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R O B U S T ■ S T A R K ■ S M A R T

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www.mobile-maschinen.infoOrgan des Forums Mobile Maschinen im VDMA

MOBILHYDRAULIK

06 I EINE NEUE GENERATION ELEKTRO-HYDRAULISCHER ZUSATZLENKUNGEN

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HYDAC INTERNATIONAL GMBH Industriegebiet 66280 Sulzbach/Saar, Germany Tel.: +49 6897 509-01 Fax: +49 6897 509-577 E-Mail: info@hydac.comInternet: www.hydac.com

Fluidtechnik, Hydraulik, Elektronik und Service. Weltweit.

Mit über 9.500 Mitarbeitern, 50 Auslandsgesell schaften und über 500 Vertriebs- und Service partnern ist HYDAC weltweit ein zuverlässiger Partner.Unser Lieferprogramm umfasst Hydraulik speicher, Fluidfilter, Prozessfilter, Kühler, elektro hydraulische Steuerungen, Industrieventile, Sensorik für Druck, Wegmess- und Magnet technik, Zylinder, Pumpen, Befestigungstechnik, Armaturen, Condition Monitoring und vieles mehr.Wir projektieren und liefern schlüsselfertige hydraulische Steuer- und Antriebs systeme einschl. elektronischer Steuerungen und Regelungen für mobile und stationäre Maschinen und Anlagen für die unterschiedlichsten Branchen.

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erschienen in Mobile Maschinen 2019/06 www.mobile-maschinen.info

MOBILHYDRAULIK

EINE NEUE GENERATION ELEKTRO-HYDRAULISCHER ZUSATZLENKUNGEN

Hydac stellt auf der Agritechnica, 10. – 16.11. in Hannover, in Halle 17, Stand H12, aus.

Autoren: Birgit Kiemle, Strategisches Marketing, Hydac Electronic, Georg Komma, Product Management Lenksysteme, Hydac Mobilhydraulik

Der Hydraulikspezialist Hydac hat zur Agritech-nica, ein Subsystem für elektro-hydraulische Zusatzlenkung auf den Markt gebracht. Dieses Subsystem zeichnet sich vor allem durch seine

Modularität in Hydraulik, Sensorik und Softwaresyste-matik aus. Diese ermöglicht den universellen Einsatz in verschiedenen Anhängerfahrgestellen, wobei in Ver-bindung mit einer starren Führungsachse ein, oder zwei Achsen gelenkt werden können.

UNIVERSELLE EINSETZBARE LÖSUNG

Zielsetzung für elektro-hydraulische Zusatzlenksysteme ist das optimierte Nachführen des Anhängers, durch Einstellen des Lenkwinkels der lenkbaren Achsen auf den sich ergebenden Bahnradius der Starrachse um den Momentanpol. Da dieser Bahnradius vom Zugfahr-zeug abhängig ist, wird klassisch der Winkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger gemessen. Technisch wird dies umgesetzt, indem ein Drehwinkelgeber auf, neben oder in die Zugdeichsel des Anhängers konstruiert wird. Über eine mechanische Verbindung zu einem normierten Anlenkpunkt am Zugfahrzeug wird der Drehwinkelsensor ausgelenkt und die aktuelle Stellung, Zugfahrzeug zu Anhänger, an den Controller übermit-telt. Der Controller verarbeitet diese Daten und steuert ein oder mehrere elektro-hydraulische Proportional-ventile so an, dass die Lenkachsen des Anhängers auf eben diesem Radius fahren. Um den Regelkreis zu

schließen ist jede gelenkte Achse mit mindestens einem Messsystem ausgerüstet, damit der Controller weiß in welcher Position sich die Lenkachsen befinden. Hier dient als Messsystem entweder ein Drehwinkelgeber oder ein lineares Wegmesssystem, das im Lenkzylinder integriert ist.

