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Diskussionsrunde Hydraulik-System oder elektromechanischer Aktuator – das ist hier die Frage

Ein Schlagabtausch zwischen Elektromechanik und Hydraulik ist fast schon legendär, weil die jeweiligen Hersteller ihr eigenes System gerne vorne sehen. Wir haben virtuell über Vor- und Nachteile der Antriebstechnologien diskutiert.

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Stefanie Michel, Marcus Hertlein-Gaedicke, Tobias Radermacher, Axel Binner und Sandra Häuslein (v.o.l. im Uhrzeigersinn) diskutierten virtuell über elektromechanische und hydraulische Antirebssysteme.
Stefanie Michel, Marcus Hertlein-Gaedicke, Tobias Radermacher, Axel Binner und Sandra Häuslein (v.o.l. im Uhrzeigersinn) diskutierten virtuell über elektromechanische und hydraulische Antirebssysteme.
(Bild: VCG)

Sandra Häuslein: In einem Fachbeitrag von Ewellix hieß es, dass ein Hydraulik-System weitaus weniger Antriebsleistung abgibt als ein elektro­mechanischer Aktuator. Herr Hertlein-Gaedicke, wie kommen Sie zu dieser Aussage?

Marcus Hertlein-Gaedicke: Diese Aussage haben wir aufgrund einer Potentialanalyse* getroffen, die vom Schweizer Bundesamt für Energie – Forschungsprogramm Elektrizität – in Auftrag gegeben wurde. Man muss sagen, dass die Analyse schon 14 Jahre alt ist. Natürlich hat sich seitdem einiges weiterentwickelt. Aber grundsätzlich geht es auch darum: Was ist tatsächlich in der Industrie vorhanden? Maschinen, die überholt werden wollen. Bei denen ist diese Aussage nicht so falsch. Herr Binner, der neue Systeme schlüsselfertig liefert, der wird mir natürlich dafür die Ohren langziehen. Neue Systeme müssen da ganz anders bewertet werden. Aber grundsätzlich ist es zweifelsfrei so, dass der elektromechanische Aktuator in Sachen Energie und Effizienz besser abschneidet als die Hydraulik, weil keine Komponenten dazwischen sind, die Energie fressen.

Häuslein: Dann geben wir den Ball direkt an Axel Binner weiter. Ziehen Sie Herrn Hertlein-Gaedicke doch mal die Ohren lang.

Axel Binner: Ich habe mich extrem über diesen Beitrag aufgeregt. Es kann doch nicht sein, dass da mit veralteten Aussagen argumentiert wird. Ich merke derzeit, dass es da einen Trend gibt, die Hydraulik irgendwie künstlich schlecht zu reden. Dass die Hydraulik definitiv nach Fakten schlechter als die Elektromechanik ist, möchte ich eigentlich so nicht stehenlassen. Das ist sicherlich von Anwendung zu Anwendung unterschiedlich. Und es gibt Vorteile für beide Seiten. Wir bei Hydropa bauen nicht nur hydraulische Antriebe, sondern auch elektrische. Das heißt, wir beraten unsere Kunden in beide Richtungen.

In folgendem Beitrag wurden von Ewellix konkrete Zahlen und Prozentangaben genannt, die aus der o.g.Potentialanalyse abgeleitet wurden:

Häuslein: Herr Radermacher, Sie beschäftigen sich an der TU Dresden derzeit in einer Studie genau mit dem Thema Energieeffizienz bei elektrischen und hydraulischen Antrieben. Welche Erfahrungen haben Sie denn gemacht?

Tobias Radermacher: Wir untersuchen an unserem Institut seit 30 Jahren energieeffiziente Methoden für hydraulische und elektromechanische Antriebe. Ich glaube nicht, dass man generell sagen kann, wie viel Prozent der Antriebsleistung ein hydraulischer oder ein elektromechanischer Antrieb umsetzt. Die technischen Randbedingungen, die Herr Hertlein-Gaedicke genannt hat, die sind sicherlich richtig, dass durch weniger Komponenten weniger Energie verloren geht. Trotzdem muss man immer den ganzen Antriebsstrang betrachten. Auch in der Elektromechanik gibt es da viele Verluste im Umrichter, in den Motoren, es gibt Verluste bei der mechanischen Übertragung. In der Hydraulik ist es genauso. Dort gibt es genauso Verluste in den Motoren, in Umrichtern. Aber die Energieeffizienzbetrachtung in der Hydraulik ist nicht so einfach, wie man sich das vorstellt. Denn es gibt verschiedene Systeme, die man berücksichtigen muss. Wenn man beispielsweise ein sehr schnelles Hydrauliksystem haben möchte, dann setzt man ein Constant-Drucksystem ein und investiert natürlich mehr Energie dafür, dass man eine maximale Dynamik und beispielsweise Geschwindigkeiten von 10 m/s erreichen kann. Will man langsam und präzise fahren, setzt man vielleicht elektromechanische Achsen ein oder auch hydraulische Servoaktoren, die mit der Energieeffizienz elektromechanischer Antriebslösungen durchaus mithalten können. Man kann nicht generell sagen, dass diese Lösung die Leistung erbringt und die andere diese.

Stefanie Michel: Herr Binner, vielleicht können wir mal in die Praxis gehen. Welche Effizienzgewinne könnte man erzielen, wenn man eine Bestandsmaschine mit aktueller Hydraulik ausstattet?

