Baukasten für anwendungsspezifische Sicherheitsschaltungen

Bucher Hydraulics hat auf Grundlage der bewährten Wegesitzventile in Patronenbauweise einen umfangreichen Ventilbaukasten mit energieeffizienter Schaltstellungsüberwachung in sicherem Design zusammengestellt. Der modulare Aufbau ermöglicht individuelle Lösungen mit leistungsstarken Ventilen, die selbst extremen Anforderungen in der Mobil- und Industriehydraulik gerecht werden.

„Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.“ So wie das oftmals verkürzte Zitat von Aristoteles den Blick auf das Gesamte lenkt, erfasst auch das Unternehmen die vielfältigen Zusammenhänge und Hintergründe, die für die Auswahl der richtigen Komponenten und deren erfolgreichen Einsatz von Bedeutung sind. Energieeffizienz, Leistungsdichte, Intelligenz oder auch die Fähigkeit, die Anforderungen von Industrie 4.0 zu erfüllen, verlangen immer mehr eine differenzierte Betrachtung der jeweiligen Applikation. Nur so ist gewährleistet, dass diese Merkmale nicht auf einzelne Bauteile allein bezogen sind, sondern vielmehr das Gesamtkonzept eine zukunftssichere Investition darstellt.

Ein gutes Beispiel hierfür ist der Gedanke, Energie nach Bedarf bereitzustellen. Prozesse mit hoher Wiederholgenauigkeit, wie sie in Spritzgießmaschinen oder Pressen vorkommen, erreichen energieeffizient ihre gewünschten Leistungsspitzen oftmals durch Einsatz einer Kombination aus ventilgesteuertem Speicherbetrieb und variabler Pumpensteuerung. Ist in solchen Maschinen zusätzlich eine Schutzvorrichtung vorhanden, sodass miteinander verknüpfte Aufgaben nur nach dem Wenn/Dann-Prinzip ausgeführt werden dürfen, steigt die Komplexität des Systems. Aus Sicherheitsgründen müssen somit die Zustände von Hydraulikventilen anhand einer Schaltstellungsüberwachung aufgezeichnet und ausgewertet werden, um die Sicherheit von Bediener und Maschine zu gewährleisten.

Für Anwendungen mit hohen Sicherheitsanforderungen stellt Bucher Hydraulics bereits seit Jahrzehnten Wegesitzventile in Patronenbauweise her. Dieses Konzept bewährter Komponenten ist auch die Basis für eine Schaltstellungsüberwachung in sicherem Design. Dabei sind die saubere Trennung der einzelnen Elemente und die vielfältige Kombinierbarkeit der Funktionen das Fundament für einen modular aufgebauten Baukasten, der eine hohe Flexibilität hinsichtlich anwendungsspezifischer Lösungen bietet.

Präzision ist eines der wichtigsten Kriterien für Wegesitzventile und fängt schon bei der Fertigung der Teile an. Oberste Priorität hat ein effizienter und gleichzeitig stabiler Herstellprozess. Das beginnt bei der Auswahl der Maschinen und beinhaltet das Überwachen des Herstellprozesses samt Endbearbeitung.

Diese Genauigkeit wirkt sich auch bei Ventilen der Baureihe WR/WS auf deren Leistungsdichte aus und sorgt vor allem beim Verhältnis von Schaltleistung zu Delta-P für gute Werte. Selbst bei großem Hub lässt sich das Ventil dauerhaft sicher schalten, und die Druckverluste werden gering gehalten. Der Ventilhersteller legte die Schaltleistungsgrenze so aus, dass das Wegesitzventil trotz möglicher Unterspannung, erhöhter Temperatur und höchster Druckbelastung noch sicher funktioniert.

Mit dem Know-how aus anspruchsvollen Einsätzen, wie zum Beispiel in der Windenergie, wo die Ventile seit Jahren zur Steuerung der Pitch-Verstellung von Turbinen eingesetzt werden, entstand ein anpassungsfähiger Baukasten für leistungsfähige und zuverlässige Ventile. Die Technologie für Industrie 4.0 hat das Unternehmen bereits in Serienfertigung und beliefert mit intelligenten Ventilen (iValve) schon heute die Aufzugstechnik. Diese Ventile können sich dank Sensoren und Selbstlern-Algorithmen selber regeln und neu justieren. Daraus resultierende Kenntnisse und Erfahrungen wurden teilweise bereits in den Patronen-Ventilbaukasten übertragen und unterstützen den Anwender bei der Erstellung von intelligenten Steuerungen im Sinne von Industrie 4.0.

