Anlauf, Bild: AdobeStock_ Mike Orlov

Bild: AdobeStock_ Mike Orlov

Die Anforderungen an Steuerventile sind heutzutage komplex und vielschichtig: Zum einen fordert der Baumaschinenhersteller einen großen Umfang möglicher Funktionen und eine Vielzahl an Konfigurationsmöglichkeiten auf kleinstem Raum. Im Vordergrund steht hierbei die Flexibilität, die Steuerventile mit wenig Aufwand in die individuelle Einbauumgebung implementieren und auf ein bestehendes System abstimmen zu können.

Beispielkonfiguration, Bild: Linde Hydraulics
Beispielkonfiguration: Der Dreifach-Monoblock ist mit zwei zusätzlichen Sandwichsektionen der Nenngröße 18 kombiniert. Bild: Linde Hydraulics

Zum anderen möchte der Endverbraucher mühelos und präzise verschiedene Funktionen mit teilweise stark variierenden Charakteristiken steuern und damit ein gleichermaßen effizientes wie komfortables Arbeiten erreichen. Geringe Einstands- und Betriebskosten für die Baumaschine bilden hierbei die wichtigsten Rahmenparameter.

Linde Hydraulics hat ein Konzept entwickelt, das diese Aspekte aufgreift, um dem Bedarf beider Seiten gerecht zu werden: Grundgerüst des VW18M3-02 ist ein Dreifach-Monoblock der Nenngröße 18, der mit Sandwichsektionen der Nenngrößen 18 und 14 erweiterbar ist. Frei kombinierbar sind damit die Art und Position der gesteuerten Funktionen sowie die Art der Ansteuerung.

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Neues Design reduziert Strömungsverluste

Die Anordnung der Steuerkolben oberhalb des Zulaufstromes stellt sicher, dass alle Sektionen gleichmäßig mit Öl versorgt werden. Anders als bei konventionellen Steuerblöcken üben selbst Funktionen mit hohem Volumenstrombedarf auf diese Weise keinen Einfluss auf benachbarte Sektionen aus. Zudem reduzieren in diesem Produkt der größere Querschnitt und eine strömungsgünstigere Gestaltung der Kanäle die Strömungsverluste.

Die Ansteuerung kann sektionsweise individuell elektrisch oder hydraulisch erfolgen. Durch die elektrische Ansteuerung über ein Kennfeld bestimmen Anwender das Verhalten des Steuerkolbens für jeden Betriebspunkt nahezu frei.

gsverluste, Bild: Linde Hydraulics
Konventionelle Bauweise (oben) und neuer Steuerblock (unten) im Vergleich: Bei der neuen Komponente sitzen die Steuerkolben oberhalb des Zulaufstromes. Dadurch ist der Querschnitt im Zulaufstrom größer und die Strömungsgeschwindigkeiten geringer, was Strömungsverluste reduziert. Bild: Linde Hydraulics

Nimmt man einen Mobilbagger als Beispiel, so kann eine komplexe Zusammenstellung von Zylinder- und Motorfunktionen über maximal zwölf Sektionen realisiert werden. Neben den Grundfunktionen Ausleger, Löffel und Stiel, die individuell mit einstellbarer Senkdrossel oder kombiniertem Druckbegrenzungs- und Nachladeventil gewählt werden können, kann mittels Multifunktionsventil ein Drehwerk effizient betrieben werden.

Mit einem definierten Drehmoment lässt sich hierüber das Drehwerk beschleunigen und verzögern, ohne dass das System mit überschüssigem Öl beaufschlagt wird. Somit muss beispielsweise beim schnellen Anfahren des zumeist schweren Drehwerks kein Öl über Sekundärdruckventile abgelassen werden, was die Verlustleistung des Systems erheblich reduziert. Im Betrieb von Schnellwechselsystemen ermöglicht das Multifunktionsventil zudem eine flexible Anpassung des Druck- und Volumenstromniveaus auf die Anforderungen des jeweiligen Werkzeuges.

