Digitalventil steuert Druck und Fluss

Atos positioniert seine neue Generation von Proportional-Wegeventilen als Weiterentwicklung im elektrohydraulischen Bereich. Im Mittelpunkt steht die Integration der wechselnden p/Q-Regelungstechnologie, wie aus der Mitteilung des Unternehmens hervorgeht. Sie kombiniert fortschrittliche Regelalgorithmen mit digitaler Programmierbarkeit und soll die Architektur hydraulischer Maschinen deutlich vereinfachen.

In industriellen Anlagen zählen Geschwindigkeit, Kraft und Richtung zu den zentralen Steuergrößen. Sie bestimmen, wie automatisierte Befehls- und Bewegungsabläufe im Fertigungsprozess umgesetzt werden. Am Beispiel einer Vertikalpresse wurden diese Funktionen traditionell über drei separate Komponenten geregelt: ein Magnetventil für die On/Off-Wegefunktion, ein Stromregelventil und ein Druckminderventil. Die „wechselnde p/Q-Regelung“ verfolgt einen anderen Ansatz. Richtung, Volumenstrom und Druck werden mit einem einzigen Digitalventil geregelt. Das Ventil steuert abhängig von den hydraulischen Betriebsbedingungen gezielt Richtung, Geschwindigkeit und Kraft jeder Hydraulikachse.

Was bedeutet „wechselnd“ bei der p/Q-Regelung?

Der Begriff „wechselnd“ beschreibt, dass Druck „p“ und Volumenstrom „Q“ nicht gleichzeitig geregelt werden. Stattdessen erhält jeweils einer der beiden Parameter Vorrang. Auf dieser Basis kann das System die p- und Q-Parameter dynamisch und präzise in Echtzeit modulieren. Die Konfiguration erfolgt laut Atos über USB oder Bluetooth. Dafür stehen eine PC-Software und eine mobile App mit grafischer Benutzeroberfläche zur Verfügung. Die zugrunde liegenden Algorithmen wurden über viele Jahre in unterschiedlichen Anwendungen weiterentwickelt und optimiert. Damit ordnet Atos diese Ventilkategorie in seinem Portfolio als besonders leistungsfähige und technologisch fortschrittliche Lösung ein. Der Nutzen liegt vor allem in der Verbindung aus kompakterer Maschinenarchitektur, flexibler Parametrierung und geschlossener Druck- beziehungsweise Kraftregelung.

Drei Konfigurationen für die p/Q-Regelung

Für die wechselnde p/Q-Regelung bietet Atos drei Konfigurationen an. Die Variante mit einzelnem Druckaufnehmer, kurz SP, führt die Druckregelung im geschlossenen Regelkreis an einer Verbraucherleitung des Hydraulikkreises aus. Sie muss an einen Druckaufnehmer angeschlossen werden und ist bei Axialkolbenpumpen, Servopumpen und Proportional-Wegeventilen verfügbar. Atos nennt als typische Anwendungen unter anderem Kunststoffspritzguss- und Hydraulikpressen.

Die Konfiguration mit doppeltem Druckaufnehmer, kurz SF, ist laut Mitteilung die gebräuchlichste Ausführung. Sie regelt die tatsächlich vom Aktuator ausgeübte Kraft, indem Druckaufnehmer an beiden Kammern des Aktuators ausgelesen werden. Die Kraft wird anschließend bezogen auf die schiebenden Flächen des Antriebs berechnet. Diese Lösung ist für Anwendungen ausgelegt, die eine präzise Kraftregelung in beiden Bewegungsrichtungen des Antriebs erfordern.

Die dritte Variante arbeitet mit einer Kraftmessdose, kurz SL. Sie nutzt ein Kraft-Feedback-Signal, das über eine direkt an der Zylinderstange montierte Kraftmessdose erfasst wird. Durch diese direkte Messung ist die Kraftregelung unabhängig von mechanischer Reibung. Atos nennt hierfür hochpräzise Anwendungen wie Prüfstände, Messsysteme und Strukturtestanlagen.

Wie schaltet die p/Q-Regelung zwischen Volumenstrom und Kraft?

