Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Elektromechanische Ansteuerung großer Schaltventile in volumenstromgeregelten Hydrauliksystemen

Moderne Hydrauliksysteme werden häufig als volumenstromgeregelte und nicht als widerstandsgesteuerte Systeme ausgeführt. Sie werden durch die Anpassung des Volumenstroms verstellt, statt mit Ventilen. So wird u.a. der Wirkungsgrad verbessert - die Betriebskosten sinken. Bei vol.-geregelten Systemen mit mehreren Verbrauchern sind auch Ventile notwendig, um die einzelnen Verbraucher oder deren Bewegungsrichtung auszuwählen. Hier werden Schaltventile benötigt.

Ventilansteuerungen sind derzeit in der Hydraulik bis zur NG 10 direkt mit elektromechanischen Ansteuerungen möglich, darüber hinaus nur mit hydraulischen Vorsteuerungen. Letztere weisen die Nachteile eines großen Komponentenaufwands, Verlustleistungen, hohe Anforderungen an die Ölreinheit und damit Installations- und Wartungsaufwand sowie großen Bauraum auf. Direkte el.-mech. Ansteuerungen auch für große Schaltventile könnten diese Nachteile vermeiden.

In diesem Projekt sollen el.-mech. Ansteuerung für große Schaltventile in vol.-geregelten Hydrauliksystemen erforscht werden. Dafür werden zunächst aktuelle Ventilaktoren auf ihre Leistungsfähigkeit, sowie aktuelle Ventile der Nenngröße 25 auf ihre Anforderungen untersucht und anschließend mit neuartigen Ansteuerkonzepten verglichen. Die neuen Konzepte umfassen Kombinationen aus auch neuartigen el.-mech. Aktoren und mech.-mech. Wandlern. Drei Konzepte werden anschließend an eine Bewertung gefertigt und experimentell untersucht. So können die Eigenschaften der Konzepte erforscht, benötigte Steuerungen entwickelt und Hinweise für die Praxis ermittelt werden.

Der Projektinhalt ist durch Druckgießmaschinen motiviert, aber nicht auf diese beschränkt. Hier profitieren Nutzer von übersichtlicheren Maschinen, Hersteller können ihre Entwicklung vereinfachen und Kosten in der Produktion reduzieren und Zulieferer können höhere Erlöse mit der neuen Technologie erreichen. In allen genannten Bereichen gibt es eine große Zahl an KMU, welche von dem Projekt profitieren.

Ergebniszusammenfassung:

Schaltventile werden in nahezu allen hydraulischen Anlagen großer Leistungsklassen eingesetzt. Aufgrund der großen notwendigen Stellkräfte werden Ventile großer Nenngrößen hydraulisch betätigt. Diese hydraulische Vorsteuerung zeichnet sich zwar durch große erreichbare Kräfte und eine hohe Leistungsdichte aus, führt jedoch zu einem erhöhten Komponentenaufwand. Durch die Applikation leistungsstarker elektromechanischer Aktoren soll dieser reduziert werden. Besonders der Einsatz in volumenstromgeregelten Hydrauliksystemen ist sinnvoll. Einerseits fallen die notwendigen Stellkräfte geringer aus, als in einem System mit aufgeprägten Druck: Anderseits sind diese Systeme mitunter auf einen umfangreichen Vorsteuerkreis angewiesen. Dieser kann durch die Applikation elektromechanischer Aktoren entfallen. Im Forschungsvorhaben wurden die Vor- und Nachteile unterschiedlicher elektromechanischer Aktoren als Stellantrieb für Ventile großer Nenngrößen untersucht. Auf Basis einer ausführlichen Anforderungsanalyse wurden relevante Betriebsbereiche identifiziert, bei denen die Applikation sinnvoll ist und die Anforderungen an die Aktoren für diese Systeme hergeleitet. Mit diesen wurden drei Funktionsmuster konstruiert die experimentell untersucht wurden. Auf Basis der Performance erfolgte einer Bewertung der unterschiedlichen Aktorkonzepte. Der Nutzen für die KMUs besteht darin, den Kunden einen auf ihr System abgestimmten energieeffizienten elektromechanischen Aktor für Schaltventile großer Nenngrößen anbieten zu können. Die Forschungsergebnisse zur Auslegung der Aktoren und deren Performance können für die Entwicklung neuer Aktoren verwendet werden. Aufgrund der Skalierbarkeit der Konzepte können Aktoren für den Einsatz in unterschiedlichen hydraulischen Systemen verschiedener Leistungsklassen entwickelt werden.