Mobile Maschinen bei Arbeit, Bild: Bucher Hydraulics

Mit dem neuen Flow-Sharing-Ventil HDS24 vereint Bucher Hydraulics die Vorteile aus Systemen mit vorgeschalteten und nachgeschalteten Druckwaagen. So kann das Ventil in jeder Sektion mit einer LS-Druckabschneidung ausgestattet werden. Bild: Bucher Hydraulics

Immer wieder greifen Maschinenentwickler auf einen bestimmten Systemaufbau zurück, wenn es darum geht, Verbraucher lastunabhängig zu steuern. Dabei wurden zwei Systemstrukturen entwickelt. Diese unterscheiden sich durch den Einsatz von vor- und nachgeschalteten Druckwaagen.

Ventile mit vorgeschalteten Druckwaagen sind die weitaus geläufigeren Ventilsysteme. Die Druckwaage vergleicht den eigenen Sektionsdruck mit dem Pumpendruck. Eine Feder in der Druckwaage definiert eine Druckdifferenz aus beiden Werten. Mit der immer gleichen Druckdifferenz ist der Volumenstrom lediglich vom folgenden Drosselquerschnitt abhängig. Arbeiten mehrere Sektionen gleichzeitig, gibt jene mit dem größten Arbeitsdruck den einzustellenden Pumpendruck vor.

Diese Systeme sind sogenannte Load-Sensing-Systeme (LS), die Ventile sind als LS-Ventile zu bezeichnen (LS: engl. für load sensing: dt. Lasterfassung). Neben dem lastunabhängig einstellbaren Volumenstrom ist ein weiterer großer Vorteil dieser Ventile der mögliche Einsatz einer Druckabschneidung. LS-Druckbegrenzungsventile können pro Sektion eingesetzt werden. Der lastseitig wirkende Druck auf die Druckwaage ist damit begrenzt und die Druckwaage schneidet den Druck und damit die Menge ab. Die Druck- bzw. Mengenabschneidung verhindert dabei den Durchfluss von nicht benötigtem Volumenstrom. Unnötige Ölerwärmung wird verhindert und Energie wird eingespart.

Vorteile nachgeschaltete Druckwaagen

Ventile mit nachgeschalteten Druckwaagen, auch Flow-Sharing-Ventile genannt, arbeiten nach dem gleichen Prinzip – die zu vergleichenden Drücke unterscheiden sich jedoch. Der jeweilige Lastdruck einer Sektion wird mit dem Druck hinter dem Drosselquerschnitt verglichen. Die Druckdifferenz ist durch einen Regler an der LS-Pumpe definiert. Somit dienen die Federn in den Druckwaagen mit ihren sehr geringen Stellkräften nur der Positionierung in die Ausgangslage. Auch in diesem System gibt der lasthöchste Verbraucher den Pumpendruck vor.

Flow-Sharing-Ventile werden in vielen Anwendungen eingesetzt, in welchen Unterversorgung eine entscheidende Rolle spielt. Durch die nachgeschalteten Druckwaagen können zu geringe Gesamtvolumenströme auf alle Verbraucher nach einem bestimmten Verhältnis aufgeteilt und Funktionsstillstand vermieden werden.

Ein Beispiel

Eine Pumpe mit einem Fördervolumen von 150 l/min soll zwei Verbraucher (V1 und V2) gleichzeitig versorgen. Für die volle Verbrauchergeschwindigkeit werden für QV1 = 120 l/min und für QV2 = 80 l/min benötigt. Die benötigte Gesamtfördermenge wird um 50 l/min unterschritten und die Druckwaagen reduzieren das der Druck über jeden Öffnungsquerschnitt. Jeder Verbraucher arbeitet nun im Verhältnis langsamer. Mit einem Verhältnis von 1,33 entspricht dies für die Verbraucher QV1 = 60 l/min und QV2 = 90 l/min. Unter nahezu jeder Betriebsbedingung kann dieses Verhältnis aufrecht erhalten und die Verbraucher betrieben werden.

Vorteile aus zwei verschiedenen Systemen vereinen

Flow-Sharing-Ventil HDS24, Bild: Bucher Hydraulics
Das neue Flow-Sharing-Ventil HDS24 ist ein sektionaler Wegeventil mit nachgeschalteter Druckwaage und setzt auf die Technik der Druckabschneidung. Bild: Bucher Hydraulics

Tritt der gleiche Fall bei Systemen mit vorgeschalteten Druckwaagen auf, fällt der Differenzdruck unter den definierten Federdruck der Druckwaagen. Diese öffnen vollständig und verlieren damit ihre Funktion. Das System arbeitet fortan als gewöhnliche Drosselsteuerung, bei welcher stets zuerst der Verbraucher mit dem geringsten Lastdruck vollständig versorgt wird. Je nach Restmenge reduzieren weitere Verbraucher ihre Geschwindigkeit analog ihrer Belastung bis hin zum Stillstand.

Sollten die Drücke bei Flow-Sharing-Systemen pro Verbraucher begrenzt werden, musste bisher auf eine konventionelle Schaltung mit sekundären Druckbegrenzungsventilen zurückgegriffen werden. Dies bedeutet, dass bei Erreichen des eingestellten Wertes das überschüssige Öl permanent zum Tank abgeführt wurde. Die Nachteile waren Mengenverlust im System und unnötige Ölerwärmung. Dadurch entstanden hohe Energieverluste.

Mit dem neuen Flow-Sharing-Ventil HDS24 ist es Bucher Hydraulics gelungen, zwei große Vorteile aus zwei verschiedenen Systemen zu vereinen. Das HDS24 gehört zur Produktfamilie der sektionalen Wegeventile mit nachgeschalteter Druckwaage und setzt zugleich auf die Technik der Druckabschneidung. Parallel arbeitende Funktionen können somit ohne Gefahr eines Stillstands bei gleichzeitiger Verwendung einer energiesparenden Druckabschneidung betrieben werden.