Unabhängig von der gewählten Konfiguration kann die Einstellung über die dedizierte Programmiersoftware geändert werden. Die p/Q-Regelung schaltet autonom von der Volumenstrom- zur Druck-Kraft-Regelung und wieder zurück, sobald ein durch das Druckreferenzsignal definierter Schwellenwert erreicht wird. Atos betont dabei den reibungslosen Übergang. Stöße, Überschwingen oder Vibrationen sollen vermieden werden. In einer Hydraulikpresse wechselt die Regelung beispielsweise von der Geschwindigkeits- zur Kraftregelung im geschlossenen Regelkreis, sobald der Zylinderkolben mit einer Last oder dem zu bearbeitenden Werkstück in Kontakt kommt.

Flexibilität durch PID-Parametersätze und Umschaltlogik

Ein zentrales Merkmal der Atos-Lösung ist die Anpassbarkeit innerhalb des Maschinenzyklus. Vier verschiedene PID-Parametersätze für Druck und Kraft können dynamisch über Feldbus oder Digitaleingang ausgewählt werden. Dadurch soll eine hohe Präzision und Zuverlässigkeit der Regelung auch bei wechselnden Lastbedingungen oder Ölvolumina möglich sein. Zusätzlich kann zwischen unterschiedlichen Umschaltalgorithmen für die Regelgrößen „p“ und „Q“ gewählt werden. Die PID-Parameter lassen sich anpassen, um den Umschaltpunkt zwischen Volumenstrom- und Druck-/Kraftregelung zu optimieren. Ziel ist ein verbessertes Ansprechverhalten der Druck- und Kraftregelung in Hydrauliksystemen.

Für die Wechsellogik stehen laut Atos zudem die Optionen „Push“, „Pull“ sowie „Push and Pull“ zur Verfügung. „Push“ aktiviert die Druck-/Kraftregelung nur in Vorwärtsrichtung, „Pull“ nur in Rückwärtsrichtung. „Push and Pull“ ermöglicht die Druck-/Kraftregelung in beide Aktuatorrichtungen. Damit soll die p/Q-Regelung an unterschiedliche Systemanforderungen angepasst werden können.

Wo lässt sich die p/Q-Regelung integrieren?

Die wechselnde p/Q-Regelung ist mit hochleistungsfähigen Proportionalventilen und Servoproportional-Wegeventilen kombinierbar. Das gilt sowohl für direktgesteuerte als auch für vorgesteuerte Ausführungen. Darüber hinaus nennt Atos die Kombination mit Achsenregelungen, Verstellkolbenpumpen und Servopumpensystemen. Für die Integration stehen mehrere Ausführungen bereit. Bei der Version mit integriertem Regler sitzt die Elektronik direkt auf dem Hochleistungs-Proportionalventil oder Servoproportional-Wegeventil. Die Ausführung mit separatem Regler nutzt eine externe Elektronik, die üblicherweise im Schaltschrank über ein DIN-Schienensystem installiert wird.

Für explosionsgefährdete Bereiche bietet Atos eine Ex-proof-Ausführung an. Sie ist für Umgebungen vorgesehen, in denen explosive Gase, Stäube oder Chemikalien auftreten können. Außerdem sind Feldbus-Schnittstellen für CANopen, PROFIBUS DP, EtherCAT, POWERLINK, EtherNet/IP und PROFINET verfügbar. Auch funktionale Sicherheitszertifizierungen werden genannt. Die Optionen /U und /K sind laut Mitteilung konform mit der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und vom TÜV nach ISO EN 13849 bis Kategorie 4, PL e sowie IEC 61508 bis SIL2 / SIL3 zertifiziert.

p/Q-Regelung für anspruchsvolle Industrieumgebungen

Mit der neuen Ventilgeneration adressiert Atos Anwendungen, in denen Genauigkeit, kurze Maschinenzykluszeiten und robuste Regelung gefragt sind. Das Unternehmen verweist auf komplexe, raue und anspruchsvolle Industrieumgebungen, in denen die p/Q-Regelung mit unterschiedlichen Ventil-, Pumpen- und Regleroptionen kombiniert werden kann. Der technische Kern bleibt dabei die Reduktion mehrerer hydraulischer Regelaufgaben auf ein digital programmierbares System. Richtung, Volumenstrom und Druck werden nicht mehr über getrennte Komponenten abgebildet, sondern über ein Proportional-Wegeventil mit wechselnder p/Q-Regelung zusammengeführt.

Erstellt mit Materialien von Atos