Eine Sektion, zwei Funktionen: Ventilsysteme verkleinern

Die CMT-Sektion ist eine Erweiterung von Eatons CMA-Ventilserie für mobile Maschinen. Diese Can-kompatiblen, elektrohydraulischen Ventile sind mit Onbord-Elektronik und Software-Algorithmen ausgestattet und bieten Kommunikation in Echtzeit. CMA-Ventilleisten können mit Hilfe von CMA-Sektionen (auch als CMZ-Sektionen bekannt) und CMT-Sektionen konfiguriert werden.

Die aufgelöste Kolbenbauform zählt zu den charakteristischen Eigenschaften von CMA-Sektionen. Dabei regeln zwei Schieber die Zuführung und den Rücklauf eines gemeinsamen bidirektionalen Aktuators. CMT-Sektionen machen sich das Design mit den zwei Schiebern zunutze, um zwei Funktionen anstelle von einer zu steuern.

Die CMA-Sektion ist wahlweise mit Arbeitsanschlüssen für 90 Liter pro Minute oder 200 Liter pro Minute erhältlich, während die CMT-Variante derzeit nur mit Anschlüssen für 90 Liter pro Minute verfügbar ist.

Eine einzelne CMT-Sektion ist in der Lage, zwei separate Maschinenfunktionen unabhängig voneinander zu steuern, sofern diese Funktionen nicht die Flexibilität und das Potenzial der aufgelösten Kolbenbauform erfordern. Durch die geringere Anzahl benötigter Sektionen verringert sich die Größe der Ventilblöcke und die Anzahl der Systemkomponenten. Die CMT-Sektion lässt sich ohne grundlegende Änderungen am System in CMA-Ventilbaugruppen integrieren, wenn diese mit CMA-90-Sektionen arbeiten, die auch als CMZ-90-Sektionen genannt werden.

CMT- und CMA-Sektionen benutzen identische Vorsteuerventile und bieten deshalb die gleiche Zuflussregelung und -genauigkeit. Kurz gesagt zeichnen sich CMT-Sektionen durch genaue Durchflussregelungsfunktionen für den Zufluss aus, die keine individuelle Ablaufdrosselungskontrolle erfordern.

Eine CMT-Ventilsektion enthält ein Paar 4/3-Schieber (drei Positionen, vier Wege). Die einzelnen Sektionen sind vorkompensiert, was einen gleichbleibenden Durchfluss unabhängig von der Belastung gewährleistet. Das CMT bietet außerdem Durchflussverteilung und nutzt zu diesem Zweck den gleichen Algorithmus-Standard wie die CMA-Serie.

Jede Sektion enthält zwei LVDT (linear variable Differenzialtransformatoren), welche die Positionen der Schieber überwachen. Darüber hinaus lesen zwei Drucksensoren den Zulaufdruck der verschiedenen Funktionen ab. LVDT, Drucksensor und Lageregler mit geschlossenem Regelkreis ermöglichen eine genaue und wiederholbare Durchflussregelung und eliminieren Hysterese. Eine abschließende Ventilkalibrierung durch den OEM ist nicht erforderlich, da sämtliche Sektionen auf ihre Durchflussgenauigkeit hin kalibriert werden. Der Ablauf-Abschnitt des Schiebers wird über herkömmliche Schieber-Aussparungen gesteuert; es stehen mehrere Aussparungskonfigurationen zur Auswahl, um anwendungsspezifische Anforderungen an die Ablaufsteuerung zu erfüllen.

CMA-Ventilleisten werden über ein externes Gerät wie zum Beispiel den HFX-Controller von Eaton gesteuert. Steuerungselemente auf Geräteebene kommunizieren mit Hilfe einer Can-Bus-Schnittstelle mit der Ventilleiste. Anders als herkömmliche elektrohydraulische Ventile erfordern CMA-Ventile nur vier Kabel: ein neun-bis-32-Volt-Stromkabel, Erdleiter, Can-High und Can-Low. Zusätzlich hat der Hersteller innerhalb seiner Plattform Pro-FX spezifische CMA-Funktionsbausteine entwickelt, die zur Steuerung von CMA- und CMT-Sektionen verwendet werden können. Diese Bausteine sollen die Integration der OEM-Steuerelemente erleichtern und die Geräteentwicklung beschleunigen.

Ein CMA-Ventilsystem kann aus CMA-Sektionen, CMT-Sektionen oder einer Kombination aus beiden bestehen. Auf diese Weise lässt sich eine Ventillösung konfigurieren, die in Leistung und Kapazität auf das Anwendungsgebiet abgestimmt ist. Für Funktionen, für die eine aufgelöste Kolbenbauform oder komplexere Steuerungsstrategien notwendig sind, eignet sich eher CMA. Bei Funktionen, die eine hohe Leistung und Durchflussregelung im Zulauf sowie eher standardmäßige Ablaufoptionen erfordern, sind Anwender hingegen mit CMT besser beraten.

