Hydrauliventtiilit hyötyvät liitettävyydestä

Käynnissä on murros perinteisestä, analogisesta hydrauliikasta liitettävään digitaaliseen teknologiaan. Etenkin eurooppalaiset koneenvalmistajat muuttavat koneitaan yhä enemmän digitaalisiksi ja odottavat, että hydrauliikan voi sulauttaa saumattomasti tällaisiin liitettäviin ympäristöihin. Hydrauliikan automaatioasteen on siis oltava samalla tasolla kuin sähkömekaanisten käyttöjen. Tässä suhteessa yksi ratkaiseva piirre on älykkäiden hydrauliventtiilien integrointi erilaisiin automaatiotopologioihin avoimien standardien, kuten lukuisien Ethernet-rajapintojen välityksellä.

Hydraulisia liikkeitä ohjataan jo tällä hetkellä suljetussa ohjauspiirissä älykkäillä yhden liikeakselin ohjaimilla. Venttiilin integroitu elektroniikka sisältää myös tehokkaan liikkeenohjauksen, joka huolehtii viitearvon vertailusta todelliseen ja saavuttaa muutaman mikrometrin ohjaustarkkuuden. Järjestelmän ohjauksen laatu määräytyy pelkästään mittausjärjestelmien tarkkuuden perusteella. Tällaisia liikkeenohjaimia, joissa ei ole erillistä ohjauskaappia, käytetään yhä yleisemmin sahalinjoissa, paperitehtaissa ja työstökoneissa. Saatavana on myös älykkäitä säätyvänopeuksisia hydraulijärjestelmiä ja älykkäitä pumpun säätimiä. Tähän saakka pääasiallisesti käytetyt virtauksen kuristamiseen perustuvat ohjaukset voidaan nyt korvata aivan uudenlaisilla, energiatehokkaammilla liikeohjaimilla. Toiminnot, jotka toteutettiin aiemmin venttiileillä, siirtyvät nyt ohjelmiston hoidettaviksi.

Anturien massatuotanto auto- ja kuluttajatuoteteollisuuteen on alentanut kustannuksia merkittävästi. Nyt anturien käyttö yleistyy myös hydrauliikassa. Meidän mielestämme seuraava vaihe on tällaisen anturiteknologian integrointi olemassa oleviin venttiilirunkoihin. Anturit voivat kunnonvalvonnassa kerätä tietoa nesteen laadusta, lämpötilasta, tärinästä ja kytkentäsyklien määrästä. Käyttäjät voivat silloin syväoppimisalgoritmien avulla havaita kulumisen, ennen kuin se aiheuttaa vian.

Standardien vaatimukset rajoittavat jo käytettävissä olevia liitäntägeometriaan liittyviä mahdollisuuksia. Hydrauliikka-alalla käytiin jonkin aikaa sitten syvällistä keskustelua digitaalisesta hydrauliikasta. Ajatuksena oli – ja on edelleen – virtauksen ohjaaminen ”vaiheittain” tai ”kellotetusti” bittimäisesti, mistä voidaan joissakin sovelluksissa saada etua jatkuvasti säädettävään teknologiaan verrattuna.

Enää ei pohdita, hyötyykö hydrauliventtiiliteknologia liitettävyydestä vai ei; kysymys on pikemminkin siirtymisen ajankohdasta. Nykyinen Teollisuus 4.0:aan keskittyvä keskustelu osoittaa selvästi, miten tärkeää kaikkien tarvittavien toimintojen ja toiminnallisuuksien määrittely on. Aktiivinen liitettävyys ja tiedonsiirto ovat mahdollisia vain, jos erilaiset mekanismit ja anturiteknologiat standardoidaan eri valmistajien kesken. Digitaalista elektroniikkaa ei tulevaisuudessakaan integroida kaikkiin hydraulis-mekaanisiin paineventtiileihin, eikä kaikkia venttiileitä kytketä ohjausjärjestelmään tai muihin venttiileihin. Ensimmäinen vaihe kohti liitettävyyttä on venttiiliin painettu QR-koodi, joka sisältää tiedot valmistajan asetuksista, toimintojen kuvaukset tai tietoa varaosatiivisteistä. Rexroth on kehittämässä monia uusiin materiaaleihin ja tuotantoteknologioihin liittyviä innovaatioita. Valettujen runkojen mallien 3D-tulostus tai suoratulostus alentaa merkittävästi venttiilien käytönaikaisia energiakustannuksia. Mallien suunnittelussa on aiemmin täytynyt ottaa huomioon mahdollisuus jakaa muotti osiin, mutta 3D-tulostuksen ansiosta näin ei enää ole. Voimmekin käyttää uudenlaisia kanavaratkaisuja, jotka alentavat painehäviöitä ja parantavat energiatehokkuutta. Jos venttiilin läpäisy on esimerkiksi 10 000 l/min, virtausvastuksen pienentäminen 10–20 prosentilla alentaa käyttökustannuksia huomattavasti.

Bosch Rexrothin IAC-venttiilit (integroitu akselinsäädin) tarjoavat mahdollisuuden säätää liikettä ilman erillistä ohjauskaappia, sillä ohjain on integroitu venttiilin elektroniikkaan. Liittäminen onnistuu avoimien rajapintojen kautta. Tämä sama pätee servohydrauliakseleihin, joissa on oma kiertonsa. Nämä asennusvalmiit akselit, pumppu, venttiilit ja sylinterit muodostavat kokoonpanon, johon koneenvalmistajan tarvitsee vain kytkeä virransyöttö ja ohjaustiedonsiirto. Niissä käytetään samoja käyttöönottotyökaluja ja käyttöliittymiä, joten kaikkia käyttöteknologioita voi ohjata tutuilla välineillä. Myös perinteisiä servoventtiileitä voidaan kehittää edelleen. Rexrothin on/off-venttiileihin tarkoitetut, pulssinleveysmodulaatioon perustuvat uudet vahvistinlisäosat alentavat liittimien pintalämpötilan yli 80 asteesta vain 50 asteeseen. Tästä on hyötyä etenkin sahalinjoilla, joilla muodostuva herkästi syttyvä sahanpuru muodostaa räjähdysvaaran.

Venttiilejä on 10 vuoden kuluttua helpompi suunnitella projektikohtaisesti, niiden käyttöönotto on helpompaa ja ne toimivat entistä tehokkaammin. Lisäksi ne tarjoavat enemmän käytönaikaista dataa ennen vikaantumista. Jos huoltoa tarvitaan, venttiili saattaa tilata tarvittavat varaosat valmiiksi.