Die elektronisch gesteuerte, hydraulische Antriebs- und Bremsunterstützung von Wandfluh im Einsatz bei dem Anhänger einer Forstmaschine. (Bild: Wandfluh)
Mit einer neuen Generation von Steuergeräten (Programmierbare Mobil-Elektronik PME) verbindet Wandfluh das Know-how der Hydraulik mit den steuerungstechnischen Anforderungen.
Bei industriellen Anwendungen übernimmt vielfach eine übergeordnete SPS die Koordination der Abläufe und steuert die beteiligten Baugruppen. Falls hydraulische Funktionen dabei sind, beispielsweise die Positionsregelung einer hydraulischen Achse oder die Druckregelung einer Klemm- oder Pressfunktion, werden auch diese von der SPS kontrolliert, indem die entsprechende Elektronik dafür angesteuert wird. Die Elektronik regelt in diesem Fall dann nur genau diese eine Funktion. Die Anforderung bei mobilen Maschinen sieht wesentlich komplexer aus. Die Steuerung soll hier sowohl die Abläufe koordinieren als auch direkt die Hydraulikventile ansteuern, und zudem auch weitere elektrische, nicht-hydraulische Funktionen übernehmen. Dies erfordert auch ein Umdenken bei der Konzeption der (mobilen) Maschine – die Zusammenarbeit zwischen System-, Hydraulik- und Elektronik-Spezialisten muss intensiviert werden. Die Funktion ist beispielsweise nicht mehr begrenzt auf einzelne Druckregelungen, sondern mehrere Funktionen der Maschine sollen koordiniert und kontrolliert werden, zusätzliche Sensoren eingelesen und die Aktoren direkt angesteuert werden.
Module für Bedienung, Steuerung und Regelung
Mit der neuen Generation von Steuergeräten (Programmierbare Mobil-Elektronik PME) kann die Schweizer Firma Wandfluh genau diese Lücke schließen und das Know-how der Hydraulik mit den steuerungstechnischen Anforderungen mobiler Maschinen verbinden. Die neue Geräte-Familie besteht aus verschiedenen Elektronik-Modulen für die Bedienung, Steuerung und Regelung sowie für die grafische Anzeige von Maschinendaten. Durch die modulare Bauweise dieser PME-Geräte und der einfachen Vernetzung über CAN-Bus kann die Steuerungsstruktur dezentral aufgebaut, der Montageaufwand somit stark vereinfacht werden. Erweiterungen und Zusatzfunktionen können problemlos integriert werden, die freie Programmierbarkeit der Module führt zu großer Flexibilität, erfordert aber auch kreative Lösungsansätze. Mit den Displays, flexiblen I/O-Geräten und den Keypads können viele Anwendungen abgedeckt werden. Zudem erlauben die Telemetrie-Geräte den Fernzugriff via GSM oder Wi-Fi und ermöglichen Remote-Diagnose, Fahrzeug-Tracking oder Steuereingriffe.
Hydraulische Antriebsunterstützung
Als reale Anwendung konnte Wandfluh die hydraulisch-elektrische Steuerung eines Anhängers für den Forstbetrieb realisieren. Voll beladen haben diese Anhänger ein hohes Gewicht, das mit herkömmlicher Technologie ein sehr kräftiges und somit großes Zugfahrzeug erfordert, welches auf schmalen Wegen und in unwegsamem Gelände aber nicht geeignet ist. Zudem sind die mechanischen Bremsen der Anhänger in der Regel nicht für hohe und langzeitige Bremskraft ausgelegt und würden überhitzen, und auch die Motorbremse des Traktors kann das Gewicht des Anhängers nicht genügend abbremsen.
Zusammen mit den eigenen Hydraulikventilen und einer intelligenten Steuerung mit PME-Produkten hat Wandfluh nun eine hydraulische Antriebsunterstützung und hydraulische Bremse entwickelt. Dabei wurde die Flexibilität der PME-Gerätefamilie ausgenutzt: die freie Programmierbarkeit der Module erlaubte die Anpassung der Software auf die benötigten Funktionen, ein Grafikdisplay liest die Zustände der Bedienelemente ein und erlaubt die Einstellung und Diagnose der wichtigen Daten. Die dezentralen Ein-/Ausgabemodule für Sensoren und Hydraulikventile konnten über den CAN-Bus verkabelt werden, auch eine Standard-Wandfluh-Elektronik wurde eingebunden.
Die Kardanwelle treibt zwei Hydraulikpumpen an, welche bergauf den notwendigen Öldruck für die Antriebsunterstützung bereitstellen. Mittels elektronisch geregelter Proportional-Druckbegrenzungsventile kann die benötigte Zusatzkraft einfach am Display im Zugfahrzeug eingestellt werden. Bergab werden die Achsen des Anhängers hydraulisch gebremst, indem die gleichen Ventile indirekt die Drehzahl der Achsen begrenzen.
Der Hydraulikmotor fördert nun das Öl, die Ventile erzeugen den gewünschten Gegendruck und bremsen damit den Anhänger. Durch die Bremsleistung erhitzt sich das Hydrauliköl, welches einfach über die aufgebauten Lüfter gekühlt wird.
Die Getriebe der beiden Achsen können einzeln dazu- oder freigeschaltet werden, um in flachem Gelände auch mit höherer Geschwindigkeit fahren zu können. Zusätzliche Sensoren, zum Beispiel bei der Kardanwelle oder beim Getriebe, erlauben die Funktionsanalyse und die Fehlerüberwachung in der Software. Die Bedienung mittels Schalter und Display im Zugfahrzeug gibt dem Fahrer jederzeit den Überblick über alle wichtigen Daten wie Geschwindigkeit, Hydraulikdrücke und System-Zustand der Funktionen. In kreativer Zusammenarbeit zwischen Hydraulik und Elektronik (PME-Geräte) konnte Wandfluh das Projekt erfolgreich durchführen. fa
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