Hydraulik Digitale Hydraulikventile für den robusten Maschinenbetrieb

Die digitale Ansteuerung hydraulischer Ventile ist für den rauen Maschinenbetrieb geeignet. Das zeigen hochdynamische Cartridge-Ventile, die in Druckgießmaschinen starken Erschütterungen ausgesetzt sind. Zur Ansteuerung ist ein doppelter, geschlossener Regelkreis installiert.

Anbieter zum Thema

ACE Stoßdämpfer GmbH

FAULHABER Antriebssysteme

G+K Umformtechnik GmbH

Atos, SpA

Kennzeichnend für das Druckgießen ist ein hoher Automatisierungs- und Rationalisierungsgrad. Daher liegt der Anwendungsschwerpunkt des Verfahrens in der Großserienfertigung, zum Beispiel in der Fertigung von Leichtmetallteilen für die Automobilindustrie. Dort werden an Druckgießmaschinen hohe Anforderungen an die Dynamik, die Geschwindigkeit und die Positionierung der hydraulischen Maschinenachsen gestellt, um ein Hochdruckeinspritzen der geschmolzenen Legierungen in die Druckgießform zu ermöglichen. Auf diese Herausforderung hat der italienische Hydraulikspezialist Atos mit der Markteinführung robuster, hochdynamischer, digitaler Proportionalventile in Cartridge-Bauweise inklusive digitaler Ansteuerung reagiert (Bild 1).

Exakte Hydraulik-Einstellungen für Einspritzventile

Schließlich ist der Einspritzvorgang ein Prozessschritt beim Metall-Druckgießen, der die Qualität des Gussteils stark beeinflusst, insbesondere bei geometrisch komplexen Teilen (Bild 2 – siehe Bildergalerie). Er lässt sich hydraulisch hinsichtlich der Einspritzgeschwindigkeit, der Kolbenpositionierung und des Druckverlaufs in einem geschlossenen Regelkreis über die digitalen Cartridge-Ventile ausführen.

Diese hydraulischen Stellglieder bestehen aus einem Hauptsitz- und einem Servoproportionalventil. Bei der Geschwindigkeits-, Positions- und Druckregelung gleitet das Hauptsitzventil in einer Buchse.

Es wird vom Servoproportionalventil hydraulisch angesteuert, das auf dem Gehäusedeckel befestigt ist. Hergestellt in normierten Größen von 16 bis 100, konform zur Norm ISO 7368, sind die Cartridge-Ventile für einen Durchfluss bis 10 000 l/min ausgelegt (Bild 3).

Elektronik steuert sowohl Sitzventil als auch Kolben des Servo- oder Pilotventils

Die integrierte digitale Elektronik steuert in einem doppelten, geschlossenen Regelkreis sowohl das Sitzventil als auch den Kolben des Servo- oder Pilotventils. Dazu ist ein LVDT-Aufnehmer vorhanden.

Ein optimiertes Zusammenspiel der drei Komponenten sorgt für eine hohe Stelldynamik und somit für niedrige Ansprechzeiten, die laut Atos auf 15 bis 30 ms (0 bis 100%) minimiert wurden.

Cartridge-Ventile in Zwei-Wege- und Drei-Wege-Variante

Die Cartridge-Ventile werden als Zwei- und Drei-Wege-Ventile hergestellt:

• Die Zwei-Wege-Ventile ermöglichen laut Atos Leckagefreiheit. Sie sind als Sitzventile ausgeführt und werden stromlos geschlossen. Ziel ist eine genaue Durchflussregelung in beide Richtungen.
• Die Drei-Wege-Ventile sind zur Durchfluss- oder Druckregelung konzipiert. Es handelt sich um Kolbenventile in der Drei-Wege-Konfiguration P-A oder A-T.

Die digital-elektronische Ansteuerung der Cartridge-Ventile umfasst ein Treibermodul, das auf Basis von Algorithmen und sogenannter DSP-Technik entwickelt wurde. Programmiersoftware ist eine PC-Windows-Version.

Cartridge-Ventile mit Datenschnittstellen ausgestattet

Datenschnittstellen für Feldbusse wie CAN-Open oder Profibus DP ermöglichen die Programmierung und Abfrage von Ventilparametern während des Maschinenbetriebs (Bild 4). Außerdem lässt sich damit eine Echtzeit-Regelung verwirklichen.

Von hoher Wichtigkeit bei Anwendungen in Druckgießmaschinen ist jedoch auch eine bauliche Verstärkung. Sie schützt die „kritischen“ Ventilkomponenten vor starken mechanischen Erschütterungen, die aufgrund der großen bewegten Massen beim Druckgießen bis zu 50 g haben können.

So schützt eine Dämpfungsplatte zwischen den Gehäusen des Treibers und des Wegaufnehmers die Elektronik vor Vibrationen. Der Dämpfungseffekt beträgt laut Atos etwa das Zehnfache des Endwerts (Bild 5).

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