energieeffiziente hydraulische komponenten und systeme für...

Energieeffiziente hydraulische Komponenten und Systeme für WerkzeugmaschinenEnergy efficient hydraulic components and systems formachine tool applications

HAWE Hydraulik Halle 19 Stand C15

Dipl.-Ing A. Nocker, HAWE Hydraulik [email protected]

Energieeinsparung bei Werkzeugmaschinen: MAXIEMEnergy savings at machine tool applications: MAXIEM

Hydraulische Funktionen / hydraulic functions:

• Frontladetür / front hatch• Drehschwenkspanner (4 Stück) / swivel and pull clamp• Werkzeugspannung / tool clamping• 3 weitere Spannvorrichtungen / 3 additional clamping functions

Energieeffizienz bei WerkzeugmaschinenEnergy efficiency at machine tool applications

Energieeinsparpotentiale in der HydraulikEnergy-saving potentials in hydraulics

Im Folgenden werden einige Maßnahmen aufgelistet, durch die eine Hydraulikanlage optimal an den Einsatzfall angepasst werden kann. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass sich einige der aufgeführten Maßnahmen gegenseitig ausschließen und dass je nach der geforderten Funktionalität die sinnvollen Maßnahmen ausgewählt werden müssen.Je präziser die Anforderungen hinsichtlich Funktion und Wirtschaftlichkeit formuliert sind, desto effizienter kann die Hydraulik konzipiert werden. Dies erfordert eine Zusammenarbeit zwischen Maschinenhersteller und Hydrauliklieferant schon in der Planungsphase.Da es keinen Referenzwert gibt, an der eine Maßnahme gemessen werden kann, ist eine quantitative Angabe über das Energieeinsparpotential leider nicht möglich.

In the following some measurements are listed to optimally adapt to the respective application. It has to be kept in mind that some of them exclude each other and that the proper measurement depends on the requested functionality.The more detailed the requirements regarding function and profitability are specified, the more efficient the hydraulics will be. This takes a close co-operation between machine manufacturer and the supplier of the hydraulics already during the planning phase.It is not possible to give a quantitative information about the energy-saving potential, as there is no reference value to evaluate the measurement.

Energieeinsparpotentiale in der HydraulikEnergy saving potentials in hydraulics

Verwendung von Bewertungsmatrizen und Simulationssoftware zur anwendungsbezogenen Optimierung der Hydraulikanlage

Umfangreiche Funktionsabläufe können mittels Simulationsunterstützung ausgelegt und die Hydraulik optimal eingebunden werden.

Use of evaluation matrix and simulation software for the application-oriented optimization of the hydraulic system.

Extensive functional flows can be designed by means of simulation support helping to optimally integrate the hydraulics.


Sensibilisierung der Mitarbeiter und Anwender hinsichtlich Energieeffizienz und -einsparung

Kontinuierliche Schulung der Mitarbeiter und Stärkung der Marketingaktivitäten in Hinblick auf Energieeffizienz (Schulungsmaßnahmen, Flyer)

Sensitization of the employees and users with regard to energy efficiency and savings

Continuous training of the employees and strengthening of the marketing activities with regard to energy efficiency (training activities, flyers, etc.)


Wahl des optimalen VerdrängertypsOptimale Pumpe für den jeweiligen Arbeitsbereich (Druck, Volumenstrom, Wirkungsgrad) auswählen, z.B. Axial-, Zahnrad-, Radialkolben- oder Flügelzellenpumpe

Selection of the optimum pump designSelecting the optimum pump for the respective working range (pressure, flow, efficiency) e.g. axial-, gear-, radial piston- or vane pump

Quelle: VFV


Wahl des optimalen PumpensystemsUnterschiedliche Funktionsabläufe erfordern angepasste Pumpensysteme (Pumpenkombination (Hochdruck/Niederdruck P=pxQ=const), Verstell-oder Konstantpumpe)

Selection of the optimum pump systemDiffering functional flows require matching pump systems (pump combinations (high-/low pressure P=pxQ=const), adjustable- or constant flow pump)


Wahl der optimalen PumpenbaugrößeVermeidung von Überdimensionierung und Einsatz im optimalen Wirkungsgradbereich

Selection of the optimum pump sizePrevention of over sizing and use within the optimum working range at highest efficiency


Einsatz von energieeffizienten Motoren mit hohem bzw. höherem Wirkungsgrad (Forderung ErP-Richtlinie)

Use of energy efficient motors with high resp. higher efficiency level (request of ErP-guideline)


