A hydraulische Proportionalfernsteuerung wandelt den Joystick eines Bedieners oder eine andere stufenlos einstellbare Eingabe in einen drahtlosen Befehl um und setzt diesen Befehl anschließend in ein proportionales hydraulisches Steuersignal um. Das Signal verändert letztendlich die Position eines Hydraulikventilschiebers oder den an eine Ventilsteuerung gesendeten Befehl, wodurch die Maschine die Geschwindigkeit, Richtung oder den Druck des Stellglieds stufenlos regeln kann, anstatt eine Funktion lediglich ein- oder auszuschalten.
Der gesamte Prozess lässt sich wie folgt verstehen:
Joystickbewegung → Sender → Funkverbindung → Empfänger → Steuersignal → Ventilantrieb/Elektronik → Proportionalventil → Hydraulikantrieb
Diese Architektur kommt in Geräten wie Baumaschinen, Kränen, Betonpumpen, Forstmaschinen, Landmaschinen und anderen mobilen oder industriellen Hydrauliksystemen zum Einsatz. Das Produktportfolio von Nomi konzentriert sich auf drahtlose Fernsteuerungslösungen für proportionale Hydrauliksysteme und Schwermaschinen.
Entscheidend ist, dass die Fernbedienung selbst keine Hydraulikleistung erzeugt. Sie liefert lediglich die Steuerbefehl das bestimmt, wie das Hydrauliksystem die verfügbare Leistung nutzt.
1. Was ist eine hydraulische Proportionalfernsteuerung?
Eine hydraulische Proportional-Fernsteuerung ist ein drahtloses Steuerungssystem, das dazu dient, hydraulische Funktionen entsprechend der vom Bediener vorgegebenen Position zu regeln.
Eine herkömmliche Ein-/Aus-Fernbedienung verfügt in der Regel über zwei Zustände:
ON → Funktion ist aktiv
AUS → Funktion wird beendet
Eine proportionale Fernbedienung verfügt über einen stufenlos einstellbaren Befehl:
kleine Joystickbewegung → kleiner hydraulischer Befehl
größere Joystickbewegung → größerer Hydraulikbefehl
volle Joystick-Bewegung → maximal konfigurierter Befehl
Dadurch lässt sich die Geschwindigkeit oder Bewegung eines hydraulischen Stellantriebs stufenlos regeln.
Stellen Sie sich zum Beispiel einen hydraulischen Ausleger vor, der über einen Joystick gesteuert wird.
Bei einer Ein-/Aus-Steuerung erhält das Ventil im Grunde einen vollständigen Befehl, sobald der Bediener den Knopf drückt. Der Ausleger kann daher schnell anlaufen.
Bei der Proportionalsteuerung kann der Bediener den Joystick leicht bewegen, um eine langsame Bewegung einzuleiten, und anschließend den Joystick weiter bewegen, um den hydraulischen Befehl zu verstärken.
Dies ist besonders nützlich, wenn der Bediener Folgendes benötigt:
- sanftes Anfahren und Anhalten
- kontrollierte Beschleunigung
- Feinpositionierung
- variable Antriebsdrehzahl
- abgestimmte Bewegung
- geringere Stöße beim Umgang mit Lasten
Danfoss beschreibt die Elektronik für Proportionalventile als Systeme, die Proportionalventile über Spannungs- oder Stromeingänge und einen PWM-Ausgang regeln können und über Funktionen wie Rampensteuerung und Totzoneneinstellung verfügen.
2. Die grundlegende Architektur
Ein typisches hydraulisches, proportionales Funksteuersystem besteht aus mehreren Funktionsebenen.
| Komponente | Hauptfunktion |
|---|---|
| Joystick- oder Proportionalsteuerung | Misst den Befehl des Bedieners |
| Drahtloser Sender | Wandelt den Befehl in eine Funkübertragung um |
| Funkempfänger | Empfängt und decodiert den Befehl |
| Regler oder Ventilverstärker | Wandelt den Befehl in das erforderliche Ventilansteuersignal um |
| Proportional-Hydraulikventil | Regelt den Hydraulikdurchfluss, den Druck oder die Durchflussrichtung |
| Hydraulischer Stellantrieb | Erzeugt eine mechanische Bewegung |
| Rückkopplungssystem, falls verwendet | Liefert Informationen zum Status einer Position oder des Systems |
Ein vereinfachter Kontrollpfad sieht wie folgt aus:
Bediener
↓
Proportionaler Joystick
↓
Drahtloser Sender
↓
Funkkommunikation
↓
Funkempfänger
↓
Analog-/PWM-/Strom-/CAN-Ausgang
↓
Ventilelektronik
↓
Proportionalventil
↓
Hydraulischer Stellantrieb
Nicht jeder Rechner verwendet genau diese Architektur.
Manche Ventile verfügen über separate Verstärker. Manche Ventile verfügen über integrierte Elektronik. Manche mobile Maschinen nutzen eine zentrale Steuereinheit (ECU) und CAN-Kommunikation, anstatt jedes Ventil direkt anzusteuern.
Danfoss bietet beispielsweise proportionale Hydraulikantriebe an, die je nach Produktkonfiguration hochstromfähige PWM-, Spannungs-, ratiometrische oder CAN-basierte Befehle verarbeiten können.
