Bedienerfreundliche Steuerung von Baumaschinen

Entwicklungstrends in der Baumaschine

Leistung und Sicherheit verbunden mit einem gesteigerten Bedienungskomfort definieren heutige Entwicklungstrends, dies bei gleichzeitiger Reduzierung der Betriebskosten. Progressive Ansätze im Design neuer Maschinen verlangen technisch hochwertige auf die Nutzung abgestimmte Produkte und Systemlösungen. Die Baumaschine steht für die Übertragung von hohen Leistungen und Kräften und ist deshalb für die vielfältige Nutzung der Hydraulik wegen ihrer Leistungsdichte prädestiniert, vor allem in den Bereichen der Arbeitsfunktionen, des Antriebs bis hin zur Federung des Fahrgestells. Hierbei spielen elektrisch angesteuerte Proportionalventile eine wesentliche Rolle. In Verbindung mit einer intelligenten und hochentwickelten Steuerung können so einzelne Funktionen optimal abgestimmt auf den Arbeitseinsatz gesteuert werden.
Der Einsatz von Proportionalventilen erlaubt es, die Steuerung in zwei Grundkomplexe aufzuteilen – in eine hydraulische Leistungskomponente, oft in der Nähe eines Verbrauchers angeordnet und einer elektronischen Steuerungskomponente in der Nähe des Bedieners. Beide Komponenten kommunizieren über elektrische Steuersignale. Funktional ergonomische Joysticks zum Teil mit Funktionsanzeige, sowie Simulation einer Kraftrückführung ermöglichen eine effiziente, präzise und komfortable Bedienung. Für die Sicherheit der Maschine stehen unter anderem Druckbegrenzungsventile mit einer z.T. kontinuierlichen Einstellung der Maximaldrücke im Hydraulikkreislauf. Hinzu kommen Proportionaldruckreduzierventile, die zur Kraftregulierung der Hydraulikzylinder oder zur Regulierung des Ausgangsdrehmoments von Hydromotoren eingesetzt werden.

Proportionale Steuerung
ARGO-HYTOS bietet Proportionaldruckventile, die einen weiten Einsatzbereich sowohl in stationären, als auch in mobilen Anwendungen abdecken. Die Ventile charakterisieren ein zukunftsweisendes Design, hohe Zuverlässigkeit und Stabilität bei gleichzeitig guter Dynamik. Die beiden Ventilbaureihen der Druckbegrenzungs- sowie Druckreduzierventile sind über eine Pilotstufe vorgesteuert. Eine adäquate Reinheitsstufe der Betriebsflüssigkeit, für die ARGO-HYTOS auch optimierte Filterlösungen in Verbindung mit Condition Monitoring bietet, ist Grundvoraussetzung für die Leistungsfähigkeit derartiger Steuerungen bis zum Volumenstrom von 60 l/min und einem Maximaldruck von 350 bar.

Modulares Konzept
Beide Ventiltypen werden von der gleichen Pilotstufe gesteuert. Diese Baukastenbauweise der Ventile reduziert die Anzahl von gefertigten Teilen und bietet dadurch neben den Kostenvorteilen für die Kunden auch Vorteile im Servicefall. Zudem kann die Pilotstufe separat als Druckbegrenzungsventil bis zu einem Volumenstrom von 1,5 l/min bei Maximaldruck von 350 bar eingesetzt werden. Drei Druckstufen (120 bar, 210 bar und 350 bar) bieten passende Druckbereiche zur Optimierung einer exakten auf den Bedarfsfall abgestimmten Druckregulierung. Die Ventilsteuerung selbst erfolgt durch einen proportionalen Druckmagneten. Entsprechend den Kundenanforderungen sind drei elektrische Anschlusstypen wählbar: DIN oder die in den mobilen Anwendungen beliebten DEUTSCH- und APM-Anschlüsse. Die Steuerung des Elektromagneten erfolgt über ein PWM–Signal mit einer Frequenz von 250 Hz. Die mögliche Versorgungsspannung von 12V oder 24V ist mit der üblichen Netzspannung der Baumaschinen kompatibel. Eine eingebaute Löschdiode schützt die Steuerelektronik gegen induzierte Spannungsspitzen.

Zur Ventilsteuerung wird empfohlen, die Miniaturelektronik EL6 in der Form einer DIN-Leitungsdose einzusetzen, welche direkt auf das Ventil aufgesetzt wird. Die Miniaturelektronik stellt eine moderne kompakte Lösung der Ventilsteuerung dar und ermöglicht eine einfache Parametereinstellung anhand zwei Drehreglern und eines eingebauten Displays, z.B. bei Rampenfunktionen. Bei der Entwicklung der Ventile waren die Einsatzbedingungen von Baumaschinen maßgeblich im Fokus: Temperaturen der Betriebsflüssigkeit von -30°C bis +90°C und  kinematischer Viskosität der Betriebsflüssigkeit von 10 bis 500 mm2s-1 sind standardmäßig abgedeckt. Des weiteren widerstehen sie optimal auftretenden Vibrationen. Das Druckreduzierventil ist als 3-Wegeventil konzipiert. Neben der Druckhaltefunktion am Ventilausgang leistet das Ventil auch eine Schutzfunktion des angeschlossenen Verbrauchers. Kommt es zu einer Überlastung des Verbrauchers, welche bei Baumaschinen funktionsbedingt auftreten kann, schließt das Ventil den Zustrom und verbindet den Verbraucher mit dem Tank. Dadurch kommt es zu einer Entlastung, um eine Beschädigung des Verbrauchers durch Hochdruck zu vermeiden.

