Norrhydro will die Hydraulik neu erfinden

Manche werden überrascht sein, dass das dünn besiedelte Finnland – mit rund 5,6 Millionen Einwohnern und vor allem für seine ausgedehnten Wälder bekannt – gleichzeitig ein anerkannter globaler Technologieführer ist. Es genießt hohes Ansehen für seine Informations- und Kommunikationstechnologie, Softwareentwicklung und -dienstleistungen, Cleantech und nachhaltige Lösungen sowie andere digitale Angebote.

Norrhydros NorrDigi-Angebote unterstützen OEMs bei der Verbesserung der Anlagenproduktivität und Energieeffizienz. (Foto: Becky Schultz)

Darüber hinaus ist das Land Heimat innovativer Unternehmen wie Norrhydro, einem Anbieter von Hydraulikzylindern und digitalen Hydrauliklösungen. Das in Rovaniemi im Norden des Landes ansässige Unternehmen beliefert seit 40 Jahren den Off-Highway-Markt, insbesondere im Bergbau und in der Forstwirtschaft. Seine OEM-Kunden – wie Sandvik und Ponsse – kommen größtenteils aus Skandinavien, verkaufen ihre Maschinen jedoch weltweit.

„Wir sind in dem Sinne global, dass unsere Produkte dann mit diesen OEMs dorthin gehen, wo die Maschinen letztendlich landen, und so ist das Geschäft schon seit vielen Jahren“, sagte Carl Mattson, Director, Digital Business, Norrhydro.

Obwohl das Unternehmen seit seiner Gründung im Jahr 1985 im Bereich Hydraulikzylinder tätig ist, erkannte es, dass das herkömmliche Hydrauliksystem nicht sehr effizient ist und „sich gewissermaßen neu erfinden muss“, kommentierte Mattson.

Norrhydro beteiligte sich aktiv an dieser Neuerfindung und erkundete Möglichkeiten, OEMs bei der Verbesserung von Produktivität und Energieeffizienz zu unterstützen. Das Ergebnis sind zwei einzigartige Lösungen: die NorrDigi MCC Mehrkammer-Zylindertechnologie und das elektromechanische Linearbewegungssystem NorrDigi EMA.

Optimierte Energie

Das NorrDigi MCC ist eine fortschrittliche Lösung bestehend aus Mehrkammerzylindern, Kolbenspeichern und einer elektronischen Steuereinheit (NorrECU). Zu den unterstützenden Technologien gehören die proprietäre Software, Sensoren, Mikroprozessoren und Wegeventile.

„Ein herkömmlicher Zylinder hat zwei Kammern, eine Druck- und eine Zugkammer. Wir haben vier Kammern“, sagte Mattson. „Daher haben wir die nutzbare Fläche verdoppelt, und diese Fläche steht in direktem Zusammenhang mit der durch den Ölfluss erzeugten Kraft.“

Das NorrDigi MCC besteht aus Mehrkammerzylindern, Kolbenspeichern und einer elektronischen Steuereinheit. (Foto: Becky Schultz)

Laut Angaben des Unternehmens erhöhen diese vier Kammern die Anzahl der Arbeitsstufen, die eine optimierte Zylinderkrafterzeugung ermöglichen. Mattson verglich dies mit mehreren Gängen bei einem Fahrrad.

„Statt zwei Gängen hat man auf dem Fahrrad 16. Jedes Mal, wenn man eine bestimmte Geschwindigkeit oder Kraft erreichen möchte, hat man genau die richtige Gangstufe dafür … Man verbraucht nur die Energie, die für die jeweilige Bewegung benötigt wird“, erklärte er. „Man schaltet, um am gewünschten Ziel möglichst effizient zu sein, was im Grunde bedeutet, dass man deutlich weniger Energie verbraucht.“

Beim NorrDigi MCC gibt es anstelle von Zahnrädern 16 Arbeitsstufen – vier Kammern mit vier Push-Pull-Zyklen pro Zylinder. Diese verschiedenen Kraftzustände minimieren den Drosselbedarf und führen zu sanfteren, präziseren und effizienteren Bewegungen.

Um die Effizienz noch weiter zu steigern, speichert das System die kinetische Energie in Hochdruck-Kolbenspeichern. Die gespeicherte Energie wird nur bei Bedarf genutzt, beispielsweise für kurzfristige Beschleunigungen beim Heben schwerer Lasten.

Das kumulative Ergebnis könne, so Norrhydro, je nach Betriebs- und Arbeitsbedingungen eine Energierückgewinnung von bis zu 70 %, eine Reduzierung des Energieverbrauchs von bis zu 80 % und eine Kraftstoffeinsparung von bis zu 50 % sein.

„Es geht darum, jedes Mal die richtige Kraft zu haben und zusätzlich über einen regenerierten Energiespeicher zu verfügen, der Ihnen hilft, wenn Sie die Spitzenleistung brauchen“, sagte Mattson.

OEM-Fallstudie

Das NorrDigi MCC hat bereits seinen Platz in spezialisierten Hebevorrichtungen gefunden. So gab Norrhydro im Oktober 2024 eine mehrjährige Vereinbarung mit dem US-amerikanischen Anbieter von Bewegungs- und Steuerungslösungen Aberdeen Dynamics bekannt, um die Technologie für Onshore-Anwendungen zum Heben von Rohren auf Ölplattformen im US-amerikanischen Öl- und Gasmarkt einzusetzen.

