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DIGITALER REGLER MACHT PUMPEN SMART


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O+P Fluidtechnik - epaper ⋅ Ausgabe 10/2022 vom 17.10.2022

STEUERUNGSTECHNOLOGIE

Artikelbild für den Artikel "DIGITALER REGLER MACHT PUMPEN SMART" aus der Ausgabe 10/2022 von O P Fluidtechnik. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: O P Fluidtechnik, Ausgabe 10/2022

Vom Zulieferer zum Systemanbieter: Das war der Weg der Andreas Lupold Hydrotechnik GmbH, einem Unternehmen der Hydraulik Nord Group. Auf Basis des firmeneigenen Knowhows in Kombination mit dem Wissen aus der Unternehmensgruppe konnten die Hydraulikexperten aus Vöhringen im Schwarzwald einen digitalen Pumpenregler entwickeln, der Hydraulikpumpenherstellern und -betreibern das Leben maßgeblich erleichtert.

Die Andreas Lupold Hydrotechnik GmbH ist seit fast 80 Jahren spezialisiert auf die Herstellung hydraulischer Baugruppen und Steuerungstechnik sowie auf die Fertigung eigener Hydraulikpumpen. Durch die gesamtheitliche und partnerschaftliche Zusammenarbeit mit den Auftraggebern entstehen Produkte, die innovativ und wirtschaftlich zugleich sind. Hierzu gehört auch die langfristige Optimierung von Konstruktionen und Fertigungsprozessen, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen. ...

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Seit 2019 ist das Unternehmen Teil der Hydraulik Nord Group. Im Firmenverbund wird seit der Gründung im Jahr 2017 stetig Systemkompetenz aufgebaut.

Ein wichtiger Faktor für die Innovationsfähigkeit des Unternehmens Andreas Lupold Hydrotechnik ist die hochmoderne, automatisierte und zum Teil robotergestützte Fertigung. Der hohe Automatisierungsgrad der Produktion und die hohe Qualität der Prüfstände bietet Vorteile hinsichtlich der Verfügbarkeit und Lieferfähigkeit.

PUMPENREGLER BEDIENT TRENDS

Im Sommer 2022 präsentierte die Andreas Lupold Hydrotechnik GmbH auf dem Internationalen Fluidtechnischen Kolloquium in Aachen einen neuen digitalen Pumpenregler. Die Veröffentlichung stieß auf großes Interesse beim Fachpublikum. Denn die Vorteile der Technologie sind offensichtlich und bedienen die Trends der Industrie in Sachen Nachhaltigkeit, Effizienz, Komplexitätsmanagement und Vernetzung bzw. Digitalisierung. Entwickelt wurde das Gesamtsystem gemeinsam mit der Litronic Steuer- und Regeltechnik GmbH, ebenfalls Teil der Hydraulik Nord Group, und der Linz Center of Mechatronics GmbH. Somit ist der Regler das Ergebnis der gruppeninternen Zusammenarbeit unter Einbeziehung der Expertise aus der Forschung.

Marvin Schell, als Projektleiter mitverantwortlich für die Entwicklung der Innovation, legt den Entwicklungsprozess dar: „Wir haben diesen Pumpenregler ganzheitlich entwickelt. Anders als es häufig der Fall ist, handelt es sich nicht um die Fortentwicklung einer bestehenden Lösung. Wir haben einen systemischen Ansatz verfolgt: von der Analyse der optimalen Ventilart, über die Entwicklung des Reglers mit seinen beiden Ventilen und seiner Architektur, der Spule und ihrer Ansteuerung bis hin zur Software haben wir alles von Grund auf neu gedacht und entwickelt. Und das Ergebnis bestätigt uns in dieser Herangehensweise.“

"DER REGLER KANN JEDE BEKANNTE, ABER AUCH KÜNFTIGE FUNKTIONEN ÜBERNEHMEN"

GERINGER VERBRAUCH, MAXIMALE FLEXIBILITÄT

Dank bedarfsoptimierter Regelungstechnik und geringerer Verlustleistung reduziert sich der Energieverbrauch des Reglers um bis zu 95 Prozent. Der Aufbau mit zwei unabhängigen und stufenlos ansteuerbaren, leckagefreien Sitzventilen ermöglicht die bedarfsoptimierte Bereitstellung des Hydrauliköls. Marvin Schell erklärt die Vorteile: „Wir können den Zufluss unabhängig vom Abfluss des Druckmediums in die Stellkammer der Pumpe definieren. Momentan können wir alle 20 Millisekunden frei entscheiden, wie die Ventile angesteuert werden, wie weit wir öffnen und wie lange die gewählte Ventilstellung gehalten wird. Das ist mehr als das typische digitale 0 und 1, eben ‚beyond digital‘, wie wir es nennen. Mit unserem Regler haben wir folglich die derzeit einzigartige Möglichkeit, nahezu jeden Betriebspunkt der Hydraulikpumpe ideal anzusteuern. Somit lässt sich die Regler-Charakteristik digital via Softwareparametrierung individuell an die Bedürfnisse der Kunden anpassen – sowohl bei der Inbetriebnahme als auch im laufenden Betrieb. Unser Regler kann folglich jede bisher bekannte, aber auch künftige neue Funktionen übernehmen.“