Deshalb sollte eine hydraulische Fernbedienung nicht nur wie folgt spezifiziert werden:
“Ich brauche eine Funkfernbedienung mit vier proportionalen Funktionen.”
Außerdem müssen die elektrischen und hydraulischen Schnittstellen ermittelt werden.
3. Schritt 1: Der Joystick erzeugt einen proportionalen Befehl
Der Prozess beginnt beim Bediener.
Ein Proportional-Joystick unterscheidet sich von einem einfachen Druckknopf, da das System Folgendes ermitteln muss: wie weit der Joystick bewegt wurde, und nicht nur, ob sie aktiviert wurde.
Zum Beispiel:
- Joystick in Mittelstellung = Befehl nahe Null
- Joystick bewegt 20% = Befehl „Low“
- Joystick bewegt: 50% = Befehl „mittel“
- Joystick bewegt 100% = maximaler Befehl
Die tatsächliche Beziehung muss nicht unbedingt vollkommen linear sein.
Ein Steuerungssystem kann Folgendes anwenden:
- tote Zone
- Skalierung
- Gewinn
- Kurvenanpassung
- Anfahren
- Richtungswechsel
- Begrenzung der maximalen Leistung
Mit diesen Einstellungen kann das elektronische Steuerungssystem das Verhalten der Fernbedienung an die Hydraulikmaschine anpassen.
Beispielsweise kann eine Maschine, die bereits bei geringen Joystick-Bewegungen stark reagiert, von einer anderen Steuerkurve profitieren als eine Maschine, die eine präzise Positionierung erfordert.
4. Schritt 2: Der Sender wandelt den Befehl in eine Funknachricht um
Der Sender erfasst die Joystick-Position und andere Steuerbefehle wie beispielsweise:
- Drucktasten
- Kippschalter
- Wahlschalter
- Not-Aus-Bedienelemente
- Drehregler
- andere proportionale Eingänge
Die Steuerungsinformationen werden anschließend in ein Paket für die drahtlose Kommunikation kodiert.
Der Sender tut nicht in der Regel Hydrauliköldruck oder Hydraulikleistung übertragen.
Es sendet Informationen, die den Befehl des Bedieners wiedergeben.
Konzeptionell könnte eine Nachricht beispielsweise folgende Informationen enthalten:
| Parameter | Beispielbedeutung |
|---|---|
| Kanal 1 | Befehl „Ausleger hoch/runter“ |
| Kanal 2 | Ausfahren/Einfahren des Auslegers |
| Kanal 3 | Windenbefehl |
| Kanal 4 | Schwenkbefehl |
| Schalter 1 | Zusatzfunktion |
| Not-Aus-Status | Not-Aus-Zustand |
| Akkustatus | Zustand der Sendeleistung |
Die genaue Datenstruktur hängt vom Fernbedienungssystem ab.
Drahtlose Systeme können verschiedene Funktechnologien und Frequenzbänder nutzen. Tele Radio führt beispielsweise hydraulische Fernsteuerungssysteme auf, die je nach System Konfigurationen mit 433 MHz, 915 MHz und 2,4 GHz verwenden.
Die Funkfrequenz allein entscheidet jedoch nicht darüber, ob ein System proportional ist.
Die Proportionalität ergibt sich aus der Steuerungsarchitektur und der Signalverarbeitung.
5. Schritt 3: Der Empfänger decodiert den Funkbefehl
Der Empfänger ist an der Maschine montiert.
Seine Aufgabe ist es,:
- die Funknachricht empfangen
- Überprüfen Sie, ob die Nachricht gültig ist.
- den Sender identifizieren
- Joystick- und Schalterdaten auswerten
- konfigurierte Steuerungslogik anwenden
- die erforderliche maschinenseitige Ausgabe erzeugen
Der Empfänger fungiert somit als Brücke zwischen dem drahtlosen Steuerungssystem und dem elektrischen oder hydraulischen Steuerungssystem der Maschine.
Dies ist einer der wichtigsten Aspekte, die bei der Auswahl einer hydraulischen Fernbedienung zu berücksichtigen sind.
Ein Sender mag zwar auf den ersten Blick geeignet erscheinen, weil er über die richtige Anzahl an Joysticks verfügt, doch das garantiert noch keine Kompatibilität mit der Maschine.
Der Empfänger muss zudem über die richtige Ausgangsarchitektur verfügen.
6. Was gibt der Empfänger aus?
An dieser Stelle werden hydraulische Proportional-Fernsteuerungen technisch gesehen interessanter.
Der Empfänger kann je nach Maschinenarchitektur verschiedene Arten von Ausgängen bereitstellen.
