Hydraulikventile Optimal angepasste Kompaktsteuerblöcke für Hightech-Lösungen

Mobile Arbeitsmaschinen profitieren von energiesparenden, leckagefreien Hydraulik-Systemlösungen, wenn diese optimal an den Bedarf angepasst sind. Gerade für die Serienproduktion bieten sich kompakte individuell konzipierte Steuerblocklösungen an.

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Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Bucher Hydraulics GmbH

Die Konstruktion und Fertigung von Hydraulikventilen gehören seit jeher zu den Königsdisziplinen in der Hydraulik. Denn die Qualität der Ventiltechnik entscheidet in hohem Maß über die Funktionsweise eines Hydrauliksystems in Bezug auf Steuer- bzw. Regelverhalten, Energieverbrauch und Umweltschutz.

Bucher Hydraulics mit Hauptsitz in Klettgau hat vor über 50 Jahren damit begonnen, Hydraulik für Nutzfahrzeuge zu bauen und sie kontinuierlich zu verbessern. Angefangen hat alles in der Landtechnik, heute liefert der Konzern Systemlösungen für unterschiedlichste Branchenzweige und mobile Arbeitsmaschinen.

Bestes Beispiel für die Innovationskraft des weltweit agierenden Unternehmens ist die Entwicklung kundenspezifischer Ventilblöcke. Während nämlich Standard-Hydraulikachsen über so genannte Sandwich-Ventile zusammengestellt werden, ermöglichen individuell konstruierte Kompaktblöcke eine noch höhere Leistungsdichte und die flexible Anpassung an das Arbeitsverhalten von Maschinen und Fahrzeugen.

Innovative Ventiltechnik führt zur optimalen Blockgestaltung

Was das im einzelnen bedeutet, kann die Betrachtung der neuen Stromregelventilgeneration SRx erklären. Die SRx Ventilfamilie baut auf einer neu entwickelten, einheitlichen Regelachse auf. Sie ist das Herzstück eines jeden Ventils dieser Baureihe. Daraus resultieren die Standardkomponenten SRC (SR-Cartridge), SRR (SR-Rohrleitungseinbau) und die Erweiterung zum SRM (SR-Monoblock). Alle Ventilbauarten dieser Familie verfügen demnach über identische Schieber und Magnete. Dementsprechend sind auch die Leistungskennlinien identisch. Die Stärken der Achse liegen im 3-Wege-Betrieb (reststrombelastbar), der Regelgüte, einem ausgeprägten Feinsteuerbereich und der ausgezeichneten Lastunabhängigkeit. Sie ist in der Lage, Drücke von bis zu 315 bar und einen Eingangsvolumenstrom von 100 l/min zu verarbeiten.

Im Vergleich zum Vorgängerventil, das über zwei Jahrzehnte ein Klassiker in Kommunalfahrzeugen und landwirtschaftlichen Maschinen war, kann die Stromregelung nun nicht mehr nur über eine Handverstellung, sondern auch elektrisch proportional erfolgen. Dabei überlagert die Steuerung das Stellsignal mit einer Dither-Frequenz von 100 Hz, um so Stick-slip-Effekten am Ventilschieber vorzubeugen. Letztendlich wird so eine Stromregelgenauigkeit von besser als +/- 3,5 % erreicht. Die Lastunabhängigkeit der Stromregelung bis 300 bar Gegendruck sowohl am Arbeits-, als auch am Reststrom ist besser als +/- 2,5 %.

Herzstück individueller Blocklösungen für Rotationsachsen

Um für eine Vielzahl von Anwendungen einsetzbar zu sein, sind die Stromregelventile – das Herz individuell konfigurierter Ventilblocklösungen für hydraulische Rotationsachsen – lastkompensiert. Das bedeutet, dass der Volumenstrom vom anstehenden Druckniveau unabhängig ist. Beispiel Förderband: Je nach Beladungszustand verändert sich der hydraulische Gegendruck im Hydraulikmotor. Die lastkompensierten Ventile sorgen dafür, dass der Motor trotzdem mit konstanter Geschwindigkeit dreht.

Welche Vorteile individuell konstruierte Ventilblöcke haben, belegen auch so genannte Schocknachsaugventile. Bucher Hydraulics bietet sowohl Schockventile als auch Nachsaugventile an. Beide Funktionen gibt es auch kombiniert in nur einem Ventil, was den Platzbedarf im Steuerblock weiter verringert. Wird beispielsweise ein Hydraulikmotor, der eine große Schwungmasse treibt, abrupt gebremst, läuft er nach und die Gefahr von Kavitation ist gegeben. Eine Nachsaugfunktion im Ventilblock verhindert das.

Ein weiterer Fall, der in der Praxis häufig auftritt, sind Lastspitzen. Das Schockventil baut die Drucktransienten ab, die sich bei großer Krafteinwirkung von außen ergeben, und schützt so den Motor, das Hydrauliksystem und die Mechanik des Fahrzeugs.

