Digitaler Regler macht Pumpen smart

Auf Basis des firmeneigenen Know-hows der Andreas Lupold Hydrotechnik GmbH in Kombination mit dem Wissen aus der Unternehmensgruppe konnten die Hydraulikexperten aus Vöhringen im Schwarzwald einen innovativen digitalen Pumpenregler entwickeln, der Hydraulikpumpenherstellern und -betreibern das Leben maßgeblich erleichtert.

Die Andreas Lupold Hydrotechnik GmbH ist seit fast 80 Jahren spezialisiert auf die Herstellung hydraulischer Baugruppen und Steuerungstechnik im Auftrag seiner Kunden sowie auf die Fertigung eigener Hydraulikpumpen. Seit 2019 ist das Unternehmen Teil der Hydraulik Nord Group. „Wir sind spezialisiert auf die Fertigung, Montage und Prüfung von Pumpenreglern und Ventilen für die Premiumhersteller hydraulischer Pumpen und Aggregate weltweit. Im Bereich der Pumpenregler gehören wir sicherlich zu den Firmen mit dem größten Know-how und den besten Fertigungsanlagen am Markt“, ist sich Dieter Lohmiller, Entwicklungsleiter der Andreas Lupold Hydrotechnik GmbH, sicher.
Ein wichtiger Faktor hierbei ist die hochmoderne, automatisierte und zum Teil robotergestützte Fertigung sowie die Montage mittels Werker-Assistenz-Systemen der Andreas Lupold Hydrotechnik. Sämtliche Bearbeitungsschritte der Metallkomponenten übernimmt Lupold selbst, die Fertigungsgüte wird durch einen stetigen begleitenden Prüfprozess gewährleistet. Final werden alle hergestellten Produkte einer hydraulischen und pneumatischen Kontrolle auf eigenentwickelten Prüfständen mit Null-Fehler-Toleranz unterzogen. Das Ergebnis: 100-Prozent-geprüfte und -eingestellte Komponenten für höchste Ansprüche.

Im Sommer 2022 präsentierte die Andreas Lupold Hydrotechnik GmbH auf dem Internationalen Fluidtechnischen Kolloquium, IFK, in Aachen einen neuen digitalen Pumpenregler. Dieser stieß auf großes Interesse beim Fachpublikum. Denn die Vorteile der Technologie sind offensichtlich und bedienen die Trends der Industrie in Sachen Nachhaltigkeit, Effizienz, Komplexitätsmanagement und Vernetzung beziehungsweise Digitalisierung auf optimale Weise. Entwickelt wurde das Gesamtsystem gemeinsam mit der Litronic Steuer- und Regeltechnik GmbH, ebenfalls einem Unternehmen der Hydraulik Nord Group, und der Linz Center of Mechatronics GmbH. Somit ist der Regler Ergebnis der gruppeninternen Zusammenarbeit unter Einbeziehung der Expertise aus der Forschung.
Marvin Schell, als Projektleiter mitverantwortlich für die Entwicklung der Innovation, legt den Entwicklungsprozess dar: „Wir haben diesen Pumpenregler ganzheitlich entwickelt. Anders als es häufig der Fall ist, handelt es sich nicht um die Fortentwicklung einer bestehenden Lösung. Wir haben einen systemischen Ansatz verfolgt: von der Analyse der optimalen Ventilart über die Entwicklung des Reglers mit seinen beiden Ventilen und seiner Architektur, der Spule und ihrer Ansteuerung bis hin zur Software haben wir alles von Grund auf neu gedacht und entwickelt. Und das Ergebnis bestätigt uns in dieser Herangehensweise.“

Dank bedarfsoptimierter Regelungstechnik und geringerer Verlustleistung reduziert sich der Energieverbrauch des Reglers um bis zu 95 Prozent. Der Aufbau mit zwei unabhängigen und stufenlos ansteuerbaren, leckagefreien Sitzventilen ermöglicht die bedarfsoptimierte Bereitstellung des Hydrauliköls. Marvin Schell erklärt die Vorteile: „Wir können den Zufluss unabhängig vom Abfluss des Druckmediums in die Stellkammer der Pumpe definieren. Momentan können wir alle 20 Millisekunden frei entscheiden, wie die Ventile angesteuert werden, wie weit wir öffnen und wie lange die gewählte Ventilstellung gehalten wird. Das ist mehr als das typische digitale 0 und 1, eben ‚beyond digital‘, wie wir es nennen. Mit unserem Regler haben wir folglich die derzeit einzigartige Möglichkeit, nahezu jeden Betriebspunkt der Hydraulikpumpe ideal anzusteuern. Somit lässt sich die Regler-Charakteristik digital via Softwareparametrierung individuell an die Bedürfnisse der Kunden anpassen – sowohl bei der Inbetriebnahme als auch im laufenden Betrieb. Unser Regler kann folglich jede bisher bekannte, aber auch künftige neue Funktionen übernehmen.“