Binner: Wir beraten in der Tat unsere Kunden bzgl. der Optimierung alter Anlagen. Zu 99 % möchten diese Kunden nicht die Anlagen effizienter machen, sondern einfach nur wirtschaftlicher. Das heißt, wir betreiben Leistungsoptimierung. Nach einer Energieeffizienzsteigerung fragt ehrlicherweise so gut wie keiner. Was wir durchaus machen: Wir messen den Stromverbrauch vorher, um wirklich einen Vergleichswert zu haben. Durch den einfachen Austausch von Systemen kriegen wir Verbesserungen von 10 % bis 15 % hin, ohne großartige Maßnahmen. Auch sind häufig die Drosselsteuerungen hoffnungslos überbelastet. Da wird in einer Funktion einfach die Hälfte der Energie weggedrosselt. Das kann man sicherlich in vielen Stellen optimieren. 10 % bis 20 % Ersparnis sind da locker drin. Vorausgesetzt natürlich, der Kunde will das.

Wir Wissenschaftler freuen uns, wenn energieeffiziente Systeme zum Einsatz kommen und wenn unsere Forschungsergebnisse in die Praxis umgesetzt werden.

Tobias Radermacher, TU Dresden

Michel: Ist es nicht auch so, dass Elektromechanik einfacher zu verstehen ist und sich Kunden daher leichter davon überzeugen lassen?

Hertlein-Gaedicke: Ja klar, bei einem hydraulischen System habe ich eine Pumpe, einen Tank, mehrere Ventile, um einen Antrieb anzusteuern und so weiter. Ein komplexes System. Mit dem Elektrozylinder habe ich ein Bauteil und fertig. Es gibt immer mehr Elektriker, die kennen sich mit diesen elektrischen Komponenten besser aus. Man zieht eine Leitung und kann das Ding schon ansteuern. Es wird weniger Verschlauchung, Verdrahtung, weniger Vorbereitung benötigt – man muss einfach keine Hydraulik drum herum bauen. Man braucht nur eine Steckdose. Zudem ist es möglich, gleich zu positionieren. Wenn der Elektriker die Anweisung erhält: Fahr mal 20,5 mm nach vorne, dann kann der das aus dem Stand, ohne dass irgendwas angebaut werden muss. Bei einer Hydraulik braucht man dann vielleicht zusätzlich ein Ventil, Sensor, Servoventil. Kurzum, es ist ein höherer Aufwand. Herr Binner lacht schon. Ich lass ihn jetzt.

Binner: Ja, Sie haben vollkommen Recht. Sie versorgen eine Baugruppe. Das ist für Sie ein Produkt aus dem Katalog – nach Größe und nach Sonderfunktion wird das verkauft. Hydraulik ist da ein bisschen spezieller, weil wir viel mehr abdecken können. Wir können von ganz einfach bis ganz kompliziert alles machen. Was wir bei Hydropa zum Beispiel machen: Wir verkaufen hydraulische Antriebe und komplette Steuerungen. Das heißt, wenn bei uns ein Kunde etwas kauft, schließt er am Ende auch nur zwei oder drei Schläuche an und steckt den Stecker in die Steckdose. Die SPS ist verbaut. Es muss nur ein Sollwert vorgeben werden und der Zylinder – oder was auch immer da fährt – fährt genau in diese Position. Solche Plug-and-play-Lösungen sind in der Hydraulik also auch durchaus machbar. Der Kunde hat aber auch die Möglichkeit, sich einzelne Komponenten zu kaufen. Es gibt auch fertige Plug-and-play-Achsen, wo das Hydraulikaggregat schon direkt am Zylinder angebaut ist. Sie sehen, die Hydraulik ist da sogar flexibler – je nach Anwendung und Bedürfnis des Kunden. Klar ist, jede Antriebstechnologie hat seine Vor- und Nachteile. Wir bieten dezentrale und zentrale Hydrauliksysteme an, können Kunden auch mit Elektromechanik bedienen und wenn es der Kunde selber machen will, was ja auch noch einige machen, dann kann er es selber machen. Diese Vorgehensweise kann eine Menge Geld einsparen.

Hier das komplette Gespräch zum Nachhören:

Häuslein: Beide Antriebstechnologien haben also ihre Daseinsberechtigung, beide Technologien könnten noch effizienter sein, wenn die Kunden das wollten. Herr Radermacher – Ihr Fazit aus wissenschaftlicher Sicht?

Radermacher: Ich freue mich einfach darüber, wenn energieeffiziente Systeme zum Einsatz kommen, wenn unsere Forschungsergebnisse in die Praxis umgesetzt werden und wenn dies wiederum auch in Veröffentlichungen entsprechend referenziert wird.

Binner: Es gibt in einigen Hochschulen die Idee, die Elektro­hydraulik ähnlich wie die Elektromechanik zu etablieren. Das halte ich für sehr sinnvoll. Beide Systeme sind ähnlich und jeder Elektriker, der sich nicht dagegen sträubt, versteht auch eine Hydrauliksteuerung und andersrum.

Radermacher: Wir haben eine Vorlesung an der TU Dresden, die genau den Namen trägt, die ich auch seit einigen Jahren mitbetreue. Die kann ich wärmstens ans Herz legen.

Häuslein: Vielen Dank allen Teilnehmern für das Gespräch.

*Dr. Stefan Berchten, BEngineering, Christoph Ritz, Schnyder Ingenieure AG, Ersatz von pneumatischen und hydraulischen Antrieben durch Elektroantriebe, Potentialanalyse im Auftrag des Bundesamt für Energie, Forschungsprogramm Elektrizität (CH), 2006

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