Von der Druckregelung, Volumenstromregelung oder als Leistungsregler, die digitale Adaption macht den Controller zur Lösung für jede Applikation und erschließt bislang brachliegende Potenziale, wie Entwicklungsleiter Dieter Lohmiller ausführt: „Unsere Steuerung revolutioniert die bisherigen Ansätze in der Pumpenregelung. Über den Regler machen wir die Pumpe zur aktiven, smarten Systemkomponente, die im Austausch mit der Maschinensteuerung steht und ihren Betriebszustand an die jeweilige Anforderung anpasst. So lassen sich sehr viel flexiblere und effizientere Systemarchitekturen realisieren als mit hydromechanischen oder bisherigen elektrohydraulischen Reglern.“

Die Sitzventile bieten darüber hinaus prinzipbasierte Vorteile wie Leckagefreiheit, enorme Robust- und Kompaktheit sowie eine geringere Neigung zum Schwingen. Durch das Konzept mit zwei Ventilen lassen sich zudem Störungen im Hydrauliksystem – etwa durch Verschmutzung und Festsetzen des Ventils – kompensieren und bestenfalls durch eine gepulste Spülung eliminieren. Es ist der Andreas Lupold Hydrotechnik gelungen, neben dem Pumpenregler ein sehr robustes und wirtschaftliches Proportionalventil zu entwickeln, welches sich im Gegensatz zu schieberbasierten Lösungen auch für Anwendungen der funktionalen Sicherheit eignet.

EINFACHE UND FEHLERFREIE INBETRIEBNAHME

Das enorme Potenzial für den Anwender zeigt sich in Bezug auf die Umsetzung und Realisierung digitaler Wartungs- und Kalibrierungskonzepte. Dank digitaler Ansteuerung ist das Ventilsystem bestens ausgerüstet für digitale Zustandsüberwachung(Condition Monitoring), vorausschauende Wartung (Predictive bzw. Preventive Maintenance), Fernzugriff sowie automatisierte Inbetriebnahme.

Insbesondere letztere ist für Hersteller von Hydraulikpumpen ein großes Plus in der Produktion. Die Funktionsprüfung und die Kalibrierung können vollumfänglich digital erfolgen. Die Anpassung der Pumpe an die gewünschte Pumpenregler-Variante erfolgt frei konfigurierbar über die Regler-Software, die Hardware bleibt gleich. Somit wird nicht nur der Prüfprozess beschleunigt, sondern auch die Komplexität in der Komponentenbeschaffung reduziert, da nur noch ein Regler notwendig ist, unabhängig von der Anforderung der jeweiligen Anwendung.

CONDITION MONITORING

Maschinenhersteller profitieren von der erweiterten Flexibilität und den Komfortfunktionen im Maschinenbetrieb. Durch die Möglichkeit der Anbindung an digitale Flottenmanagement- und Fernwartungssysteme gelingen die Inbetriebnahme und Einstellung des Reglers – und damit der Pumpe – auch aus der Ferne. Aufgrund dieser Voraussetzungen kann die Pumpe beispielsweise bei sich ändernden externen Faktoren im Feld an die Umgebungsbedingungen und Viskositätsänderungen angepasst werden. Auf Systemebene sind zudem Optimierungen des antreibenden Aggregats oder Powertrains realisierbar, wodurch sich zusätzliche Effizienzvorteile für die gesamte Maschine realisieren lassen.

Das Monitoring der Pumpe aus der Ferne ist ein großer Vorteil für autarke Anwendungen in schwer zugänglichen Gebieten. Wartungsintervalle können dank smarter Überwachung des Systems ebenfalls bedarfsgerecht ausgestaltet werden. Das spart sowohl Personal- als auch Energieressourcen.

FÜR NACHRÜSTUNG GEEIGNET

Der neuentwickelte Lupold-Regler ist optimiert für den Mitteldruckbereich und sowohl für die Integration in neue Pumpengenerationen als auch für die Nachrüstung auf bestehenden Systemen geeignet. Derzeit werden die Anwendung und die technische Lösung patentiert. Die Programmierungsschnittstellen und Kommunikationsstandards können gemäß den Anforderungen des jeweiligen Komponenten- oder Maschinenherstellers realisiert werden. Zertifizierungen für funktional sichere Anwendungen sind ebenfalls in Prüfung.