Steuerblöcke erhöhen die konstruktive Freiheit

Grundsätzlich gilt: Je komplexer das Hydrauliksystem in einem Nutzfahrzeug bzw. einer hydraulischen Arbeitsmaschine wird, desto sinnvoller sind Hydraulikblocklösungen. Das spart nicht nur Platz, sondern bringt erheblich mehr Flexibilität für die Maschinenkonstruktion. Denn Blöcke können auf die Einbaulage optimiert werden, sie erlauben die freie Gestaltung der Funktionsreihenfolge und ermöglichen unterschiedlichste Verschaltungsvarianten.

Über entsprechende Anflanschflächen lassen sich hydraulische Steuerblöcke sogar direkt an den Hydraulikmotor anbringen, wodurch eine komplette und hochdynamische Rotationsachse entsteht. Ganz abgesehen von dem Vorteil, dass jegliches Einsparen von Verrohrung den Montageaufwand, die Kosten und die Gefahr der Leckage erheblich verringert.

Weil Bucher Hydraulics sowohl die Steuerblöcke als auch die hydraulische Ventil-, Pumpen- sowie Motorentechnik und auch die elektronischen Steuerungen dazu selbst fertigt, ergeben sich optimal aufeinander abgestimmte Gesamtsysteme. Die Steuerblöcke werden je nach Anwendung aus Stahlguss oder Aluminium gefertigt. Ein weiterer Vorteil, der für die Wirtschaftlichkeit von Blocklösungen spricht, ist, dass sie erheblich weniger Bauteile benötigen, als es ein konventioneller Aufbau über Rohranschlussventile erfordert. Dadurch erweist sich eine solche Lösung auch als günstiger.

Funktionsintegration spart erheblich Platz

Mit den beschriebenen Stromregelventilen SRx lassen sich auch Steuerblöcke mit Prioritätssteuerungen für Sicherheitsfunktionen fertigen. Müssen beispielsweise bestimmte Verbraucher wie die Streueinheiten bei Winterdienstfahrzeugen oder aber Lenkungen mit oberster Priorität mit Drucköl versorgt werden, kann das im Steuerblock ohne großen Aufwand realisiert werden.

Und weil es diese Stromregelventile nicht nur mit Druckbegrenzung gibt, sondern auch als Variante mit belastbarem Reststrom, können sie selbst für Reihenschaltungen verwendet werden. Ähnlich wie bei den Schocknachsaugventilen hat Bucher Hydraulics hier ebenfalls eine Kombination aus beiden Funktionen – also Druckbegrenzung und belastbarer Reststrom – in ein einziges Ventil packen können.

Einfache Antriebslösungen mit integrierter Differenzialsperre

Ein wesentlicher Aspekt bei Ventilblocklösungen stellt auch die einfache Kombination von Stromregelung und Stromteilung dar. Beide Funktionen werden in Nutzfahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen benötigt. In bestimmten Fahrsituationen ist zum Beispiel eine schaltbare Differenzialsperre notwendig, um genügend Haftung auf den Boden zu bringen. Während beim normalen Fahren die Volumenströme nicht zwangsgeführt geteilt sind, kann über Stromteiler eine exakt definierte Aufteilung bei Geländefahrten justiert werden.

Solche Volumenstromteiler wie die seit drei Jahrzehnten von Bucher Hydraulics im Markt bekannten MTDA arbeiten mit einer sehr hohen Genauigkeit, sodass die gewünschten Teilstromverhältnisse sehr exakt eingestellt sind. Die Achsen dieser Stromteiler sind vom Hersteller überarbeitet worden und werden in den Differentialsperrventilen der Baureihe MT..DV. eingesetzt. Diese Ventile gibt es als 2-fach-, 3-fach- und 4-fach Differentialsperre mit zahlreichen Zusatzfunktionen wie z. B. Druckbegrenzugs-, Schock- und Nachsaugeventil.

Zusätzlich sichern Ausgleichsdüsen die Stromteilerfunktion für jede denkbare Fahrsituation ab. Wird der hydraulische Volumenstrom nämlich im vorgegebenen Verhältnis – Beispiel 1:1 – aufgeteilt, erhält jeder angeschlossene Hydraulikmotor die gleiche Ölmenge. Das interne Leckageverhalten der Motoren entscheidet dann darüber, welcher schneller dreht und welcher langsamer. Die Folge wäre, dass der Fahrer über die Lenkung gegen die Kurvenneigung der Fahrzeugachse lenken müsste, um einen Geradeauslauf zu erreichen. Die im Stromteiler integrierte Ausgleichsdüse sorgt jedoch dafür, dass das nicht passiert. Ein solch einfaches Beispiel zeigt, wie viel Know-how und Fertigungskompetenz in einem Stromteiler stecken. Die Einheiten von Bucher Hydraulics können auch im Reversierbetrieb arbeiten und somit als Mengenteiler wie auch als Mengenaddierer fungieren.

Ein gutes Beispiel dafür, welchen Nutzwert integrierte Lösungen haben, zeigt sich beim Gabelstapler. Wenn dieser auf der Stelle drehen soll, benötigen die beiden Hydraulikmotoren der Vorderachse extrem unterschiedliche Teilströme. Auch für diese Situation sind in den Steuerblöcken Schockventile platziert, die einen übermäßig hohen Druckaufbau im innen drehenden Rad kompensieren und damit die gesamte Hydraulik und Mechanik schonen.

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