Von der Druckregelung, Volumenstromregelung oder als Leistungsregler, die digitale Adaption macht den Controller zur Lösung für jede Applikation und erschließt bislang brachliegende Potenziale, wie Dieter Lohmiller ausführt: „Unsere Steuerung revolutioniert die bisherigen Ansätze in der Pumpenregelung. Über den Regler machen wir die Pumpe zur aktiven, smarten Systemkomponente, die im Austausch mit der Maschinensteuerung steht und ihren Betriebszustand an die jeweilige Anforderung anpasst. So lassen sich sehr viel flexiblere und effizientere Systemarchitekturen realisieren als mit hydromechanischen oder bisherigen elektrohydraulischen Reglern.“
Die Sitzventile bieten darüber hinaus prinzipbasierte Vorteile wie Leckagefreiheit, enorme Robust- und Kompaktheit sowie eine geringere Neigung zum Schwingen. Durch das Konzept mit zwei Ventilen lassen sich zudem Störungen im Hydrauliksystem – etwa durch Verschmutzung und Festsetzen des Ventils – kompensieren und bestenfalls durch eine gepulste Spülung eliminieren. Es ist der Andreas Lupold Hydrotechnik gelungen, neben dem Pumpenregler ein sehr robustes und wirtschaftliches Proportionalventil zu entwickeln, welches sich im Gegensatz zu schieberbasierten Lösungen auch für Anwendungen der funktionalen Sicherheit eignet.

Einfache und fehlerfreie Inbetriebnahme

Das enorme Potenzial für den Anwender zeigt sich in Bezug auf die Umsetzung und Realisierung digitaler Wartungs- und Kalibrierungskonzepte. Dank digitaler Ansteuerung ist das Ventilsystem bestens ausgerüstet für digitale Zustandsüberwachung (Condition Monitoring), vorausschauende Wartung (Predictive bzw. Preventive Maintenance), Fernzugriff sowie automatisierte Inbetriebnahme.
Insbesondere letztere ist für Hersteller von Hydraulikpumpen ein großes Plus in der Produktion ihrer Komponenten. Die Funktionsprüfung und die Kalibrierung können
vollumfänglich digital erfolgen. Die Anpassung der Pumpe an die gewünschte Pumpenregler-Variante erfolgt frei konfigurierbar über die Regler-Software, die Hardware bleibt gleich. Somit wird nicht nur der Prüfprozess beschleunigt, sondern auch die Komplexität in der Komponentenbeschaffung reduziert, da nur noch ein Regler notwendig ist, unabhängig von der Anforderung der jeweiligen Anwendung.

Maschinenhersteller profitieren von der erweiterten Flexibilität und den Komfortfunktionen im Maschinenbetrieb. Durch die Möglichkeit der Anbindung an digitale Flottenmanagement- und Fernwartungssysteme gelingen die Inbetriebnahme und Einstellung des Reglers – und damit der Pumpe – auch aus der Ferne. Aufgrund dieser Voraussetzungen kann die Pumpe beispielsweise bei sich ändernden externen Faktoren im Feld an die Umgebungsbedingungen und Viskositätsänderungen angepasst werden. Auf Systemebene sind zudem Optimierungen des antreibenden Aggregats oder Powertrains realisierbar, wodurch sich zusätzliche Effizienzvorteile für die gesamte Maschine realisieren lassen.
Das Monitoring der Pumpe aus der Ferne ist ein großer Vorteil für autarke Anwendungen in schwer zugäng­lichen Gebieten. Wartungsintervalle können dank smarter Überwachung des Systems ebenfalls bedarfsgerecht ausgestaltet werden. Das spart sowohl Personal- als auch Energieressourcen.

Der neuentwickelte Lupold-Regler ist optimiert für den Mitteldruckbereich und sowohl für die Integration in neue Pumpengenerationen als auch für die Nachrüstung auf bestehenden Systemen geeignet. Derzeit werden die Anwendung und die technische Lösung patentiert. Die Programmierungsschnittstellen und Kommunikationsstandards können gemäß den Anforderungen des jeweiligen Komponenten- oder Maschinenherstellers realisiert werden. Zertifizierungen für funktional sichere Anwendungen sind ebenfalls in Prüfung.