Feinfühlige Alternative

Es gibt viele technische Bereiche, in denen große Lasten über weite Wege bewegt werden. Dabei sind häufig mehrere hydraulische Antriebe im Einsatz, die in einem Gleichlauf von hoher Genauigkeit gefahren werden müssen. Solche Anwendungen finden sich zum Beispiel bei Feuerungsrosten in Kraftwerken, an Vorschubschlitten von Großmaschinen, an Abkantpressen, Schwenkwerken, Dosier- und Hubeinrichtungen, aber auch bei Böden von Schwimmbädern, Brückenantrieben und vielen weiteren Konstruktionen.

Sehr gut lässt sich die Funktion einer Gleichlaufregelung am Beispiel der Brenngutaufgabe in einem Müllheizkraftwerk erklären: Dort sorgt ein so genannter „Aufgabestößel“ dafür, dass der Müll gleichmäßig auf den Feuerungsrost gelangt. Die Mechanik ist von der Größe des Kessels abhängig und besteht aus mehreren einzelnen Längsbahnen, die parallel aneinander gekoppelt sind und mit Hilfe von Hydraulikzylindern bewegt werden. Sie transportieren das Brenngut auf den Feuerungsrost, genannt Vorschubrost. Die einzelnen Bahnsegmente lassen sich dabei mit regelbarer Geschwindigkeit und wählbarem Hub vorwärts und rückwärts bewegen.

Müll ist aufgrund seiner äußeren Beschaffenheit ein sehr inhomogenes Brenngut. Deshalb muss der Antrieb des Aufgabestößels im Hinblick auf Weg und Geschwindigkeit variabel sein und sich an die Gegebenheiten des Brennguts anpassen lassen. Das kann dazu führen, dass die Zylinder der einzelnen Bahnsegmente zur selben Zeit sehr unterschiedlich belastet werden. Trotzdem muss sichergestellt sein, dass sich die einzelnen Bahnen zu jedem Zeitpunkt mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen – andernfalls könnte es zu schwerwiegenden Beschädigungen an den Bauteilen kommen.

Bei einer einfachen Versorgung der Zylinder würde das Hydraulikmedium bevorzugt zum Zylinder mit der geringeren Last strömen, der dann einem höher belasteten Zylinder vorauseilen würde. Erst spezielle Gleichlaufregelungen schaffen Abhilfe für dieses Problem. Traditionell kommen dabei mechanisch-hydraulische Gleichlaufregelungen zum Einsatz.

Deren Grundprinzip ist der Einbau einer zusätzlichen hydraulischen Komponente: Den so genannten „Mengenteiler“ gibt es in unterschiedlichen Ausführungen mit verschiedenen Funktionsprinzipien. Dieser Mengenteiler sorgt dafür, dass alle Antriebszylinder lastunabhängig mit exakt derselben Menge an Hydraulikfluid versorgt werden.

Mit diesem Prinzip scheint es zunächst sehr einfach, einen Gleichlauf zu erreichen. Verschiedene Parameter beeinflussen jedoch das System und führen während des Betriebs zu Abweichungen: Toleranzen von Bauteilen, fehlende absolute innere Dichtheit, Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen, die Kompressibilität des Mediums und ähnliches. Die mögliche Genauigkeit solcher mechanisch-hydraulischen Gleichlaufregelungen ist deshalb begrenzt. Während ihres Betriebs entsteht unweigerlich ein kontinuierlich wachsender Versatz. Sobald aber die Positionssensoren der Anlage eine entsprechende Differenz der Hubwege melden, muss der Normalbetrieb unterbrochen werden, um die Position der Hydraulikzylinder zu korrigieren und den Gleichlauf wieder herzustellen. Das passiert in der Regel automatisch, verringert aber die Maschinenlaufzeit und verursacht dadurch Kosten. Auch abgesehen von teuren Ausfallzeiten wegen Positionskorrekturen sind die Nachteile mechanisch-hydraulischer Gleichlaufregelungen erheblich: Der Aufwand, sie in die Anlagen einzubauen, ist hoch und verursacht zusätzliche Investitionskosten. Außerdem vergrößert sich die Anzahl der Anlagen-Komponenten. Mit wachsender Anzahl der Komponenten wiederum nimmt die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls der Anlage zu – ein weiterer Kostentreiber.

Eine elegante Methode, um alle diese Nachteile zu umgehen, ist eine elektronische Gleichlaufregelung: Sie ist feinfühlig regelbar und passt sich ständig allen veränderten Betriebsbedingungen an.

Die Funktionsweise der elektronischen Gleichlaufregelung beruht darauf, dass eine übergeordnete Steuerung dem System Sollvorgaben für die Geschwindigkeit und den Hubweg vorgibt. Im Hydraulikzylinder selbst befindet sich ein Positionssensor, der über den Regler einen ständigen Abgleich der Soll- und Ist-Werte sowie die entsprechenden Korrekturen ermöglicht.

Zusätzlich besitzen die Hydraulikzylinder Proportionalventile, mit deren Hilfe die Steuerung dafür sorgt, dass die Zylinder sich mit genau den gleichen Geschwindigkeiten bewegen. In der Regel übernimmt dabei ein Zylinder die Führung (der „Master“). Falls die Positionssensoren nun melden, dass die Position eines anderen Zylinders (eines „Slave“) von der Position des Masterzylinders abweicht, setzt der Regler diese Information sofort in entsprechende Korrekturen für die Ventilansteuerung um.

Die Vorteile einer solchen elektronischen Gleichlaufregelung liegen auf der Hand: Der erreichte Gleichlauf ist wesentlich hochwertiger als bei mechanisch-hydraulischen Gleichlaufregelungen; unterschiedliche Fahrprofile lassen sich einfach programmieren. Auch ist der mechanische Aufwand deutlich geringer: Es gibt weniger Verschleißteile, und sogar die Reglerkarte, die im Vergleich zu mechanisch-hydraulischen Systemen den Platz der Mechanik einnimmt, ist bei einem Defekt mit wesentlich geringerem Zeitaufwand auszuwechseln als defekte Bauteile mechanisch-hydraulischer Gleichlaufregelungen. Schließlich lässt sich die benötigte Hardware für eine elektronische Gleichlaufregelung sehr flexibel in Systemen unterschiedlicher Größe und Leistung einsetzen.

Elektronische Gleichlaufregelung KEM 512

Regelbare Geschwindigkeit und wählbarer Hub KEM 513

Geschlossener Regelkreis KEM 514

Flexibler Einsatz KEM 515

Einfache Wartung KEM 516