PistonPower chystá prelomovú inováciu v hydraulike

V Považskej Bystrici vyvíjajú hydraulický tlakový zosilňovač, ktorý integrujú priamo do hydraulických valcov. Unikátna technológia by nevznikla bez pomoci špičkových digitálnych nástrojov.
PistonPower chystá prelomovú inováciu v hydraulike

V považskobystrickej firme PistonPower vyvíjajú revolučnú technológiu – do hydraulického valca vložia zosilňovač, ktorý sa automaticky zapne len pri operáciách vyžadujúcich väčšiu silu. Celý systém pritom môže zostať nízkotlakový, teda aj finančne menej náročný. S nápadom prišiel Jorgen M. Clausen, majiteľ a šéf dánskej firmy Danfoss, svetového výrobcu hydrauliky: „Inšpirovala ma dôležitá funkcia prevodovky v autách. Napadlo mi namontovať automatický ‚prevod‘ aj do štandardných hydraulických valcov.“ Na svoje riešenie získal patent a vývoj valca s integrovaným tlakovým zosilňovačom zadal svojej startupovej spoločnosti PistonPower.

Trh je nedočkavý

Hydraulické valce novej konštrukcie nájdu uplatnenie v mobilnej hydraulike – stavebných strojoch, poľnohospodárskej technike a v žeriavoch. Analýzy trhu ukazujú, že ročne by sa mohlo predať vyše milióna valcov s integrovaným zosilňovačom. Obrovský dopyt je v segmente demolition, teda v recyklácii starých objektov. Jednou z hlavných aplikácií je hydraulický drvič, ktorý sa pripína na rameno bagra. Drviče sú schopné kúsok po kúsku rozobrať železobetónové stavby, čo je veľká výhoda hlavne v centrách miest. Pri likvidácii starých lodí sa zasa používajú silné nožnice. Práve pri takýchto operáciách treba občas pridať silu na prekonanie odporu ocele. Zosilňovač sa automaticky aktivuje a dokáže vytvoriť tlak až osemsto barov, čo je osemstokrát viac ako atmosférický tlak na hladine mora.

Zaujímavé sú však aj ďalšie trhy. Lesníci napríklad pod vplyvom čoraz prísnejších bezpečnostných noriem nakupujú zariadenia, ktoré strom chytia za kmeň a miesto pílenia ho jednoducho odstrihnú. Ďalšou príležitosťou sú žeriavy a rôzne mobilné zdvíhacie portály. Tu však vývoj potrvá o čosi dlhšie, pretože žeriavy predstavujú dokonalý protipól demolačných drvičov – nevyžadujú robustnosť, ale naopak plynulý pohyb a milimetrovú presnosť.

Kompletný vývoj aj výroba

Začiatkom tohto roku založil J. M. Clausen novú firmu – PistonPower so sídlom v Dánsku, ktorej úlohou je integrované zosilňovače vyvinúť a pripraviť do sériovej výroby. Vývojové centrum má v Považskej Bystrici, čo nie je náhoda, pretože priamo susedí s výrobnými halami firmy Danfoss, ktorá je jedna z najmodernejších v celom koncerne. „S integrovanými zosilňovačmi nemá veľa odborníkov skúsenosti a aj my sme boli na začiatku. Urýchliť vývoj nám pomohli skúsenosti s vývojom hydraulických produktov pre veľkých výrobcov hydraulických strojov, napríklad pre Bobcat, John Deere či Caterpillar. Dnes u nás pracuje pätnásť vývojárov a rozširujeme vývojové kapacity na testovanie hydraulických aplikácií. Naše pracovisko je zatiaľ čisto vývojové, ale ráta sa s tým, že aj sériová výroba zostane u nás. To je na slovenské pomery ojedinelá skúsenosť,“ hovorí technický riaditeľ a konateľ PistonPower Juraj Hanušovský.

Slovenský tím dostal šibeničný termín: funkčné riešenie by mal pripraviť do konca tohto roka. Firma ho chce totiž predstaviť v apríli v Mníchove na najväčšom európskom veľtrhu stavebných strojov Bauma.

Prelomová inovácia

PistonPower poháňa dopyt na trhu aj konkurencia, ktorá takisto cíti príležitosť. Integrovaný zosilňovač je pritom riešenie z kategórie Game Changer. Keďže je chránené patentom, ostatné firmy môžu zosilňovače umiestniť len externe na valec. Má to isté výhody, no existuje riziko poškodenia alebo odtrhnutia, najmä pri ťažkých demolačných prácach, pretože pripevnenie zosilňovača vyžaduje vysokotlakové hadice a spojenia. Vo valcoch PistonPower sa naopak tlak bezpečne udržiava vnútri valca. Unikátna konštrukcia dovolí zmenšiť veľkosť valcov s rovnakou silou až o tretinu a hmotnosť klesne o polovicu. Stačí potom použiť menší nástroj alebo bager môže pracovať s dlhším ramenom. To všetko zvyšuje rýchlosť operácií a zároveň šetrí náklady. Valec s integrovaným zosilňovačom stojí tretinu ceny v porovnaní s externou klasikou.

