Höhere Produktivität in der Land- und Forstmaschine

Land- und Forsttechnik verlangt mehr Effizienz: Machine Learning unterstützt präzise Ernte, automatisierte Bodenbearbeitung und Wartung. Hawe Hydrauliks VIPR zeigt, wie sich Mechanik und Datenintelligenz verbinden.

Steigende Anforderungen an Effizienz und Produktivität in Land- und Forsttechnik verlangen intelligente Technologien über klassische Mechanik hinaus. Machine Learning (ML) kann dabei eine zentrale Rolle spielen – zum Beispiel bei präziser Ernte, automatisierter Bodenbearbeitung oder vorausschauender Wartung. Die intelligente Ventileinheit VIPR von Hawe Hydraulik zeigt, wie sich Mechanik und Datenintelligenz miteinander verbinden lassen. 

Hydraulische Systeme bestehen längst nicht mehr nur aus mechanischen Bauteilen. Es werden zunehmend Sensoren eingesetzt, die Daten zum Systemzustand erzeugen, und elektronische Steuerungen eingesetzt, die verschiedene Elemente der Systeme miteinander vernetzen. Diese Vernetzung eröffnet neue Möglichkeiten, stellt Entwickler jedoch auch vor wachsende Herausforderungen: 

• Flexibilität und einfache Bedienbarkeit: Die Vielzahl möglicher Betriebsmodi und Einsatzbedingungen erfordert Lösungen, die sich flexibel anpassen lassen, ohne die Bedienung zu verkomplizieren. 

• Leistungsstärke und Energieeffizienz: Angesichts elektrifizierter Arbeitsmaschinen ist Effizienz ein zentraler Treiber bei der Entwicklung hydraulischer Systeme. 

• Komplexität und Wartung: Je mehr Sensoren und vernetzte Komponenten integriert werden, desto wichtiger wird es, die Inbetriebnahme und Wartung zu vereinfachen. 

Die Lösung? Die Elemente von Hydrauliksystemen müssen intelligenter werden – und genau hier setzt VIPR von Hawe Hydraulik an.

Maximale Flexibilität – einfache Bedienbarkeit 

Was ist VIPR? Eine intelligente Ventileinheit, die vier proportionale Sitzventile kombiniert und in einem sogenannten „Independent Metering“-Setup anordnet. Integrierte Drucksensoren und eine leistungsfähige elektronische Steuerung ermöglichen es, alle Kanäle, die zu einem Verbraucher führen, zu überwachen, auszuwerten und individuell zu steuern. Durch diese Sitzventiltechnik können zusätzliche Lasthalteventile oder Sperrventile, die die Energieeffizienz des Hydrauliksystems negativ beeinflussen, ohne Einbußen bei der Sicherheit, entfallen.  

Das Besondere an der Ventileinheit ist die softwarebasierte, große Flexibilität: 

• Ob Druck- oder Volumenstromregelung – die Entscheidung liegt allein in der Steuerung und erfordert keine Änderungen an der Hardware. 

• Betriebsmodi wie Schwimmstellung oder Regeneration lassen sich per Software umsetzen, ohne zusätzliche Ventile oder Steuerblöcke. 

• Durch die Verlagerung der Komplexität von der Hardware in die Software entsteht ein universelles „Ein Ventil für alles“-Prinzip. 

Selbstlernende Inbetriebnahme  

Eine der größten Herausforderungen bei der Inbetriebnahme moderner Hydrauliksysteme ist die Parametrierung. Sie erfordert oft umfangreiche Testläufe und bindet wertvolle Ressourcen. Dank der Onboard-Sensorik und der selbstlernenden Algorithmen kann VIPR aus den bei der Nutzung anfallenden Daten lernen. Nach wenigen Testläufen passt sich das System optimal an die spezifischen Anforderungen an. Die Kombination aus neuronalen Netzen und klassischen Reglungsansätzen sorgt dabei für eine robuste und zuverlässige Steuerung, die sich flexibel an die jeweiligen Arbeitsbedingungen anpasst. Ein aktives Lernen erfolgt dabei ausschließlich in einem speziellen Inbetriebnahmemodus, wodurch die Parameter im produktiven Betrieb unverändert bleiben und damit eine sichere Anwendung gewährleistet ist. 

Vorteile für Maschinenhersteller und Anwender 

Daraus ergeben sich viele Vorteile für den Maschinenhersteller und den Anwender: 

• Hohe Energieeffizienz: Durch die permanente Selbstanpassung arbeitet das Hydrauliksystem stets im optimalen Bereich, was Verschleiß und Energieverbrauch senkt und damit die Umweltbelastung reduziert. 

