Servo, hydraulisch, pneumatisch:
Welche Befestigungselemente-Installationstechnologie passt zu Ihren Produktionszielen?
Die Fertigung hat sich weiterentwickelt – ebenso wie die Technologien, die heute moderne Anlagen zur Installation von Befestigungselementen antreiben.
Aktuell dominieren drei unterschiedliche Systeme das Umfeld: elektrische Servosysteme, hydraulische Systeme und pneumatische Systeme.
Welche Technologie zu Ihrem Betrieb passt, hängt davon ab, wie gut ihre Leistungsmerkmale mit Ihren Anforderungen übereinstimmen. Die richtige Wahl richtet sich nach Ihrer konkreten Anwendung, dem Produktionsvolumen, den Qualitätsanforderungen und der vorhandenen Infrastruktur in Ihrer Fertigungsumgebung.
Dieser Leitfaden beleuchtet alle drei Technologien und unterstützt Sie dabei, eine fundierte Entscheidung für Ihre spezifischen Anforderungen zu treffen.
Servotechnologie: Maßstab für Präzision
Elektrische Servosysteme stellen den aktuellen Stand der Technik in der Installation von Befestigungselementen dar.
Mithilfe geschlossener Regelkreise steuern sie Position, Geschwindigkeit, Kraft und Bewegungsprofil mit außergewöhnlicher Präzision. Diese Systeme überwachen und regeln ihre Leistung kontinuierlich in Echtzeit und liefern Zyklus für Zyklus konsistente Ergebnisse.
Präzision und Programmierbarkeit
Die Programmierbarkeit von Servosystemen ist ein entscheidender Vorteil für den Umgang mit Produktvielfalt in der Fertigung.
Es lassen sich kundenspezifische Bewegungsprofile erstellen – etwa schneller Anfahrweg, kontrolliertes Einpressen, Haltezeit und sanfter Rückzug – und Programme für unterschiedliche Befestigungselemente oder Werkstücke abspeichern. Produktwechsel werden damit zu Software-Anpassungen statt zu mechanischen Umrüstungen.
Nehmen wir die Haeger 824 eDrive als Beispiel. Dieses servogetriebene System liefert eine einstellbare Kraft von 2 kN bis 80 kN mit einer Wiederholgenauigkeit von ±1 % des eingestellten Kraftwerts und 0,02 mm der eingestellten Position. Dieses Präzisionsniveau ermöglicht es einer einzelnen Maschine, sehr unterschiedliche Anforderungen abzudecken – von empfindlichen elektronischen Baugruppen bis hin zu hochbelastbaren Automobilkomponenten – allein durch die Anpassung von Softwareparametern.
Energieeffizienz
Die Servotechnologie ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen.
Tests zeigen, dass elektrische Servosysteme im Vergleich zu pneumatischen Booster-Maschinen 82 % weniger Energie verbrauchen, gegenüber konventionellen Hydraulikmaschinen 75 % und im Vergleich zu servo-hydraulischen Systemen 61 %.
Diese Effizienz ergibt sich aus grundlegenden konstruktiven Unterschieden.
Elektrische Servomaschinen beziehen nennenswerte Leistung nur dann, wenn sie sich bewegen oder unter Last stehen. Die Nennleistung der 824 eDrive von 5,3 kW bedeutet, dass Energie nur während der tatsächlichen Einpresszyklen verbraucht wird – nicht im Leerlauf zwischen den Arbeitsgängen.
Basierend auf Tests bei 10 kN Kraft mit Maschinen mit einem Einpresskraftbereich bis 72 kN sinkt der jährliche Energieverbrauch von 2.452,5 kWh (pneumatischer Booster) auf 436 kWh. Bei hohen Produktionsvolumina entspricht das einer Reduzierung der CO₂-Emissionen um mehr als 1.200 kg pro Maschine und Jahr.
Integration in die smarte Fertigung
Moderne Servomaschinen integrieren Sensoren zur Überwachung von Kraft, Weg und Position und protokollieren für jeden Zyklus Prozessdaten. Diese Fähigkeit unterstützt die Statistische Prozesskontrolle (SPC) und ermöglicht die Erkennung von Trends sowie eine lückenlose Dokumentation – ein wesentlicher Aspekt für regulierte Branchen und Industry-4.0-Initiativen.
Das Steuerungssystem der 824 eDrive umfasst serienmäßig Einpressgrafiken, eine Erkennung der Befestigungselementlänge sowie Funktionen einer Befestigungselement-Datenbank.
Betriebliche Vorteile
Servosysteme erfordern weniger Wartung – es gibt keine Dichtungen, Zylinder, Luftventile, Filter oder Schmiergeräte, die zu warten wären.