Digitálne simulácie

Tím vývojárov PistonPower vznikal najmä z odborníkov z považskobystrického Danfossu, ktorí majú skúsenosti s hydraulikou, nie však so zosilňovačmi. „Sme startup, rýchlo sa učíme a čas je pre nás rozhodujúcim faktorom,“ hovorí Peter Zavadinka, R&D Testing a Application Engineer. Konštruktéri dostali voľnú ruku, aby laboratórium vybavili technológiami potrebnými na rýchly vývoj produktu. Vybrali si najmodernejšie softvéry určené na digitálne navrhovanie, modelovanie a simulácie.

Pre vývoj zosilňovača je kľúčový softvér AMESim značky Siemens, ktorý umožňuje RapidPrototyping, teda výrobu trojrozmerných modelov a ich častí. „Pre nás je však dôležitejšie, že nám umožňuje ‚pozerať do vnútra‘ a pochopiť javy, ktoré sú počas testovania skryté vo valci. Klasické snímače umožňujú sledovať len výstupné a vstupné veličiny, napríklad tlak, prietok a teplotu. No čo sa deje vnútri, aké sú tlakové straty, polohy, rýchlosť jednotlivých komponentov, to zmerať nevieme. Na to by sme potrebovali špeciálne zariadenia, ale ich návrh a výroba by boli časovo aj finančne veľmi náročné,“ vysvetľuje P. Zavadinka.

Nástroj AMESim nevyužívajú len pri simuláciách zosilňovača, ale je pri tvorbe aplikácií – simulujú celý systém, napríklad drvič s požadovanými parametrami. „To má veľký význam najmä pre startupy, ktoré produkt ešte len vyvíjajú. Zákazníkovi môžeme ukázať, ako sa bude zosilňovač správať v jeho zariadení a môžeme ho presvedčiť na spoluprácu ešte pred vyrobením prvých prototypov,“ hovorí P. Zavadinka.

Zákazníci často žiadajú špecifické parametre zosilňovača, chcú napríklad použiť špeciálny hydraulický ventil. Softvér AMESim je schopný individuálne požiadavky splniť a simulovať upravené riešenie. „Dizajn, inštalácia a testovanie by si v tomto prípade vyžiadali veľa času a financií. Preto ako prvá nastupuje simulácia, aby zákazníka presvedčila o vhodnosti riešenia či úspor,“ vysvetľuje P. Zavadnika. Aj vďaka tomu PistonPower už získal prvých päťsto predobjednávok.

Pancierové laboratórium

Všetko smeruje k tomu, aby tím považskobystrických vývojárov splnil zadanie a pripravil prekvapenie pre návštevníkov veľtrhu Bauma. Vývoj zosilňovača sa dostal do fázy, ktorá bude vyžadovať intenzívne fyzické testy.
V laboratóriu PoistonPower preto čoskoro inštalujú špeciálny kontajner dlhý osem metrov a široký tri metre. Budú sa v ňom testovať zosilňovače v rôznych prípravkoch pod ultravysokým tlakom. „Ak by došlo napríklad k vytrhnutiu zátky, vyletela by rýchlosťou ako projektil zo samopalu. Celý kontajner preto využíva unikátne riešenia, bude napríklad pancierovaný ako obrnený transportér s oknami z nepriestrelného skla,“ hovorí P. Zavadnika. Mozgom experimentálneho zariadenia bude Simatic S1500, ktorý bude riadiť všetky procesy, zberať a vyhodnocovať získané dáta a komunikovať s vývojovým pracoviskom.

Inšpirovala ma prevodovka v autách. Napadlo mi namontovať automatický „prevod“ aj do hydraulických valcov.
J. M. Clausen, majiteľ a šéf dánskej firmy Danfoss, zakladateľ PistonPower
S integrovanými zosilňovačmi nemá veľa odborníkov skúsenosti a aj my sme boli na začiatku.
J. Hanušovský, konateľ a technický riaditeľ v PistonPower
V simuláciách môžeme zákazníkovi ukázať, ako sa bude zosilňovač správať ešte pred vyrobením prvých prototypov.
P. Zavadinka, R&D Testing a Application Engineer v PistonPower

„Unikátna konštrukcia zosilňovača umožní zmenšiť veľkosť valcov s rovnakou silou až o tretinu a hmotnosť klesne o polovicu.“

AMESim urýchľuje konštrukciu

Simcenter AMESim je integrovaná simulačná platforma, ktorá skracuje inováciu produktov a čas ich uvedenia na trh. Simulácie umožňujú optimalizovať a analyzovať výkon celých mechatronických systémov. Zvyšujú tak produktivitu konštrukčných tímov od začiatočných fáz návrhu až po konečné overenie funkčnosti a výkonu navrhovaného produktu. AMESim obsahuje knižnice s funkčnými prvkami a blokmi, z ktorých možno rýchlo vytvárať digitálne modely a robiť ich analýzy. Softvér možno jednoducho prepojiť s technológiou CAE (Computer Assisted Engineering) a počítačovým dizajnom (CAD).

Kľúčové trhy pre PistoPower

  • recyklácia starých objektov (demolácie),
  • špeciálne vozidlá: hákové zdvíhacie vozidlá, vozidlá na odvoz odpadu, ťažké nákladné vozidlá,
  • ťažobný priemysel: vŕtanie a stavba tunelov na pevnine aj na dne mora,
  • armáda,
  • priemysel: lisy a kompaktory.

   

Článok bol prvýkrát publikovaný na www.etrend.sk 26. 9. 2018.
Foto: TKM, PistonPower, Danfoss

Ľubomír Jurina