Der Arbeitsdruck wird bei dem Steuerventil über eine Einheit abgesichert, die nicht nur die Funktionen Druckanhebung, Entladung und den Load-Sensing-Druckabschneider beherbergt - auch das Tank-/Kühlerventil und die Tank-/Kühlerdruckanhebung ist in der Druckabsicherungseinheit integriert.

Dieser Funktionsumfang erfordert in konventionellen Systemen meist zusätzliche, extern angeordnete Komponenten wie zum Beispiel Logikventile. Durch den Wegfall dieser Komponenten wird jedoch nicht nur der Verrohrungsaufwand reduziert - auch die Strömungsverluste durch etwaige Biegungen und Knicke lassen sich auf diese Weise verringern. Darüber hinaus ist mit dem Tank-/Kühlerventil eine Thermostatfunktion realisierbar. Über eine kennfeldorientierte Ansteuerung umgeht hierbei das Hydrauliköl beim Kaltstart den Kühler, bis die optimale Betriebstemperatur erreicht ist. Auf diese Weise kann die Warmlaufphase gezielt verkürzt und Kraftstoff eingespart werden.

Inbetriebnahme und Nachrüstung

Bei der Inbetriebnahme des Steuerblocks setzt sich die Flexibilität für den Baumaschinenhersteller durch außenliegende Einstellmöglichkeiten fort. Der maximale Volumenstrom, die Senkdrossel und verbraucherseitige Druckabsicherung kann somit justiert werden, ohne dass das System geöffnet wird. Zudem stellt die gleichmäßige Ölversorgung der einzelnen Sektionen sicher, dass eine Nachrüstung zusätzlicher Funktionen im Feld erfolgen kann, ohne dass eine Neuabstimmung des Systems notwendig ist.

Funktionen für den Nutzer

In Betrieb genommen steht dem Nutzer nun eine Funktionsvielfalt zur Verfügung. Diese ergibt sich unter anderem durch die Art der Ansteuerung und den Ansatz zur Umsetzung von Load Sensing durch sogenannte nachgeschaltete Druckwaagen.

Elektrisch angesteuert steht hier auf der einen Seite die frei gestaltbare Charakteristik, welche zum Beispiel durch das definierte Schütteln des Löffels genutzt werden kann. Auch ohne nennenswertes Geschick kann dabei der Fahrer zum Beispiel über einen Joystick das Schütteln in Gang setzen, um Split gleichmäßig auf einer Fläche zu verteilen. Im Hintergrund agiert bei dieser Funktion eine elektronische Steuerung mit entsprechendem Programm.

Wechselt der Fahrer das Werkzeug, so kann über das Multifunktionsventil per Knopfdruck im Cockpit Maximaldruck und -menge dem jeweiligen Werkzeug bedarfsgerecht angepasst werden. Auch bei einem rein hydraulisch betriebenen VW18M3-02 stehen dem Nutzer eine Vielzahl an Funktionen zur Verfügung. Selbst Funktionen mit stark variierender Last, wie zum Beispiel bei der Bewegung des Stiels, sind durch Load Sensing über nachgeschaltete Druckwaagen in den Steuerkolben präzise und feinfühlig kontrollierbar. Beim Durchlaufen des unteren Totpunktes wird die Lastumkehr des Stiels somit für den Fahrer nicht spürbar: Die Bewegung bleibt stets gleichförmig. Beim Anheben des Auslegers ist hingegen von großer Bedeutung, dass zu Bewegungsbeginn der Ausleger nicht zunächst absackt. Auch hier stellen die Druckwaagen sicher, dass die Verbindung zwischen Pumpe und Verbraucher erst hergestellt wird, wenn pumpenseitig das erforderliche Druckniveau anliegt.

Der Steuerblock eignet sich im Bereich der Baumaschinen nicht nur für Bagger und Umschlagmaschinen, wo teilweise hochdynamische Funktionen gefordert sind, sondern auch für Krananwendungen, bei denen meist eine besonders feinfühlige und präzise Steuerung im Vordergrund steht.

Der Anbieter stellt den Steuerblock auf der Bauma in München vom 08. bis 14. April 2019 vor: Halle A3, Stand 149. do

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