Neben der Fertigung von Ventilen für die Steuerungs- und Regelungstechnik im Kundenauftrag möchte das Unternehmen künftig verstärkt das eigene Konstruktionsknowhow in den Markt tragen. Andreas Lupold Hydrotechnik ist seit Jahrzehnten nicht nur Zulieferer, sondern auch Entwicklungspartner der führenden Hydraulikkomponentenhersteller. Boris Hagmaier, Geschäftsführer der Andreas Lupold Hydrotechnik GmbH: „Wir entwickeln die Komponenten partnerschaftlich mit unseren Kunden. Unsere exzellente Konstruktions- und Entwicklungsabteilung zeichnet uns aus. Das über Jahrzehnte aufgebaute Domänenwissen rund um die Fertigung und Konstruktion von hydraulischen Steuerungen stellen wir unseren Kunden in der ganzen Welt zur Verfügung.“

Autorenhinweis

Marvin Schell, Entwicklungsingenieur, Andreas Lupold Hydrotechnik GmbH Dieter Lohmiller, Entwicklungsleiter, Andreas Lupold Hydrotechnik GmbH

LEISTUNG NACH BEDARF

Der drehzahlvariable Pumpenantrieb DrivAx RQ4 von Voith besteht aus einem Servomotor mit einer direkt angebauten Radialkolbenpumpe, die gemeinsam einen Volumenstrom von maximal 450 l/min bei einem maximalen Druck von 350 bar regeln. Der drehzahlgeregelte Pumpenantrieb kombiniert Energieeffizienz mit hoher Leistungsdichte und Robustheit. Zudem bietet der DrivAx RQ4 im Gegensatz zu herkömmlichen, ventilgesteuerten Hydrauliksystemen Leistung nach Bedarf. Das bedeutet, dass das System im Teillastbereich und außerhalb des Maschinenzyklus ressourcensparend und effizient mit reduzierten Geschwindigkeiten arbeitet. Bei diesem Power-on-Demand-Prinzip können mit Hilfe der lastabhängig schaltbaren Pumpe spezielle Lastprofile mit reduzierter Baugröße des Motors und der Peripherie realisiert werden. Das kompakte Design und die Schnittstellenarchitektur erlauben darüber hinaus eine einfache Integration in Maschine und Steuerung.

VAKUUMLÖSUNGEN FÜR DIE EXTRUDERENTGASUNG

Busch Vacuum Solutions präsentiert seine neueste Generation von Plastex Vakuumsystemen für die Extruderentgasung. Die Vakuumsysteme bieten volle Konnektivität, um Daten mit der Steuerung des Extruders auszutauschen. Zudem können sie über ein Display programmiert und überwacht werden. Ihr frequenzgeregelter Antriebsmotor ermöglicht eine bedarfsabhängige Steuerung, sodass das programmierte Vakuumniveau exakt eingehalten wird – die dabei eingesparte Energie ist ein großes Plus. Busch Vacuum Solutions bietet ein solches System mit eingebauter MINK Klauen-Vakuumpumpe. Diese Vakuumpumpen arbeiten trocken, das heißt, sie benötigen keinerlei Betriebsmittel im Verdichtungsraum. Aufwand und Kosten für deren Aufbereitung beziehungsweise Entsorgung entfallen somit. Durch die bedarfsabhängige Steuerung und die Möglichkeit, das Vakuumniveau exakt auf das zu extrudierende Material, den Extruder und die Temperaturverhältnisse abzustimmen, ist eine reproduzierbare Produktqualität möglich, ohne dass über Ventile manuell das Vakuumniveau während des Prozesses nachjustiert werden muss. Die Vakuumsysteme sind in verschiedenen Konfigurationen und Baugrößen erhältlich. Sie eignen sich sowohl für Compounds als auch für Masterbatches. Mit ihnen können Polyolefine wie PP/PE sowie EVA, PBT, ABS, EVOH oder POM entgast werden. Selbst die Entgasung von Recyclingmaterial ist kein Problem. Eine Spülvorrichtung ermöglicht die Reinigung der Vakuumpumpe nach oder auch während des Prozesses. Die Reinigungsintervalle und die Dosierung des Reinigungsmittels können ebenfalls je nach Bedarf programmiert werden. Eine Steuerung überwacht permanent den Zustand der Filter und Abscheider und meldet über das Display oder über die Extruder-Steuerung sofort, wenn beispielsweise ein Filter gereinigt oder Kondensat aus dem Nachabscheider oder dem Kondensatsammelbehälter abgelassen werden muss.