Eine hydraulische Presse wird normalerweise von einer Industriewasserpumpeneinheit betrieben, die auch häufig als hydraulische Station oder hydraulische Pumpenstation bezeichnet wird. Im Vergleich zu einer Minihydraulikeinheit benötigt eine hydraulische Pumpenstation in der Regel ein größeres Reservoir, eine höhere Motorleistung, eine komplexere Ventilsteuerung, bessere Kühlung und eine höhere Betriebszyklusfähigkeit. Die hydraulische Antriebseinheit erzeugt Druck, steuert die Zylinderbewegung, hält die Presskraft aufrecht und unterstützt jede Phase des Arbeitszyklus. Wenn die Einheit unterdimensioniert ist, kann die Presse langsam bewegen, die erforderliche Kraft möglicherweise nicht erreichen oder überhitzen. Wenn sie überdimensioniert ist, kann die Maschine unnötige Energie verbrauchen und mehr kosten als erforderlich.
Die Auswahl der richtigen Industriewasserpumpeneinheit ist nicht einfach nur eine Frage der Wahl einer Pumpe und eines Motors. Die gesamte Einheit muss mit der Pressenlast, den Zylinderabmessungen, der Arbeitsgeschwindigkeit, der Druckhaltedauer, dem Arbeitzyklus, der Steuerreihenfolge und der Betriebsumgebung übereinstimmen.
Berechnen Sie den Druck und die Kraft, die von der hydraulischen Presse benötigt werden
Der erste Schritt besteht darin, die maximale Kraft zu bestätigen, die die Presse erzeugen muss. Die Presskapazität wird normalerweise in Tonnen oder Kilonewton angegeben, aber das hydraulische System sollte aus dem Zylinderbohrungsdurchmesser und dem Arbeitsdruck berechnet werden.
Die Zylinderkraft wird durch den hydraulischen Druck multipliziert mit der effektiven Kolbenfläche bestimmt. Ein größerer Zylinder kann die gleiche Kraft bei niedrigerem Druck erzeugen, während ein kleinerer Zylinder höheren Druck benötigt.
Die Berechnung sollte mechanische Reibung, Druckverluste, Werkzeugwiderstand und eine angemessene Sicherheitsmarge berücksichtigen. Der maximale Systemdruck muss auch innerhalb der Nennwerte des Zylinders, der Pumpe, der Ventile, der Schläuche, der Dichtungen und der Rohrleitungen bleiben.
Wählen Sie eine hydraulische Antriebseinheit nicht nur aufgrund der beworbenen Tonnage der Presse aus. Die Zylinderzeichnung und das tatsächliche Kraftbedarfs sind zuverlässigere Ingenieureingaben.
Beispiel: Berechnung von Kraft, Durchfluss und Motorleistung für eine hydraulische Presse
Die Beziehung zwischen Zylindergröße, hydraulischem Druck, Durchflussrate und Motorleistung kann mit einem einfachen Beispiel veranschaulicht werden.
Gehen Sie davon aus, dass eine hydraulische Presse einen Zylinder mit einem Bohrungsdurchmesser von 250 mm und einem maximalen Arbeitsdruck von 200 bar verwendet.
Die Zylinderfläche kann wie folgt berechnet werden:
Zylinderfläche = π × Bohrung² ÷ 4
Da eine Bohrung von 250 mm 25 cm entspricht:
Zylinderfläche = 3,1416 × 25² ÷ 4 ≈ 490,9 cm²
Die theoretische Presskraft beträgt:
Presskraft (kN) = Druck (bar) × Zylinderfläche (cm²) ÷ 100
Daher:
Presskraft = 200 × 490,9 ÷ 100 ≈ 981,8 kN
Dies entspricht ungefähr 100 metrischen Tonnen Presskraft. Bei einer tatsächlichen hydraulischen Presse sollten auch mechanische Reibung, Druckverluste und die erforderliche Sicherheitsmarge berücksichtigt werden.