Zu den gängigen Möglichkeiten gehören:
| Ausgabe | Typische Aufgabe | Wichtigster Gesichtspunkt |
|---|---|---|
| 0–10 V | Befehl für analoges Ventil/Regler | Muss der Eingabespezifikation entsprechen |
| 4–20 mA | Analoge industrielle Steuerung | Gut geeignet für eine störungsfreie Signalübertragung |
| PWM | Proportionalventilsteuerung | Die Anforderungen an Frequenz und Stromstärke spielen eine Rolle |
| CAN / CANopen / J1939 | Digitale Maschinenkommunikation | Protokoll- und Nachrichtenzuordnung erforderlich |
| Relaisausgang | Ein-/Aus-Funktionen | Nicht selbst proportional |
| Gleichstromregelung | Befehl für die Ventilspule | Der Strombereich muss mit dem Ventil übereinstimmen |
Die hydraulischen Fernsteuerungssysteme von Tele Radio unterstützen beispielsweise Proportional-, Analog-, Relais- und CAN-Funktionalität, während die Empfänger je nach Konfiguration PWM- und CAN-basierte Ausgänge bereitstellen können.
Der entscheidende Punkt ist:
Der Ausgang des Empfängers muss mit der Steuerschnittstelle der Maschine übereinstimmen.
Es gibt kein allgemein gültiges proportionales Signal.
7. Wie steuert das elektrische Signal das Hydraulikventil?
Ein Proportionalventil nutzt ein elektrisches Steuersignal, um die Funktion des Ventils zu steuern.
Ein vereinfachtes Beispiel ist:
Höherer Steuerstrom → größere Magnetkraft → größerer Schieberhub → größere hydraulische Öffnung → höherer Durchfluss
Das genaue Verhältnis hängt von der Bauart des Ventils ab.
Danfoss erklärt, dass Proportionalventile über Strom gesteuert werden können und dass üblicherweise eine stromgesteuerte PWM zum Einsatz kommt, da sich der Spulenwiderstand mit der Temperatur ändert. Dies ist von Bedeutung, da die direkte Verwendung der Spannung als Regelgröße zu einer Änderung des Stroms führen kann, wenn sich die Spulentemperatur ändert.
Das ist ein Grund, warum Ingenieure über den Fernbedienungssender hinausdenken müssen.
Die Fernbedienung mag zwar den Befehl auslösen, aber die Das Ventil und seine Elektronik bestimmen, wie dieser Befehl in eine hydraulische Bewegung umgesetzt wird.
8. Was versteht man unter PWM in einem hydraulischen Proportionalregelsystem?
PWM steht für Pulsweitenmodulation.
Anstatt auf einfache Weise eine stufenlos einstellbare Gleichspannung bereitzustellen, schaltet der Regler die elektrische Ausgangsleistung schnell um und steuert den tatsächlichen Sollwert über die Impulscharakteristik.
Für eine proportionale hydraulische Regelung kann PWM mit einer Stromregelung kombiniert werden.
Die genaue Frequenz und die elektrischen Parameter müssen den Angaben des Herstellers des Ventils oder des Ventilantriebs entsprechen.
In der Dokumentation von Danfoss wird darauf hingewiesen, dass viele Proportionalventile eine stromgesteuerte Regelung mit PWM verwenden, und es werden produktspezifische Empfehlungen gegeben, anstatt eine einzige PWM-Einstellung als universell anwendbar zu betrachten.
Dies ist bei der Auswahl einer Fernbedienung wichtig.
Ein Einkäufer sollte einem Lieferanten nicht einfach sagen:
“Wir benötigen einen PWM-Ausgang.”
Eine bessere Spezifikation umfasst:
- erforderliche PWM-Frequenz
- Spannung
- Strombereich
- Anzahl der Kanäle
- ob eine Stromregelung erforderlich ist
- Ventiltyp
- Technische Daten der Ventilspule
- ob das Ventil über eine integrierte Elektronik verfügt
9. Welche Funktion hat ein Röhrenverstärker?
In vielen Systemen ist zwischen dem Steuerbefehl und der Ventilspule ein Ventilverstärker, der manchmal auch als proportionaler Ventiltreiber bezeichnet wird, angeordnet.
Zu seinen Aufgaben können gehören:
- Umwandlung eines Eingabebefehls in einen gestützten Ventilstrom
- PWM-Erzeugung
- geltende Regelung
- Totzonenkompensation
- Verstärkungseinstellung
- Rampensteuerung
- Dither-Kompensation
- Schutz und Diagnose
Zum Beispiel:
Fernempfänger → 0–10-V-Befehl → Ventilverstärker → gesteuerter Magnetstrom → Proportionalventil
In einem anderen System:
Fernempfänger → CAN-Befehl → Maschinen-Steuergerät → Ventilelektronik → Proportionalventil
Und in einer anderen Architektur:
Fernempfänger → PWM-/Stromausgang → Proportionalventil
Daher gibt es keinen einheitlichen, universellen Schaltplan für jede hydraulische Proportionalfernbedienung.
Die Elektronik der Danfoss-Proportionalventile umfasst Funktionen wie PWM-Erzeugung, Rampenfunktionen, Überlastschutz sowie ein einstellbares Totband und eine einstellbare Verstärkung.
10. Warum die Totzone wichtig ist
Ein häufig übersehener Parameter ist Totzone.
Ein hydraulisches Proportionalventil beginnt möglicherweise nicht sofort zu bewegen, wenn ein sehr schwacher elektrischer Befehl angelegt wird.
Es kann einen Bereich um den Nullpunkt geben, in dem sich der Eingangssignalwert ändert, das Ventil jedoch kaum oder gar keine nennenswerte Bewegung ausführt.
