Seilwinden laufen synchron dank elektrischer Regelung

Gleichlauf ist in hydraulischen Systemen häufig gefordert, zum Beispiel, wenn Zylinder in mobilen Maschinen synchron ein- und ausfahren oder wenn in Müllverbrennungsanlagen Schieber betätigt werden. Das Schwierige dabei ist, die Reaktionszeiten von Regelungselektronik, Ventilsteuerung und Volumenstrom so zu bestimmen, dass die Abweichungen der hydraulischen Antriebe im vorgegeben Toleranzrahmen bleiben.

Dies gilt umso mehr wenn es sich, wie im vorliegenden Fall, um komplett getrennte hydraulische Systeme mit getrennten Aggregaten und Pumpen samt möglicherweise unterschiedlichen Viskositäten und Strömungsverhältnissen handelt. Böttcher Hydraulik und Consulting hat zusammen mit Hawe Hydraulik eine solch knifflige Lösung für ein Riesenrad erarbeitet – und das in Corona-Zeiten sogar remote per Online-Zusammenarbeit.

Willenborg Riesenrad ist ein Münchner Schaustellerunternehmen, das sich seit 1960 auf den Betrieb transportabler Riesenräder spezialisiert hat. Da die Riesenräder mobil sein müssen, sind alle Bauteile auf separate Trailer, für den Transport mit LKWs, verteilt. Im Zuge des Aufbaus werden die Trailer zueinander ausgerichtet, positioniert und verriegelt.

Über Hydraulikzylinder werden die Masten aufgestellt, andere Bauteile sowie die Speichen des Rades werden mit hydraulischen Winden angehoben und montiert. Jeder Trailer hat sein eigenes Hydrauliksystem. Die breiten und rund 20 Meter langen Speichen müssen für die Montage gleichmäßig parallel von zwei Winden angehoben werden.

Hier ist Sorgfalt vonnöten, da schief angehobene oder pendelnde Bauteile zu erheblichen Beschädigungen führen können. Auf den rund 25 Metern Zughöhe der beiden Winden darf maximal vier Zentimeter Versatz auftreten.

Vor dem Umbau auf die elektronische Regelung wurden die zwei Winden nur per Taster und dem Augenmaß des Bedieners gesteuert. Es gab dabei für jede Winde zwei Ventile, je eines für langsame Last- und schnelle Leerfahrten, die jeweils schwarz-weiß angesteuert wurden.

Diese Betriebsart, nur auf oder zu, führte einerseits zu einem Ruck beim Anfahren, andererseits war ein Ungleichlauf nur schwer und auch nur bei sehr langsamen Geschwindigkeiten durch den Bediener auszugleichen. Da diese Prozedur für zwölf Speichen durchzuführen ist und sowohl beim Auf-, als auch beim Abbau, galt dieser Arbeitsschritt als ziemlicher Zeitfresser.

Böttcher Hydraulik und Consulting aus Lüneburg arbeitet seit rund 20 Jahren erfolgreich mit dem Riesenradbetreiber zusammen. Als es darum ging, den Aufbauprozess zu beschleunigen, überlegten sich die Techniker rund um Olaf Böttcher ein Konzept, wie der Gleichlauf elektronisch unterstützt werden könnte. Grundidee war der Einsatz von Drehgebern, um die exakte Geschwindigkeit der Winden zu erfassen, die Umstellung der Ansteuerung der Proportionalventile von schwarz-weiß auf proportional sowie ein Master-Slave-System, bei dem der Bediener beide Winden mit einem Joystick steuert und diese exakt elektronisch synchronisiert werden.

Um die Idee umzusetzen, brauchte Böttcher zusätzliches Elektronik- und Programmier-Know-how. Das fand er bei seinem langjährigen Geschäftspartner und Lieferanten Hawe Hydraulik. Die Münchner Hydraulik-Spezialisten haben neben ihrem umfangreichen Portfolio an Aggregaten, Pumpen, Ventil- und Steuerblöcken für Mobil- und Stationärhydraulik auch seit längerem eine passende Auswahl an elektronischen Zusatzkomponenten, die speziell auf die Hydraulik-Komponenten abgestimmt sind – unter anderem programmierbare Ventilsteuerungen.

„Praktischerweise waren in den Riesenrädern bereits Proportionalventile des Typs PSL von Hawe verbaut, die bisher nur schwarz-weiß angesteuert worden waren“, erklärt Olaf Böttcher. „Dadurch konnten wir die neue Regelungstechnik ohne wesentliche Umbauarbeiten an der Hydraulikinstallation sehr schnell umsetzen, indem wir die Kleinsteuerung CAN-IO von Hawe verwenden.“

Die programmierbare Ventilsteuerung Typ CAN-IO 14+ ist eine frei programmierbare SPS mit integriertem Proportionalverstärker. Durch die Stromrückmessung an den Ventilausgängen sind sehr präzise Funktionen abbildbar. Sie ist über SPS-Softwarebausteine programmierbar. Die Anzahl der digitalen und analogen Ein- und Ausgänge kann variabel konfiguriert werden, als Schnittstellen sind RS 232 und CAN-Bus verfügbar.

„Nachdem wir das Konzept erstellt hatten, haben die Experten bei Hawe Hydraulik für uns die passende Software programmiert. Das Beeindruckende dabei war, dass der ganze Prozess online ablief“, ergänzt Böttcher.

Denn der Projektzeitraum fiel genau in die Zeit des ersten Corona-Lockdown. Entsprechend hat sich Anwendungsentwickler Georg Friede von Hawe Hydraulik vorab Videos der Anwendung angesehen, hat sich digital per Teams oder Teamviewer mit den Technikern bei Böttcher ausgetauscht und am Ende auch eine Online-Schulung zur weiteren Parametrierung der Steuerung durchgeführt.

Der digitale Prozess lief zur vollsten Zufriedenheit auf beiden Seiten: „Dieser Online-Support war extrem produktiv“, freut sich Olaf Böttcher, „es fallen keine Reisezeiten an, keine Totzeiten.

So konnten wir das Projekt von der Planung bis zur Inbetriebnahme in zweieinhalb Monaten realisieren. Diese gute und produktive Zusammenarbeit mit Hawe Hydraulik, so etwas findet man heute sehr selten.“

Nichtsdestotrotz waren die Vorgaben zum geforderten Gleichlauf eine Herausforderung. Ungleichheiten müssen ja erst einmal detektiert werden, bevor das System reagieren kann. Die Steuerung braucht Zeit, das Ventil muss noch reagieren, je nach gefahrener Geschwindigkeit sind enge Toleranzen da schwer zu halten. Deshalb hat Böttcher vor der Implementierung in der Anlage zunächst noch einen Laborversuch bei sich im Betrieb durchgeführt. Auf der Anlage wurden nach dem Einbau vor Ort zunächst noch einige Tests, unter anderem mit einer zwischen den Winden eingespannten Wasserwaage, gefahren. Das Ergebnis: Die Bedienung über einen Joystick auf zwei Seilwinden funktioniert bei unterschiedlichsten Geschwindigkeiten und unterschiedlichen Lasten sehr gut. Die Wasserwaage zeigte nur minimale Abweichungen von wenigen Millimetern auf die 20 Meter Fahrstrecke. Der Umbau gilt als voller Erfolg.

„Sowohl wir, als auch die Verantwortlichen beim Riesenradbetreiber waren positiv überrascht“, resümiert Olaf Böttcher. „Der Kunde hat das Riesenrad mittlerweile mehrfach auf- und wieder abgebaut und berichtet von einer großen Zeitersparnis, ohne Schäden an seinem Riesenrad befürchten zu müssen.“