Eine bedarfsgerechte Ventilauswahl sichert die optimale Leistungsdichte. (Bild: Hydraforce)
Sind Ventilsystemhersteller auf eine einzige Ventiltechnologie beschränkt, kommt es häufig zu Not- oder übermäßig komplexen Lösungen. HydraForce und Bosch Rexroth Compact Hydraulics bieten die Möglichkeit, verschiedenste Ventiltechnologien zu kombinieren und auf diese Weise Steuerungssysteme zu kreieren, die wirtschaftlicher, kompakter und leistungsfähiger – und somit auch nachhaltiger – sind.
Der Maschinenbau hat laut einer OliverWyman-Studie großes Nachholpotenzial in Sachen Nachhaltigkeit. Die Berücksichtigung der zuliefernden Industrie sei jedoch entscheidend beim Erreichen der gesetzten Nachhaltigkeitsziele. Maschinenhersteller und Systemintegratoren können sich somit Wettbewerbsvorteile sichern, wenn sie auf nachhaltige und ressourceneffiziente Lösungen setzen, wie sie der Hybridventilansatz von HydraForce und Bosch Rexroth Compact Hydraulics ermöglicht.
Insbesondere die Kombination aus Einschraubventilen und Steuerventilen in Scheibenbauweise sowie die Integration von zusätzlichen Parts-in-Body-Ventilen und Sensoren ermöglichen optimierte Hybrid-Ventillösungen, die sich leicht in vorhandene Maschinenarchitekturen integrieren lassen. Dank des modularen Aufbaus ermöglichen diese Hybridlösungen eine anwenderfreundliche und wirtschaftliche Anpassung an individuelle Anforderungen der jeweiligen Anwendung. Durch die jeweilige Anpassung der Ventiltechnologie an die geforderten Durchflüsse und Drücke ergeben sich maximal effiziente Systeme bis 420 bar mit optimiertem Energiebedarf und optimaler Leistungsdichte. Der Hybridventil-Ansatz eliminiert überdimensionierte und ineffiziente Systemarchitekturen und trägt somit letztlich auch zu mehr Nachhaltigkeit bei.
Zwei Technologien, viele Vorteile
Markus Bißbort, Application Engineering Manager, bei HydraForce Hydraulics erläutert den Hybridsystem-Ansatz: „Funktionen, die Anwendungen mit verschiedenen Komplexitätsgraden kombinieren, profitieren besonders von solchen Hybridlösungen. Dabei werden Wegefunktionen, die höhere Durchflussraten benötigen, mit Sektionsventilen umgesetzt, während Funktionalitäten, die weniger komplex – oder gerade besonders komplex – sind, mit kompakten Einschraubventilen realisiert werden können. Kurz gesagt: Mit dem Hybrid-Ansatz steht unseren Kunden das Beste aus zwei Welten zur Verfügung!“
Die Sektionsscheibenventile erlauben durch die gegenüberliegende Magnetanordnung eine einfachere Realisierung einer symmetrischen Volumenstromkennlinie. Im Fall von intern vorgesteuerten Ventilen kann die Pilotsteuerung trotzdem auf einer Ventilseite angebracht werden, zudem lassen sich diese Ventile mit umfassender Onboard-Elektronik ausstatten. Ist der Bauraum jedoch besonders kompakt, können Einschraubventile mit ihren Doppelhubmagneten in Kombination mit optimiertem Steuerblockdesign eine platzsparende Alternative sein. Einschraubwegeventile können mit ihren optionalen integrierten Sensoren zudem ein anwendungsfreundlicher Weg sein, digitale Assistenzfunktionen in das Hydrauliksystem zu implementieren, und können mittels aufsteckbarem Controller ebenfalls einfach in vernetzte Systeme integriert werden.
