Hydraulik Proportionalventile profitieren von der Digital-Elektronik

Wichtig für die Optimierung der hydraulischen Antriebstechnik bei Mehrachsenmaschinen sind digitale Servo-Proportionalventile. Die Digital-Steuerungselektronik in den Ventilen trägt wesentlich dazu bei, dass sich die Hydraulik mit elektromechanischen Antrieben messen kann: in puncto Kraft- und Geschwindigkeitsregelung, Flexibilität, Programmierung und Diagnose.

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Schubert & Salzer Data GmbH

CMS Automatisme

Atos, SpA

Moderne Mehrachsenmaschinen werden elektrohydraulisch angesteuert. Ziel ist die Steuerung und Kontrolle der Bewegungsabläufe über optimierte Regelkreise für jede Maschinenachse. Die Digital-Elektronik erfüllt diese Ansprüche der heutigen Maschinen. So hat der italienische Hydraulikspezialist Atos, Sesto Calende, bei der Entwicklung von digitalen Servo-Proportionalventilen viel Wert auf die Umsetzung folgender Anforderungen gelegt (Bild 1): einfache Programmierung, Flexibilität, integrierte Diagnose und Feldbus-Schnittstelle.

Digital-Elektronik verfeinert Steuerung der Ventile

Die digitale Elektronik in Proportionalventilen ermöglicht eine feinfühlige Steuerung im geschlossenen Regelkreis von Position, Geschwindigkeit und Kraft. Sie bewirkt dort eine Reihe von Vorteilen in puncto Leistung und Hysterese. Zu den Vorteilen gehören kurze Ansprechzeiten und Linearität. Verstärkung, Nullabgleich, Rampen und nicht lineare Funktionen lassen sich programmieren und somit per Software steuern.

Eine Funktionsdiagnose via Computer ist möglich und eine einfache Anbindung an Feldbus-Netzwerke gegeben. Die jüngste Generation der Digital-Elektronik in den Ventilen von Atos hat eine hohe Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Störeinflüsse. Sie ist das Ergebnis von fünf Jahren Forschung und Entwicklung.

Im Zusammenspiel mit der Hydraulik, die für den Energietransfer und die mechanischen Bewegungsabläufe in den Maschinenachsen verantwortlich ist, entsteht daraus eine Antriebstechnik, die laut Atos schnelle, sanfte und präzise Bewegungen zulässt. Im Vergleich zu elektromechanischen Antrieben stellt der italienische Hydraulikspezialist dabei folgende Eigenschaften heraus:

• integrierter Überlastschutz
• automatische Kraftanpassung
• selbstschmierendes System und
• hohe Robustheit.

Außerdem bestehe die Möglichkeit zur Energiespeicherung. Grundsätzlich sei die Erzeugung großer Kräfte auf engstem Raum hervorzuheben. In der Elektrohydraulik werden diese Vorteile mit den Verbesserungen der Ventilsteuerung kombiniert, die mit der Digital-Elektronik Einzug erhielten. Dazu gehören stufenlose Kraft- und Geschwindigkeitsregelung sowie die Verbesserung des Wirkungsgrads.

Hydrauki-Komponenten gemäß internationalen Normen entwickelt

Die elektrohydraulischen Komponenten werden gemäß internationalen Normen entwickelt. Sie sind nach einem Baukastensystem konzipiert, wobei die Anzahl der Einzelteile niedrig gehalten wird. So bestehen die digitalen Proportionalventile aus neun Teilen (Bild 2). Sie werden nach ISO 4401 in den Baugröße NG 6 und 10 als direkt gesteuerte Ventile mit Einfachmagnet ausgelegt.

Ein Ventilkolben in gehärteter, angepasster Führungsbuchse sorgt laut Atos für eine genaue Regelung. Die Kolbenposition wird im geschlossenen Regelkreis von einem integrierten LVDT-Wegaufnehmer gesteuert.

Die digitale Steuerelektronik ist werkseitig voreingestellt. Damit werde eine hochdynamische Steuerung von Volumenstrom, Druck und Position ermöglicht. Für die Einstellung der Steuerungs- oder Regelungsparameter hat der Hydraulikspezialist eine eigene Software entwickelt.

Das Ergebnis drückt sich in optimierten Druck- und Geschwindigkeitsverläufen aus. So liegt bei den Proportionalventilem von Atos in der Baugröße NG 6 die Ansprechzeit unter 10 ms bei einem 100%-Stufensignal. Bei der Größe NG 10 sind es weniger als 15 ms. Die Abweichung der Kolbenposition bei einer auf das Ventil einwirkenden Temperaturdifferenz von 40 °C wird mit kleiner als 1% angegeben.

Die maximale Druckverstärkung wird bereits bei 2 bis 3% Ventilkolbenhub erreicht. Verstellfrequenzen bis 120 Hz bei der Baugröße NG 6 und 90 Hz bei der Baugröße NG 10 sorgen für ein dynamisches Ansprechverhalten. Dafür sorgt die Digital-Elektronik im Ventil, insbesondere der DSP-Prozessor und die CMOS-Technik.MM

(ID:224532)