Servo-hydraulischer Aktuator - SHA

RD 08137, Ausgabe: 2021-04, Bosch Rexroth AG

Inhalt

Produktbeschreibung 2Antriebsnavigator linearer Aktuatoren 2Produktmerkmale ‒ Vorteile und Kundennutzen 3Einsatzgebiete 3Anwendungsgebiete ‒ Beispiele 3Aufbau 4Bauformen 5Lösungsraum 5Funktionsprinzip Lösungsraum A1 6Technische Daten Lösungsraum A1 7Funktionsprinzip Lösungsraum E1 8Technische Daten Lösungsraum E1 9

Kurzbeschreibung der PFC-Funktionen 10Schaltschrank CAB-X-Standard für SHA 11Schritte zur Lösungsfindung 12 - 13

Technische Information

RD 08137Ausgabe: 2021-04Ersetzt: 2020-02

Servo-hydraulischer Aktuator − SHAAnwendungsportfolio

2/16 Technische Information | Servo-hydraulischer Aktuator ‒ SHA

Bosch Rexroth AG, RD 08137, Ausgabe: 2021-04

Produktbeschreibung

Der servo-hydraulische Aktuator (SHA) vereint die Kraft der Hydraulik bei sehr geringem Ölvolumen in einem geschlossenen System mit der Dynamik und Präzision der Elektrik bei flexibler Vernetzbarkeit. Schwerlastanwendungen mit hohen Axialkräften auf Mikrometer genau positionieren, kraftvoll pressen, fügen oder schließen: Dies lässt sich ökonomisch mit dem SHA realisieren.

Mit einem SHA erhält der Anwender ein vom Netzan-schluss bis zur Kolbenstange abgestimmtes und geprüftes Komplettpaket − inklusive Vorparametrierung des Antriebsregelgerätes, Software, Firmware und Technologiefunktionen für ablösende Druck-, Kraft- und

Positionsregelung (PFC). Schaltschränke komplettieren das Gesamtsystem.

Das Portfolio im Baukastenprinzip eröffnet Anwendern ▶ Maximalkräfte von bis zu 1.200 kN ▶ Hublängen von bis zu 1,0 m ▶ Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 800 mm/s ▶ Positioniergenauigkeit bis 10 µm ▶ Wiederholgenauigkeit bis 5 µm

Größere Kräfte, längere Hübe und höhere Verfahrge- schwindigkeiten können außerhalb des Baukastens auf Anfrage umgesetzt werden.

Antriebsnavigator linearer Aktuatoren

Branchen-spezifisch

Mehrflächen-/Tandemzylinder

Differential-zylinder

AufgelösteBauweise

VS.

KompakteBauweise

VS.

Elektro-mechanischerAntrieb

Servo-hydraulischer Antrieb

VS.

GeschlossenesSystem - SHA

Offenes System(Atmosphärischer Tank)

EMC

SHA

Servo-hydraulischer Aktuator ‒ SHA | Technische Information 3/16


Produktmerkmale ‒ Vorteile und Kundennutzen

Vorteile durch Hydraulik Vorteile des Systems Kundennutzen

▶ Hohe Stellkräfte – hydraulisches Wirkprinzip

▶ Robustheit – lange Lebensdauer

▶ Einfacher Überlastschutz –Druckbegrenzungsventil

▶ Einbaufertige Lösung – vormontiert, befüllt und wenige Schnittstellen

▶ Einfache Inbetriebnahme – Plug & Run

▶ Geringer Wartungsaufwand – geschlossenes System, diagnosefähig

▶ Energieeffizienter Betrieb – Power on demand

▶ I4.0-Fähigkeit – offen ▶ Autark von Zentralhydraulik –

Flexibilität ▶ Bosch Rexroth –

Kernkomponenten im Systemverbund

▶ Zeitersparnis durch schnelle, einfache Integration und Inbetriebnahme

▶ Hohe Maschinenverfügbarkeit ▶ Geringe Betriebs- und

Wartungskosten – Energie, Versicherung

▶ Kosteneinsparung durch offene Standards im Steuerungskonzept

▶ Wirtschaftliches Engineering – Baukastenprinzip

▶ Bosch Rexroth – kundenindividuelle System- lösungen, weltweiter Service

Vorteile durch Elektrik

▶ Hohe Präzision und Dynamik – Servomotoren und Umrichter

▶ Connectivity – flexible Feldbusanbindung

▶ Regelung und Diagnose – Technologiefunktion (PFC) mit Überwachungs- und Schutzfunk-tion