Der erforderliche hydraulische Durchfluss hängt von der Zielzylindergeschwindigkeit ab:
Durchfluss (L/min) = Zylinderfläche (cm²) × Geschwindigkeit (cm/s) × 0,06
Wenn der Zylinder mit 50 mm/s oder 5 cm/s an das Werkstück heranreifen muss:
Annäherungsdurchfluss = 490,9 × 5 × 0,06 ≈ 147,3 L/min
Wenn die Pressgeschwindigkeit jedoch nur 5 mm/s oder 0,5 cm/s beträgt:
Pressdurchfluss = 490,9 × 0,5 × 0,06 ≈ 14,7 L/min
Das bedeutet, dass die Presse während der schnellen Annäherung etwa zehnmal mehr Durchfluss benötigt als während der tatsächlichen Hochdruck-Pressphase.
Die Motorleistung kann geschätzt werden mit:
Motorleistung (kW) = Druck (bar) × Durchfluss (L/min) ÷ 600 ÷ Gesamteffizienz
Unter der Annahme einer gesamten hydraulischen Effizienz von 85 % beträgt die geschätzte Motorleistung während der Pressphase:
Motorleistung = 200 × 14,7 ÷ 600 ÷ 0,85 ≈ 5,8 kW
Wenn das System den vollen Annäherungsdurchfluss von 147,3 L/min bei 200 bar bereitstellen müsste, würde die erforderliche Motorleistung auf etwa 57,8 kW steigen. In den meisten hydraulischen Pressen sind jedoch maximale Druck- und maximale Durchflussrate nicht gleichzeitig erforderlich.
Während des schnellen Annäherns arbeitet der Zylinder normalerweise bei hohem Durchfluss, aber relativ niedrigem Druck. Während des Pressens arbeitet er bei hohem Druck, aber viel niedrigerem Durchfluss.
Aus diesem Grund verwenden hydraulische Pressen häufig:
- Ein Hoch-Niedrig-Dualpumpenkreis
- Eine verstellbare Kolbenpumpe
- Ein akkuunterstützter Kreislauf
- Getrennte Steuerung für schnelle Annäherung und Pressgeschwindigkeit
Diese Konfigurationen ermöglichen es der hydraulischen Einheit, eine schnelle Zylinderbewegung bereitzustellen, ohne dass ein unnötig großer Motor oder ständig übermäßige Wärme erzeugt werden muss.
Berechnen Sie den Durchfluss der hydraulischen Pumpe für jeden Presszyklus
Wie das obige Beispiel zeigt, benötigt eine hydraulische Presse normalerweise unterschiedliche Durchflussraten während der schnellen Annäherung, des Pressens, des Druckhaltens, der Druckentlastung und der Rückführung. Daher sollte der Pumpendurchfluss für jede Phase des Betriebszyklus und nicht aus einer einzigen maximalen Zylindergeschwindigkeit berechnet werden.
Die meisten hydraulischen Pressen arbeiten nicht mit einer konstanten Geschwindigkeit. Ein typischer Arbeitszyklus umfasst:
- Schnelle Annäherung
- Langsame Presse
- Druckhaltung
- Dekompression
- Schnelle Rückführung
Jede Phase kann eine andere Kombination aus Druck und Durchfluss erfordern.
Der erforderliche Durchfluss wird aus der Zylinderfläche und der Zielbewegungsgeschwindigkeit berechnet. Ein großer Zylinder benötigt möglicherweise einen hohen Durchfluss während des schnellen Ansatzes, aber nur einen niedrigen Durchfluss während des Hochdruckpressvorgangs.
Eine feste Pumpe, die für die maximale Bewegungsgeschwindigkeit ausgewählt wurde, kann Energie verschwenden und während der Pressphase übermäßige Wärme erzeugen. Je nach Betriebszyklus kann das System einen Doppelpumpenkreis, eine variabel einstellbare Pumpe, einen akkumulatorunterstützten Kreis oder eine proportionale Durchflussregelung verwenden.