Als letzte Stellgröße wird die Fahrzeuggeschwindig-keit verarbeitet. Das Signal wird im Allgemeinen von mindestens einem Drehzahlsensor generiert, der die Radgeschwindigkeit in der Starrachse des Anhängers abgreift. Mithilfe des Warnsignals kann man frühzeitig den Lenkwinkel in Abhängigkeit der Geschwindigkeit erfassen, um das Gespann auch bei hohen Geschwin-digkeiten stabil zu halten. Die Verwendung des Winkel-signals zwischen Zugfahrzeug und Deichsel weist aber Schwachstellen auf. So ist die effektive und sichere Plat-zierung des Drehwinkelgebers an der Deichsel nicht trivial und daher mit Aufwand und Kosten verbunden. Die mechanische Verbindung zwischen Drehwinkel-geber und Zugfahrzeug ist anfällig gegen mechanische Krafteinwirkung von außen, zudem verringert es meist den max. Lenk einschlag des Gespanns. Bei der Erst-inbetriebnahme, einem Softwareupdate oder nach Aus-tausch des Drehwinkelgebers muss dieser kalibriert werden. Steht das Gespann nicht exakt gerade oder die Geometrie der mechanischen Anbindung an das Zug-fahrzeug hat Schwächen, folgt der Anhänger mit einem konstanten Offset. Gleiches gilt für eine Beschädigung der Mechanik.

01 Modularer Baukasten für elektro-hydraulisches Zusatzlenksystem

Elektro-hydraulische Lenkungssysteme in Anhängern und gezogenen Arbeitsmaschinen in der Landwirtschaft verzeichnen steigende Akzeptanz aufgrund von steigenden Ansprüchen an Wendigkeit, Verschleiß, Bodenschonung, Spurtreue und Fahrstabilität. Ein solches Subsystem soll diesen Anforderungen sowie der funktionalen Sicherheit bei gleichzeitig einfacher und sicherer Bedienung nachkommen.

Modulare Hydraulik SensorikSensorik Modulare Software

WEGFALL DER MECHANISCHEN ANBINDUNG DES WINKELSENSORS

Aus Anwendersicht ist aber eine ganz wichtige Eigenschaft nicht außer Acht zu lassen. Entscheidet man sich für ein solches Lenksystem, muss jedes Zugfahrzeug die gleiche, normierte Anhängevorrichtung besitzen. Ist dem nicht so, kann man den Anhänger oder die angehängte Arbeits-maschine nicht hinter jedem beliebigen Zugfahrzeug nutzen. Somit beeinflusst diese Entscheidung die Flotte im Unter-nehmen. Die beschriebenen Unzulänglichkeiten die der Drehwinkelgeber auf der Zugdeichsel und dessen Anbin-dung an das Zugfahrzeug mit sich bringt, waren ausschlag-gebend für die Entwicklung dieses Lenkungssystems für die elektro-hydraulische Zusatzlenkung. Durch die Verwen-dung innovativer Sensortechnik aus dem eigenen Hause ist es dem Hersteller gelungen den Lenkwinkel der zusatzge-lenkten Achsen ohne den Winkel zwischen Zugfahrzeug und Anhänger zu berechnen.

Die Schlüsselkomponente des Subsystems ist der Gier-raten- oder auch Neigungsgeber der Familie HIT 1500. Dabei handelt es sich um ein- oder zweiachsige Sensoren zur Er-fassung der Neigung, bezogen auf die Horizontale. Bei allen Neigungsgebern wird die Neigung als Messung im quasi-statischen Zustand, die sichere statische Neigung, erfasst und ausgegeben. Zusätzlich wird auch eine hochdynami-sche, bewegungskompensierte Neigung durch Sensorfusion berechnet. Die Neigungsgeber verfügen über präzise und robuste Sensorzellen auf MEMS  – Basis. Neben ihrer Kernaufgabe, die Messung der Neigung im Bezug zur Horizontalen, erfassen diese Sensoren auch die Bezugsdaten der Neigung, Winkelbeschleuni-gung sowie die Drehrate in allen drei Raum-achsen, und geben diese als Messsignal aus. Diese Funktionalität und die Fahrgeschwin-digkeit wird bei der Umsetzung des Zusatz-lenksystems ausgenutzt.

ARBEITSMASCHINE HINTER BELIEBIGEN ZUGFAHRZEUG NUTZBAR

Den Wegfall der mechanischen Verbindung zwischen Sensor und Zugfahrzeug macht dieses Subsystem einzigartig. Somit benötigt die Lenkung lediglich hydraulische und elektrische Versorgung vom Zugfahrzeug, ist ansonsten aber autark. Der Anwender kann nun jeden Anhänger oder Arbeitsmaschine mit der gleichen Anhängevorrichtung fahren wie bisher. Zug-maul, Hitch, Kugelkopf oder Zugpendel in unterschiedlichen Ausführungen sind möglich und die Ausstattung des Fuhr-parks wird nicht mehr von der Zusatzlenkung bestimmt. Auch die Montage des HIT  1500 ist sehr einfach, da er an einer beliebigen Position am Fahrzeugrahmen des Anhän-gers befestigt werden kann.

