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Mobile Maschinen 2/2016

Mobile Maschinen 2/2016

STEUERUNGEN UND

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN I VENTILANSTEUERUNG Die elektromechanische Alternative Direkte Ansteuerung des Hauptschiebers ohne Vorstufe Rutger Peeters Sonceboz hat für die effiziente Bereitstellung hydraulischer Funktionen, speziell für Schieberventile, einen Smart Aktuator entwickelt, der die direkte Ansteuerung des Hauptschiebers ermöglicht. Damit entfallen die Vorsteuerstufe und die damit verbundenen Niedrig druckleitungen. Mobile Maschinen verwenden präzise geregelte Pumpen mit Ventilen, die der Pumpe den Bedarf rückmelden. Diese Ventile mit einer Flussmenge > 50l/min benötigen eine Vorsteuerstufe. Sie besteht aus einem Niederdruck Öl-System mit kleinem Ventilschieber und Hubmagneten, die über eine hydraulische Kraftverstärkung den Hauptschieber regeln. Dazu nutzt das System einen Öldruck von 20 bis 30 bar, der im Maschinenbetrieb konstant anliegen muss. Das verursacht einen kontinuierlichen Systemverlust, wenn die Arbeitshydraulik nicht im Einsatz ist. Zudem haben mögliche Druckschwankungen im System, Verunreinigungen im Öl und die unvorteilhafte Viskosität des Hydrauliköls bei niedrigen Temperaturen einen negativen Einfluss auf die Vorsteuerstufe und damit auf die Regelungsfähigkeit und -qualität des Ventils. Bei Ventilblöcken mit mechanischen Ventilen - zum Beispiel bei einfacheren Traktoren, bei denen nur eine Sektion etwa mit einem elektrischem Kraftheberventil elektrisch angesteuert werden soll, wird durch den benötigten Steuerdruck im Öl-Kreislauf das System wesentlich komplexer. Effizienz und Präzision, auch ohne Vorstufe Der elektrische Smart Aktuator 8566 von Sonceboz realisiert eine Arbeitshydraulik mit Ventilen ohne Steuerdruck und den damit verbunden Niederdruck Öl-Kreislauf. Überflüssig ist bei einer schnellen und präzisen Regelung von Ventilen mit bis zu 120 l Durchfluss bei 250 bar auch die Vorsteuerstufe. Schließlich ist die Ventilregelung völlig unabhängig vom Öl-Kreislauf und des- Rutger Peeters, Key Account Manager Elektro- Hydraulik bei Sonceboz in Sonceboz, Schweiz 54 Mobile Maschinen 2/2016