Das Ziel ist es, während der schnellen Bewegung einen ausreichenden Durchfluss bereitzustellen und unnötigen Hochdruckdurchfluss während der Presse- und Haltephasen zu vermeiden. Pumpe und Hydraulikschaltung sollten daher aus dem vollständigen Druck-Durchfluss-Zyklus ausgewählt werden, anstatt nur aus dem maximalen Druck oder der maximalen Geschwindigkeit.
Wählen Sie die richtige hydraulische Pumpe für die Presse aus
Häufige Pumpenoptionen für hydraulische Pressen sind Zahnradpumpen, Flügelpumpen und Kolbenpumpen.
Zahnradpumpen sind wirtschaftlich und geeignet für viele Standardpressen mit mäßigem Druck und intermittierendem Betrieb. Sie haben eine relativ einfache Struktur und sind leicht zu warten.
Flügelpumpen bieten einen gleichmäßigeren Durchfluss und eine geringere Betriebsgeräuschentwicklung innerhalb geeigneter Druckbereiche. Sie können für Pressen ausgewählt werden, bei denen stabile Bewegung und geringere Geräusche wichtig sind.
Axialkolbenpumpen werden oft für hochdruck-, kontinuierliche Dienst-, variabel durchfluss- oder energieeffiziente hydraulische Presssysteme verwendet.
Eine variabel einstellbare Kolbenpumpe kann ihre Förderleistung reduzieren, nachdem der erforderliche Druck erreicht ist, und so Energieverluste und Wärmeentwicklung senken. Sie ist jedoch in der Regel teurer und erfordert eine bessere Ölreinheit als eine einfache Zahnradpumpe.
Die geeignete Pumpen- und Schaltungskonfiguration hängt auch davon ab, wie die hydraulische Presse arbeitet:
| Anforderungen an hydraulische Pressen | Empfohlene hydraulische Konfiguration |
|---|---|
| Kleine Presse mit intermittierendem Betrieb | Feste Zahnradpumpe |
| Schneller Ansatz und langsames Hochdruckpressen | Hoch-Niedrig-Doppelpumpenkreis |
| Häufige Produktionszyklen | Variable Verdrängerpumpe |
| Lange Druckhaltezeit | Pumpenentlastungskreis mit Druckhalteventilen |
| Hochgeschwindigkeits-, Kurzzeitbewegung | Accumulatorunterstützter Kreis |
| Präzise Kraft- und Geschwindigkeitsregelung | Proportional- oder servogesteuertes Hydrauliksystem |
| Kontinuierlicher Hochlastbetrieb | Variable Pumpe mit verbesserter Kühlung und Filtration |
Die Pumpenauswahl sollte Folgendes berücksichtigen:
- Kontinuierlicher und Spitzen-Druck
- Erforderlicher Durchflussbereich
- Pumpenwirkungsgrad
- Betriebsgeräusch
- Viskosität des hydraulischen Öls
- Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen
- Erwartete Lebensdauer
- Verfügbarkeit von Ersatzteilen
Die Pumpe sollte nicht kontinuierlich bei ihrem absolut maximalen Druck oder Durchfluss betrieben werden. Eine geeignete Betriebssicherheitsmarge trägt zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer bei.
Passen Sie die Motorleistung an den tatsächlichen Presszyklus an
Der Elektromotor muss genügend Leistung bereitstellen, um die Pumpe unter den tatsächlichen Druck- und Durchflusskombinationen, die durch den Presszyklus erforderlich sind, zu betreiben. Wie im Berechnungsbeispiel gezeigt, können maximaler Druck und maximaler Durchfluss in verschiedenen Phasen auftreten, sodass sie beim Bemessen des Motors nicht automatisch kombiniert werden sollten.
Die Überdimensionierung des Motors auf diese Weise kann die Anschaffungskosten, den elektrischen Bedarf und den Energieverbrauch erhöhen, ohne die tatsächliche Pressleistung zu verbessern.