Bei Wegesitzventilen der Baureihe WR/WS sind Hydraulikteil und Sensor sauber vom Aktuator Magnetspule getrennt. Die Flexibilität des Magnetspulen-Baukastens bleibt in all ihren Facetten hinsichtlich Anwendungsaufgaben und -funktionen erhalten und kann dadurch zahlreiche Applikationen abdecken. Im Mittelpunkt stehen die WR/WS Ventile, die sich durch ihre Lebensdauer, Sitzdichtheit, hoher Arbeitsdruck, Schließgeschwindigkeit, Stabilität und Schaltleistungsreserven auszeichnen und umfangreiche EMV-, Schock- und Vibrationsprüfungen bestanden haben.

Die Ventilkonstruktion, kombiniert mit der Präzisionsbearbeitung des Herstellers, führt zu hoher Leistung auf geringem Bauraum, was oftmals den Einsatz einer geringeren Nenngröße zulässt. So ermöglicht ein Ventil in Nenngröße 10 mit einem M24-Gewinde immerhin einen Volumenstrom von 140 Liter pro Minute und selbst mit Schaltstellungsüberwachung werden 80 Liter pro Minute in NG10 erreicht. Bezogen auf die Größe steht das NG5 dem in nichts nach und bietet je nach Ausführung 30 bis 40 Liter pro Minute.

Die Kombination aus hoher Leistung, geringem Bauraum, Patronenbauweise und Sitzdichtheit ist nach Aussage des Herstellers einzigartig auf dem Markt. Dahingehend optimierte Maschinen zur Bearbeitung von Sitz und Sitzfläche sowie entsprechende Fertigungsprozesse bilden die Basis für ein sicheres Design, sodass auch einfachsitzdichte Ventile bei geringem Lastdruck zuverlässig die Position halten. Diese Sitztechnologie macht die Wegesitzventile WR zu geeigneten Komponenten, wenn hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt werden müssen. Alternativ steht die doppeltsitzdichte Variante WS zur Verfügung. So können Anwender Effizienz und Sicherheit mit nur einem Ventil umsetzen, da verlustarme Schaltungen im Speicherbetrieb keine zusätzlichen Ventile erfordern.

Für den Hersteller steht außer Frage, dass sicheres Design sowohl auf der Konstruktion einzelner Bauteile als auch auf der Betrachtung des Gesamtsystems beruht. Aus diesen Überlegungen entstand für die WR/WS-Ventile ein Kolben, der ein geringes Kolbenspiel aufweist und dessen spezifische Geometrie eine positive, schieberdichte Überdeckung ermöglicht. Infolgedessen erlaubt die Schaltstellungsüberwachung der schieberdichten Position den Einsatz als Sicherheitsschaltung. Abgesehen von der hohen Zuverlässigkeit erfüllt das Ventil auch Anforderungen an hohe Schaltgenauigkeit und geringe Leckage.

Neben dem Ventil ist die richtige Wahl der elektrischen Schnittstelle ein wichtiger Aspekt in puncto Sicherheit. Hierfür bietet das Unternehmen einen ausfallsicheren Sensor mit PNP-Ausgang (normal geschlossen) an, über den die Steuerleitung ein positives Signal bekommt. Somit können solche Ventile auch in der Mobilhydraulik eingesetzt werden. Der modulare Baukasten ermöglicht auch NPN und/oder Schließer statt Öffner. Die Frage, ob und wo dies sinnvoll ist, lässt sich jedoch erst in enger Zusammenarbeit mit dem Anwender und unter Einbezug aller Sicherheitsaspekte im Gesamtkontext klären.

Die dritte Komponente des Ventilbaukastens ist das Hochdruck-Nassanker-Magnetsystem. Die Konstruktion unterscheidet sich deutlich von anderen Systemen zur Schaltstellungsüberwachung. Die Magnetspule kann selbst während des Feldeinsatzes leicht gedreht und ausgetauscht werden. Da die Magnetspulen auf die Patronen aufgesteckt werden und funktionstechnisch unabhängig von der Ventiltechnik arbeiten, hat deren Wechsel weder Einfluss auf den Ölkreislauf und die Schaltstellungsüberwachung noch ist eine umständliche Demontage der Elektronik notwendig. Der Baukasten enthält verschiedene Spannungen und Stecker für die Magnetspule.

In Summe können Anwender anhand der Komponenten Ventil, Sensor und Magnetspule individuelle Sicherheitsschaltungen aufbauen. Flexibilität und Modularität erlauben die Anpassung von Bohrungsform, Schaltleistung, Volumenstrom, Delta-P, Sitzdichtheit, Signalart und Funktion des Sensors, Anzahl der Wegefunktion sowie die Auswahl der Nenngröße von NG5 bis NG16. Des Weiteren ermöglichen Stecker in Schutzklasse IP67 und eine spezielle Oberflächenbeschichtung Anwendungen mit extremen hydraulischen Belastungen sowie aggressiven Umgebungsbedingungen. Alle außenliegenden Teile sind deshalb als Schutz gegen Korrosion mit einem Zink-Nickel-Finish versehen, das standardmäßig einem 720-Stunden-Salzsprühnebeltest standhält. do

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