Zukunftssichere Hydraulikventile sind variabel, effizient und anwenderspezifisch

Anwender erwarten, dass Hydraulik den gleichen Komfort bietet wie andere intelligente Antriebstechnologien – also Bereitstellung von Simulationsdaten, Tools für die Online-Konfiguration, einbaufertige Module, die Verlagerung von Funktionen in die Software sowie intelligente digitale Assistenzfunktionen bei der Inbetriebnahme.

„Der wichtigste Trend ist die Elektronifizierung, besser gesagt die Digitalisierung der Hydraulik“, so schätzt es Dr. Steffen Haack ein, Vorstands-Mitglied bei Bosch Rexroth – zuständig für die Business Unit Industrial Applications und Koordination Vertrieb. Dank Digitalisierung werde bei Bosch Rexroth die Hydraulik zukunftssicher, weil sie sich nach Einschätzung des Experten damit gleichberechtigt mit elektromechanischen oder elektrischen Antrieben nahtlos in vernetzte Umgebungen wie Industrie 4.0 einfügen lasse.

Seit Jahren treibt Bosch Rexroth die Entwicklung voran. Dafür werden alle physikalischen Vorteile der Hydraulik bewahrt, zudem mit der Flexibilität softwarebasierter Regler verbunden. Haack erläutert: „Wir haben deutliche Fortschritte bei der Energieeffizienz und der vorausschauenden Wartung für eine höhere Anlagenverfügbarkeit erreicht.“ Überdies sind in der Mobilhydraulik für Bosch Rexroth Gewichtsreduktion und mehr Leistung auf weniger Bauraum wichtig. „Wir bieten hier beispielsweise mit der A1VO eine neue Axialkolben-Verstellpumpe speziell für kleine Traktoren und Werkzeugmaschinen an“, sagt Haack, der aber grundsätzlich bei der Software-Entwicklung die größten Veränderungen sieht.

Die speziell für das Segment der kleineren Traktoren entwickelte Axialkolben-Verstellpumpe A1VO von Rexroth reduziert den Dieselverbrauch um bis zu 10.000 Liter – und das über die gesamte Nutzungsdauer von 6000 Betriebsstunden. Bild: Bosch Rexroth

„So haben wir aktuell die Baureihe an elektronischen Druck- und Förderstromreglern um eine Multi-Ethernet-Variante erweitert.“ Sie verringere den Energieverbrauch um bis zu 80 Prozent und komme je nach Anwendung mit einer deutlich reduzierten Leistung aus. Auch zur Nachrüstung in bereits installierte Axialkolbenpumpen sei sie sehr gut geeignet. Anwender müssten lediglich das Regelventil mit On-Board-Elektronik sowie den Schwenkwinkelsensor austauschen.

Plug-and-Play und vieles mehr

Energieeffizienz ist nach wie vor eine Vorgabe, die Bosch-Rexroth hydraulisch etwa durch drehzahlvariable Pumpenantriebe erreicht. Die Hydraulik-Aggregate ABPAC steigern die Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen. Diese Antriebe überwachen sich mit eigener Intelligenz selbst und erkennen Verschleiß, bevor es zu einem ungeplanten Ausfall kommt.

Dem Trend zu bedienerfreundlichen Maschinen kommen wir mit unserer innovativen Produktpalette und insbesondere dem EHA entgegen.
Daniel Ferres, Produktmanager
Mobilhydraulik bei Thomas. Bild: Thomas

Daniel Ferres, Produktmanager Mobilhydraulik beim Unternehmen Thomas, erläutert, dass auch sein Unternehmen die Elektrifizierung von Arbeitsmaschinen voran treibt: „Hierbei spielen steigende Funktionsumfänge, höhere Effizienz sowie mehr Sicherheit in den Maschinen eine wichtige Rolle.“ Unter anderem hohe Temperaturen, starke Vibration und eine teilweise hohe Verschmutzung des Betriebsmediums führten zu höchsten Beanspruchungen der Hydraulikkomponenten.

