Wysoce wydajne zdecentralizowane napędy hydrauliczne liniowe Bucher

Siłowniki hydrauliczne są oczywistym wyborem dla generowania ruchów liniowych z dużymi siłami. Jedna wada: w konwencjonalnych systemach, ruch jest kontrolowany przez zawory, które mają duże straty dławienia a tym samym wysokie straty energii. Efektywność energetyczna jest dodatkowo ograniczona przez hydrauliczne jednostki napędowe: w dużych systemach te zwykle mają scentralizowany projekt, a energia musi być następnie rozprowadzona na duże odległości.

Od kilku lat producenci energooszczędnych napędów elektromechanicznych próbują wyprzeć napędy hydrauliczne wykonujące ruchy liniowe i zastąpić je własnymi napędami. Jak dotąd jednak bezpośrednie napędy elektryczne bez przekładni były dostępne tylko w pojedynczych przypadkach i przy ograniczonej wydajności. Równie atrakcyjny dla konstruktora może być napęd elektryczny bezpośredni bez przekładni, jednak są one z natury bardzo duże, ponieważ wiele zastosowań wymaga dużych sił, nawet przy niskiej prędkości.

Zasadniczo każdy napęd elektromechaniczny jest napędzany przez swój własny silnik elektryczny. Natomiast w tradycyjnych układach hydraulicznych silnik elektryczny i pompa hydrauliczna napędzają kilka siłowników hydraulicznych za pomocą zaworów sterujących. To wyjaśnia dlaczego elektromechaniczna technologia napędu wymaga znacznie wyższych inwestycji. Dla dużych sił, siłowniki hydrauliczne zapewniają ruch bardzo łatwo podczas gdy napędy mechaniczne liniowe są znacznie bardziej złożone i ciężkie.

Wysoce wydajne zdecentralizowane napędy hydrauliczne liniowe

Strategia efektywności energetycznej rządu niemieckiego apeluje o wysoce wydajne zdecentralizowane napędy, które są połączone w sieć i działają jako ogólne systemy. Wymaga to nowego podejścia do systemu i podsystemów. Korzystając z tej zasady, można całkowicie zapobiec dławieniu strat ze sterowania zaworów, jeśli każdy siłownik hydrauliczny jest napędzany własnym silnikiem elektrycznym z pompą. Eliminuje to pierwotną przyczynę niskiej wydajności tradycyjnej hydrauliki.

Jeszcze jedna główna zaleta w porównaniu ze sztywnym układem silnika elektrycznego, przekładni i elektromechanicznego napędu liniowego: elementy hydraulicznego napędu liniowego można rozmieścić elastycznie w maszynie i systemy. Oznacza to, że można w pełni wykorzystać kompaktowe wymiary siłownika hydraulicznego. Silnik elektryczny i pompę można zamontować w odpowiednim, dogodnym miejscu. Ponadto można łatwo włączyć wiele innych funkcji konwencjonalnej hydrauliki takiej jak ochrona przed przeciążeniem, funkcje rozpraszania ciepła, tłumienia lub zatrzymania awaryjnego.

Krytycznym elementem aplikacji tego typu jest często pompa, ponieważ jej niezawodność nie jest optymalna w każdym punkcie pracy. Jest to szczególnie wyraźne w przypadku wysokiej siły i niskiej prędkości lub podczas cofania. Kiedy 50 lat temu opracowano konwencjonalne pompy hydrauliczne, projektanci nie mieli na uwadze tych konkretnych trybów pracy. Nie mniej jednak pompy nadal są używane w tych trybach do dzisiaj, chociaż z pewnymi ograniczeniami. Dlatego w podsystemie napędu liniowego konwencjonalne pompy hydrauliczne generują największe straty mocy.

Stosując innowacyjne pompy AX, firma Bucher Hydraulics opracowała wysoce wydajne zdecentralizowane napędy liniowe HELAX (hydraulic electric linear axis based on AX Technology). Całkowite odejście od korzystania z zaworów dławiących, które zastąpiono serwomotorami z regulacją prędkości i pompami AX w układzie zamkniętym. Ich wydajność jest absolutnie porównywalna lub nawet lepsza niż mechaniczne napędy liniowe. Dobrze znane zalety siłownika hydraulicznego w zakresie mocy, prędkości, solidności i niezawodności pozostały w pełni zachowane.

Idealna do zmiennych prędkości

Pompa AX jest idealna do zastosowań o zmiennej prędkości: zastosowano 24 tłoki, które wpływają  na bardzo niskim poziomem pulsacji i możliwość działania z najwyższą niezawodnością we wszystkich czterech kwadrantach. Może być stosowana w całości zakresu wydajności elektrycznego napędu liniowego.

Konwencjonalne pompy mają minimalną prędkość, która musi być ściśle przestrzegana. Ograniczenie to nie istnieje dla pomp AX. Przy wysokiej sprawności sięgającej 94 procent, strata mocy AX jest na tym samym poziomie co silników elektrycznych i przekładni. Pompy AX pracują przy bardzo niskim poziomie hałasu.

Konwencjonalne układy hydrauliczne składają się z wielu komponentów, które wymagają dostosowania i optymalizacji do konkretnej aplikacji. Wymaga to specjalistycznej wiedzy hydraulicznej.

Dzięki elektronice w połączeniu ze specjalnym oprogramowaniem, hydrauliczny napęd liniowy można uruchomić ze znajomością technologii napędu elektrycznego; bez specjalnego know-how w zakresie hydrauliki siłowej.

Sygnały sterowania ruchem są przesyłane za pośrednictwem magistrali CAN, na przykład: oprogramowanie konwertuje następnie sygnały na wymagany ruch. Użytkownicy nie muszą zajmować się szczegółową charakterystyką układu hydraulicznego: mogą w pełni skoncentrować się na funkcjonalności  ich zastosowania. Dlatego hydrauliczny napęd liniowy może być zintegrowany z systemem jak każdy napęd elektryczny.

Wysoka dokładność pozycjonowania i siła

Ogólna sprawność układu napędowego, składająca się z falownika, serwomotoru, pompy AX i siłownika hydraulicznego sięga do 82 procent. Podczas odzyskiwania potencjalnej energii z procesów obniżania i hamowania, możliwe jest uzyskanie sprawności do 84 procent. Testy wykazują również bardzo wysoką dokładność pozycjonowania, nawet przy dużych siłach. Aby udowodnić wysoką wydajność systemu, eksperci z firmy Bucher Hydraulics opracowali system sterowania dla zespołu wahadła odwróconego o masie 1,2 tony. Podsystem hydrauliczny działa w sposób ciągły bez żadnej chłodnicy.