Sie arbeiten leise ohne pneumatische Abluftgeräusche und sauber, da kein Risiko einer Ölverunreinigung besteht. Die kontrollierte Bewegung und Kraftaufbringung reduziert Stöße und Verschleiß an den Werkzeugen, verlängert deren Standzeit und senkt die Kosten über den gesamten Lebenszyklus der Maschine.
Wann ist die Servotechnologie eine gute Wahl?
Ziehen Sie Servosysteme in Betracht, wenn:
- Geringe Ausschussraten und gleichbleibende Qualität entscheidend sind
- Mehrere Produkte mit häufigen Umrüstungen gefertigt werden
- Rückverfolgbarkeit und Datenerfassung für Qualitätssicherung oder Compliance erforderlich sind
- Lange Betriebszeiten Energie- und Wartungseinsparungen besonders relevant machen
- Ein sauberer, leiser Betrieb wichtig ist
- Eine präzise Kontrolle von Einpresstiefe und Kraft erforderlich ist
- Smart-Manufacturing- oder Industry-4.0-Initiativen im Fokus stehen
Hydrauliktechnologie: Spezialist für hohe Kräfte
Hydraulische Einpressmaschinen nutzen unter Druck stehende Flüssigkeit, um lineare Kraft und eine kontrollierte Bewegung zu erzeugen. Diese Technologie eignet sich besonders für Anwendungen, die eine hohe, dauerhaft aufrechterhaltene Einpresskraft erfordern – etwa bei dicken Werkstoffen, gehärteten Substraten oder großen einpressenden Befestigungselementen. Über die reine Kraftfähigkeit hinaus werden hydraulische Systeme wegen ihrer außergewöhnlichen Robustheit und langen Lebensdauer geschätzt. Bei sachgemäßer Wartung erreichen sie häufig Standzeiten, die bis zu dreimal länger sind als die pneumatischer oder elektromechanischer Alternativen.
Leistungs- und Kraftregelung
Hydraulic systems can generate and maintain very high force levels smoothly and predictably. Because hydraulic fluid is effectively incompressible, force delivery remains consistent throughout the entire insertion stroke. This characteristic is critical for fastening applications that require repeatable, high-load performance without force drop-off or variability.
Leistungs- und Kraftregelung
Hydraulische Systeme können sehr hohe Kraftniveaus gleichmäßig und vorhersehbar erzeugen und aufrechterhalten. Da Hydraulikflüssigkeit praktisch inkompressibel ist, bleibt die Kraftabgabe über den gesamten Einpresshub hinweg konstant. Diese Eigenschaft ist entscheidend für Befestigungsanwendungen, die eine konstante und wiederholgenaue Kraftabgabe bei hohen Lasten ohne Kraftabfall oder Schwankungen erfordern.
Die kontrollierte Art der hydraulischen Betätigung unterstützt:
- Gleichbleibende Einpressqualität
- Ein geringeres Risiko unvollständiger oder inkonsistenter Befestigungselement-Setzungen
- Eine stabile Leistung über lange Produktionsläufe hinweg
Langer Lebenszyklus und mechanische Langlebigkeit
Einer der bedeutendsten Vorteile hydraulischer Einpressmaschinen ist ihre außergewöhnlich lange Lebensdauer, die in vergleichbaren Produktionsumgebungen üblicherweise zwei- bis dreimal so hoch ist wie die von pneumatischen oder servogetriebenen Maschinen. Dieser verlängerte Lebenszyklus beruht auf mehreren technologisch bedingten Eigenschaften der Hydraulik:
- Geringere mechanische Belastung der Antriebskomponenten, da die Kraftübertragung über Fluid und nicht über hochdrehende mechanische oder elektromechanische Getriebe erfolgt
- Langsamere, kontrollierte Bewegungsprofile, die Stoßbelastungen und Verschleiß reduzieren
- Robuste Heavy-Duty-Konstruktion für den kontinuierlichen industriellen Einsatz
- Bewährte Komponentenarchitekturen (Pumpen, Zylinder, Ventile) mit jahrzehntelanger industrieller Erprobung
In der Folge behalten hydraulische Einpresssysteme ihre Genauigkeit und Kraftfähigkeit über lange Zeiträume bei, mit nur geringer Leistungsdegradation. Diese Langlebigkeit trägt zu einer Reduzierung der Gesamtbetriebskosten bei, da Austauschintervalle verlängert und die Produktivität über viele Jahre hinweg aufrechterhalten werden.
Bewährte Zuverlässigkeit für anspruchsvolle Produktionsumgebungen
Die Hydrauliktechnologie verfügt über eine lange Erfolgsgeschichte in der Schwerindustrie.
