Katamaran

Aus breit mach schmal: Bei Platzmangel oder im Hafen zieht der Katamaran wasserhydraulisch die beiden Schwimmer an den mittleren Rumpf heran (rechts oben). Großes Bild: Futura Yacht Systems

Mit der zweiten Generation der Water Hydraulics Proportionalventile will der Hersteller Krisch-Dienst Fluidtechnik neue Anwendungsbereiche für die Klarwasserhydraulik erschließen. Mit den Ventilen lassen sich beispielsweise Bewegungsabläufe in die Hydraulik übersetzen, die mit Joystick gesteuert werden.

Futura PRIMA

Bild: Krisch-Dienst

Die Wasserhydraulik hat ihre Besonderheiten: So gibt es nur drei Materialien, die korrosionsbeständig genug sind, aber auch hinreichend der Kavitation beziehungsweise Erosion standhalten und daher für Klarwasser-Systemkomponenten verwendet werden: Edelstahl, Keramik und spezielle Hochleistungskunststoffe.

Futura PRIMA 2

Bild: Krisch-Dienst

Dazu kommt die niedrige Viskosität von Wasser, wegen der kleinste Verstellwege im Ventil eine große Auswirkung auf die Änderung im Volumenstrom haben beziehungsweise im Druck. Zusätzlich ist Trinkwasser ein nur gering schmierendes Medium, dadurch liegen die Haft- und die Gleitreibung der Ventilbauteile relativ weit auseinander.

Durch das Verharren in der Haftreibung wird eine Änderung der Ventileinstellung zunächst erschwert, sobald aber bewegliche Bauteile in die Gleitreibung wechseln, kann das Ventil den gewünschten Sollwert leicht überschwingen.

Daher war der wesentliche Entwicklungsschritt, die bisherigen Proportionalmagneten durch Schrittmotoren mit linearer Bewegung zu ersetzen.

Die Schrittmotoren entwickeln eine relativ hohe Kraft zur Überwindung der Reibungen und dadurch eine hohe Stell- und Wiederholgenauigkeit. Unabhängig vom Reibungszustand der Ventilbauteile könne eine Position damit jetzt exakt angefahren werden, so der Hersteller.

Leitungswasser in der Baggerhydraulik

Einer der ersten Anwender wird der Technikcampus Friedrichshafen der Dualen Hochschule Ravensburg sein. Dort haben die Studenten Dominik Blendl und Christian Raach als Projektarbeit einen Wasserhydraulik-Bagger gebaut. Dieser soll nun auf Proportionalventile umgerüstet werden, um den Baggerarm dosierter bewegen zu können.

Das Einzelstück ist das Ergebnis von 600 Stunden Arbeit: Die Studenten konstruierten und entwickelten die Baggermechanik, integrierten das wasserhydraulische System und schlossen das Aggregat an das Hausstromnetz an. Der Bagger wird aktuell über Handventile gesteuert, mit denen die verschiedenen Hydraulikzylinder bewegt werden.

Der Studiengangsleiter Prof. Thorsten Sauer und die Laboringenieurin Anne Pohl hatten das Projekt initiiert und betreut. Die Ventile, Kolben und Zylinder steuerte Krisch-Dienst Fluidtechnik bei, das Unternehmen beriet die Studenten außerdem bei der Komponentenauswahl.

Wasserhydraulikbagger

600 Stunden Arbeit steckten Studenten der Dualen Hochschule Ravensburg in die Konstruktion und Entwicklung des Wasserhydraulik-Baggers. Bild: DHBW-Ravensburg

Inzwischen ist der Bagger einsatzbereit, auch wenn noch einige Verbesserungen geplant sind: Neben der Umrüstung auf Proportionalventile plant die Hochschule einen Joystick und ein Bediendisplay. Außerdem soll die Maschine drehbar werden und möglicherweise zu einem Schreitbagger für eine verbesserte Beweglichkeit auf verschiedenen Untergründen weiterentwickelt werden.

Ein wandelbares Schiff

Für die kommerzielle Anwendung ist die Futura Yacht ein Kandidat. Dabei handelt es sich um einen Katamaran, der seine beiden Schwimmer ein- und ausfahren kann: Für die Navigation in engen Gewässern und im Hafen werden die äußeren Rümpfe herangezogen, die Schiffsbreite schrumpft auf 4,7 Meter. Auf See streckt sich der Katamaran zu seiner vollen Breite von acht Metern, um so die Stabilität einer Hochseeyacht zu erreichen.

Damit sich die beiden Schwimmer horizontal unter den zentralen, mittleren Rumpf schieben können, sind sie anders geformt als normalerweise üblich. Daher enthalten sie auch keinen Wohnraum, wie das sonst meist der Fall ist. Die Schwimmer sorgen für Auftrieb und Querstabilität und dienen ansonsten nur als Stau- und Aggregat-Raum. Das hat den Vorteil, dass die Hersteller die Form hydrodynamisch und funktional auf Geschwindigkeit, Gewichtsverteilung und Sicherheit trimmen konnten, ohne Rücksicht auf die Bewohnbarkeit nehmen zu müssen.

Die aktive Gleichlaufsteuerung für das Ausfahren der Schwimmer könnte bei künftigen Exemplaren der Reihe über die neuen Proportionalventile realisiert werden.

Autorin: Dagmar Oberndorfer, Redaktion

Technik im Detail

Varianten des Ventils

Ventil

Eines der ersten Fotos der zweiten Generation der Water Hydraulics Proportionalventile.Bild: Krisch-Dienst

Die zweite Generation der Water Hydraulics Proportionalventile wird seit September 2014 geliefert. Die Ventile in Nennweite sechs haben einen Betriebsbereich von 1 bis 160 bar bei bis zu 30 Litern pro Minute.

Zeichnung des Ventils

Bei der Entwicklung der zweiten Generation des Ventils stellte der Hersteller auf Schrittmotoren mit linearer Bewegung um. Bild: Krisch-Dienst

Durch die Bauform der Schrittmotoren ist es möglich, bis zu vier Ventile auf einen TWHC-Standardventilblock aufzubauen. Der Anbieter stellt drei Varianten des Bauteils her, die jeweils für die Ventilblockmontage oder als „Stand Allone“ mit G ¼-Zoll-Anschlüssen gefertigt werden:

  • 4/3 Wege Ventil (Mittelstellung P geschlossen, A+B+T gebrückt)
  • 4/2 Wege Ventil
  • Druckregelventil

Geliefert werden die Ventile nach Firmenangaben mit Verstärkungs- und Ansteuerungselektronik.

Die wasserhydraulischen Bauteile sind ansteuerbar mit ein bis zehn Volt beziehungsweise mit RS232-Signalen.