VENTILANSTEUERUNG I STEUERUNGEN UND REGELUNGEN sen herausfordernden Schwankungen von Druck und Viskosität insbesondere bei niedrigen Temperaturen. Der 8566 ist ein mechatronisches System mit integrierter Elektronik, angesteuert über einen CAN-Bus. Dabei bringt er genügend Kraft auf, um den Hauptschieber des Hydraulikventils direkt zu betätigen, so dass die Hydraulikpumpe keinen Steuerdruck bereitstellen muss, solange keine hydraulischen Arbeiten erfolgen. Das erhöht den Wirkungsgrad. Die Integration dieses Smart-Aktuator-Systems in einen mechanischen Ventilblock ist einfach, da keine mechanischen oder andere Erweiterungen am Systemaufbau erforderlich sind. Der Smart Aktuator besteht aus einem robusten und für hohe Schwingungen geeigneten Hybridschrittmotor, einem zweistufigen Getriebe, das die Drehbewegung des Motors über eine Zahnstange in eine lineare Bewegung des Ventilschiebers umsetzt, und einer Motorsteuer- und Schnittstellen-Elektronik. Eingebettet in einem Aluminium-Druckgussgehäuse mit Schutzgrad IP6K9K trotzt es den härtesten Umgebungsbedingungen in Off-Highway Anwendungen. Mit den Gehäusemaßen 108x95x41,2 mm ist der Aktuator äußerst kompakt. Der 4-polige Steckanschluss wird durch das Gehäuse mechanisch geschützt und kann selbst das Gewicht einer erwachsenen Person aushalten. Die Anbindung an das Ventil erfolgt über eine Planfläche mit einem Zentrieransatz, einem Kugelkopf auf der Zahnstange und drei leicht zugänglichen M6-Schrauben. Die Elektronikplatine ist speziell für hohe Schwingungen ausgelegt und entsprechend im Aktuatorgehäuse befestigt. Es gibt zwei Speisespannungsvarianten: eine 12 V- und eine 24 V-Lösung mit jeweils angepassten Schutzkomponenten gegen Verpolung, Überspannung und Störimpulse. Als Schnittstelle steht standardmäßig ein CAN- Bus gemäß dem J1939 Protokoll zur Verfügung. Andere Protokolle oder analoge Schnittstellen sind im selben Bauraum umsetzbar. Flexibel und nutzerfreundlich Ein leistungsfähiger Mikrocontroller regelt die Schrittmotorsteuerung und die Signalverarbeitung im 8566. Die Vektorregelung ist mit 20 kHz getaktet und verbessert die Regel- und Positionierfähigkeit, wobei die intrinsischen Schrittmotoreigenschaften erhalten bleiben. Die sensorlose Auswertung der Motordaten - etwa der rückinduzierten Spannungen - gewährleistet eine sichere und präzise Ventilsteuerung. Ist diese durch externe Einflüsse wie einen mechanisch blockierten Ventilschieber gestört, meldet dieses der Aktuator an die ECU. Zudem hat der 8566 zwei an unterschiedlichen Stellen angebrachte Temperatursensoren zur Online-Diagnostik. Ein temperaturspezifisch angepasstes Verhalten des Aktuators lässt sich so für veränderte Eigenschaften eines Ventils bei sehr tiefen Temperaturen nutzen. Damit lässt sich das Ventil bis -40°C präzise ansteuern - trotz der sehr ungünstigen Viskosität des Hydraulik-Öls. Das parametrisierbare Softwarekonzept bietet dem Kunden maximale Flexibilität bei minimalem Aufwand. Beispielsweise können beliebige Ventilkurven im Aktuator linearisiert oder progressiv abgebildet werden. Gewünschte Ventil-Charakteristiken sind somit über einen programmierbaren Parametersatz erreichbar, ohne dass diese mechanisch durch eine Schieberform aufwändig angepasst werden muss. Der Hybridschrittmotor ermöglicht eine äußerst präzise wiederholbare Positionierung. Öffnungspunkte werden mit einer linearen Auflösung von 7 µm punktgenau ohne Überschwingungsverhalten angefahren. Bei 12 V werden 80 mm/s und bei der 24 V sogar 100 mm/s Verstellgeschwindigkeit auf dem Ventilschieber erreicht. Zusammen mit den Beschleunigungsrampen sind so Sprungantwortzeiten beispielsweise von 0 auf 7 mm in 110 ms möglich. Bei der Richtungsumkehr fällt keine Wartezeit an. Ohne den Einsatz von Drehgebern oder Linear-Messsytemen wertet die Aktuator- Elektronik verschiedene Strom- und Spannungssignale aus. Schrittverluste lassen sich so feststellen und an die Steuerung zurückmelden. Das Highlight im Zusammenspiel zwischen Soft- und Hardware ist die Tot-Band-Erkennung zusammen mit der Möglichkeit, die pro Ventil variierende Schieberüberdeckung im EEPROM des Aktuators ablegen zu können. Dadurch entsteht ein äußerst präzises Hydraulikventil, das mechanische Toleranzen der Fertigung, mechanisches Spiel und Ungenauigkeiten durch Abnützung über die gesamte Lebensdauer des Ventils und der Maschine kompensiert. Dazu ertastet der Smart Aktuator 8566 bei jedem Einschalten die Größe des Spiels in der Null-Lage des Ventilschiebers bis zu der beidseitig vorhandenen Federkraft. Von diesem Punkt bis zum Öl-Fluss liegt die Schieberüberdeckung, die pro Ventil hinterlegt werden kann und dann über die Lebensdauer des Ventils konstant bleibt. Das Regelverhalten von Ventil zu Ventil bleibt absolut identisch. Für den Maschinenanwender bedeutet diese konstante Genauigkeit, für den Ventilbauer verringerte Herstellungskosten durch großzügiger wählbare Toleranzen bei der Schieberüberdeckung. Neues aus bewährtem Der 8566 Smart Aktuator bewährt sich bereits in verschiedenen Land- und Bau- sowie Landwirtschaftsmaschinen in der Serienanwendungen. Die verwendeten Basistechnologien sowie ein Großteil der Komponenten bauen auf einer fundierten und langjährigen Erfahrung auf. Trotzdem bietet diese neueste Generation des Hydraulikventil Aktuators zahlreiche neue Eigenschaften zur Erhöhung der Verfügbarkeit, der Erweiterung des Funktionsbereichs, des zusätzlichen Komforts für den Maschinenbediener und optimierte Abmessungen. www.sonceboz.com Mobile Maschinen 2/2016 55

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