Wahl des optimalen Antriebs (E-Motors)Bedarfsgerechte Leistungsbereitstellung entsprechend des Lastzyklus’ (z.B. Konstantdrehzahl im Aussetzbetrieb und Speicherladebetrieb, variable Drehzahl (Polumschaltung, Drehzahlsteuerung bzw. Drehzahlregelung mit Servomotor oder Asynchronmotor))

Selection of the optimum drive (electric motor)Providing power adapted to the demand of the respective load cycle (e.g. constant speed in ON/OFF-mode and accumulator charging operation, variable speed (pole changing, speed control or speed regulation via servo- or asynchronous motor))


Bedarfsgesteuerte Zu- und AbschaltungOn/Off bzw. Stand-By-Betrieb unter Berücksichtigung von Sicherheitskriterien und Maschinenanforderungen

Demand controlled ON/OFF-operationON/OFF- or standby-operation with reference to the safety criteria and the needs of the machine

S3- AussetzbetriebS3- intermittent operation- Stillstand zwischen (kurzen) Betriebszeiten/

stand-still between (short) duty cycles

P- Leistung (oder Druck) / power (or pressure)ϑ- (Öl-) Temperatur / (oil-) temperature


Optimierung der Kühlung des E-Motors Einbau des E-Motors im Ölbehälter (Unterölanordnung). Aufgrund besserer Kühlleistung des Öles ist der Betrieb über dem Nominalpunkt und somit der Einsatz eines kleineren E-Motors möglich. Dadurch Verringerung der bewegten Massen und Reduzierung des Anlaufstromverhältnisses. Höhere zulässige Anlaufhäufigkeit.

Optimized cooling of the electric motorInstallation of the electric motor in the tank (fluid immersed). A smaller electric motor can be used as it can be loaded beyond its nominal operation point due to the superior heat dissipation in oil. This minimizes the moving mass and reduces the start current ratio. Higher permissible number of start-ups.


Anpassung des Druckniveaus in Konstantdrucksystemen an den Lastzyklus

Druckanpassung z.B. über verstellbare Proportional-Druckbegrenzungsventile oder drucklosen Umlauf

Adaptation of the pressure level depending on the load cycle with constant pressure systems

Pressure adaptation e.g. via adjustable proportional pressure limiting valves or via idle pump circulation


Anpassung des Druckes an unterschiedliche AktuatorenDimensionierung der Aktuatoren auf ein einheitliches Druckniveau zur Vereinfachung der Druckversorgung (Reduzierung der Verluste durch Druckminderungen).

Adaptation of the pressure level for differing hydraulic consumers Hydraulic consumers should be sized in such a manner that their necessary working pressure is leveled i.e. pressure supply is simplified and losses due to pressure reduction are minimized.


Verringerung des DruckniveausDimensionierung der Aktuatoren auf ein möglichst niedriges Druckniveau.

Reduction of pressure level to minimum level Hydraulic consumers should be sized in such a manner that their necessary working pressure is minimized


Anpassung des Druckes an unterschiedliche AktuatorenEinsatz von Druckübersetzern für einzelne Aktuatoren mit höherem Druckbedarf. Erforderliche hohe Drücke müssen nicht über die Druckversorgung bereitgestellt werden (Vermeidung zusätzlicher Hochdruckpumpen oder verlustbehafteter Druckreduzierung)

Adaptation of the pressure level for differing hydraulic consumers Use of pressure amplifiers for individual hydraulic consumers with higher pressure level. This way the higher pressure must not be provided by the system making additional high pressure pumps or pressure reductions with design related losses superfluous


Nutzung von HydrospeichernZwischenspeicherung von hydraulischer Energie zur optimalen Anpassung des Pumpenantriebes (Speicherladeschaltungen) an den Lastzyklus und zur Überbrückung von Lastspitzen. Reduzierung der installierten Antriebsleistung und Pumpengröße.Energiespeicherung zur Gewährleistung der Funktion bei Spannungsausfall.

Use of hydraulic accumulatorsIntermediate storage of hydraulic energy allows optimum adaptation of the pump drive (accumulator charging operation) to the respective load cycle including load peaks Installed drive power and pump size can be down-sized.Storing hydraulic energy ensures functionality in case of power/grid loss.


Einsatz von Verdrängersteuerungen statt Drosselsteuerungen

Drosselverluste und Bypassverluste werden vermieden. Geringere Energie muss bereitgestellt werden und es muss dadurch weniger Wärme abgeführt (rückgekühlt) werden.

Usage of flow control systems instead of throttle controls

Throttle- and bypass-losses are prevented. Less energy has to be provided i.e. less heat has to be dissipated (cooling).