Ist die Totzone nicht richtig konfiguriert, kann es für den Bediener zu folgenden Problemen kommen:
- Joystick-Bewegung mit geringer Reaktion des Geräts
- uneinheitliche Anfangsbewegung
- unerwünschtes Kriechen
- schlechte Steuerung bei niedrigen Geschwindigkeiten
Das Regelsystem kann daher eine Totbandkompensation vornehmen.
Eine zu starke Kompensation kann jedoch ebenfalls unerwünscht sein, da sie dazu führen kann, dass die Maschine in der Nähe der Joystick-Mitte zu aggressiv reagiert.
Die richtige Einstellung hängt vom jeweiligen Ventil und der jeweiligen Maschine ab.
Aus diesem Grund sollte eine proportionale Fernbedienung als System, und nicht lediglich als isolierte elektronische Komponente eingebaut.
11. Warum das Ramping wichtig ist
Die Rampenzeit bestimmt, wie schnell sich der Befehl ändert.
Ohne Hochfahren:
Befehl „0% → 100%“
könnte theoretisch sehr schnell eintreten.
Mit Rampenaufbau:
0% → 20% → 40% → 60% → 80% → 100%
über einen festgelegten Zeitraum.
Die tatsächliche Umsetzung erfolgt kontinuierlich und nicht unbedingt in diesen einzelnen Schritten.
Das Rampen kann in folgenden Fällen nützlich sein:
- sanftere Beschleunigung
- sanfteres Abbremsen
- Reduzierung mechanischer Stöße
- Verbesserung des Ladungsumschlags
- Verringerung plötzlicher hydraulischer Bewegungen
Die Elektronik der Danfoss-Proportionalventile umfasst insbesondere Rampenfunktionen zur Steuerung der Anstiegs- und Abfallgeschwindigkeit der Leistung.
Bei Kränen und Lastumschlaggeräten kann dies besonders wichtig sein, da abrupte hydraulische Bewegungen die Stabilität und Positionierung der Last beeinträchtigen können.
12. Was ist Hysterese?
Die Hysterese beschreibt den Unterschied in der Ventilausgabe, je nachdem, ob der Steuereingang ansteigt oder abfällt.
Beispielsweise kann ein Ventil bei gleicher Nennsteuergröße einen leicht unterschiedlichen Durchfluss erzeugen, je nachdem, ob der Bediener diese Position beim Erhöhen oder beim Verringern des Sollwerts erreicht hat.
Die Hysterese eines Hydraulikventils kann auf verschiedene Faktoren zurückzuführen sein, darunter mechanische Eigenschaften, Reibung und elektromagnetisches Verhalten.
Danfoss betrachtet die Hysterese als ein wichtiges Merkmal von Proportionalventilen und gibt sie als technischen Parameter für die Ventilleistung an.
Dies ist von Bedeutung, da eine Fernbedienung mit hochauflösender Joystick-Erkennung nicht automatisch eine ebenso hohe hydraulische Positioniergenauigkeit gewährleistet.
Das Komplettsystem umfasst:
Joystick-Auflösung + drahtlose Kommunikation + Empfängerverarbeitung + Ventilelektronik + Ventilkennlinie + Hydraulikkreis + Stellantrieb/Last
13. Wie sieht es mit Dither aus?
In einigen proportionalen Hydrauliksystemen kommen Dither, eine kleine, kontrollierte Schwingungskomponente, die auf das Ventilsteuerungssignal aufgebracht wird.
Im Allgemeinen soll damit die statische Reibung verringert und das Ansprechverhalten des Ventils verbessert werden.
Dither ist ein Parameter zur Ventilsteuerung und nicht einfach nur eine “Fernbedienungsfunktion”.”
Die geeignete Frequenz und Amplitude hängen vom Ventil und von der Steuerelektronik ab.
Die Elektronik der Danfoss-Proportionalventile verfügt bei bestimmten Verstärkersystemen über eine einstellbare Dither-Kompensation.
Wenn ein Käufer also ein bestehendes Fernsteuerungssystem austauscht, lohnt es sich zu prüfen, ob der derzeitige Ventilverstärker bereits über spezifische Dither-Einstellungen verfügt.
Ein Austausch der Fernbedienung ohne Beibehaltung der kompatiblen Ventilsteuerungsparameter kann das Verhalten der Maschine verändern.
14. Proportionale vs. EIN/AUS-Hydraulikfernsteuerung
Der grundlegende Unterschied liegt in der Anzahl der nützlichen Befehlszustände.
| Merkmal | Fernbedienung zum Ein- und Ausschalten | Proportionale Fernbedienung |
|---|---|---|
| Steuerungsart | Binär | Stufenlos |
| Bedienereingabe | Taste/Schalter | Joystick-/Paddle-/Analog-Eingang |
| Ventilbefehl | Vollständig EIN/AUS | Variable |
| Drehzahlregelung | Begrenzt | Variable |
| Feinpositionierung | Begrenzt | Besser geeignet |
| Komplexität der Installation | In der Regel niedriger | In der Regel höher |
| Elektronik | Einfacher | Komplexer |
| Kosten | Im Allgemeinen niedriger | Im Allgemeinen höher |
| Am besten geeignet für | Einfache Funktionen | Hydraulischer Antrieb mit variabler Drehzahl |
Ein Ein-/Aus-System kann durchaus geeignet sein, wenn die Maschine nur eine einfache Funktion benötigt, wie zum Beispiel:
- Start/Stopp
- Aktivierung des Hilfsventils
- einfache hydraulische Umschaltung
Ein Proportionalsystem gewinnt an Bedeutung, wenn der Bediener die Steuerung übernehmen muss wie schnell oder wie genau Die Hydraulikfunktion wird betätigt.
