewinnung, Speicherung und Nutzung von Energie an (Energy Recovery). Drittens lassen sich durch eine Bedarfsregelung (Energy on Demand) hohe Einsparungen erzielen. Zu guter Letzt ist die systematische Gesamtbetrachtung der kompletten Automatisierung (Energy System Design) zu nennen.

W Gibt es dafür konkrete Beispiele?

Großes Einsparpotenzial bietet die Bedarfsregelung bisheriger Konstantantriebe an Pumpen und Lüftern. Ein Beispiel sind die drehzahlvariablen Pumpenantriebe Sytronix von Rexroth, die in Werkzeugmaschinen den hydraulischen Druck erzeugen. Ein Frequenzumrichter mit einer Konstantpumpe senkt die Drehzahl des Pumpenmotors energiesparend ab, sobald der Prozess nicht die volle Leistung abruft: Je höher der Anteil des Teillastbetriebs an der Zykluszeit, desto größer mögliche Energieeinsparungen. In der Praxis reduzieren drehzahlvariable Pumpenantriebe den Verbrauch um bis zu 80 Prozent. Zudem passen sie ohne großen konstruktiven Aufwand in vorhandene Maschinenkonzepte und eignen sich dafür, auch in installierten Maschinen die Energieeffizienz nachträglich zu steigern.

W Aber was kann die Steuerung in punkto Energieeffizienz und Total Cost of Ownership im einzelnen ausrichten?

Die Steuerung ist hierfür in Kombination mit entsprechenden Softwaretools von zentraler Bedeutung. Rexroth hat das Softwaretool lndraMotion MTX cta/ega zur Taktzeit- und Energieanalyse entwickelt und dieses direkt in den NC-Kern der CNC-Steuerung integriert. Durch den direkten Zugriff auf alle relevanten Daten ist es möglich, Bewegungsdauer und Energieverbrauch jedes NC-Satzes in Millisekunden-Auflösung aufzuzeichnen. Auf diese Weise wird z. B. sichtbar, ob und wie häufig die Antriebe ihre Spitzenleistung abrufen. Der Programmierer erhält mit MTX cta/ega erstmals eine Datenbasis, auf der er das NC-Programm gezielt optimieren und zusätzlich durch eine verbesserte Bewegungsführung die Zykluszeit verkürzen kann. Denn Anfahrbewegungen oder auch Werkzeugwechselvorgänge sind was das Bewegungsprofil anbelangt oft historisch gewachsen und folglich als einfache, winklige Bahn programmiert. IndraMotion MTX hat genug Rechenleistung, um durch Spline-Interpolation optimalere Kurvenverläufe zu erstellen. Durch runde Bewegungen lassen sich unnötige Beschleunigungen und Verzögerungen vermeiden. Die Aufzeichnungs- und Analysefunktionen des Softwaretools eignen sich für alle CNC-Fertigungstechnologien.

W Ohne Elektronik geht also gar nichts mehr. Welches Vorteile versprechen Sie Ihren Kunden mit dieser CNC-Steuerung?

Mit IndraMotion MTX in den Varianten micro, standard, performance und advanced deckt Rexroth alle Anforderungen an die CNC-Steuerung ab, ob kompakte Werkzeugmaschine, komplexes Bearbeitungszentrum, Produktionszelle oder Transferlinie. Die einzelnen Varianten unterscheiden sich dabei in der Prozessorleistung.

Auf der diesjährigen EMO zeigt Rexroth die nächste Generation von IndraMotion MTX advanced. Ausgestattet mit Mehrkernprozessoren erreicht diese Steuerung eine CNC-Interpolationszeit zwischen 0,25 und 1 ms. Das ermöglicht es Anwendern, Bearbeitungs- und Nebenzeiten zu verringern und die Produktivität ihrer Maschinen zu erhöhen. Genauso wichtig wie die Rechenleistung ist auch die einfache Handhabung der Technik. Deshalb können Anwender die Steuerung durch neue, Grafik gestützte Eingabemasken für Bearbeitungszyklen noch einfacher programmieren und bedienen. Bei großen Bearbeitungsprogrammen erspart eine universelle Satzvorlauffunktion eine wiederholte Bearbeitung bzw. Leerfahrt der Maschine, sollte der Bearbeitungsprozess unterbrochen werden. Und noch ein Wort zur Energieeffizienz: IndraMotion MTX advanced ist mit einem Energiemonitor ausgestattet, um Prozesse optimal zu gestalten und die Kapazität einer Maschine bestmöglich auszunutzen.