• Einfacher Steuerungsaufbau: Betriebsmodi wie Schwimmstellung oder Regeneration lassen sich per Software umsetzen, ohne zusätzliche Ventile oder Steuerblöcke. Durch die Verlagerung der Komplexität von der Hardware in die Software entsteht ein „Ein Ventil für alles“-Prinzip.

• Reduzierte Variantenvielfalt: Statt zahlreicher Spezialventile genügt ein universelles Modul, das durch Softwareanpassungen unterschiedliche Funktionen abdeckt. Dies vereinfacht Lagerhaltung und Logistik. 

• Flexibilität bei der Montage: VIPR kann zentral oder dezentral montiert werden. Bei der dezentralen Montage sind durch Sitzventile keine zusätzlichen Lasthalteeinrichtungen nötig.  

• Zukunftssicherheit: Änderungen an Einsatzbedingungen lassen sich per Software-Updates vornehmen – ohne, dass mechanische Komponenten getauscht werden müssen. 

Energieeinsparung im Teleskoplader 

Die Entwickler von Hawe Hydraulik haben einen serienmäßig verfügbaren und ursprünglich mit einem Dieselmotor angetriebenen Teleskoplader elektrifiziert und den zentralen Hydraulikblock durch drei dezentral angeordnete intelligente Ventileinheiten VIPR ersetzt. Der Steuerungsaufbau konnte durch die dezentrale Anordnung der Ventileinheiten deutlich vereinfacht werden. Durch den Umbau und umfangreiche Testläufe konnten praxisnah Messreihen durchgeführt und Vorher-Nachher-Vergleiche aufgestellt werden. Dabei zeigte sich, dass zum Beispiel in der Senkbewegung der Gabel Energieeinsparungen von bis zu 98% erzielt werden. In den anderen Arbeitsfunktionen sind ebenfalls attraktive Einsparungen realisiert worden. 

Hawe Hydraulik arbeitet derzeit erfolgreich an Pilotprojekten mit ersten Kunden und sucht weitere Interessenten. Gerade bei elektrifizierten Maschinen kann VIPR einen wichtigen Beitrag zur Optimierung leisten, denn hier bietet eine hohe Energieeffizienz das Potenzial für eine längere Arbeitszeit pro Batterieladung, ein geringeres Gewicht und einen geringeren Bauraum der notwendigen Akkus. 

Performancegewinn bei Forstwinden  

Ein weiteres Anwendungsbeispiel kommt aus dem Forstbereich. Die Ansteuerung und damit der Betrieb einer Forstwinde kann mit Hilfe von VIPR optimiert werden. VIPR wird hier zur Regelung des Windenantriebs genutzt. Durch eine automatisierte Regelung des Drucks beim Ein- und Ausrollen wird eine lastunabhängige Straffung des Seiles in Echtzeit erreicht. Diese direkte Regelung ist mit VIPR deutlich schneller, als wenn die Werte durch einzelne Sensoren an die Hauptsteuerung übermittelt und dort ausgewertet werden. Das bietet nicht nur eine optimale Arbeitsleistung der Winde, sondern auch mehr Sicherheit im Einsatz.  

Machine Learning – ein Gamechanger für die Hydraulik? 

Die VIPR-Ventileinheit von Hawe Hydraulik zeigt, wie sich die Leistungsdichte der Hydraulik mit intelligenter Software kombinieren und damit die Produktivität und Effizienz von Hydrauliksystemen deutlich verbessern lässt.  

Ob Machine Learning jedoch tatsächlich zum Gamechanger für die Hydraulik wird, bleibt abzuwarten. Eines ist jedoch sicher: Die Verbindung von Hydraulik und maschinellem Lernen eröffnet ein enormes Potenzial. Mit lernfähigen Modellen und einer adaptiven Regelung lassen sich Leistungsverluste reduzieren, Regelgüte und Reaktionsgeschwindigkeit steigern sowie Verschleiß und Energieverbrauch minimieren. Anwendungsfälle sind nicht nur in Landmaschinen und in der Forsttechnik denkbar, sondern auch in LKW-Ladekränen, Kommunalfahrzeugen und Arbeitsbühnen.   

Autoren: Andrea Farris, Mattias Klasmann, Anwendungsexperten Mobile Arbeitsmaschinen Hawe Hydraulik 

Bilder: Hawe Hydraulik