In vielen hydraulischen Pressen ist während der Tiefdruckansatzphase ein hoher Durchfluss erforderlich, während während der Tiefdruckpressphase ein hoher Druck benötigt wird. Ein korrekt gestalteter Hydraulikschaltkreis kann daher die erforderliche Motorleistung reduzieren, ohne die Pressleistung zu verringern.
Der Lieferant der hydraulischen Power-Unit sollte die Dauer jeder Phase im Arbeitszyklus überprüfen, bevor er den Motor auswählt.
Die Motorspezifikation sollte auch mit der lokalen elektrischen Versorgung und der Betriebsumgebung übereinstimmen, einschließlich:
- Spannung und Frequenz
- Nennmotorleistung
- Motordrehzahl
- Isolationsklasse
- Schutzklasse
- Startverfahren
- Lokale elektrische Standards
Einige hydraulische Pressen-Power-Units verwenden einen Frequenzumrichter, um die Geschwindigkeitsregelung zu verbessern oder den Energieverbrauch zu reduzieren. Der Antrieb, der Motor, die Pumpe und die Steuerstrategie müssen jedoch als komplettes System ausgewählt werden.
Bestimmen Sie das hydraulische Reservoir und die Kühlkapazität
Der Hydraulikölbehälter dient nicht nur der Speicherung von Öl. Er hilft auch beim Abführen von Wärme, beim Trennen von Luft, beim Sedimentieren von Verunreinigungen und sorgt für eine stabile Öllieferung zur Pumpe.
Ein zu klein dimensionierter Behälter kann zu einem schnellen Anstieg der Öltemperatur, Schäumung, Lufteinschlüssen, schlechter Trennung von Verunreinigungen und instabilen Pumpeneinlassbedingungen führen.
Die Behälterkapazität sollte ausgewählt werden gemäß:
- Pumpenfluss
- Gesamtvolumen des Zylinderöls
- Druckarbeitszyklus
- Kühlungsanforderungen
- Verfügbarer Installationsraum
Es gibt keine allgemeingültige Regel für die Behältergröße, die für jede hydraulische Presse geeignet ist. Die endgültige Kapazität sollte aus den Änderungen des Ölvolumens, der Wärmebilanz, der Zeit für die Luftfreisetzung, dem Wartungsraum und dem erwarteten Arbeitszyklus verifiziert werden.
Eine kontinuierlich betriebene Produktionspresse benötigt normalerweise eine größere Behälter- und Kühlkapazität als eine gelegentlich genutzte Werkstattpresse.
Wärme entsteht durch Pumpenineffizienz, interne Undichtigkeiten, Druckverluste und Drosselung an Regelventilen. Wenn der Behälter nicht genügend Wärme auf natürliche Weise abführen kann, benötigt das hydraulische Aggregat möglicherweise einen Luft-Öl-Wärmetauscher oder einen Wasser-Öl-Wärmetauscher.
Der Behälter sollte auch praktische Wartungsmerkmale wie einen Ölstand- und Temperaturanzeiger, einen Entlüftungsfilter, ein Ablassventil, eine Reinigungsabdeckung sowie korrekt angeordnete Saug- und Rücklaufanschlüsse enthalten.
Wählen Sie die hydraulischen Ventile und die Steuerungsmethode aus
Der hydraulische Ventilblock steuert die Zylinderrichtung, -geschwindigkeit, den Druck, das Halten und die Druckentlastung. Seine Konfiguration muss mit der tatsächlichen Betriebsfolge der hydraulischen Presse übereinstimmen.