Da beide Sektionentypen ein gemeinsames Vorsteuerventil nutzen, ist ihr Steuerungsdesign identisch. Der wichtigste Unterschied besteht darin, dass CMT nicht über die Doppelschieber-Steuerungsmethode von CMA verfügen. CMT-Sektionen arbeiten mit nur einem Schieber, weil sie beide Arbeitsanschlüsse über den 4/3-Schieber steuern können. CMT sind also dazu in der Lage, beide Schieber gleichzeitig zu betätigen: Der ausgesendete Befehl besteht aus zwei Einzelschieber-Signalen an das Vorsteuerventil, womit Betätiger 1 und 2 geregelt werden.

Die Entscheidung für eine CMT-Lösung bringt bestimmte Vorteile mit sich: Wenn der Lageregler mit geschlossenem Schaltkreis, der Teil der Bordelektronik ist, einen Befehl zu einem bestimmten Durchfluss erhält, sorgt er für eine genaue und wiederholbare Zuflussregelung.

Klammerhalterungsfunktionen und die Verringerung von Überdruckverlusten am Hubende des Zylinders erfordern beispielsweise eine grundlegende Kraftregulierung. Zu diesem Zweck sind die Bordsensoren und Algorithmen der neuen Komponente dazu befähigt, eine druckverringernde Funktion auszuüben, ohne dass dazu zusätzliche Komponenten erforderlich wären. Ist die Druckbegrenzung aktiviert, verringert beziehungsweise stoppt das CMT den Betätiger, sobald der vorgegebene Maximaldruck erreicht wird. Sobald der Druck unter den Begrenzungswert fällt, führt die Komponente wieder den Standard-Durchflussbefehl aus. Nutzer können den Maximaldruck elektronisch auf einen beliebigen Wert einstellen, solange er innerhalb der angegebenen Bandbreite des Ventils liegt.

Die Fähigkeit, zwei separate Funktionen von einer Sektion aus zu steuern, reduziert Ventilsystemkosten, -größe und -gewicht. Um beispielsweise zehn Funktionen auszuführen, benötigt ein Anwender nur fünf statt zehn Sektionen. Die für den Betrieb eines herkömmlichen Ventils erforderliche Elektronik — zehn I/O-Controller mit 20 Kabeln (Strom- und Erdleitungen) — reduziert sich auf einen einfachen Can-Controller mit vier Kabeln (Strom, Erdleiter, Can-High und Can-Low).

Beide Sektionstypen verwenden den gleichen Einlass. Dieser generiert das Lastabhängigkeitssignal, das über ein Bordelektronik-Ventil an die Pumpe gesendet wird. Die Lastabhängigkeit kann im Automatikmodus arbeiten. Dabei wird mit Hilfe von Sensoren in den CMT-Sektionen die höchste Lastabhängigkeit kommuniziert, oder es wird vorab ein gewünschter Druck festgelegt.

Wenn eine Plattform über mehrere CMA-/CMT-Ventilbaugruppen verfügt, wird die Lastabhängigkeits-Druckinformation elektronisch an den Haupteinlass weitergegeben, wodurch keine Richtungswechsel erforderlich sind wie bei herkömmlichen Lastabhängigkeitsventilen. Die elektronische Generierung der Lastabhängigkeit bietet außerdem die Möglichkeit, den Spielraum zwischen den Sektionen situationsabhängig festzulegen, wenn eine Funktion etwa mehr Durchfluss (also einen größeren Spielraum) oder höheren Druck (also einen geringeren Spielraum) erfordert.

Wenn eine Sektion gewartet werden muss, kann der Ersatz-Algorithmus der Bordelektronik die mechanischen und Anwendungsdaten in die neue Sektion kopieren. Dank dieser Option muss der Techniker die Sektion nicht neu programmieren, sondern braucht nur den Ersatz-Algorithmus auszuführen.

Forstmaschinen zählen zu den Anwendungsbereichen, die von höherer Leistung und Produktivität profitieren. Die Fahrt- und Arbeitssysteme von Geräten wie Kombi-Forstmaschinen, Erntemaschinen, Gatterentastern, Mulchern, Kippmastgeräten und Holzladekränen müssen stark belastbar sein. Nur mit geeigneter Ventiltechnologie kann eine solche Maschine die vom Fahrer ausgewählten Betriebsfunktionen schnell umsetzen. Insbesondere die Schieber müssen ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten aufweisen und selbst unter den harten Bedingungen, die bei der Forstarbeit herrschen, verlässlich steuerbar sein.