SRN4P1-B2 - Ventil mit negativer Kennlinie
In einigen technischen Anwendungen ist es notwendig, dass die Funktion des Druckventils aufgrund der funktionalen oder sicherheitsrelevanten Anforderung des Systems umkehrbar ist. Das heißt, dass der Maximaldruck auch bei einem Ausfall des Steuersignals sicher erreicht wird. Solchen Anforderungen entsprechen Ventile mit negativer Kennlinie. Ein Beispiel für die Nutzung eines Proportionaldruckventils mit negativer Kennlinie ist die Drehzahlregulierung eines Lüfterantriebs bei Landtechnik- und Baumaschinen. Die proportionale Regelung ermöglicht das kontinuierliche Einhalten einer unter allen Arbeitsbedingungen optimalen Öl- und Kühlflüssigkeitstemperatur. Damit wird eine nachhaltige Energieeinsparung und Verlängerung der Motor- und der Komponentenlebensdauer erreicht. Die spezifizierte Temperatur wird durch stetige Regulierung der Lüfterdrehzahl und somit des Kühlluftstroms eingehalten. Bei Elektronikausfall respektive Ausfall des Steuersignals wird durch die Charakteristik der Kennlinie eine Überhitzung des Motors durch „Fail-Safe-Modus“ ausgeschlossen.

SR4E-B2 - Ventil mit Kombi-Funktion
SR4E-B2 ist ein Ventil, das die Funktionen eines vorgesteuerten Druckbegrenzungsventils mit denen eines elektromagnetisch betätigten Entlastungsventil verbindet. Durch die Druckbegrenzungsfunktion wird der Maximaldruck im Kreislauf abgesichert und so der Kreislauf gegen Überlastung geschützt. Mit der Abschaltung des Elektromagneten wird die Druckleitung entlastet und mit dem Tank verbunden. Anhand zwei Einstellschrauben können Grenzwerte des Elektromagnetenankers eingestellt werden und damit auch der Minimal- und Maximaldruck im Kreislauf. Zur Verfügung stehen drei Druckstufen mit einem Druckeinstellbereich bis 120 bar, 210 bar und 350 bar. Der Minimaldruck kann bis 20 bar eingestellt werden. Der max. Volumenstrom beträgt 60 l/min. Durch dieses Kombinationsventil werden die Systemkosten durch Wegfall eines separaten Entlastungsventils reduziert.

Ventile zur Getriebe- und Kupplungssteuerung
Ein wichtiger Bereich in dem hydraulische Ventile in mobilen Maschinen Anwendung finden, ist die Steuerung von Getrieben und Kupplungen. Für die Kupplungsschaltung werden überwiegend Druckreduzierventile eingesetzt. ARGO-HYTOS bietet für diese Anwendung speziell abgestimmte Ventillösungen: vorgesteuerte Proportionaldruckreduzierventile mit einer Sonderkennlinie, vorgesehen für den Einbau in Steuerblöcke oder direkt in das Getriebegehäuse. Die Ventile sind als 3-Wegeventile ausgeführt und beinhalten somit auch eine Schutzfunktion gegen Überlastung des Hydraulikkreislaufes. Es sind zwei Varianten lieferbar: SP4P1-B4 mit Gewindeanschluss 7/8-14 UNF und PP4P1-Z3 als „Slip-in“-Ausführung. Auf Kundenwunsch kann der Eingangskanal mit einem Filtrationssieb versehen werden, um die Funktionalität auch bei Verschmutzungen zu gewährleisten. Die Spulen der Elektromagnete sind mit DEUTSCH- und AMP-Steckverbindungen verfügbar, mögliche Versorgungsspannungen sind 12V oder 24V. Ein Eingangsdruck von bis zu 50 bar, ein Ausgangsdruck von bis zu 25 bar, ein max. Volumenstrom von bis zu 40 l/min sind Parameter, die auf die Verwendung in Getrieben für mobile Anwendungen abgestimmt sind.

Diese Ventile ermöglichen hohe Schaltgeschwindigkeiten bei sicherer und stabiler Funktion über eine lange Lebensdauer.
Das 3-Wege-Einbauschieberventil PD2-E in der „Slip-in“-Ausführung wird oft für Getriebesteuerungen in mobilen Applikationen eingesetzt. Die Formbohrungen des direktgesteuerten Proportionaldruckreduzierventils PP2P3-W sind identisch mit dem s/w Schaltventil PD2-E,  so dass für Systemintegratoren die Anzahl der Formwerkzeuge minimiert werden kann.

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