Hydraulik CPS-Ventil senkt Energieverbrauch in Mobilen Maschinen

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Hinter dem Namen „CPS – Cybernetic Proportional System“ versteckt sich laut RWT und der Linz Center of Mechatronics (LCM) eine echte Hydraulik-Innovation. Die beiden Unternehmen haben ein Ventil entwickelt, das die in hydraulischen Antrieben verbauten Proportionalventile ersetzt. Es verringert beispielsweise in Baggern den Energieverbrauch um bis zu 30 Prozent.

Der auf die Produktion von Hochpräzisionskomponenten für die Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie spezialisierten RWT AG aus Rußbach (Bezirk Hallein) und der Linz Center of Mechatronics GmbH (LCM), die über mehrfach ausgezeichnete Hydraulik-Kompetenz verfügt haben das CPS-Hydraulikventil zur Marktreife entwickelt. Damit verspricht man sich eine wirkliche Innovation, das es die Proportionalventile in hydraulischen Antrieben ersetzen soll.

„Das CPS-Ventil nutzt bei Baggern die Schwerkraft von Hubarm, Löffel, Löffelstil und Ladung, um bei bestimmten Arbeitszyklen die benötigte Leistung von der Hydraulikpumpe abzusenken oder diese komplett ausschalten zu können“, erklären die beiden Gründer von RWT Georg Hornegger und Reinhard Thor das Grundprinzip der patentierten Neuentwicklung. Anstelle des sonst üblichen Proportionalventils arbeitet ein CPS-Block mit vier unabhängigen Schieber-Sitzventilen. Damit wird es möglich, die aufgelösten Steuerkanten optimal für den gewünschten Vorgang zu betreiben. „Das ist etwa der Fall, wenn Schotter gerade ausgehoben wurde und im nächsten Arbeitsgang auf eine LKW-Ladefläche herabgesenkt wird“, präzisiert Reinhard Thor. „Während Hydrauliksysteme mit Proportionalventilen weiterhin Druck zum Bremsen erzeugen müssen, damit sich die Ladung kontrolliert nach unten bewegt, funktioniert das mit CPS komplett ohne Öl von der Hydraulikpumpe – und damit ohne Energieverbrauch.“

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Regelungstechnische Denksportaufgabe

So muss weder beim sogenannten „Bremsen mit drückender Last“ noch beim „Bremsen mit ziehender Last“ hydraulischer Druck von der Pumpe aufgebaut werden. Auch beim „Eilgang“, also dem Absenken von Lasten mit höherer Geschwindigkeit, lässt sich die ziehende Last nutzen und der Energiebedarf reduzieren.

Um aus der Ursprungsidee des CPS ein marktfähiges Produkt zu entwickeln, hat RWT bereits 2019 LCM als Entwicklungspartner geholt. „Wir hatten zuvor schon einen Prototyp mit durchwachsenem Erfolg getestet. Dabei hat sich gezeigt, dass es Experten braucht, um höchste Prozessstabilität zu schaffen und alle Potenziale des CPS auszuschöpfen. Dafür gibt es keinen besseren Partner als LCM, denn das sind Hydraulik-Koryphäen“, lobt Thor die Zusammenarbeit.

Dass die von RWT gestellte Aufgabe nicht nur hochinteressant, sondern auch hochkomplex war, unterstreicht Andreas Plöckinger, Leiter des Teams Hydraulic Drives bei LCM. „Die vier Schieber-Sitzventile im CPS-Block und die Hydraulikpumpe so anzusteuern, dass alle Arbeitszyklen des Hydrauliksystems auf Höchstleistung getrimmt sind und gleichzeitig alle Energiesparpotenziale voll ausgeschöpft werden, ist eine spannende regelungstechnische Denksportaufgabe.“

Hochkomplexe Software, hochpräzise Prototypen

Mit seinem Team musste Plöckinger die Regelungssoftware so programmieren, dass sie beispielsweise erkennt, wann exakt die Phase des „Bremsens mit drückender Last“ beginnt. Die Regelungssoftware sorgt dann dafür, dass die vier Ventile des CPS-Blocks so angesteuert werden, um die maximale Energieersparnis erzielen zu können. „Die Regelungssoftware muss natürlich auch wissen, wann exakt das ‚Bremsen mit drückender Last’ endet und dann den nächsten Prozess ebenso exakt erkennen und steuern“, veranschaulicht Plöckinger die Komplexität der nötigen Programmierung.