Einsatzgebiete

Für die servo-hydraulischen Aktuatoren (SHA) bestehen vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Anhand ihrer spezifischen Eigenschaften bieten sie Vorteile hinsichtlich Genauigkeit, Dynamik und Regelbarkeit. Damit tragen sie sowohl zur Verkürzung von Taktzeiten, als auch zur Erhöhung von Flexibilität und Qualität im Fertigungsprozess bei. Aufgrund der flexiblen Bauweise, entweder in kompakter oder aufgelöster Form, lässt sich der SHA in die Maschine entsprechend integrieren.

Anwendungsgebiete ‒ Beispiele

Biegen Heben

Pressen Stanzen



Die Hauptkomponenten des SHA bestehen im Wesentli-chen aus einem IndraDrive-Antriebsregelgerät mit der Technologiefunktion PositionForceControl (PFC), dem IndraDyn S Motor, einem Hydraulikzylinder mit integrier-tem Wegmesssystem und einer Axialkolbenpumpe für das hydraulisch geschlossene System. Außerdem sind Druck- und Temperatursensoren, ein Ausgleichsbehälter, ein Filter und Ventile im hydraulischen Block integriert.

Aufbau

Ergänzend zur Leistungselektronik gehören Netzfilter und -drosseln zum Standardlieferumfang.Optional können Sicherheitsfunktionen wie z. B. ein sicheres Hochhalten, eine sicher begrenzte Geschwindig-keit und ein sicherer Stillstand integriert werden. Diese werden über die antriebsintegrierte Sicherheitstechnik im Umrichter bereitgestellt. Der SHA kommuniziert über ein Feldbussystem mit der übergeordneten Maschinensteuerung.

Steuerung

Sensorik Software

Hydraulik Elektrik

System aus bewährten Komponenten von Bosch Rexroth

Fluid Elektrisches Zubehör



Zylinderintegriert Kompakt Aufgelöst ▶ Vollintegration des Zylinders und

der Motor-Pumpen-Einheit in den Hydraulikblock

▶ Bauraumoptimiert

▶ Voll- oder Teilintegration des Zylinders und der Motor-Pumpen- Einheit mit dem Hydraulikblock

▶ Bauraumoptimiert

▶ Verbindung des Standardzylinders und der Standard-Motor-Pumpen- Einheit mit dem Hydraulikblock durch Schläuche oder Rohrleitungen

▶ Flexibilität

Lösungsraum

Weitere Informationen über die Funktionsprinzipien finden Sie im Folgenden der technischen Information.

Differential-zylinder

Gleichgang-zylinder

Mehrflächen-/Tandem-zylinder

A B A B A B

A BA1 B1 E1

A BA2 B2 E2

▶ A1 = Differentialzylinder mit Konstantverdränger

▶ A2 = Differentialzylinder

mit Verstellverdränger

▶ B1 = Gleichgangzylinder

mit Konstantverdränger

▶ E1 = Mehrflächen-/Tandemzylinder mit Konstantverdränger

Bauformen

Der hier dargestellte Lösungsraum SHA bietet vielfältige Kombinationsmöglichkeiten zur Ausführung der servo-hydraulischen Aktuatoren. Das breit aufgestellte Komponentenportfolio von Rexroth erlaubt es uns, für die jeweilige Kundenapplikation die optimale SHA-Systemlösung zu projektieren. Das Vorzugsprogramm entspricht den farblich markierten Lösungen A1 und E1.



Funktionsprinzip Lösungsraum A1

Zylinder ausfahren ▶ Die Pumpe fördert von A nach B ▶ Beim Ausfahren ist die wirkende Fläche A1 ▶ Das Volumen fließt von der Ringkammer A2 über die Pumpe in die Kolbenkammer A1 ▶ Das Differenzvolumen der Stange A3 wird aus dem Ausgleichsbehälter in die Kolbenkammer A1 befördert

Zylinder einfahren ▶ Die Pumpe fördert von B nach A ▶ Beim Einfahren ist die wirkende Fläche A2 ▶ Das Volumen fließt zum Teil von der Kolbenkammer A1 über die Pumpe in die Ringkammer A2 ▶ Das Differenzvolumen der Stange A3 wird über ein Ventil in den Ausgleichsbehälter befördert

In der vereinfachten Darstellung des Funktionsprinzips sind nur die wesentlichen Komponenten, die Bewegungsrich-tungen des Zylinders sowie des Verdrängers und eine mögliche Kraftrichtung, dargestellt.