In den Produktinformationen von Nomi wird die proportionale Hydrauliksteuerung von der einfacheren Schaltsteuerung unterschieden, und es wird beschrieben, dass proportionale Systeme stufenlos einstellbare Ventilbefehle zur Drehzahlregelung der Aktuatoren verwenden.
15. Wann sollte man eine hydraulische Proportionalfernsteuerung einsetzen?
Ein Proportionalsystem ist im Allgemeinen eine Überlegung wert, wenn die Anwendung folgende Anforderungen stellt:
Flüssige Bewegung
Der Bediener benötigt eine allmähliche Beschleunigung statt einer abrupten hydraulischen Auslösung.
Variable Drehzahl
Die gleiche Funktion muss während der Positionierung langsam und während der normalen Bewegung schneller arbeiten.
Feinpositionierung
Beispiele hierfür sind das Positionieren einer Kranlast oder die Steuerung von Maschinen in der Nähe eines anderen Objekts.
Mehrere Hydraulikfunktionen
Ein einziges Joystick-System kann die proportionale Steuerung mehrerer Hydraulikfunktionen übernehmen.
Fernsteuerung der Bedienerpositionierung
Die drahtlose Steuerung ermöglicht es dem Bediener, an einer Stelle zu stehen, von der aus er eine bessere Sicht auf den Arbeitsbereich hat, sofern dies mit der Sicherheitsarchitektur der Maschine und den geltenden Anforderungen vereinbar ist.
Nachrüstungsanwendungen
Drahtlose Proportionalsysteme lassen sich unter Umständen in bestehende Hydraulikmaschinen integrieren, doch die Kompatibilität muss überprüft und darf nicht einfach vorausgesetzt werden.
16. Wann ist eine proportionale Regelung nicht erforderlich?
Die Proportionalsteuerung ist nicht automatisch die beste Lösung für jede Hydraulikmaschine.
Dies kann zu unnötiger Komplexität führen, wenn:
- Die Hydraulikfunktion erfordert lediglich einen Ein-/Aus-Betrieb
- Eine präzise Drehzahlregelung hat kaum praktischen Nutzen.
- Die bestehende Hydraulikarchitektur lässt eine Proportionalsteuerung ohne umfangreiche Umbauten nicht zu.
- Die Anwendung stellt nur sehr geringe Anforderungen an das Bedienpersonal.
- Die zusätzliche Steuerelektronik ist angesichts der betrieblichen Anforderungen der Maschine nicht gerechtfertigt.
Die richtige Frage lautet nicht:
“Ist die proportionale Regelung besser?”
Es lautet:
“Profitiert die Maschine ausreichend von einer variablen Hydrauliksteuerung, um die zusätzliche Komplexität des Systems zu rechtfertigen?”
17. Direkte Ventilsteuerung vs. ECU/CAN-Steuerung
Moderne mobile Maschinen können mit unterschiedlichen Steuerungsarchitekturen ausgestattet sein.
Architektur A: Analog- oder PWM-Regelung
Ein vereinfachtes System könnte wie folgt aussehen:
Joystick → Sender → Empfänger → Analog-/PWM-Ausgang → Ventilantrieb → Ventil
Dieser Ansatz kann relativ unkompliziert sein, wenn das Hydraulikventil über eine bekannte elektrische Schnittstelle verfügt.
Architektur B: CAN-basierte Steuerung
Eine stärker integrierte Maschine kann Folgendes verwenden:
Joystick → Sender → Empfänger → CAN → Maschinen-Steuergerät → Ventilelektronik → Hydraulikventil
CAN-basierte Systeme können die Anzahl der einzelnen Signalkabel reduzieren und ermöglichen die digitale Kommunikation zwischen Steuergeräten.
Die CAN-Integration bringt jedoch einen zusätzlichen Entwicklungsaufwand mit sich.
Das System muss möglicherweise Folgendes definieren:
- CAN-Nachrichten-ID
- Zuweisung von Datenbytes
- Skalierung
- Richtung
- Auflösung
- Aktualisierungsrate
- Logik aktivieren
- Fehlerbehandlung
- maschinenspezifische Steuerungslogik
Daher sollte ein Käufer, der eine CAN-Hydraulikfernsteuerung spezifiziert, die CAN-Kommunikationsanforderungen der Maschine angeben, anstatt lediglich einen “CAN-Ausgang” zu verlangen.”
18. Was zeichnet ein leistungsfähiges hydraulisches Proportional-Fernsteuersystem aus?
Die Fernbedienung selbst ist nur ein Teil des Systems.
