Moderne Hydraulik in digitalen Netzwerken

Hydraulikfunktionen wie beispielsweise die Lageregelung einer Hydraulikachse oder die Druckregelung einer Halte-, Klemm- oder Pressfunktion werden ebenfalls von der SPS durch Ansteuerung der entsprechenden Elektronikkarten kontrolliert. Die Anforderungen bei mobilen Maschinen sind meist etwas komplexer. Die einzelnen Elektronikboxen steuern dabei nicht nur die Ventile an, sondern übernehmen auch Koordinations-, Mess- und Regelaufgaben innerhalb des Gesamtsystems.

So entstehen aus einem Großprojekt meist kleinere Teilprojekte, die sich durch klar definierte Kommunikations- und Sensor-Schnittstellen abgrenzen. Dies erfordert ein Umdenken bei der Konzeption einer mobilen Maschine und setzt eine enge Zusammenarbeit zwischen dem System-, Hydraulik- und Elektronik-Engineering voraus.

Die neueste Generation der Wandfluh-Steuergeräte vereinfacht dieses Zusammenspiel, weil mit ihr modular frei programmierbare Elektronikmodule über eine CAN-Bus-Schnittstelle untereinander kommunizieren können und ihre Aufgaben auf diese Weise genau dort erfüllen, wo sie benötigt werden.

Modularer Aufbau

Diese PME-Elektronikmodule sind durch ihre Vielfalt extrem breit einsetzbar. Das Sortiment verfügt über Verstärker- und Reglermodule in unterschiedlichen Größen, über Bedienelemente sowie frei programmierbare grafische Anzeigen, auf denen ausgesuchte Maschinendaten in verschiedenen Ansichten angezeigt werden können. Nebst der flexiblen Programmierung zeigt sich ein großer Vorteil in der Erweiterbarkeit solch modularer Aufbauten.

Darüber hinaus verfügen die Geräte über eine Telemetrie-Schnittstelle, über die ein Fernzugriff via GSM oder Wifi möglich ist, um die Maschinen fernzusteuern, eine Remote-Diagnose durchzuführen oder ein weltweites GPS-Tracking des Fahrzeugs sicherzustellen.

Als ersten Prototyp hat Wandfluh 2016 eine PME-Steuerung auf einem Anhänger für den Forstbetrieb realisiert, um Konzept und Technik in einer unwegsamen Umgebung und unter Einfluss von Schnee, Regen und Vibrationen testen zu können. Der Anhänger wird dabei vom Zugfahrzeug aus über ein einziges Kabel gesteuert und verfügt über eine hydraulische Antriebsunterstützung sowie eine hydraulische Bremse. Dies erlaubt ein sicheres Manövrieren mit einem relativ kleinen Zugfahrzeug in engen und zum Teil steilen Waldgebieten, ohne dem Risiko stecken zu bleiben.

Darüber hinaus können mit der hydraulischen Bremse lange und steile Abfahrten bewältigt werden, ohne die Bremsen des Zugfahrzeugs zu überhitzen, da die Motorbremse das Gewicht eines vollbeladenen Anhängers nicht alleine zu bremsen vermag.

Beschreibung eines Prototyps

Die dezentralen Ein-/Ausgabemodule für die Sensoren und Elektronikkarten der Hydraulikventile wurden über einen CAN-Bus miteinander verbunden. Auf einem Display im Zugfahrzeug werden dabei die Proportional-Druckbegrenzungsventile eingestellt, welche die Zusatzkraft des Anhängers regeln. Dabei treibt die Kardanwelle des Zugfahrzeugs zwei voneinander unabhängige Hydraulikpumpen an, die bergauf den nötigen Öldruck für die Antriebsunterstützung bereitstellen.

Bergab werden die Achsen des Anhängers hydraulisch gebremst, indem dieselben Ventile indirekt die Drehzahl der Achsen begrenzen. Ein großer Teil der Bremsenergie wird dabei in Wärme umgewandelt, die das Hydrauliköl erwärmt. Diese Energie wird mit einem herkömmlichen Ventilator an die Umgebungsluft abgegeben. Die getrennte Ansteuerung der rechten und linken Achse ermöglicht die Simulation einer Differenzialsperre, die bei höheren Geschwindigkeiten auf festem Grund durch Öffnen der Ventile sehr einfach entsperrt werden kann. Die zusätzlichen Sensoren an der Kardanwelle und an den Getrieben ermöglichen eine softwaregestützte Überwachung des Systems und geben auch während der Fahrt wichtige Informationen an den Fahrer weiter.

Ähnliche Lösungen finden sich in Baumaschinen, Spezialmaschinen oder beispielsweise in sogenannten Straddle Carrier (große Containerhubwagen im Hafenbereich), deren acht Achsen bei hohen Geschwindigkeiten synchron steuern und zum Manövrieren auf engstem Raum auf asynchrone Steuerung umgeschaltet werden können. Diese sind auf dem Hafengelände meist ohne Fahrer unterwegs und erhalten von einem Operator Aufträge, die sie dann selbstständig ausführen.