Stützen kann man sich dabei auf Daten der integrierten Drucksensoren im CPS-Block: Damit erkennt man, ob gerade eine drückende oder eine ziehende Kraft wirkt. „Alle restlichen Zustandsdaten basieren auf Berechnungen“, deutet der Hydraulikexperte die hohe Intelligenz der Regelungssoftware an. Ein wesentlicher Erfolgsfaktor für die Entwicklungszusammenarbeit war die Kernkompetenz von RWT: die Fertigung von Hochpräzisionskomponenten.

Tests direkt am Bagger im LCM-Labor

„Es ist ein seltener Glücksfall, dass man schon in der Prototypenentwicklung die Geometrien von Komponenten ändern und gleich hochpräzise fertigen lassen kann“, betont Paul Foschum, Senior Researcher LCM. „So konnten wir immer wieder die laufenden Anpassungen an den Schieber-Sitzventilen sowohl am Versuchsaufbau in unserem Labor als auch direkt am Bagger im Freigelände testen.“

Es sind viele der prominentesten Unternehmen der Fahrzeug- und Luftfahrtindustrie, für die RWT automatisiert hochpräzise Motorkomponenten fertig. „Seit mehr als 10 Jahren stellen wir den Zylinderkopf für den Porsche 911 her. Auch für BMW, Bosch, BRP-Rotax oder eine bekannte Marke aus der Moto GP produzieren wir komplexe Dreh- und Frästeile“, sagt Reinhard Thor, Geschäftsführer des seit 2023 an der Wiener Börse notierten Unternehmens. Mit dem CPS-Block, der bis auf die Elektronik zur Gänze in den 1.800 m² großen Produktionshallen von RWT gefertigt werden kann, diversifiziert RWT sein Geschäftsmodell entscheidend.

Enormes Marktpotenzial aufgrund der Energieersparnis

Für 2026 rechnen die beiden RWT-Vorstände Hornegger und Thor mit dem Markteintritt des CPS-Ventils – und sehen enormes Potenzial: Nicht nur in Baumaschinen, sondern auch in Land- und Spritzgussmaschinen, Forstgeräten oder sogar Windrädern arbeiten Hydrauliksysteme. Überall könnte man damit den Energiehunger massiv reduzieren. Deshalb hoffen die beiden auf eine hohe Nachfrage.

Bedienen könnte RWT diese aus eigener Kraft. Die Produktionskapazitäten sind selbst für Großserien vorhanden. Bei entsprechender Auftragslage sei sogar eine deutliche bauliche Erweiterung der Fertigungshallen möglich, um den CPS-Block in hoher Stückzahl produzieren zu können.

Dieselverbrauch im Bagger um 8.000 Euro senken

In diesem CPS-Hydraulikventil arbeiten nicht nur die vier Schieber-Sitzventile, sondern auch die Drucksensoren und die Elektronik. Damit lässt sich das Ventilverhalten jederzeit individuell anpassen und eine große Funktionsvielfalt – beim Bagger etwa ein Abschütteln des Löffels oder ein Regenerationsgang für zusätzliche Energieeinsparungen – ausspielen.

„Das CPS hat eine Grundprogrammierung, die sich nach Kundenwunsch an die Kundenanforderungen anpassen lässt. Das können etwa Vorlieben des Baggerführers beim Handling des Joysticks für die Steuerung oder länderspezifische Vorgaben sein“, verdeutlicht Bernd Winkler, Area Manager im LCM. Dass nicht nur Condition-Monitoring-Funktionalitäten, sondern auch die Anpassung der Maschinencharakteristik online möglich ist, Hydraulik-Leckagen der Vergangenheit angehören und nur mehr zwei hydraulische Leitungen am Ausleger gebraucht werden, sind weitere Verkaufsargumente, so die Hersteller. Das überzeugendste Argument sei wohl die Energieeffizienz. „Schon bei mittelgroßen Kettenbaggern sinkt der Dieselverbrauch im Schnitt um rund 8.000 Euro im Jahr. Bei elektrischen Antrieben verlängert sich die Batterielaufzeit um etwa ein Viertel“, bringt Hornegger dies auf den Punkt.

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