Die Leistung hängt von der gesamten Kette ab.
| Faktor | Warum das wichtig ist |
|---|---|
| Joystick-Erkennung | Legt die Befehlsauflösung fest |
| Drahtlose Kommunikation | Stellt eine zuverlässige Befehlsübertragung sicher |
| Empfängerverarbeitung | Legt fest, wie Befehle interpretiert werden |
| Ausgabeschnittstelle | Muss zur Maschinenelektronik passen |
| Ventiltreiber | Legt das Strom- und Regelverhalten fest |
| Ventilkennlinien | Reaktionsverhalten, Hysterese und Durchfluss |
| Hydraulikkreis | Ermittelt das tatsächliche Verhalten des Stellantriebs |
| Laden | Ändert das Ansprechverhalten der Maschine |
| Kalibrierung | Passt den Befehl an das tatsächliche Verhalten des Geräts an |
| Sicherheitslogik | Legt das Systemverhalten bei Störungen fest |
Das ist ein wichtiger Unterschied.
Ein hochauflösender Joystick kann ein falsch konfiguriertes Ventil nicht ausgleichen.
Ebenso kann ein hochwertiges Hydraulikventil ein ungeeignetes Steuersignal nicht ausgleichen.
19. Häufige Fehler von Käufern
Fehler 1: Nur das Joystick-Layout festlegen
Zum Beispiel:
“Wir brauchen zwei Joysticks und sechs Tasten.”
Das beschreibt zwar die Bedienerschnittstelle, nicht jedoch die Maschinenschnittstelle.
Der Lieferant muss außerdem wissen, was elektrisch gesehen hinter dem Empfänger geschieht.
Fehler 2: Die Annahme, dass alle Proportionalventile dasselbe Signal verwenden
Das tun sie nicht.
Je nach Ventil und Systemarchitektur kann der Befehl Folgendes umfassen:
- aktuell
- PWM
- Spannung
- CAN
- integrierte Elektronik
Aus der Dokumentation von Danfoss geht hervor, dass bei verschiedenen Proportionalventilsystemen unterschiedliche Regelungsverfahren zum Einsatz kommen können.
Fehler 3: Nur das Maschinenmodell angeben
Ein Maschinenmodell ist zwar nützlich, reicht aber möglicherweise nicht aus.
Je nach Maschinenkonfiguration können unterschiedliche Ventilblöcke, Steuerungen oder elektrische Systeme zum Einsatz kommen.
Bitte geben Sie, sofern möglich, Folgendes an:
- Maschinenmodell
- Baujahr
- Hersteller von Hydraulikventilen
- Ventiltyp
- Fotos von Ventilen
- Informationen zum vorhandenen Controller
- Netzspannung
- Informationen zur Verkabelung
Fehler 4: Die Spezifikation der Ventilspule ignorieren
Die elektrischen Anforderungen an die Ventilspule sind von entscheidender Bedeutung.
Der Fernempfänger oder Ventilantrieb muss in der Lage sein, die erforderliche elektrische Ausgangsleistung bereitzustellen.
Fehler 5: “Proportional” als Garantie für Genauigkeit betrachten
Ein Proportionalsignal ermöglicht eine stufenlose Regelung.
Das bedeutet nicht automatisch, dass die Maschine eine bestimmte Positioniergenauigkeit aufweist.
Die tatsächliche Leistung hängt vom Ventil, der Hydraulik, der Last, der Regelungsabstimmung und dem mechanischen System ab.
Fehler 6: Das Auslassen von ausfallsicheren Verhaltensweisen
Bei industriellen drahtlosen Hydrauliksteuerungssystemen muss berücksichtigt werden, was passiert, wenn:
- Der Sender verliert an Leistung
- Der Empfänger verliert die Funkverbindung.
- Der Akku ist leer.
- Die Kommunikation wird unterbrochen.
- Ein Not-Aus wird ausgelöst
- Es tritt ein Verkabelungsfehler auf
Diese Funktionen sollten unter Berücksichtigung der Sicherheitsauslegung der Maschine und der geltenden Anforderungen bewertet werden.
Tele Radio beschreibt beispielsweise das ausfallsichere Verhalten seiner hydraulischen Fernsteuerungssysteme bei Situationen wie Reichweitenverlust, leerer Batterie oder Ausfall des Senders.
Die genaue Sicherheitsarchitektur muss speziell für die jeweilige Maschine und Anwendung entwickelt werden.
20. Welche Informationen sollten Sie einem Lieferanten mitteilen?
Wenn Sie ein Angebot für eine hydraulische Proportionalfernsteuerung anfordern, können die folgenden Angaben den Kommunikationsaufwand erheblich reduzieren.
