Hydraulische Konvertertechnik profitiert von Digitalventilen

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Die Schüsselkomponente des Ventils ist ein magnetischer Aktuator, der bezüglich der Leistung auf Dynamik getrimmt wurde. Ausgeführt als 3/2-Wege-Schaltventil wird ein Nennvolumenstrom von 10 l/min bei 5 bar Druckdifferenz und einer dauerhaften Schaltfrequenz von 100 Hz (kurzfristig 200 Hz) erreicht. Die Schaltzeit liegt in dieser Anwendung bei 1,5 ms.

Zusammenspiel von Aktuator, Steuerung und mechanischen Komponenten optimiert

Diese Leistungsfähigkeit ergibt sich laut F&E-Zentrum aus einem ganzheitlichen Entwicklungsansatz. Sie basiere auf einem optimierten Zusammenspiel zwischen dem magnetischen Aktuator, der Steuerelektronik und den mechanischen Komponenten. Vorteilhaft ist dabei auch die sensorlose Messung der Magnettemperatur. Sie ermöglicht einen Ventilbetrieb im optimalen Temperaturbereich. Bei LCM wird der Ventilbetrieb in die energetische Effizienzbetrachtung der Hydraulik einbezogen. Dazu enthält die Ventilsteuerung ausgeklügelte Algorithmen.

Das Ergebnis spiegelt sich in der Umsetzung digitalhydraulischer Konverter wider, die zu einer Steigerung der Energieeffizienz von Hydraulikantrieben führen. Laut LCM lässt sich damit der Energieverbrauch von Antrieben um bis zu 80 % im Vergleich zur konventionellen Hydraulik reduzieren. Das verringert drastisch den Wärmeverlust.

Dadurch fällt der Ölkühler deutlich kleiner aus. Teilweise wird sogar ganz darauf verzichtet. Weil sich das Hydrauliköl nicht so stark erwärmt wie bei konventionellen Hydraulikantrieben, kann die Verweildauer des Öls im Tank verkürzt werden.

Digitales Hydraulikventil ermöglicht mehr Energieeffizienz und geringere Kosten

Das bietet den Konstrukteuren hydraulischer Antriebe die Möglichkeit, eine kleinere Tankgröße zu wählen. Zusätzlich zur verbesserten Energieeffizienz werden reduzierte Systemkosten, eine bessere Programmierbarkeit, bessere Regelbarkeit und höhere Zuverlässigkeit als weitere Vorteile angeführt.

So scheint das LCM mit der Entwicklung des Ventils FSVI dem Ziel, digitale Prinzipien in der Hydraulik umzusetzen, ein großes Stück nähergekommen zu sein. Dieser Schritt hat jedoch nicht erst auf der diesjährigen Hannover-Messe Beachtung gefunden. So waren optimierte Schaltventile ein Themenschwerpunkt beim Workshop Digital Fluid Power 2011, der im Frühherbst an der Universität Linz stattfand. Dort präsentierten führende hydraulische Forschungsinstitute wie die finnische Forschungseinrichtung Intelligente Hydraulik und Automation (IHA), Tampere, das Institut für Maschinendesign und Hydraulikantriebe (IMH) der Universität Linz und das LCM jüngste Entwicklungen im Bereich Digitalhydraulik. Dazu gehörten auch ein neuartiger digitaler hydraulischer Bewegungsverstärker und die Anwendung digitaler Prinzipien bei Kühlverfahren.

Kostengünstige Alternative zu Ventilen in Schwenkmotoren

Anwendungen für digitale Schaltventile werden unter anderem in der Arbeitshydraulik von Bau- und Forstmaschinen, im Maschinenbau und bei Automobilantrieben gesehen. In Schwenkmotoren können sie eine kostengünstige Alternative zu konventionellen Proportionalventilen sein. Nach Angaben von LCM lassen sich Digitalventile deutlich besser regeln als Proportionalstellglieder des Low-Cost-Bereichs. Das zeigte die Umsetzung eines digitalen Aktuators zum Schwenken und Heben von Lasten im Rahmen eines Projekts. Dieser Aktuator schwenkt eine Last innerhalb von 80 ms um 60°. Einen 30-mm-Hub mit einer 8 kg schweren Last verrichtet er in 40 ms. Das digitale Hydraulikventil FVSI wird in der ersten Jahreshälfte 2013 am Markt eingeführt.

* Weitere Informationen: Linz Center of Mechatronics GmbH, 4040 Linz (Österreich)

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