A1

A2

A3

B

Av

F

A1

A2

A3

B

A

v

F



Kra

ft [

kN]

2330

1780

1420

1100

910

730

580

440

350

220

140

90

56

36

10 15 20 30 40 50 60 80 100 120 160 200 260 300 400 475 650 700 1000

Geschwindigkeit [mm/s]

Technische Daten Lösungsraum A1

00

60

80

100

120

140

160

10 20 30 40 50

140 kN

50 mm/s

20

40

Geschwindigkeit [mm/s]

Kraf

t [k

N]

Fmax [kN]Fcont [kN]

In der folgenden Tabelle werden die Leistungsdaten der Variante A1 − Differentialzylinder mit konstanter Axialkol- benpumpe aus dem Lösungsraum des SHA beschrieben.Die dargestellten Kräfte und Geschwindigkeiten beziehen sich auf die Kolbenseite des CSH1/3 Zylinders. Die Maximalkraft entsteht bei einem Druck von 250/300 bar. Die maximale Zylindergeschwindigkeit der Vorzugstypen

bezieht sich auf eine maximale Strömungsgeschwindigkeit von 5 m/s in den Leitungsanschlüssen und der Verdränger-größe 10 (NG10). Der gesamte Leistungsumfang ergibt sich aus den vergrößerten Leitungsanschlüssen am Zylinder.

Die im Kraft-Geschwindigkeit- Diagramm dargestellte Leis-tungsgrenze bezieht sich auf die farblich markierte SHA- Systemlösung aus dem Lösungsraum A1.

Zur Auslegung einer SHA-System- lösung für Ihre Applikation kontaktieren Sie bitte Ihren Ansprechpartner bei Bosch Rexroth oder wenden sich an: [email protected]

CytroForce M

In Vorbereitung

Leistungsspektrum

Beispielhafte Darstellung für Kraft-Geschwindigkeit-Diagramm



M

P

A

P

A

v

v

B

A

A3

A1

A2

M

P

A

P

A

v

v

B

A

A3

A1

A2

M

P

A

P

A

v

v

A3

A1

A2B

A

Funktionsprinzip Lösungsraum E1

In der vereinfachten Darstellung des Funktionsprinzips sind nur die wesentlichen Komponenten und die Bewegungs-richtungen des Zylinders und des Verdrängers dargestellt.

Zylinder im Eilgang ausfahren ▶ Die Pumpe fördert von B nach A ▶ Beim Ausfahren im Eilgang ist die

wirkende Fläche A2 ▶ Das Teilvolumen fließt von der

Ringkammer A2 über die Pumpe in die Ringkammer A1

▶ Das Teilvolumen aus der Ringkammer A3 fließt über das Ventil 1 ebenfalls in die Ringkammer A1

Zylinder im Schleichgang ausfahren ▶ Die Pumpe fördert von B nach A ▶ Beim Ausfahren im Schleichgang ist

die wirkende Fläche A1 ▶ Das Teilvolumen fließt von der

Ringkammer A2 und aus der Ringkammer A3 über das Ventil 2 über die Pumpe in die Ringkammer A1

Zylinder im Eilgang einfahren ▶ Die Pumpe fördert von A nach B ▶ Beim Einfahren im Eilgang ist die

wirkende Fläche A2 ▶ Das Teilvolumen fließt von der

Ringkammer A1 über die Pumpe in die Ringkammer A2

▶ Zusätzlich fließt ein Teilvolumen aus der Ringkammer A1 über das Ventil 1 in die Ringkammer A3

Ventil 1 Ventil 2

Ventil 1 Ventil 2

Ventil 1 Ventil 2



00

50

90

110

140

20 40 60 80

140 kN

80 mm/s

2030

0 3,6 7 10 14

0

370

490

620

780

120

290

70

190

Eilg

ang-

/ S

chle

ichg

angk

raft

[kN

]