Maschineninformationen
- Maschinentyp
- Maschinenmodell
- Maschinenhersteller
- Baujahr der Maschine, falls zutreffend
Hydraulische Angaben
- Hersteller von Hydraulikventilen
- Ventilmodell
- Anzahl der Ventilabschnitte/Ventilschieber
- Proportional- oder Ein-Aus-Ventil
- Zu steuernde Hydraulikfunktionen
- Vorhandenes Hydraulikschema, sofern vorhanden
Elektrische Daten
- 12-VDC- oder 24-VDC-System
- Spannung der Magnetventilspule
- Strombereich der Ventilspule
- Vorhandener Verstärker/Regler
- Vorhandene SPS oder Steuergerät
- Erforderlicher Ausgabetyp
Informationen zur Kommunikation
Falls CAN erforderlich ist:
- CAN-Protokoll
- J1939, CANopen oder proprietäres CAN
- Informationen zu CAN-Nachrichten
- Erforderliche Kommunikationsparameter
Anforderungen an die Fernbedienung
- Anzahl der Joysticks
- Anzahl der Proportionalkanäle
- Anzahl der Ein-/Aus-Funktionen
- Vorschrift zum Not-Aus
- Anforderungen an die Anzeige
- Anforderungen an das Feedback der Bediener
- Erforderlicher Betriebsbereich
- Umweltanforderungen
Vorhandene Ausrüstung
Zu den nützlichsten Dokumenten können gehören:
- Fotos der vorhandenen Fernbedienung
- Fotos des Empfängers
- Fotos des Hydraulikventils
- Typenschild des Empfängers
- Typenschild des Ventils
- Schaltplan
- Schaltplan
- Hydraulikschema
Bei OEM- oder Nachrüstprojekten sind diese Angaben in der Regel aussagekräftiger als die bloße Angabe des Produktnamens der Maschine.
21. Wie man das Angebot eines Lieferanten bewertet
Wenn Sie Anbieter von hydraulischen Proportional-Fernsteuerungen vergleichen, sollten Sie nicht nur die Anzahl der Joysticks oder die Reichweite der Funkverbindung berücksichtigen.
Ein besserer Vergleich berücksichtigt die gesamte Systemschnittstelle.
| Bewertungskriterium | Frage, die man stellen sollte |
|---|---|
| Sender | Entspricht die Anordnung den Funktionen der Maschine? |
| Empfänger | Unterstützt es die erforderlichen Ausgänge? |
| Proportionale Kanäle | Wie viele sind verfügbar? |
| Ausgabetyp | PWM, Strom, Spannung oder CAN? |
| Ventilkompatibilität | Welche Ventilmodelle werden unterstützt? |
| Stromversorgung | Sind 12 VDC oder 24 VDC erforderlich? |
| Kalibrierung | Lassen sich Totzone, Verstärkung und Anstiegskurve einstellen? |
| Sicherheit | Was passiert nach einem Signalverlust? |
| Diagnostik | Sind die Fehler für den Bediener oder Techniker sichtbar? |
| Umweltschutz | Ist das Gehäuse für die Anwendung geeignet? |
| Integration | Gibt es Unterstützung bei der Verkabelung oder Programmierung? |
| Anpassung | Kann die Kanalzuordnung geändert werden? |
| Dokumentation | Werden Schaltpläne und Konfigurationsinformationen bereitgestellt? |
Ein Angebot, das auf den ersten Blick günstiger erscheint, kann zusätzliche Ventilelektronik, Änderungen an der Verkabelung oder technische Anpassungen erfordern.
Ein echter Vergleich sollte daher Folgendes berücksichtigen: Gesamtkosten der Integration, nicht nur der Preis des Senders.
22. Ein praktisches Beispiel: Drahtlose Kransteuerung
Betrachten wir einen Hydraulikkran mit vier Proportionalfunktionen:
- Auslegerbewegung
- teleskopartig
- Winde
- Schwenken
Der Bediener bewegt den Joystick für den Ausleger.
Stufe 1
Die Position des Joysticks wird erfasst.
Stufe 2
Der Sender wandelt die Position in einen Funksignalbefehl um.
Stufe 3
Der Empfänger empfängt den Befehl und decodiert ihn.
Stufe 4
Der Empfänger liefert das gewünschte Ausgangssignal, beispielsweise PWM, analog, Strom oder CAN.
Etappe 5
Die Ventilelektronik wertet diesen Befehl aus.
Etappe 6
Das proportionale Hydraulikventil verändert die Position seines Schiebers.
Etappe 7
Der Hydraulikdurchfluss zum Stellantrieb ändert sich.
Etappe 8
Der Ausleger bewegt sich mit der daraus resultierenden hydraulischen Geschwindigkeit.
Der Bediener kann den Joystick dann weiter bewegen, um einen stärkeren Befehl anzufordern.
Der gesamte Prozess läuft kontinuierlich ab, während das Steuerungssystem aktiv bleibt.
Dies ist das Grundprinzip der drahtlosen proportionalen Hydrauliksteuerung.
23. Der wichtigste Punkt, den man sich merken sollte
Eine hydraulische Proportionalfernsteuerung ist Nicht einfach nur ein kabelloser Joystick.
Es handelt sich um eine Schnittstelle zwischen:
menschlicher Beitrag
und
elektrohydraulische Steuerung
Die Qualität des Endergebnisses hängt davon ab, ob alle Teile der Kette miteinander kompatibel sind.
Ein nützliches technisches Modell ist:
Bedienereingabe → drahtlose Kommunikation → Befehlsverarbeitung → elektrische Ventilsteuerung → Hydraulikfluss → Bewegung des Stellantriebs
Jede Etappe hat ihre eigenen Vorgaben.