W Und was sieht der Maschinenbediener dann direkt auf seinen Schirm?

In die HMI-Oberfläche ist ein Verbrauchsmonitor integriert. Der Maschinenbetreiber sieht dort eine einfache Übersicht über den Energieverbrauch, aufgegliedert nach Spindel-, Achsantrieben und Nebenaggregaten. Mit Hilfe des integrierten Standby-Assistenten kann er je nach Maschinenstatus auf Modi mit einem geringeren Energieverbrauch umschalten.

W In punkto Präzision nähern wir uns gewaltig dem µm an. Schafft es die Steuerung in absehbarer Zeit, mit konventionellen Werkzeugmaschinen das µm zu spalten?

Für eine hochpräzise Bearbeitung stellt grundsätzlich der Maschinenaufbau die größte Herausforderung dar: Die integrierten Antriebsstränge müssen optimal ausgelegt, integriert und synchronisiert werden. IndraMotion MTX ist bereits heute in der Lage, Berechnungen im Sub-µm-Bereich durchzuführen, zusammen mit einer äußerst präzisen Achsregelung. Die Bearbeitungsgenauigkeit am Werkstück erhöhen umfangreiche Mechanismen zur Kompensation von Durchhang-, Umkehrspiel-, Reibmoment- und Quadrantenfehlern. Auch eine thermische Fehlerkompensation ist integriert.

W Welche technologischen, konstruktiven Voraussetzungen müssen dazu noch erfüllt werden?

Wichtig ist eine robuste Maschinenkonstruktion, die zuvor durch Simulationen auf Herz und Nieren geprüft wurde. Simulationswerkzeuge werden in diesem Zusammenhang immer wichtiger. Hier setzt Rexroth mit seinem mechatronischen Support an, einer Dienstleistungen für Hersteller und Betreiber von u.a. Werkzeugmaschinen. Ziel ist es, Genauigkeit und Taktzeit der Maschinen zu erhöhen. Dafür erstellt Rexroth aus den mechatronischen Daten der Maschine und den Antriebsdaten ein Gesamtmodell. Anschließend simulieren die Experten den Betrieb der Maschine, um z. B. Schwingungsverhalten und Genauigkeit zu optimieren. Für Antriebskomponenten besitzt Rexroth eine umfassende Simulationsbibliothek, in der das dynamische und energetische Verhalten der Komponenten komplett abgebildet ist. Damit lassen sich das Zusammenspiel mehrerer Achsen, die Antriebsauslegung mit Sollwertprofilen, Auslastung und Dynamik sowie kritische Betriebzustände untersuchen. Weiterhin können die Regelkreise der elektrischen Antriebe optimal eingestellt werden.

W Hat Ihre Steuerung auch etwas für TCO, Prozess- und Produktionsoptimierung zu bieten. Bindet sie auch MDE und BDE ein?

Ja, das ist möglich. Über die Steuerung lässt sich mittels des webbasierten Tools MTX rcm (remote condition monitoring) der jeweilige Zustand einer Maschine erfassen und kontrollieren. Es signalisiert, wenn sich der Maschinenstatus ändert und eine vordefinierte Alarm- oder Warnungsgrenze überschritten wird. Damit kann der Endanwender seine Wartungs- und Austauschplanung so gestalten, dass diese außerhalb der Produktionszeiträume liegen. Für seine Steuerungen nutzt Rexroth einen OPC UA-Server (Unified Architecture) der neuesten Generation. Die Fertigungsleitebene lässt sich damit einfach und effizient anbinden.