Bei Messungen auf der Teststrecke und im Feldeinsatz fiel bei der Aufzeichnung der Lenkdrücke auf, dass sich eine

02 Lenkwinkelberechnung über den Neigungssensor HIT1500 und die Fahrzeuggeschwindigkeit

Tridem TandemTurning Point

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03 Lenkwinkel-berechnung über den Neigungssensor HIT1500 und die Fahr- zeuggeschwindigkeit

minimale Abweichung in der Kalibrierung der Drehwinkel-gebers auf der Zugdeichsel, verglichen mit dem Signal aus HIT  1500 und Geschwindigkeit enorm auf die Lenkkräfte auswirken. Es ergab sich ein gutes Folgeverhalten auch bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten bis zu 0,5 km/h. Zudem können Features wie geschwindigkeitsabhängige Lenk-winkelreduzierung, unterschiedliches Lenkverhalten bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt sowie die Modi keine Lenkung und manuelle Lenkung in Anspruch genommen werden. Gerade die manuelle Lenkung, bei der die Vorgabe des Lenk-winkels über das Eingabegerät erfolgt, kann beim Rangieren auf engsten Raum sehr hilfreich sein.

VERKÜRZTE ENTWICKLUNGSZEIT

Neben einem standardisieren CAN-Interface, zur Anbin-dung des Lenkcontrollers an den Fahrzeugcontroller und einem einfachen Bediengerät gibt es auch die Möglichkeit der Verwendung eines Displays (HY-eVision² 7"). Zum einen bietet diese Erweiterung Vorteile bei der Erstinbetriebnahme z. B. zur Fehleranalyse, zum anderen kann sie aber auch zur Konfiguration, Parametrierung, Lenkmodiwahl und Be-dienung in der Serie genutzt werden. Ein wichtiger Aspekt bei allen Lenkungsystemen sind die Anforderungen an die erhöhte funktionale Sicherheit. Neben den Komponenten, die Sicherheitsanforderungen mitbringen, erfüllt die Soft-ware alle notwendigen Normen.

Die Lenkungssysteme von Hydac für Hilfs- und Zusatzlen-kungen erfüllen die EN ISO 13849 PL‘d und ISO 25119 AgPL‘d.

Diese Normen definieren die Anforderungen an sicherheits-gerichtete Steuerungssysteme wie sie in diesen Lenksys-temen zum Einsatz kommen. Dabei wird der gesamte Lebenszyklus des Systems von der Konzeptphase über die Systementwicklung, die Komponentenentwicklung, die Pro-duktion und den Betrieb betrachtet. Beide Normen fordern dabei eine Gefahren- und Risikoanalyse zur Bestimmung eines Performance Levels (PL/AgPL). Jede Fehlfunktion des Systems wird hinsichtlich ihrer Auswirkungen, der Häufigkeit des Auftretens und der Kontrollierbarkeit der Folgen be-wertet. Aus dieser Bewertung ergibt sich das für das System erforderliche Performence Level, aus dem sich die System-architektur und die Anforderungen für die Umsetzung der Systemsoftware ergeben.

Mit der Applikationssoftware auf dem zertifizierten Steuer-gerät HY-TTC 32S ist das gesamte System gekapselt. Die An-wendung kann noch konfiguriert und parametriert werden und muss bei einer Anpassung der Maschinen weder um-fangreiche Testdurchläufe noch ein neues Tüv-Zertifizie-rungsverfahren durchlaufen. Die größten Vorteile der modu-laren einbaufertigen Lösung der elektro-hydraulischen Zusatzlenkung besteht laut Hersteller darin, die Entwick-lungskosten zu senken und die Anforderungen an die funkti-onale Sicherheit zu erfüllen. Denn diese ermöglicht eine ver-kürzte Zeit bis zur Produkteinführung.

Fotos: Hydac International

www.hydac.com

04 Verwendete Komponenten der elektro-hydraulischen Zusatzlenkung

Steuergerät HY-TTC 32SNeigungssensor HIT 1500

Drehzahlsensor HSS

Lenkwinkelgeber HAT 1200

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