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Hydraulische Steuereinheit Kompakte Leistungswunder für hydraulische Antriebe

| Redakteur: Silvano Böni

Bei Maschinen mit hydraulischen Antrieben werden die Bewegungsabläufe, Kräfte und Geschwindigkeiten von einer Steuereinheit gesteuert. Die großen Vorteile solch kompakter Steuereinheiten sind die hohe Leistungsdichte und die geringeren Kosten bereits bei kleinen Stückzahlen.

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Beim Einsatz einer Steuereinheit im Aussenbereich oder in salzhaltiger Umgebung ist ein guter Korrosionsschutz unerlässlich.
Beim Einsatz einer Steuereinheit im Aussenbereich oder in salzhaltiger Umgebung ist ein guter Korrosionsschutz unerlässlich.
(Bild: Wandfluh)

Steuereinheiten können in verschiedenen Bauformen vorkommen. Bei größeren Serien oder begrenztem Einbauraum wird meist die sogenannte Blockbauweise angewendet. Dabei werden Ventile mit den gewünschten Funktionen in einen Stahl- oder Aluminiumblock eingeschraubt und die Verbindungen zwischen den Ventilen durch entsprechende Bohrungen sichergestellt. So kann eine sehr komplexe Schaltung innerhalb eines Blocks realisiert werden, die durch ihre Kompaktheit und Leistungsdichte kaum zu übertreffen ist.

Blockbauweise lohnt sich ab 20 Einheiten

Bei den Ventilen handelt es sich um Standardventile mit unterschiedlichen Funktionen, der Block muss jedoch entsprechend der Beschaltung individuell konstruiert und hergestellt werden. Durch die zusätzlichen Engineering- und Konstruktionsarbeiten lohnt sich die Blockbauweise je nach Komplexität ab einer Stückzahl von mehr als zwanzig Einheiten.

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Bei kleineren Stückzahlen, Prototypen oder bei Projekten, in denen man sich die Option einer nachträglichen Erweiterung gezielt offenlassen will, kommen anstelle der Blockbauweise sogenannte Sandwich- und Flanschventile zum Einsatz. Dabei werden Ventile mit genormter Schnittstelle und unterschiedlichen Funktionen modular übereinander gebaut und mit einem Flanschventil abgeschlossen. Wird eine Änderung erforderlich, können die sogenannten Cetop-Ventile einfach ersetzt oder ergänzt werden.

Auch eine Kombination dieser beiden Bauformen kann sinnvoll sein. So können Grundfunktionen kostengünstig in einen Block integriert werden, während die spezifischen Funktionen mit Cetop-Ventilen aufgebaut werden.

Material des Steuerblocks entsprechend auswählen

Der Tatsache, dass Steuereinheiten enormen Kräften und Drücken ausgesetzt sind, ist bei der Materialauswahl sowie bei der Konstruktion der Schaltungen Rechnung zu tragen. Dabei müssen die metallurgischen Minimalanforderungen in Bezug auf die Kerb- und Zugspannungen über den gesamten Querschnitt eines Blockes sichergestellt werden, zumal die Zwischenwände zwischen den internen Bohrungen zum Teil relativ klein ausfallen können. Dies rührt nicht zuletzt daher, dass solche Steuerblöcke oftmals in mobilen Maschinen verbaut werden, bei denen nicht nur an Platz, sondern auch an Gewicht eingespart werden muss. Eine weitere positive Eigenschaft der Blockbauweise ist, dass durch die Integration der Ventile in einem Block deutlich weniger Dichtungsschnittstellen entstehen, bei denen eine Leckage überhaupt möglich ist. Dies reduziert Revisions- und Reparaturarbeiten an der Hydraulik und führt zu einer wesentlich höheren Verfügbarkeit der gesamten Anlage.

Der für die Konstruktion eines Steuerblocks verantwortliche Ingenieur hat eine Vielzahl von Ansprüchen zu berücksichtigen. Nebst Funktion und Sicherheit einer Anlage wird heute besonders viel Wert auf Effizienz gelegt. Eine gute Konstruktion zeichnet sich vor allem durch ihre niedrigen Verluste und ein geringes Δp aus. Dieses kann durch Wahl und Anordnung der Ventile und Bohrungen wesentlich beeinflusst werden und setzt eine große Erfahrung in Planung und Konstruktion voraus. Als Resultat erhält man schließlich eine perfekt funktionierende und gut abstimmbare Steuereinheit, die über ihre gesamte Lebensdauer von meist mehreren Jahrzehnten an wertvoller Energie einspart.

Steuereinheiten und deren Nutzen

Steuereinheiten werden grundsätzlich für eine bestimmte Anwendung entwickelt und gebaut. Dies geschieht meist mithilfe eines Pflichtenhefts und in enger Zusammenarbeit mit dem jeweiligen Kunden. Dabei steht nicht nur die hydraulische Schaltung im Mittelpunkt, sondern es wird die zu bewegende Mechanik und Masse in das Projekt miteinbezogen. So können die zu erwartenden Drücke und Volumenströme berücksichtigt, allfällige Reserven mit eingeplant und Abstimmungsmöglichkeiten vorgesehen werden. Die Erfahrungen haben gezeigt, dass mit diesen Prozessen die Probleme beim Einbau, bei der Inbetriebnahme und der Feinabstimmung sehr gering gehalten und somit die Projektdauer und die Projektkosten unter Kontrolle gehalten werden können.

Korrosionsgeschützte Einheiten

Beim Einsatz einer Steuereinheit im Außenbereich oder in salzhaltiger Umgebung ist ein guter Korrosionsschutz unerlässlich. Dies gilt insbesondere für Anwendungen auf Schiffen, in mobilen Arbeitsmaschinen und in aggressiver Umgebungsluft, wie sie beispielsweise in industriellen Anwendungen vorkommen. Viele der Standardventile sind in den drei Schutzklassen K8, K9 und K10 erhältlich. Die Schutzklasse K10 erfüllt die höchsten Anforderungen, da der Block aus säurebeständigem Stahl (AISI 316L) gefertigt ist. Falls der erforderliche Schutzgrad nicht bereits im Hauptprojekt definiert wurde, kann das Engineering dabei helfen, das optimale Kosten-Nutzen-Verhältnis für die jeweilige Anwendung zu finden.

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Partnerportal www.maschinenmarkt.ch, dem Schweizer Maschinenmarkt SMM

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