Ein hydraulisches Pressaggregat kann Folgendes umfassen:
- Richtungssteuerungen
- Druckentlastungsventile
- Rückschlagventile
- Pilotgesteuerte Rückschlagventile
- Druckminderungsventile
- Entladeventile
- Durchflussregelventile
- Proportional-druck- oder -flussventile
Für Anwendungen, die einen Druck halten, muss die interne Ventilundichtigkeit sorgfältig kontrolliert werden. Für längere Druckhalteperioden sollte die Pumpe nicht unbedingt dauerhaft belastet bleiben. Ein richtig gestalteter Schaltkreis kann druckgesteuerte Rückschlagventile, niederleckage Kartuschenventile, Akkumulatoren oder Pumpenentlastungssteuerungen einsetzen, um den Druck aufrechtzuerhalten und gleichzeitig den Energieverbrauch und die Wärmeproduktion zu reduzieren.
Druckverluste während des Haltens können durch Leckagen der Zylinderdichtungen, Ventilleckagen, Ölkompression, Schlauchdehnung oder Änderungen der Öltemperatur verursacht werden. Der zulässige Druckabfall und die erforderliche Haltezeit sollten daher vor der Konstruktion des hydraulischen Schaltkreises festgelegt werden.
Für eine Presse, die von schnellem Vorschub auf langsames Pressen wechselt, muss der hydraulische Schaltkreis reibungslos umschalten, ohne plötzliche Zylindermovement oder Druckstöße zu erzeugen.
Große Hochdruckzylinder erfordern möglicherweise eine kontrollierte Dekompression, bevor das richtungsweisende Ventil seine Position ändert. Dies ist besonders wichtig, wenn der Zylinder ein großes Volumen an komprimiertem Öl enthält oder wenn die Presse über einen längeren Zeitraum einen hohen Druck hält.
Ein schlecht gestaltetes Dekompressionssystem kann Druckschläge, Geräusche, Rohrvibrationen und Schäden an Ventilen, Dichtungen oder Verbindungsbauteilen verursachen. Dekompression sollte daher während der ursprünglichen Konstruktion des hydraulischen Systems berücksichtigt und nicht später hinzugefügt werden.
Geben Sie die Filtration und die Ölisolation an
Hydraulische Pressen können Präzisionsventile, Drucksensoren und Hochdruckpumpen verwenden, die empfindlich auf Verunreinigungen reagieren.
Rücklauffiltration ist in hydraulischen Antriebseinheiten üblich, während Drucklinien- oder Offline-Filtration für anspruchsvollere Anwendungen hinzugefügt werden kann. Filterzustandsanzeigen helfen dem Wartungspersonal, das Filterelement zu ersetzen, bevor das System in den Bypass-Modus wechselt.
Der erforderliche Ölreinheitsgrad sollte auf dem am empfindlichsten auf Verunreinigungen reagierenden Bauteil im System basieren.
Allerdings kann Filtration allein das System nicht sauber halten. Saubere Montage, ordnungsgemäße Dichtungen des Reservoirs, Systemspülung, korrektes Ölen und kontrollierte Inbetriebnahme sind ebenso wichtig.
Für kritische Produktionsgeräte, hochpräzise Komponenten oder hydraulische Pressen, die kontinuierlich betrieben werden, kann auch die Online-Überwachung der Ölreinheit in die hydraulische Station oder das Maschinensteuerungssystem integriert werden.
Beziehen Sie die Drucküberwachung und die hydraulischen Sicherheitsfunktionen ein
Eine hydraulische Presse kann erhebliche hydraulische und mechanische Energie speichern. Die hydraulische Antriebseinheit muss während des normalen Betriebs, bei Stromausfällen, Not-Aus, Schlauchversagen oder Verlust des Steuersignals sicher reagieren.
Typische Schutz- und Überwachungsfunktionen umfassen:
- Hauptdruckentlastungsschutz
- Drucksensor und mechanisches Manometer
- Motorschutz bei Überlast
- Ölstandwarnung
- Hochtemperatur-Ölwarnung
- Kontrollierte Druckfreigabe
- Sichere Zylinderhalter-Funktion
- Not-Aus-Schnittstelle
- Sicherheitsüberwachung und Türverriegelungssignale
Die geltenden Maschinen-, Hydraulik- und elektrischen Sicherheitsanforderungen sollten entsprechend der Bauweise der Presse, der Steuerungsmethode, der Betriebsumgebung und dem Zielmarkt überprüft werden.