460 2340

380 1970

280 1480

210 1190

170 910

140 780

110 620

90 490

70 370

50 290

30 190

20 120 * * * *Schleich-

gang 3,6 5 7 9 10 14 18 21 25 36 43 58 77 100 109 146 182

Eilgang 20 30 40 50 60 80 100 120 140 200 240 320 425 550 600 800 1000

Eilgang- / Schleichganggeschwindigkeit [mm/s]

In der folgenden Tabelle werden die Leistungsdaten der Variante E1 − Mehrflächen-/Tandemzylinder mit konstan-ter Axialkolbenpumpe aus dem Lösungsraum des SHA beschrieben. Die dargestellten Kräfte und Geschwindig-keiten beziehen sich auf die entsprechenden Ringseiten des Tandemzylinders. Die Maximalkräfte entstehen bei einem Druck von 160/290 bar und der wirkenden Zylin-derfläche. Die maximalen Geschwindigkeiten des Zylin-ders sind an die entsprechenden maximalen Pumpen- drehzahlen und wirkenden Zylinderflächen gekoppelt.

Technische Daten Lösungsraum E1

CytroForce M

In Vorbereitung

Leistungsspektrum

Beispielhafte Darstellung für Kraft-Geschwindigkeit-Diagramm

* nur im Schleichgang erreichbar

Eilganggeschwindigkeit [mm/s]

Eilg

angk

raft

[kN

] Fmax [kN]Fcont [kN]

Die im Kraft-Geschwindigkeit- Diagramm dargestellte Leis-tungsgrenze bezieht sich auf die farblich markierte SHA-Systemlösung aus dem Lösungsraum E1.

Zur Auslegung einer SHA-Systemlösung für Ihre Applikation kontaktieren Sie bitte Ihren Ansprechpartner bei Bosch Rexroth oder wenden sich an: [email protected]

Der gesamte Leistungsumfang ergibt sich aus allen bevorzugten Pumpen im Baukasten.

Schleichganggeschwindigkeit [mm/s]

Schl

eich

gang

kraf

t [k

N]



Maschinensteuerung mit Führungskommunikation

Kurzbeschreibung der PFC-Funktionen

Die IndraDrive-Technologiefunktion PositionForceControl (PFC) dient zum Positionieren und zur Kraftregelung eines hydraulischen Zylinders.Diese Systemfunktion ist Lieferbestandteil eines SHA und muss lediglich parametriert werden. Eine zusätzliche Programmierung ist meist nicht erforderlich.Die Position wird mittels eines Lagegebers geregelt. Der Sensor ist meist im Zylinder direkt verbaut. Die Kraft wird über Drucksensoren in den Zylinderkam-mern oder über einen Kraftsensor am Zylinder geregelt.

Der Reglerübergang zwischen Kraft und Position erfolgt ablösend. Die Genauigkeit der Regelung hängt von der Auflösung, der Gebergenauigkeit/Jitter, der Störungs-freiheit der Signale und dem gesamten hydraulischen Systemaufbau ab.

Weitere Informationen finden Sie in unserer Inbetrieb- nahmebeschreibung: R911379549 Rexroth Sytronix − SvP 7020 PFCDrehzahlvariables Positionieren hydraulischer Achsen

Kundenmaschine

Servo-hydraulischer Aktuator (SHA)

Umrichter mitTechnologiefunktionPFC (Position Force Control)

Servo-hydraulische Aktuatoreinheit

Sensoren Hydrostatisches Getriebe Sicherheit

Schutzfunktionen

Sicherheit

Diagnose

Istw

erte

Stel

lwer

te

Sollw

erte

AblösenderKraft-/Positionsregler



KundenschnittstelleServo-hydraulischerAktuator

Sichere digitale Signale

Software (PFC*)

Antriebsregelgerät

*Position Force Control (R911379549)

Zonenmodul

Ansteuer-einheit

Leistungsteil

Steuerteil

Motorkabel

Kraftsollwert

Lagesollwert

Legende: Motorkabel SensorikFührungsgrößen Safety (optional)

Schaltschrank CAB-X-Standard für servo-hydraulische Aktuatoren (SHA)

ÜbersichtCAB-X ist eine Standardlösung (für servo-hydraulische Aktuatoren) mit der SHA-Ausführung, die als einfache Paketlösung eingesetzt werden kann.