Neben Entwicklungen wie ATEX/IECEx-zertifizierten-Ventilen, integrierter Fail-Safe-Funktion und inversen Druckregelventilen hat der Geschäftsbereich Mobilhydraulik von Thomas in den letzten Jahren eine ganze Menge in die Entwicklung elektronischer Steuerungen investiert. Das Ergebnis ist ein kostenoptimales, kompaktes, elektrohydraulisches Steuersystem mit integrierter Sensorik. Daniel Ferres erläutert dazu: „Wir haben mit dem Elektrohydraulischen Aktuator (EHA) ein Zukunftsprodukt entwickelt, das alle diese Aspekte in einem kompakten System vereint.“

Die selbstständig regelnde hydraulische Steuereinheit besteht aus zwei Proportionaldruckminderventilen, die zusammen mit einer Steuerelektronik und einer redundanten Positionssensorik in einem Druckgussgehäuse verbaut sind. Eine komfortable Fehlerdiagnostikfunktion, die schnelle Software-Adaption sowie das gegenseitige Parameter-Backup – Plug-and-Play – machen den EHA zu einer zuverlässigen und zugleich flexiblen Steuereinheit.

Eine komfortable Fehlerdiagnostikfunktion, die schnelle Software-Adaption sowie das gegenseitige Parameter-Backup (Plug-and-Play) machen den EHA von Thomas zu einer zuverlässigen, flexiblen und sicheren Steuereinheit. Bild: Thomas

Die Sicherheitsfunktion wird durch den integrierten Wegmess-Sensor realisiert, der die Funktion des Kundensystems überwacht. Die Entwicklung erfolgte nach dem Sicherheitsstandard SIL2 gemäß DIN EN ISO 13849 bzw. ISO 25119. So wird der EHA von Thomas als Vorsteuereinheit in Hydraulikhauptstufen von Kranen, Traktoren, Kommunalfahrzeugen und Betonpumpen eingesetzt.

Ventile für variable Durchflussmengen

Aufgrund ganz unterschiedlicher Anforderungen an die Steuerungsfunktionen in verschiedenen mobilen Arbeitsmaschinen hat Hawe Hydraulik das Proportional-Wegeschieberventil Typ EDL entwickelt. Beispielsweise benötigen einige Maschinen große Durchflussmengen, andere Anlagen hingegen nur eine vergleichsweise geringe Durchflussmenge. Für hydraulische Positionier- und Stellfunktionen in Landmaschinen und Kommunalfahrzeugen genügt in der Regel eine Menge von unter einem bis 50 l/min. Und es kommt darauf an, die Funktionen exakt auszuführen.

Kompakt und für eine Vielzahl mobiler Maschinen geeignet: das neue Proportional-Wegeschieberventil Typ EDL von Hawe Hydraulik. Bild: Hawe, Hydraulik

Das EDL-Wegeschieberventil wurde in kompakter Bauweise realisiert und ermöglicht dadurch eine hohe Leistungsdichte des Hydrauliksystems auf engstem Raum. Mit der Auslegung auf einen Systemdruck bis 320 bar ist es auch druckfester als vergleichbare Produkte, schneidet aber aufgrund eines sehr geringen Durchflusswiderstandes im Bereich Energieeffizienz deutlich günstiger ab als andere am Markt gehandelte Ventile. Dem Wunsch nach Zusatzfunktionen kommt Hawe Hydraulik nach, indem das EDL-Ventil um Sektionen des Proportional-Wegeschieberventils aus der Baureihe PSL erweitert wird. Dieser Ventiltyp ist vorgesteuert, und je nach Anforderung sind drei Baugrößen für Volumenströme bis jeweils 60, 120 und 240 l/min verfügbar. Alle drei Baugrößen sind mit Zwillingsmagneten ausgestattet. Das mindert den Aufwand für die Ventilverkabelung bei der Installation.

Druck exakt einstellen

Argo-Hytos hat sein Produktspektrum um das Druckbegrenzungsventil SR1A-B2 erweitert, das für den Einsatz in Hydraulikspeicherkreisläufen konzipiert wurde und vom TÜV Süd zertifiziert ist. Es handelt sich um ein direktgesteuertes Druckbegrenzungsventil in Einschraubbauweise 7/8-14UNF. Der Aufbau als Sitzventil gewährleistet minimale Leckagen bei geschlossenem Ventil. Die Optimierung des Dämpfungsverhaltens bewirkt eine sehr gute Ventildynamik unter Einhaltung einer stabilen Funktion.