Zum Beispiel:
- Die Auflösung des Joysticks beeinflusst die Empfindlichkeit der Eingabe
- Die Architektur des drahtlosen Netzwerks beeinflusst die Zuverlässigkeit der Kommunikation
- Die Empfängerkonfiguration wirkt sich auf die Befehlszuordnung aus
- Die Auslegung des Ventiltreibers beeinflusst die Stromregelung
- Die Ventilkennlinien beeinflussen das hydraulische Ansprechverhalten
- Die Auslegung des Hydraulikkreislaufs beeinflusst das Verhalten des Stellantriebs
- Die Belastungsbedingungen beeinflussen die tatsächlichen Maschinenbewegungen
Wenn man diesen Ablauf versteht, ist es wesentlich einfacher, eine hydraulische Proportional-Fernsteuerung zu spezifizieren oder Fehler daran zu beheben.
24. Häufig gestellte Fragen
1. Was ist eine hydraulische Proportionalfernsteuerung?
Es handelt sich um ein drahtloses Steuerungssystem, das variable Eingaben des Bedieners – in der Regel über einen Joystick oder ein Proportional-Steuerpaddel – in einen Befehl zur Steuerung von Hydraulikventilen umwandelt. Im Gegensatz zu einer Ein-/Aus-Fernbedienung ermöglicht es eine stufenlose Steuerung der Hydraulikfunktionen.
2. Wie funktioniert eine proportionale hydraulische Fernsteuerung?
Die Joystick-Position wird vom Sender erfasst, in einen Funkbefehl umgewandelt, vom maschinenseitigen Empfänger empfangen und anschließend in ein entsprechendes Steuerungssignal umgewandelt. Dieses Signal steuert ein Proportionalventil oder einen Ventilregler, der den Hydraulikdurchfluss oder -druck regelt.
3. Steuert der Funkempfänger das Hydraulikventil direkt an?
Nicht immer. Manche Systeme liefern direkt proportionale elektrische Ausgangssignale, während andere einen separaten Ventilverstärker, eine Maschinen-ECU oder eine integrierte Ventilelektronik verwenden. Die richtige Architektur hängt vom jeweiligen Ventil und der jeweiligen Maschine ab.
4. Welche Signale können für die proportionale Hydrauliksteuerung verwendet werden?
Zu den gängigen Schnittstellen zählen PWM, stromgestützte Signale wie 4–20 mA, Spannungssignale wie 0–10 V und digitale Kommunikationsprotokolle wie CAN. Die richtige Wahl hängt vom Ventil und von der Maschinensteuerung ab.
5. Was ist der Unterschied zwischen einer proportionalen und einer EIN/AUS-Hydraulikfernsteuerung?
Eine Ein-/Aus-Fernbedienung bietet in der Regel diskrete Zustände, während eine proportionale Fernbedienung eine stufenlos einstellbare Steuerung ermöglicht. Die proportionale Steuerung ist nützlich, wenn Bediener eine variable Geschwindigkeit, sanftere Bewegungen oder eine präzisere Positionierung benötigen.
6. Ist CAN für die hydraulische Fernsteuerung besser geeignet als PWM?
Keine der beiden Lösungen ist grundsätzlich besser. CAN kann nützlich sein, wenn die Maschine bereits über eine digitale ECU-Architektur verfügt, während PWM oder eine analoge Steuerung für andere Hydrauliksysteme möglicherweise einfacher sind. Die Kompatibilität mit der bestehenden Maschinenarchitektur ist wichtiger als die Wahl eines bestimmten Signals, nur weil es fortschrittlicher erscheint.
7. Warum sind Totzone und Rampenverlauf wichtig?
Die Totzone dient dazu, den Bereich um den Sollwert Null herum zu definieren, in dem unerwünschte Bewegungen vermieden oder ausgeglichen werden sollen. Die Rampenzeit bestimmt, wie schnell der Sollwert ansteigt oder abfällt. Beide Faktoren können beeinflussen, wie gleichmäßig die Hydraulikmaschine reagiert.
8. Kann eine hydraulische Proportionalfernbedienung an eine bereits vorhandene Maschine nachgerüstet werden?
Möglicherweise, aber die Kompatibilität muss geprüft werden. Dabei müssen das Hydraulikventil, das elektrische System, die Steuerschnittstelle, die Stromversorgung und die Sicherheitsarchitektur berücksichtigt werden. Eine Nachrüstung bedeutet nicht zwangsläufig, dass das ursprüngliche Hydraulikventil ausgetauscht werden muss.
9. Welche Angaben sollte ich machen, wenn ich ein Angebot für eine hydraulische Fernsteuerung anfordere?
Geben Sie bitte das Maschinenmodell, die Systemspannung, den Hersteller und das Modell des Ventils, die Anzahl der Hydraulikfunktionen, die benötigten Proportionalkanäle, Informationen zum vorhandenen Steuergerät oder zur ECU, die technischen Daten der Ventilspulen sowie alle verfügbaren Schalt- oder Hydraulikpläne an. Fotos des vorhandenen Ventils und des Empfängers können ebenfalls hilfreich sein.
10. Bedeutet eine proportionale Regelung automatisch eine höhere Positioniergenauigkeit?
Nein. Die Proportionalregelung bietet zwar eine variable Stellgradauflösung, doch die tatsächliche Positioniergenauigkeit hängt vom gesamten hydraulischen und mechanischen System ab, einschließlich Ventil, Stellantrieb, Last, Regelabstimmung und Hydraulikkreis.
