O+P Fluidtechnik 10/2016

ANTRIEBE
ein Reifen geplatzt. Die Anspannung hielt bis zum Schluss“,
berichtet Bruno Fazzari. In der Nacht vom 23. auf den 24. Dezember
hievte dann der Kran im Scheinwerferlicht Tisch und Stressbalken
ins Gebäude und das Dach konnte nach Weihnachten geschlossen
werden. Bergmans ergänzt: „Kurz darauf wurde Sizilien zum ersten
Mal seit Jahrzehnten komplett eingeschneit. Glücklicherweise war
das Dach dann schon zu.“ Während der Bau weiterging, installierten
die Mitarbeiter von Bosch Rexroth im Januar Tisch und Balken.
Im Februar und März verlegten sie die Elektrik für die Hydraulik
und montierten Kühler und Motorpumpen. Im Sommer wurde der
Bau komplett fertiggestellt und im September nahm das Forschungslabor
den Betrieb auf. „Wir hatten uns ganz auf unser Ziel
fokussiert“, blickt Bruno Fazzari zurück. „Das weckte immer wieder
neu unsere Leidenschaft für das Projekt. So konnten wir den engen
Zeitplan meistern.“
DIE HYDRAULIK IM DETAIL
Das Hydraulikaggregat ist auf die kurzzeitige Erzeugung eines
hohen Förderstroms ausgelegt. In der Leistungsspitze benötigt
das System einen Volumenstrom von 20 000 l/min bei einem
Druck von 22 bis zu 31,5 MPa. Da diese Leistung nur für wenige
Zehntelsekunden abgerufen wird, hat Rexroth das Aggregat mit
hydrau lischen Speichern mit einem kombinierten Fassungsvermögen
von 1600 Litern Hydraulikmedium und 4480 Litern
inertem Gas ausgerüstet. Die installierte elektrische Leistung
des Aggregats beträgt 615 kW.
Das Antriebssystem besteht aus vier vertikal wirkenden Zy lindern
für die Z-Achse und vier horizontal wirkenden Zylindern für die
X- und Y-Achse. Die vertikalen Zylinder sind sowohl mit einem
hochauflösenden digitalen Wegsensor als auch einer Lastmessdose
ausgestattet. Der maximale Hub beträgt 400 mm bei einer Höchstgeschwindigkeit
von 55 mm/s. Die Zylinder sind auf geringste
Reibung ausgelegt und verhindern den Stick-slip-Effekt. Sie werden
von je zwei hochdynamischen, elektronisch geregelten 3-Wege-
Servoventilen angesteuert. Ein Ventil mit großem Durchfluss übernimmt
die Vorwärtsbewegung, eines mit kleinem Durchfluss den
Rückzug. Die Ventile werden einzeln über die Steuerung bestätigt.
In der Kolbenstange ist eine Lastmessdose integriert, die die Kraft
misst, die der Kolben auf den Rütteltisch aufbringt. Der Wegmesssensor
erfasst die Position Mikrometer genau.
Die vier horizontal doppelt wirkenden Aktuatoren sind je paarweise
parallel angeordnet. In der X-Achse sind vier hochdynamische
Servoventile eingebaut, in der Y-Achse zwei. Die maximalen
Geschwindigkeiten betragen in beiden Achsen bis zu 1100 mm/s
und erzeugen das Rütteln mit hoher Frequenz. Den Einrichtbetrieb
übernehmen – wie auch bei den vertikalen Aktuatoren – die kleinen
Servoventile.
NACHGEFRAGT
Warum kam bei diesem
Projekt hydraulische
Antriebs- und Steuerungstechnik
zum Einsatz?
Hydraulik bietet eine einzigartig hohe Kraftdichte, Zuverlässigkeit und Überlastfähigkeit.
Sie erzeugt die in Erdbeben-Simulationssystemen notwendigen Kräfte weitestgehend
verschleißfrei. Das sorgt für niedrige Lebenszykluskosten bei den auf jahrzehntelangen
Betrieb ausgelegten Anlagen.
PRODUKTE UND ANWENDUNGEN
Welche speziellen
steuerungs- und regelungstechnischen
Anforderungen
mussten gelöst werden und
wie geschah dies?
Die Regelung muss die acht Zylinder entsprechend der Simulationsvorgaben mit einer sehr
geringen Zykluszeit koordinieren und hochdynamische Bewegungen in sechs Freiheitsgraden
erzeugen. Ein typischer Test dauert nur wenige Sekunden.
Das kinematische Modell der Simulationen hat Rexroth in eine Echtzeitsteuerung integriert.
Sie errechnet die Sollwerte für die einzelnen Zylinder und gibt sie über
Lichtwellenleiter an die digitalen Einschubkarten der Achsen weiter.
Diese Motion Controller schließen den Regelkreis dezentral in
Echt zeit mit einer Frequenz von 1 bis 10 kHz, je nach
Versuchsanordnung. Die Regelung der vertikalen Kräfte
übernimmt ein von Bosch Rexroth entwickelter Algorithmus.
Er basiert auf einem kaskadierten Kraft- und Positions-
Regelkreis. Der überlagernde Steuerungsparameter ist die
Gesamtkraft, die Summe der vier Einzelkräfte der vertikalen
Aktuatoren, die auf den Tisch einwirkt. Damit erzeugt das
System die optimalen Tisch bewegungen bei hoher Systemstabilität.
Diese Regelungsstrategie hat Bosch Rexroth speziell
für Erdbebensimulations- Anlagen optimiert und bereits mehrfach
eingesetzt.
www.boschrexroth.com
Helmut Fischer ist Branchenleiter Energie,
Testing und Transport bei Bosch Rexroth
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