Einsatz von RegenerativschaltungenNutzen des stangenseitig abfließenden Öles als Addition zum Pumpen-/Speichervolumenstrom. Hierdurch höhere Verfahrgeschwindigkeiten, bzw. verlängerung der Aggregatstillstandszeit

Usage of regenerative circuitsUsage of the oil of the rod side as add-up to the pump-/accumulator flow on bottom side of the cylinder. Therefore higher cylinder velocities resp. longer OFF-periods of power pack


Reduzierung von inneren LeckagenZum Beispiel durch Einsatz von Sitzventilen bei Speicherladebetrieb (selteneres Nachladen des Hydrospeichers und damit kürzerer Betrieb des E-Motors)

Reduction of internal leakageDirectional seated valves in accumulator charging circuits enable reduced recharging necessity i.e. shorter operation of the electric motor.


Reduzierung der Stromaufnahme bei MagnetventilenLeistungsaufnahme nur beim Schaltvorgang durch Impulsventile (Raste) Reduzierte Leistungsaufnahme bei Ventilsteckern mit automatischer Haltestromabsenkung (Pulsweitenmodulation – PWM).Reduzierte Leistungsaufnahme durch Einsatz von Ventilen mit 8-Watt-Magneten

Reduction of the power consumption of solenoid valvesPower consumption only during switching operations via impulse valves (detent) Reduced power consumption via valve plugs featuring automatic holding current reduction (pulse width modulation – PWM).Reduced power consumption via valves featuring 8 Watt solenoids


Reduzierung von inneren Leckagen beiPeripheriegerätenZum Beispiel leckageoptimierte Drehdurchführungen

Reduction of internal leakage at peripheralse.g. leakage optimized hydraulic rotary feed

Quelle: Deublin


Optimale FilterauslegungReduzierung der Druckverluste durch optimale FilterauswahlRegelmäßige Überwachung der Druckdifferenz am Filterelement und Einhaltung von Wartungsintervallen

Optimized filter layoutReduced back pressure via optimum filter selection/sizingPeriodical check of the back pressure at the filter element and periodical filter replacement


FluidmanagementVermeidung von zu frühzeitigem Ölwechsel, Sicherstellung optimaler Betriebsbedingungen und geringer Komponentenverschleiß

Fluid managementAvoid unnecessary and too early hydraulic fluid replacements, ensures optimum operation conditions and low component wear

Quelle: Argo Hytos


Richtige Wahl des HydraulikmediumsOptimale Viskositätsklasse auf der Basis der herrschenden Umgebungsbedingungen auswählen.

Proper selection of the hydraulic fluidSelect optimum viscosity suited for the respective ambient conditions

Quelle: Mobil


Reduzierung von LeitungsverlustenDimensionierung der Leitungen auf anwendungsspezifische Volumenströme.Möglichst kurze Leitungslängen.

Reduction of the back pressure in hydraulic pipesThe pipes should be dimensioned accordingly to the flow and pressure rates of the application.Pipes should be kept as short as possible.


Möglichkeit dezentraler Versorgungskonzepte prüfen.

Hydraulic supply should be decentralized, when applicable.


Optimierung des WärmehaushaltsAuslegung der Tankgröße (möglichst Verzicht auf zusätzlichen Kühler oder zusätzliche Heizung)

Optimizing the thermal balance of the power packSuitable tank size i.e. no additional coolers or heating when applicable


Autarker hydraulischer GewichtsausgleichEinsatz eines geschlossenen hydraulischen Systems (Zylinder + Hydrospeicher) zur Kompensation der statischen Gewichtskräfte der Vertikalachsen

Off-grid hydraulic weight compensationUse of closed hydraulic systems (cylinder + hydraulic accumulator) for compensating the static weight forces in vertical direction


Prüfung zusätzlicher Einsatzmöglichkeiten der installierten HydraulikSteigerung des Gesamtwirkungsgrades des Hydraulikaggregates durch Erweiterung der Nutzung. Insbesondere in Lastpausen kann das Hydraulikaggregat andere Maschinenfunktionen übernehmen. Hierdurch können zusätzliche Antriebe eingespart werden (z.B. Kühlschmiermittel-Hochdruckerzeugung)

Review of additional application of the installed hydraulicsThe total efficiency of the hydraulic power pack can be increased when used for additional tasks. The power pack can handle other machine functions especially during no-load periods. This makes additional drives superfluous e.g. generation of high-pressure coolant

Energieeinsparung bei Werkzeugmaschinen:MAXIEMEnergy savings at machine tool applications: MAXIEM

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