„Das CPS-Ventil nutzt bei Baggern die Schwerkraft von Hubarm, Löffel, Löffelstil und Ladung, um bei bestimmten Arbeitszyklen die benötigte Leistung von der Hydraulikpumpe abzusenken oder diese komplett ausschalten zu können“, erläutern die RWT-Gründer und -Vorstände Georg Hornegger und Reinhard Thor das Grundprinzip der patentierten Lösung. Anstelle eines herkömmlichen Proportionalventils kommt ein CPS-Block mit vier unabhängig arbeitenden Schieber-Sitzventilen zum Einsatz. Dadurch lassen sich die Steuerkanten flexibel und prozessbezogen nutzen. „Das ist etwa der Fall, wenn Schotter gerade ausgehoben wurde und im nächsten Arbeitsgang auf eine LKW-Ladefläche herabgesenkt wird“, fügt Reinhard Thor hinzu. „Während Hydrauliksysteme mit Proportionalventilen weiterhin Druck zum Bremsen erzeugen müssen, damit sich die Ladung kontrolliert nach unten bewegt, funktioniert das mit CPS komplett ohne Öl von der Hydraulikpumpe – und damit ohne Energieverbrauch.“

Regelungstechnische Denksportaufgabe

Weder beim „Bremsen mit drückender Last“ noch beim „Bremsen mit ziehender Last“ muss im CPS-Hydraulikventil Druck durch die Pumpe erzeugt werden. Auch beim sogenannten Eilgang, also beim schnellen Absenken von Lasten, lässt sich die ziehende Last nutzen, um den Energiebedarf weiter zu senken. Für die Marktentwicklung des CPS holte die RWT AG bereits 2019 die Linz Center of Mechatronics GmbH (LCM) ins Projekt. „Wir hatten zuvor schon einen Prototyp mit durchwachsenem Erfolg getestet. Dabei hat sich gezeigt, dass es Experten braucht, um höchste Prozessstabilität zu schaffen und alle Potenziale des CPS auszuschöpfen. Dafür gibt es keinen besseren Partner als LCM. Das sind Hydraulik-Koryphäen“, so Reinhard Thor. Auch LCM unterstreicht die Komplexität des Projekts. „Die vier Schieber-Sitzventile im CPS-Block und die Hydraulikpumpe so anzusteuern, dass alle Arbeitszyklen des Hydrauliksystems auf Höchstleistung getrimmt sind und gleichzeitig alle Energiesparpotenziale voll ausgeschöpft werden, ist eine spannende regelungstechnische Denksportaufgabe“, sagt Andreas Plöckinger, Leiter des Teams Hydraulic Drives bei LCM.

Hochkomplexe Software, hochpräzise Prototypen

Plöckingers Team entwickelte die erforderliche Software so, dass sie exakt erkennt, wann Phasen wie das „Bremsen mit drückender Last“ beginnen und enden. Die Software steuert die vier Ventile des CPS-Blocks entsprechend an, um maximale Energieeinsparung zu erzielen. „Die Regelungssoftware muss natürlich auch wissen, wann exakt das ‚Bremsen mit drückender Last‘ endet und dann den nächsten Prozess ebenso exakt erkennen und steuern“, beschreibt Plöckinger die Herausforderung. Eine wesentliche Rolle spielen integrierte Drucksensoren, die erkennen, ob auf das System eine drückende oder ziehende Last wirkt. „Alle restlichen Zustandsdaten basieren auf Berechnungen“, erläutert Plöckinger und verweist damit auf die hohe Komplexität der Software. Ergänzend dazu war die Fertigungskompetenz der RWT AG entscheidend, da dort hochpräzise Komponenten gefertigt werden.