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Hydac

Die nächste Generation elektrohydraulischer Vorsteuersysteme

03.02.2023
von Redaktion O+P Fluidtechnik

Die Weiterentwicklung mobiler Arbeitsmaschinen steht im Zeichen der Automatisierung und Integration von Assistenzsystemen. Hierbei werden zunehmend elektrohydraulische Vorsteuersysteme eingesetzt. Um diese Vorsteuersysteme effizient, dynamisch und präzise zu gestalten, bedarf es individuell ausgelegter Ventile. In langjähriger Kooperation mit Kunden und  Applikationsexperten hat Hydac ein Produktprogramm entwickelt, um für ein breites Spektrum von Arbeitsmaschinen stets das jeweils ideale Ventilpaket anbieten zu können.

Um wiederholbar zuverlässige Maschinenfunktionen  über die Hauptsteuerung auszuführen, muss die daran gekoppelte elektrohydraulische Ventilvorsteuerung höchsten Anforderungen entsprechen. Insbesondere die Ventilgenauigkeit und Dynamik unter Berücksichtigung der Hauptsteuerventildimensionen sind hier wichtige Punkte. Zudem müssen Ventile möglichst Verschmutzungsresistent und robust sein, um dem Anspruch an eine lange Lebensdauer und fortwährende Präzision gerecht zu werden.
Gerade bei Ein-Pumpen-Lösungen ist es erforderlich, den Druck der Hauptpumpe auf den Niederdruck des Vorsteuerkreises zu mindern, um eine stabile Niederdruckversorgung der elektrohydraulischen Vorsteuerventile zu gewährleisten. Die hierfür eingesetzten Druckminderventile müssen somit schwingungsfrei und sicher arbeiten. Nur so ist ein präzises Arbeiten der Vorsteuerventile möglich.

Die Produktreihe PDRC05S30A-14 bietet elektrohydraulische Proportionalventile insbesondere für mittelgroße bis große Maschinengrößen und deren Hauptschieberdurchmesser

Vorsteuersysteme für Elektrohydraulik
Bei der Implementierung der zuvor beschriebenen elektrohydraulischen Vorsteuersysteme sind Gewicht, Bauraum und Effizienz der eingesetzten Ventilkomponenten und Steuerblöcke ebenfalls essenziell. Dies spielt gerade bei der Einführung von neuen Technologien, wie z. B. bei der Elektrifizierung von kompakten Baumaschinen, eine wichtige Rolle.
Da das Vorsteuersystem die Ausführung von Maschinenfunktionen und –bewegungen steuert, ist eine Übertragung verschiedener Sicherheitsaspekte auf die Ventiltechnik unabdingbar. Dementsprechend besteht die Forderung der sicheren Versorgung und der Abschaltsicherheit bei der Ventilauslegung. Des Weiteren existieren Anwendungen, die Notbetätigungseinrichtungen bedingen.

Ventile wie das PDR10830 händeln Volumenströme bis zu 40 l/min

Um dem Trend elektrohydraulischer Systeme gerecht zu werden, bedarf es insbesondere für kleinere und mittelgroße Arbeitsmaschinen kompakte Ventile für die Vorsteuerung, die in die bestehende  Maschinenarchitektur integriert werden müssen. Zur Übertragung von Steuersignalen des Maschinenbedieners über den elektronischen Joystick oder über die Software werden elektroproportionale Druckregelventile eingesetzt. Die hohen Ansprüche an Dynamik, Leistungsdichte und gleichzeitig kompakte Bauform stellen viele Ventilentwickler vor große Herausforderungen. Hydac stellt mit der Neuentwicklung von Kompaktmagneten und den damit einhergehenden Ventilfunktionen passende Lösungen für die komplexen und vielschichtigen Anforderungen der Vorsteuerung bereit.

Ventilbaureihe ermöglicht viele Lösungen
Die Hydac Ventilbaureihe beginnt mit einer Lösung für einen Nennvolumenstrom von 4 l/min. Dieses Ventil ermöglicht eine einfache Adaption an verschiedene Controllertechnologien. Zur optimalen Anpassung der individuellen Systemsteuerdrücke, die aus Effizienzgründen möglichst gering zu wählen sind, ist das Ventil mit drei verschiedenen Nenndrücken verfügbar und bietet somit die jeweils bestmögliche Auflösung. Die Signalausprägung in Form einer leichten Schwingung des geregelten Drucks ermöglicht zudem geringe Hysteresen am Hauptschieber und somit eine sensitive Ansteuerung der Kinematik. Das Ventil entspricht den höchsten Standards bzgl. auftretender Umgebungsbedingungen, Robustheit und Lebensdauer.