Der maximale Betriebsdruck beträgt 420 bar, der maximale Volumenstrom liegt bei 60 l/min. Für eine exakte Druckeinstellung stehen dem Kunden sieben Ventildruckstufen zur Verfügung. Der Öffnungsdruck kann im jeweiligen Druckstufenbereich durch eine Verstellschraube eingestellt sowie mit einer Kontermutter fixiert werden. Die Dichtungen ermöglichen den Einsatz des Ventils in Umgebungsbedingungen von -30 bis zu 120 °C.

Interview mit Hansgeorg Kolvenbach, Parker Hannifin

Die Ventile sind die Elemente, die die Funktion und Leistungsfähigkeit eines Hydrauliksystems maßgeblich beeinflussen.
Hansgeorg Kolvenbach, General Manager Parker Hannifin. Bild: Parker

Industriehydraulikventile für vernetzte Produktionssysteme

Parker produziert Hydraulikventile für mobile Anwendungen, die in praktisch allen mobilen Geräten, Anlagen und Fahrzeugen eingesetzt werden. So im Block zu montierende Steuerventile, Antriebssteuerungsventile, fernbetätigte Steuerventile, Wegeventile und verteilermontierte Richtungs- und Proportionalventile. fluid sprach mit Hansgeorg Kolvenbach, General Manager Hydraulic Controls Division Europe bei Parker Hannifin.

Was sind aus Ihrer Sicht aktuell die wichtigsten Herausforderungen?

Um zukünftig auf die Vernetzung der Produktionssysteme in den Werkhallen von Industrie 4.0 vorbereitet zu sein, werden unsere Produkte intelligenter. Deshalb steht derzeit aus meiner Sicht die Digitalisierung der Industriehydraulikventile im Fokus. Sie werden Funktionen etwa in der vorbeugenden Wartung übernehmen. So erlaubt die integrierte digitale Ventilelektronik neben Positions- und Druckregelungen auch Selbstüberwachungs- und Diagnosealgorithmen. Unsere neuen direktgesteuerten Proportional-Wegeventile D1FC und D3FC verfügen zum Beispiel über eine inte-grierte Diagnosefunktion sowie ein hochauflösendes, direkt an den Ventilkolben gekoppeltes Wegmess-System. Zudem können sie über die optionale EtherCAT-Schnittstelle in ein entsprechendes Bussystem integriert werden.

Welche weiteren Techniktrends sehen Sie?

Wir arbeiten aktuell an neuen Antriebs- und Sensortechnologien, testen alternative Materialien und Fertigungsverfahren. Ventile sind die Elemente, die die Funktion und Performance eines Hydrauliksystems maßgeblich beeinflussen. Daher werden sie zunehmend anwendungsspezifisch angepasst, in die Anwendungsperipherie integriert und um Funktionen erweitert. Zum Beispiel vereinen unsere Hybridventile Regenerativ- und Standardschaltung in einem Gehäuse.

Welche Erwartungen stellen die Anwender an Zuverlässigkeit und Energieverbrauch?

Unsere Kunden legen großen Wert auf hohe Zuverlässigkeit. So werden lange Standzeiten vorausgesetzt, die weit über die historischen zehn Millionen Zyklen hinausgehen. Wir können mit unseren Produkten diese klassischen Lebensdaueranforderungen überbieten. In Bezug auf die Senkung der CO2-Emission und des Energieverbrauchs entwickeln wir verschiedene Lösungen, die den aktuellen Richtlinien und gesetzlichen Verordnungen Rechnung tragen. Der Energieeffizienzforderung begegnen wir beispielsweise mit optimierten Ventilkolben zur Minimierung der Drosselverluste, die an die jeweilige Anwendung angepasst sind. Auch spezielle Steuerkantengeometrien für Anwendungen, die über frequenzgeregelte Motoren-Pumpen-Kombinationen gespeist werden, gewinnen an Bedeutung.

Wo sehen Sie Wachstumsbranchen und -märkte für die Hersteller?

Das lässt sich nicht pauschal beantworten und hängt von der individuellen Unternehmensstrategie und dem jeweiligen Produktportfolio ab. Für Parker ergeben sich durch den Leichtbautrend in der Automobilindustrie neue Chancen im Pressen- und Druckgussbereich. Generell werden Services wie Total Productive Management, Condition Monitoring und Diagnosefunktionen eine wichtigere Rolle spielen.