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Lastkompensation und LUDV-Systeme
Insbesondere LUDV-Systeme (Lastdruckunabhängige Durchflussverteilung) profitieren in hohem Maß von Hybridventilsystemen. LUDV-Systeme verhindern, dass hydraulische Verbraucher auf dem höchsten Druckniveau nicht mehr versorgt werden, wenn weitere Funktionen den verfügbaren Volumenstrom des Systems abschöpfen. Mit LUDV-Systemen wird der Durchfluss anteilsmäßig über alle Verbraucher verteilt, so dass stets alle Funktionen zur Verfügung stehen und somit die optimale Produktivität des Hydrauliksystems sichergestellt ist.
LUDV-Systeme werden üblicherweise mit reinen Sektionsscheiben-Ventilen realisiert, da eine Umsetzung über Einschraubventile zu komplex wäre. Sie benötigen nur eine Druckwaage und keine zusätzlichen LS-Rückschlagventile. Jedoch lassen sich Einschraubventile mit integrierter und nachgeschalteter Druckwaage intelligent mit passenden Sektionsscheiben-Wegeventilen kombinieren, die besonders flexibel an die Anforderungen der individuellen Maschine angepasst werden können. Die Hybridventil-LUDV-Systeme sind dadurch kosteneffizienter, kompakter, leichter und effizienter als Lösungen, die lediglich auf eine Ventiltechnologie setzen.
Anwendungsbeispiele: Winterdienst und Gabelstapler
Mit einem hybriden Ventilsystem lassen sich flexible Maschinen mit vielseitigen, hydraulisch jedoch unterschiedlich anzusteuernden Funktionen effizient regeln. In Winterdienst-Fahrzeugen müssen etwa Zylinderfunktionen wie das Heben, Senken und Schwenken des Pflugs, das Kippen der Ladefläche sowie Motorfunktionen für das Salzstreuersystem geregelt werden. Optional können zusätzliche Funktionen wie Eisschieber, weitere Pflüge oder Anhänger integriert sein. Wie profitiert eine solche Maschine vom Hybridventilansatz?
Ein beispielhaftes System kann mit einem modularen Hybridventil realisiert werden, das aus einem Eingangs-Modul und Sektions-Wegeventilen besteht. Das Eingangsmodul steuert die Motorfunktionen über proportionale Durchflussregelventile. Die 2-Wege Streufunktion regelt ein Proportional-Durchfluss-Einschraubventil. Die Sektions-Wegeventile steuern die Zylinderfunktionen, wobei verschiedene Module wie entsperrbare Rückschlagventile, Druckbegrenzungsventile und Lasthalteventile jeweils optional integriert werden können. Diese Module halten Positionen leckagefrei, begrenzen Druck oder stabilisieren Funktionen wie das Kippen der Ladefläche.
Gabelstapler mit ihrer Vielzahl anspruchsvoller hydraulischer Funktionen profitieren besonders von Systemen auf Hybridventilsystembasis. Einschraub- und Sektionsventile in Kombination, eventuell sogar als Parts in Body in einen Monoblock integriert, gewährleisten geringen Bauraum, hohe Flexibilität und maximale Produktivität – also die Faktoren, auf die es bei diesen Kompaktmaschinen ankommt.
Wirtschaftlichkeit und Effizienz
Markus Bißbort fasst die Vorteile der Hybridventillösungen abschließend zusammen: „Modulare Hybridventilsysteme auf Basis von Standardkomponenten sind insbesondere in zeitkritischen Projekten eine Lösung, um mit geringem Engineering-Aufwand performante Fluid-Control-Systeme umsetzen. Maschinenhersteller profitieren von einer geringeren Time to Market, können schneller auf Marktveränderungen und -bedürfnisse reagieren und sich einen Wettbewerbsvorteil sichern.“ Zudem ergeben sich positive Effekte auf die Wirtschaftlichkeit, wenn eine Lösung aus Standardkomponenten realisiert werden kann. Zeit- und kostenintensive Anpassungen sind nicht oder kaum nötig.
Die maximalflexible Auslegung und Anpassung des Ventilsystems an den Bedarf des jeweiligen Hydrauliksystems resultiert in verbesserter Effizienz und der Option vorgelagerte Antriebskomponenten wie Pumpe und Motor downzusizen. Eine verbesserte Kraftstoff- und Energieeffizienz sind die Folge.