Elektrosteuerung verdrahtet und funktionsgeprüft, bestehend aus

▶ Schaltschrank − Größe je nach Reglergröße ▶ RAL7035 ▶ Reglerabgang komplett inkl. HCS-Antriebsregler ▶ Kaltleiterschutzfunktion ▶ Netzgerät geregelt 24 VDC ▶ Beschaltungsvarianten

Bedienung ▶ Hauptschalter ▶ Not-Aus-Taster ▶ Signalleuchten (Störung/Warnung/Betrieb)

Optionen ▶ Gehäuse in Sonderfarben oder Edelstahl ▶ Externe Filter bei besonderen Anforderungen ▶ Höhere Schutzart als IP54 ▶ Reserveplatz für Zusatzausrüstungen ▶ Motorabgang für Fremdlüfter

Systemstruktur



Schritte zur Lösungsfindung

Projektbeschreibung mit Bild

Für eine zielgerichtete Projektierung müssen die folgenden Informationen vollständig vorliegen:

▶ Kurze Projektbeschreibung mit Bild(ern) ▶ Zylinderausrichtung in der Maschine ▶ Zusätzliche Rahmenbedingungen ▶ Prozessablauf in Form eines F/s/t oder F/v/t Profils

Anfragen können an [email protected] gesandt werden.

Wert Einheit Kommentar (min, max, Bereich, ca., etc.)

Bewegte (reduzierte) Masse m kg

Umgebungstemperatur t °C

Kabellänge vom Aktuator zum Schaltschrank m

Feldbussystem ProfiNet EtherCAT sercos Weitere

Sicherheitstechnik mit Performance LevelSTO – Safe-Torque-Off PL: Sicherer Stillstand PL:

SLS – Safely-Limited Speed PL: Weitere

Zusätzliche Rahmenbedingungen

Zylinderausrichtung

Auswahl bitte ankreuzen

Winkel α: _______



Parameter Wert Einheit Kommentar (min, max, Bereich, ca., etc.)

Abstand Kolben − Zylinderboden x1 mm Anfangspunkt der Bewegung

Eilvorlauf-Geschwindigkeit v1 mm/s

Eilvorlauf-Weg s1 mm

Eilvorlauf-Zeit t1 s

Kraft F1 kN

Vorschub-Geschwindigkeit v2 mm/s

Vorschub-Weg s2 mm

Vorschub-Zeit t2 s

Kraft F2 kN

Eilrücklauf-Geschwindigkeit v3 mm/s

Eilrücklauf-Weg s3 = s1 + s2 mm

Eilrücklauf-Zeit t3 s

Kraft F3 kN

Pause bis Zyklusneustart t4 s

Max. Beschleunigung a1 mm/s2

Max. Verzögerung a2 mm/s2

Zyklusdauer (bei zyklischen Bewegungen) s

▶ Für komplexe Mehrschrittbewegungen ist die Tabelle entsprechend fortzusetzen.

Angabe der Gegenkräfte F als Funktion der Position s oder Zeit t. Hier nur die Kräfte eintragen, welche aus dem Prozess resultieren (keine Gewichtskräfte angeben).Gibt es mehrere Lastfälle, so ist der kritischste Lastfall der Projektierung zugrunde zu legen.

Schritte zur Lösungsfindung

ProzessablaufDie dargestellten Verläufe entsprechen möglichen Beispielen.

F [kN]

t

t₁ t₂ t₃

t

t₁ t₂ t₃

s

s₁

s₂

v₁

v₂ v₃

x₁

Zylin

derh

ub







Bosch Rexroth AGZum Eisengießer 197816 Lohr am Main, Germany Telefon +49 (0) 93 52 / 40 30 20 [email protected] www.boschrexroth.de/sha

© Alle Rechte Bosch Rexroth AG vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.Die angegebenen Daten dienen allein der Produktbeschreibung. Eine Aussage über eine bestimmte Beschaffenheit oder eine Eignung für einen bestimmten Einsatzzweck kann aus unseren Angaben nicht abgeleitet werden. Die Angaben entbinden den Verwender nicht von eigenen Beurtei-lungen und Prüfungen.Es ist zu beachten, dass unsere Produkte einem natürlichen Verschleiß- und Alterungsprozess unterliegen.

Weitere Informationen:

CytroForce M Betriebsanleitung RD 62270-BTechnisches Datenblatt RD 62270

Schaltschrank CAB-EFC und CAB-HCS Technisches Information RD 08146

Documents

Servo-hydraulischer Aktuator - SHA