Wie schätzen Sie die wirtschaftliche Entwicklung in Ihren Absatzmärkten ein – und inwieweit sind Sie von aktuellen politischen Entwicklungen betroffen?

Als global agierendes Unternehmen bewegen wir uns zwangsläufig immer auch irgendwo auf der Welt in einem schwierigen wirtschaftlichen oder politischen Umfeld. Der Preiskampf bei Öl und Gas und der damit verbundene Rückgang der Investitionen in diesem Markt stellen uns derzeit ebenso wie die schwache Wirtschaft in China und die gegen Russland verhängten Sanktionen vor Herausforderungen. Selbst im Euroraum halten sich die Unternehmen nach wie vor spürbar zurück. Wir bemerken aber, dass in einigen von der Krise betroffenen Ländern die Zuversicht wieder wächst – und damit auch die Bereitschaft zu Investitionen.

Die Fragen stellte Jeanette Junghanns, freie Autorin für fluid

Der Ventilhersteller Brevini Fluid Power der Donné-Hydraulik bietet das Proportional-Wegeventil CFS3 mit Flow-Sharing-System. Das Herausragende an dem Wegeventil: Es verfügt pro Sektion über zwei separate nachgeschaltete Druckwaagen, die zwei individuelle Load-Sensing-Niveaus ermöglicht. Damit ist ein Druckabfall lediglich auf die systembedingte Druckdifferenz begrenzt. Dieses Wegeventil arbeitet nach dem sehr effektiven Lastdruck- und unabhängigen Durchfluss-Verteilungs-Prinzip (LUDV). Das heißt, bei Untersättigung der Pumpe werden alle betätigten Funktionen – unabhängig von deren Lastdruck – mit gleichmäßig reduziertem Volumenstrom versorgt.

Die Ausführung CFS3 ist für einen Durchfluss bis 60 l/min und einem Arbeitsanschlussdruck bis 310 bar ausgelegt. Die Druckölversorgung ist über Konstantpumpen oder LS-Pumpen möglich. Eine Vielzahl von Schiebergrößen für unterschiedliche maximale Volumenströme bietet eine gute Anpassung an den tatsächlichen Mengenbedarf des Verbrauchers – ohne Abstriche bei der Auflösung der Volumenstromregelung. Das CFS3 findet Anwendung in kleinen Kranen und Baumaschinen, Kommunalfahrzeuge und landwirtschaftlichen Geräten.

Wachstumsmärkte weltweit

Eine weitere Herausforderung ist eine hohe Dynamik der Stetigventile, um die Regelgüte zu verbessern und schnelle Stellprozesse umzusetzen. Diese Anforderung erfüllen Ventile mit On-Board-Elektronik sehr gut.
Dr. Steffen Haack, Mitglied des Vorstands der Bosch Rexroth. Bild: Bosch Rexroth

Bosch Rexroth zählt Asien nach wie vor zu den dynamischsten Wachstumsmärkten, auch die USA entwickelten sich aktuell sehr positiv. „Langfristig erwarten wir eine deutliche Nachfragesteigerung in Afrika“, prognostiziert Dr. Steffen Haack. Er bewertet auch das Projektgeschäft sehr positiv: „Bei zahlreichen Wasserkraftwerken, die in den 1960er- und 1970er-Jahren gebaut wurden, stehen jetzt grundlegende Modernisierungen an.“

Michael Lutz, Vertriebs- und Marketingleiter Mobilhydraulik bei Thomas, sieht in China und vielen Schwellenländern große Wachstumschancen. Doch Europa und Nordamerika punkten nach seiner Meinung vor allem durch die stabile politische und ökonomische Lage und bieten damit für Thomas Planungssicherheit.

Brevini Fluid Power nimmt die Weltwirtschaft in einer schwachen Phase wahr und möchte die Zeit aber effektiv nutzen, um interne Abläufe zu verändern sowie um Kraft in neue Produktentwicklungen und Verbesserungen zu investieren. Das Ziel ist es, bei einem weltweiten Aufschwung aus einer perfekten Ausgangssituation heraus wieder durchzustarten. fa

Autorin: Janette Junghanns, freie Autorin für fluid