Berücksichtigen Sie die Art der hydraulischen Presse
Verschiedene Arten von hydraulischen Pressen können sehr unterschiedliche Konfigurationen der hydraulischen Antriebseinheit erfordern.
Eine kleine Werkstattpresse kann ein relativ einfaches Zahnradpumpensystem verwenden, da die Maschine intermittierend arbeitet und keine komplexe Geschwindigkeitsregelung erfordert. Eine Produktionsformpresse kann eine schnelle Annäherung, kontrollierte Pressgeschwindigkeit, Druckhaltung, Druckentlastung und schnelle Rückführung benötigen.
Eine Ballen- oder Druckpresse kann lange Hübe, große Ölvolumina und verlängerte Druckhaltungszeiträume erfordern. Eine Präzisionsmontagepresse benötigt möglicherweise eine proportionale Druckregelung, genaue Verdrängungsrückmeldung und wiederholbare Kraftregelung.
Multizylinder-Hydraulikpressen können ebenfalls Stromverteilungseinheiten, Positionssensoren, proportionale Ventile oder Regelkreise zur Aufrechterhaltung der Zylindersynchronisation benötigen.
Bevor die hydraulische Energieeinheit ausgewählt wird, sollte der Anbieter daher verstehen, ob die Ausrüstung eine Werkstattpresse, Formpresse, Ballenpresse, Spritzgießpresse, Montagepresse oder Multizylinderpresse ist.
Welche Informationen werden benötigt, um eine hydraulische Presse mit Antriebseinheit auszuwählen?
Um einen genauen Vorschlag für die hydraulische Energieeinheit zu erhalten, sollten Käufer die folgenden Informationen bereitstellen:
| Erforderliche Informationen | Warum es wichtig ist |
|---|---|
| Erforderliche Presskraft | Bestimmt den erforderlichen Systemdruck und die Zylinderkraft |
| Zylinderdurchmesser und Stangendurchmesser | Dient zur Berechnung von Kraft und Ölfluss |
| Zylinderhub | Bestimmt den Ölaustausch |
| Anlauf-, Druck- und Rücklaufgeschwindigkeiten | Bestimmt den Fluss für jede Stufe |
| Druckhaltezeit | Beeinflusst das Ventilleckage- und Entlade-Design |
| Zyklen pro Stunde | Beeinflusst die Wärmeentwicklung und Kühlung |
| Motorspannung und -frequenz | Bestimmt die elektrische Konfiguration |
| Steuerungsmethode | Bestimmt Ventile, Sensoren und PLC-Funktionen |
Eine Zylinderskizze, ein hydraulisches Schema oder ein Drückzyklusdiagramm können die Auswahlgenauigkeit erheblich verbessern und das Risiko einer falschen Komponentenvergrößerung verringern.
Schlussfolgerung
AiSoar Hydraulics entwirft und produziert maßgeschneiderte industrielle Hydraulikaggregaten fürHydraulikpressen, Wölbmaschinen, Ballenpressen, Montagegeräte und andere industrielle Anwendungen.
Um einen geeigneten Vorschlag für eine hydraulische Station zu erhalten, geben Sie bitte die erforderliche Presskraft, den Zylinderdurchmesser, den Stangendurchmesser, den Hub, die Anlaufgeschwindigkeit, die Druckgeschwindigkeit, die Rücklaufgeschwindigkeit, die Druckhaltezeit, den Betriebszyklus und die Motorspannung an. Unsere Ingenieure können den gesamten Arbeitszyklus überprüfen und die geeignete Pumpe, den Motor, den Behälter, den Ventilblock, die Kühlung, die Filtration und die Steuerungskonfiguration empfehlen.