Das 4/3-Wege-Cartridge-Ventil WK06J bietet den Vorteil äußerst geringer Schaltzeiten zur Ansteuerung der jeweiligen Funktion

Mit der nächstgrößeren Baureihe PDRC05S30A-14 wird das Produktportfolio an elektrohydraulischen Proportionalventilen insbesondere für mittelgroße bis große Maschinengrößen und deren Hauptschieberdurchmesser sowie angestrebten Schaltzeiten erweitert. Trotz des höheren  Nennvolumenstroms von 12 l/min basiert die Baureihe auf der gleichen Magnettechnologie und -größe. Die gleichbleibend kompakte Magnetgröße mit ihren  geringen Induktivitäten bietet die optimale Grundlage für eine hohe Ventildynamik. Zwecks Kontrollierbarkeit des Volumenstroms und der Minimierung von  Verlustgrößen, wie Druckverluste und Leckage, sind neben dem äußerst leistungsstarken Magneten weitere einzigartige hydraulische Funktionalitäten in die  Ventillösungen integriert. All diese  Performanceeigenschaften erfüllen die Anforderungen zur Automatisierung einzelner Maschinenfunktionen.

Magnetsystem mit Cartridge-Design
Ebenso bei Sonderlösungen für sehr große Mining-Maschinen bietet Hydac passende Ventillösungen an. Diese zeichnen sich häufig durch ihr hochperformantes und dynamisches Magnetsystem, das mit einem Cartridge-Design kombiniert wird, aus. Hiermit sind Volumenströme bis zu 40 l/min, wie im Falle des PDR10830, händelbar.

Zur Ventilsteuerung in Vorsteuerkreisen werden neben Proportionalventilen auch Schaltventile eingesetzt. Es existieren hier sowohl Ventildesigns mit Kompaktmagneten (Slip-in), als auch Einschraubventile mit aufsteckbarer Spule. Hydac bietet hier als Ergänzung zu hochdruckfähigen Ventilen eine „best-fit“  Niederdruckversion. Durch die äußerst kompakte Bauform lassen sich platzsparende Blockdesigns ohne die Erhöhung von Druckverlusten und Einbußen von Volumenströmen realisieren.

“Neue Kompaktmagnete eröffnen neue Lösungswege”

Unter Berücksichtigung der Abschaltsicherheit kann die individuelle Ansteuerung einer einzelnen Schieberachse mit zwei Proportionalventilen durch die Kombination aus einem Proportional-Druckminderventil und einem 4/3-Wegeschaltventil ersetzt werden. Am Beispiel des kompakten 4/3-Wege-Cartridge-Ventils WK06J kann der Vorteil eines zweiten Abschaltpfads zum Tank in der Mittelstellung des Ventils aufgezeigt werden. Zudem wird hierbei die Anzahl an proportionalen Steuerkanälen der ECU auf die Hälfte reduziert. Die mit dem   kompakten Magnetdesign einhergehende geringe Induktivität bietet neben dem geringen Bauraum zusätzlich den Vorteil äußerst geringer Schaltzeiten zur Ansteuerung der Funktion. Gerade beim Umschalten der Strömungsrichtung des Hauptschiebers führt dieses schnelle Schaltverhalten zu einer erheblichen  Verbesserung der Bedienbarkeit im Vergleich zu  konventionellen Magnetsystemen.

Hochdruckanschluss am Ventilkopf
Zur Vervollständigung von Vorsteuersystemen bedarf es bei Maschinen mit Ein-Pumpen-Lösungen Ventile zur Druckregelung des Niederdrucksystems, um die variablen Pumpendrücke auf ein konstantes Niveau zu regulieren. Dies schafft konstante  Eingangsdruckverhältnisse für die Ventile zur  Ansteuerung der einzelnen Arbeitsfunktionen. Zusätzlich zu den Standard- Einschraubdruckregelventilen für verschiedene Volumenstrombedarfe (15 – 60 l/min) bietet Hydac Ventillösungen, die den  Hochdruckanschluss der Versorgungs- bzw. Pumpenleitung direkt am Ventilkopf und nicht am Steuerblock ermöglichen. Durch die Druckölzuführung über das Ventil kann der Block für den Niederdruckkreis des Vorsteuersystems aus Aluminium hergestellt  werden, da der Block selbst nur Niederdruck ausgesetzt ist.

Quelle: Hydac

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