Die vier Kammern des NorrDigi MCC erweitern die Anzahl der Arbeitsstufen, die eine optimierte Zylinderkrafterzeugung ermöglichen. (Foto: Becky Schultz)

Norrhydro arbeitet seit Ende 2015 mit Volvo Construction Equipment an der Entwicklung des NorrDigi MCC und seit kurzem auch an einem Projekt zum Austausch der konventionellen Hydraulik eines Volvo EC300E-Baggers. Das konventionelle Hydrauliksystem wurde entfernt und durch die NorrDigi MCC-Lösung ersetzt.

Die Steuerung der Hauptfunktionen der Maschine erfolgt über die Systemsoftware. „Um dies auf dem von uns genannten Niveau zu erreichen, müssen wir als Norrhydro die volle Kontrolle übernehmen“, betonte Mattson. „Alles in der Maschine, alle Bewegungen, werden vom System gesteuert. Es sind also nicht nur spezielle Zylinder und Hardware, sondern Software, die die Leistung auf verschiedene Funktionen verteilt – das Herzstück unseres MCC-Systems.“

„Da wir uns so intensiv mit den Hydraulikfunktionen befassen, müssen wir die Maschine grundsätzlich neu konstruieren“, fuhr er fort. „Es gibt viele Dinge, die umgesetzt werden müssen, daher ist das natürlich ein Projekt. Wir verkaufen nichts von der Stange.“

Der 30-Tonnen-Bagger von Volvo (EC300E) wurde über 2.000 Stunden lang getestet. Dabei zeigte sich eine Verbesserung der Kraftstoffeffizienz um etwa 50 % im Vergleich zu einer konventionellen Maschine gleicher Größe sowie eine potenzielle Emissionsreduzierung von 300 bis 350 Tonnen CO2 über die Lebensdauer der Maschine.

„Wir haben den Entwurf für die Serienversion fertiggestellt. Alles ist vorbereitet“, sagte Mattson. „Jetzt muss die Steuerung so gut sein, dass der Fahrer sagt: ‚Ja, das ist wirklich gut in Sachen Leistung und Steuerbarkeit. Gefällt mir.‘ Das ist es, was Volvo hören will. Sobald wir diesen Punkt erreicht haben, kann es losgehen.“

Vollelektrische Option

Norrhydros zweite Lösung, das NorrDigi EMA, soll herkömmliche Hydrauliksysteme ersetzen und die vollständige Elektrifizierung mobiler Maschinen und industrieller Anwendungen ermöglichen. Es besteht aus elektromechanischen Lösungen mit Elektrozylindern und fortschrittlicher Steuerungssoftware von Norrhydro, kombiniert mit Motoren, Sensoren, Wechselrichtern und Steuereinheiten namhafter globaler Anbieter.

Die lineare Betätigung des Zylinders erfolgt über einen Elektromotor und eine Kugelumlaufspindel. „Es handelt sich um eine völlig ölfreie Lösung“, so Mattson. „Sie ist von allem getrennt, was mit einer Hydraulikölleitung zu tun hat.“

Das NorrDigi EMA wurde entwickelt, um herkömmliche Hydrauliksysteme in mobilen und industriellen Maschinen zu ersetzen. (Foto: Becky Schultz)

Eine intelligente Bewegungssteuerung auf Basis individueller Parametereinstellungen wird durch die firmeneigene Steuerungssoftware erreicht.

Der NorrDigi EMA richtet sich an eine Nischenkundengruppe. „Wir entwickeln Anwendungen für anspruchsvolle Umgebungen. In diesem Fall konzentrieren wir uns auf den High-End-Markt, beispielsweise im Marine- und Offshore-Bereich“, sagte Mattson.

Bei solchen Anwendungen sind in der Regel geringere Stückzahlen erforderlich, für die die Unternehmen zwar weiterhin technische Unterstützung benötigen, die Zusammenarbeit mit größeren Lieferanten jedoch möglicherweise zu teuer ist.

„Es ist ein kleinerer Markt, er basiert auf Projekten, und damit sind wir zufrieden“, sagte Mattson. „Für uns ist dieser Markt groß genug.“

Die Vorteile für diese Kunden können enorm sein. „Die Energieeffizienz eines Elektromotors liegt teilweise bei 80 bis 90 Prozent, verglichen mit der eines Verbrennungsmotors, der bei etwa 30 Prozent liegt“, so Mattson. „Mit einer vollelektrischen Maschine könnte man die Betriebsstunden pro Ladung wahrscheinlich verdoppeln, allein durch den Einsatz einer effizienteren Hydraulik.“

„Wir wollen sicherstellen, dass die Elektrifizierung möglich ist und sich finanziell lohnt“, fuhr er fort. „Der große Schritt für EMAs kommt, wenn Skaleneffekte einsetzen, wie wir es bei Elektrofahrzeugen gesehen haben.“

Mattson räumte zwar ein, dass die Neuerfindung der Hydraulik nicht die vollständige Lösung sei, „aber sie ist ein wichtiger Teil der Transformation und wir sind sehr froh, daran teilhaben zu können.“