Das robuste mechanische Design bewältigt raue Produktionsbedingungen zuverlässig und macht hydraulische Systeme zu einer verlässlichen Wahl, wenn Anwendungen über lange Produktionsläufe hinweg eine hohe Kraft erfordern.
Zu berücksichtigende Aspekte
Hydraulische Systeme erfordern eine regelmäßige Wartung von Flüssigkeitsständen, Dichtungen und Pumpen. Sie verbrauchen mehr Energie als Servosysteme, da die Pumpen kontinuierlich laufen und nicht nur während aktiver Zyklen.
Zu den infrastrukturellen Rahmenbedingungen zählen der Umgang mit Hydraulikflüssigkeit, die Vermeidung von Leckagen sowie die Berücksichtigung von Betriebsgeräuschen durch die Hydraulikpumpe.
Wann ist die Hydrauliktechnologie eine gute Wahl?
Ziehen Sie hydraulische Systeme in Betracht, wenn:
- Anwendungen eine dauerhaft hohe Kraft für dicke Werkstoffe oder große Befestigungselemente erfordern
- langfristige Robustheit und eine verlängerte Maschinenlebensdauer (oft 3× länger als bei alternativen Technologien) strategische Prioritäten sind
- eine bewährte, robuste Technologie für anspruchsvolle Produktionsumgebungen bevorzugt wird
- eine zuverlässige Hochkraftfähigkeit ohne Anforderungen an programmierbare Präzision benötigt wird
- die vorhandene Infrastruktur hydraulische Anlagen unterstützt
Pneumatiktechnologie: kosteneffizienter Industriestandard
Pneumatische Systeme nutzen Druckluft, um Kraft und Bewegung zu erzeugen. Ihr einfacher mechanischer Aufbau hat sie über Jahrzehnte hinweg zu einem festen Bestandteil der Fertigung gemacht, und sie liefern eine zuverlässige Leistung, wenn ihre Stärken mit den betrieblichen Anforderungen übereinstimmen.
Einfachheit und Zuverlässigkeit
Die mechanische Einfachheit pneumatischer Systeme führt zu einer unkomplizierten Bedienung und einer hohen Betriebssicherheit.
Die PEMSERTER Series 4 eranschaulicht diese Stärken – mit einer Einpresskraft von 53,4 kN (12.000 lbs) und einer Ausladung von 45,7 cm (18 Zoll) für gleichbleibende Ergebnisse und einen einfachen Betrieb.
Das pneumatische Logiksystem der Series 4 erfordert keine komplexe Programmierung.
Bediener können die Steuerung schnell erlernen und die Produktion effizient aufnehmen.
Für Betriebe mit erfahrenen Pneumatiktechnikern bedeutet die vertraute Technologie eine schnellere Fehlersuche und Instandsetzung, ohne dass spezielle Schulungen oder Softwarekenntnisse erforderlich sind.
Kosteneffizienter Einstieg
Pneumatische Systeme sind in der Anschaffung in der Regel kostengünstiger als servo- oder hydraulikbasierte Alternativen, was ein wichtiger Faktor für budgetbeschränkte Betriebe oder Unternehmen beim Aufbau neuer Produktionslinien ist.
Verfügt ein Standort bereits über eine Druckluftinfrastruktur, kann diese bestehende Investition durch den Einsatz pneumatischer Anlagen weiter genutzt werden.
Die Series 4 benötigt beispielsweise lediglich Werkstattdruckluft (90–100 PSI) und keine elektrische Leistung über eine einfache Beleuchtung hinaus.
Ideal für stabile Anwendungen
Für einfache Befestigungsprozesse, die konstant bleiben – dasselbe Befestigungselement wird jedes Mal auf die gleiche Weise installiert – bieten pneumatische Systeme eine zuverlässige Leistung.
Wenn die Produktionsanforderungen stabil sind, nur minimale Umrüstungen erforderlich sind und Anwendungen weder eine zyklusweise Datenerfassung noch eine präzise Tiefenkontrolle verlangen, stellt die Pneumatik eine zweckmäßige Lösung dar.
Der einstellbare Kraftbereich der Series 4 (1,8 bis 53,4 kN (400 bis 12.000 lbs)) und die Ausladung von 45,7 cm (18 Zoll) machen sie besonders geeignet für größere Werkstücke und Anwendungen, die von einer hohen Einpresskraft profitieren.
Zu berücksichtigende Aspekte
Die Konstanz der Druckluftversorgung beeinflusst die Wiederholgenauigkeit der Leistung, weshalb die Qualität der Werkstattdruckluft von Bedeutung ist.
