Claas Feldhäcksler

Claas bietet mit zwei Baureihen und insgesamt elf Modellen das nach wie vor breiteste Leistungsspektrum an Feldhäckslern weltweit an. Vom Einzug bis zum Auswurfkrümmer beweist das Unternehmen mit dieser Maschine immer wieder höchste Ingenieursleistung und Innovationsführerschaft. Bild: Claas Maschinen

Das Anwendungsspektrum der Hydraulik ist riesig, und keine Hydraulikanwendung wäre ohne Ventile möglich. Die fluidmechatronischen Systeme erfüllen dabei unterschiedliche Aufgaben. So dosieren sie den Volumenstrom, steuern Kraft- beziehungsweise Momentübertragung und begrenzen Drücke. Die Ventilhersteller stehen immer wieder vor der schwierigen Aufgabe, die Ventileigenschaften auf die jeweiligen Anwendungsfälle abzustimmen und bestimmte Eigenschaften zu optimieren. Das ist beispielsweise Robustheit, die sich erreichen lässt, wenn die Kavitationsneigung reduziert und eine thermische Überlastung des Aktors vermieden wird und die Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung gering ist.

Ventilblock, Bild: Claas Maschinen
Ventilblock eines Class Jaguar-Feldhäckslers mit verschiedenen Mitteldruckfunktionen, zum Beispiel der Krümmersteuerung. Bild: Claas Maschinen

Wenn die Strömungsführung innerhalb des Ventils verbessert wurde und eine akustisch günstige Integration in die Maschinenkonstruktion gelungen ist, dann sind das Ventil und auch die Maschine leise. Optimierte Elektromagnete gewährleisten eine schnelle und dynamische Ventilaktorik. Funktionale Sicherheit und damit eine sichere Bedienung lassen sich durch verbaute Komponenten mit einer hohen Lebensdauer erzielen. Die Eigenschaft „energieeffizient“ wird dem Ventil zugeschrieben, wenn beispielsweise die Strömungsgeometrie zwischen Zu- und Ablaufkante optimiert wurde.

Die wenigen Beispiele zeigen, wie kompliziert die Entwicklung von Hydraulikventilen ist. Immer öfter gehen Maschinenhersteller dazu über, die für sie passenden Systeme selbst zu entwickeln. Aber auch Ingenieurdienstleister wie Hydrive Engineering aus Dresden erarbeiten in Forschung- und Entwicklungsaufträgen für Hersteller und Anwender neue und innovative Antriebslösungen auf diesem Gebiet. Die Kunden von Hydrive profitieren sowohl von den jahrelangen Erfahrungen im universitären Forschungsbereich als auch von dem praktischen Know-how aus der industriellen Anwendung elektrohydraulischer Antriebs- und Steuerungstechnik.

Dr. Dirk Wehner, Mitarbeiter des Dienstleisters Hydrive, zeigt Lösungsansätze auf: „Im Mittelpunkt unserer Arbeit stehen maßgeschneiderte Antriebs- und Steuerungslösungen für unsere Kunden. Dem Maschinenhersteller bietet sich heute eine Vielzahl von Steuerungsmöglichkeiten. Üblicherweise lässt sich aber nicht ohne Weiteres erkennen, welches das beste Hydraulik-Ventilsystem für die jeweilige Anwendung ist. In Antriebskonzeptionen und Simulationsstudien stellen wir diese Systeme vergleichend gegenüber und entwickeln gemeinsam mit dem Kunden die jeweils vorteilhafte Variante aus.“

Simulationsmodelle nutzen

"Meist lässt sich nicht ohne Weiteres erkennen, welches das beste Hydraulik-Ventilsystem für die jeweilige Anwendung ist. Deshalb bieten Simulationsmodelle eine gute Alternative, um Strukturen und Ansteuerstrategien kostengünstig zu optimieren."

Dienstleister simuliert mit Rechnermodell

Werden verschiedene Grundfunktionen von Hydraulikventilen kombiniert, lässt sich eine große Vielfalt an Steuerungsfunktionen ableiten. Diese Ventilsysteme werden typischerweise von den Hydraulikventilherstellern als Baukastensystem angeboten, und die Anwender stellen sich die Funktionalitäten entsprechend den Erfordernissen ihrer Anwendung zusammen. Die Optimierung zielt darauf ab, verschiedene Grundfunktionen aufeinander abzustimmen und eine geeignete Strategie für die elektronische Ansteuerung zu entwickeln. Hier sieht Wehner die größten Optimierungspotenziale: „Häufig werden die ausgewählten Ventilfunktionen nur unzureichend an den Erfordernissen der Anwendung gespiegelt. Deshalb bieten Simulationsmodelle eine gute Alternative, um Strukturen und Ansteuerstrategien kostengünstig zu optimieren.“

Mitunter sind bei bestimmten Anwendungen die Anforderungen so speziell und die Stückzahlen so hoch, dass sich die individuelle Entwicklung eines Ventilsystems lohnt. Die Automobilbranche entwickelt beispielsweise ihre Ventilsteuerungen grundsätzlich für eine bestimmte Fahrzeugfunktion. Das bietet die Möglichkeit, einerseits auf Bauraumerfordernisse und andererseits auf spezielle Funktionalitäten gezielter einzugehen.

Die Ingenieure von Hydrive unterstützen auch solche Aktivitäten. Für einen Kunden aus der Automobilzulieferindustrie haben sie ein detailliertes Simulationsmodell eines Druckregelventils entwickelt. Dieses Ventil ist eine der wichtigsten Komponenten einer aktiven Wankstabilisierung für höherwertige Pkw-Fahrwerke.

Mit dem Simulationsmodell sollte sich sowohl das Verhalten des Ventils als auch das Systemverhalten am Rechner genau vorhersagen und untersuchen lassen. Damit kann der Anwender unter anderem das Ventildesign anpassen. In der Praxis wurde mit dem Simulationsmodell das Schieberdesign verbessert – ohne aufwendige Versuchsreihen im Prüffeld durchzuführen.

Darüber hinaus zielt die Weiterführung der Modellbildung darauf ab, das Ventilmodell in ein umfassenderes Gesamtmodell der Wankstabilisierung einzubinden. Mit der Berücksichtigung von Pumpe, elektronischer Steuerung und dem eigentlichen Wank-Aktor ist es möglich, das Verhalten während eines typischen Fahrmanövers genauer zu untersuchen. Das verbessert das Verständnis von Ursache und Wirkung und ermöglicht eine gezielte Abstimmung wichtiger Systemparameter, die weit über das Ventildesign hinausgehen.