Pneumatische Systeme verbrauchen mehr Energie als Servosysteme und erzeugen Geräusche durch die Abluft. Ihnen fehlen zudem die Programmierbarkeit und die Datenfunktionen von Servosystemen, weshalb sie für Anwendungen, die eine detaillierte Prozessdokumentation oder häufige Produktwechsel erfordern, weniger geeignet sind.
Wann ist die Pneumatiktechnologie eine gute Wahl?
Ziehen Sie pneumatische Systeme in Betracht, wenn:
- bereits eine Druckluftinfrastruktur vorhanden ist
- die Anfangsinvestition ein zentrales Entscheidungskriterium ist
- die Prozesse stabil sind und konstante Befestigungsanforderungen bestehen
- Anwendungen eine ausreichende Einpresskraft und Ausladung erfordern
- im Team bereits Pneumatik-Fachkenntnisse vorhanden sind
- Befestigungsanwendungen einfach sind und keine präzise Kraftmodulation erfordern
- ein bewährter, zuverlässiger Betrieb mit minimalem Schulungsaufwand erforderlich ist
Die richtige Wahl treffen
Die passende Technologie zur Installation von Befestigungselementen hängt von Ihren betrieblichen Anforderungen und Ihren unternehmerischen Prioritäten ab.
Jedes System hat seine eigenen Vorteile – entscheidend ist, zu verstehen, welche Leistungsmerkmale für Ihre Produktionsumgebung am wichtigsten sind.
Gesamtbetriebskosten
Der anfängliche Anschaffungspreis ist ein Faktor..
Servosysteme sind in der Regel in der Anschaffung teurer, liefern jedoch Energieeinsparungen, einen geringeren Wartungsaufwand, niedrigere Ausschussraten und eine längere Lebensdauer der Anlagen. Diese Vorteile können innerhalb eines überschaubaren Zeitraums zu einem positiven Return on Investment (ROI) führen – insbesondere bei hohen Stückzahlen oder im Mehrschichtbetrieb.
Hydraulische Systeme liegen bei den Anschaffungskosten zwischen Servo- und Pneumatiklösungen, erfordern jedoch eine laufende Wartung der Fluidsysteme und verbrauchen mehr Energie als Servosysteme. Ihr Nutzenversprechen liegt vor allem in der zuverlässigen Hochkraftfähigkeit für anspruchsvolle Anwendungen..
Pneumatische Systeme weisen die niedrigsten Einstiegskosten auf und nutzen bestehende Infrastrukturen, was sie kosteneffizient macht, wenn ihre Leistungsmerkmale zu den Anwendungsanforderungen passen und keine erweiterten Funktionen erforderlich sind.
Vergleich der Energieeffizienz
Tests an Einpressmaschinen mit einem Einpresskraftbereich von 72 kN bei einer Kraft von 10 kN zeigen deutliche Unterschiede im Energieverbrauch:
Elektrische Servomaschinen erzielen:
- 82% Energieeinsparung gegenüber pneumatischen Booster-Systemen
- 75% Energieeinsparung gegenüber konventionellen Hydraulikmaschinen
- 61% Energieeinsparung gegenüber servo-hydraulischen Systemen
Für Betriebe mit Nachhaltigkeitsverpflichtungen oder Zielen zur CO₂-Reduzierung stellen diese Unterschiede einen messbaren Fortschritt dar.
Der jährliche Energieverbrauch sinkt von 2.452,5 kWh (pneumatischer Booster) auf 436 kWh (Servo), was unter Bedingungen mit hoher Auslastung einer Reduzierung der CO₂-Emissionen um mehr als 1.200 kg pro Maschine entspricht.
Ihre strategische Entscheidung
Die Wahl zwischen servo-, hydraulischen und pneumatischen Technologien zur Installation von Befestigungselementen ist eine strategische Entscheidung darüber, welche Leistungsmerkmale am besten zu den Anforderungen Ihrer Fertigung passen:
- Wenn Sie für komplexe Anwendungen mit mehreren Produktvarianten eine präzise Regelung, Programmierbarkeit, Datenerfassung und Energieeffizienz benötigen, bietet die Servotechnologie genau diese Fähigkeiten.
- Wenn Sie für dicke Werkstoffe oder große Befestigungselemente eine zuverlässige Hochkraftfähigkeit ohne Anforderungen an Rückverfolgbarkeit benötigen, liefern hydraulische Systeme die dafür erforderliche Leistung.
- Wenn Sie stabile, gleichbleibende Befestigungsprozesse haben, bei denen Einfachheit und Kosteneffizienz im Vordergrund stehen, bieten pneumatische Systeme eine bewährte Zuverlässigkeit.
Alle drei Technologien haben sich in der industriellen Fertigung etabliert.
Die richtige Wahl zu treffen bedeutet, zu verstehen, welche Leistungsmerkmale am besten zu Ihren Produktionszielen passen.