Dezentrale kompakte Hydraulikversorgung durch High-Speed-Komponenten

  Konzept eines Flachschieberventils

Ein Hemmnis für den Einsatz von elektro-hydraulischen Achsen (EHA) auf mobilen Arbeitsmaschinen stellt die nach dem Stand der Technik bislang erzielbare Leistungsdichte dar. Eine dezentrale Hydraulikversorgung verbindet die Vorteile einer bedarfsgerechten Bereitstellung der hydraulischen Leistung am Verbraucher sowie reduzierte Leitungsverluste. Zur Steigerung der Leistungsdichte wird am ifas eine High-Speed-Innenzahnradpumpe für einen elektro-hydraulischen High-Speed-Antrieb entwickelt.

 
Nutzen Vorgehen

Steigerung der Leistungsdichte elektro-hydraulischer Antriebe durch High-Speed Komponenten

Entwicklung einer High-Speed-Innenzahnradpumpe

Anheben des Drehzahlniveaus hydraulischer Pumpen

Wirkungsgraduntersuchungen der Innenzahnradpumpe

Dezentrale EHA für mobile Anwendungen

Entwicklung einer EHA mit High-Speed Antrieb

Kontakt

Fotografie von Herr Pietrzyk

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+49 241 80 47746

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Dezentrale kompakte Hydraulikversorgung durch Highspeed Komponenten

In mobilen Arbeitsmaschinen, wie zum Beispiel Baggern, wird die hydraulische Leistung üblicherweise von einer zentralen Druckversorgung im Fahrzeug bereitgestellt. Diese bestehend in der Regel aus einer oder mehrerer Pumpen. Der Bediener kann die Aktuatoren der Arbeitshydraulik mit Hilfe von Ventilen steuern. Allerdings wird durch die Ventilsteuerung ein Teil der hydraulischen Leistung abgedrosselt und in Wärme umgesetzt. Mit Hilfe von Schlauch- und Rohrleitungen wird die hydraulische Leistung an die einzelnen Aktuatoren geleitet. Dabei entstehen wiederum Leitungsverluste. Eine bedarfsgerechte Leistungszuführung mit einem drehzahlvariablen Antrieb reduziert prinzipbedingt Drosselverluste. Eine dezentrale Anordnung der Leistungsbereitstellung, direkt am Verbraucher, minimiert die Übertragungsverluste in den Leitungen.

Zielsetzung

Im Rahmen dieses Projekts wird ein Funktionsmuster für eine elektro-hydraulische Achse (EHA) mit High-Speed-Antrieb erforscht. Dazu wird eine High-Speed-Innenzahnradpumpe entwickelt. Das Anheben des Drehzahlniveaus steigert die ohnehin schon vergleichsweise hohe Leistungsdichte der Hydraulik, stellt aber auch hohe Anforderungen an die Pumpe und das hydraulische System der EHA. Ziel ist es die Leistungsdichte und Kompaktheit des elektrohydraulischen Antriebs, durch High-Speed-Komponenten zu erhöhen und so für die Anwendung in mobilen Arbeitsmaschinen attraktiv zu machen.

 
 

Numerische Strömungssimulation (CFD)

Um das Betriebsverhalten der Pumpe bei den hohen Drehzahlen zu optimieren, werden am ifas numerische Strömungsberechnungen der Innenzahnradpumpe durchgeführt, sogenannte Computational Fluid Dynamics (CFD) Simulationen.

Ziele der CFD-Simulation:

  • Strömungsvorgänge innerhalb der Pumpe verstehen
  • Optimierung der Pumpe für den High-Speed-Betrieb
  • Auslegung der Innenzahnradpumpe
  CFD-Visualisierung der rotierenden Innenzahnradpumpe
 
 

High-Speed-Antrieb

Außenzahnradpumpe Schnittdarstellung der High-Speed-Innenzahnradpumpe

Im Rahmen dieses Projektes wird ein an einem High-Speed-Antrieb geforscht. Dazu wird eine Innenzahnradpumpe entwickelt und im Anschluss erprobt. Die Systemarchitektur der EHA ist auf dem High-Speed-Antrieb und die Anwendung im Bereich mobiler Anwendungen abgestimmt.

 
 

Elektro-hydraulische Achse (EHA) mit High-Speed-Antrieb

Kompaktbagger mit EHA Kompaktbagger mit EHA

Das Funktionsmuster der EHA wird inklusive des elektro-hydraulischem High-Speed-Antriebs an einem Kompaktbagger erprobt. Dazu wird der herkömmliche Stielzylinder durch die entwickelte EHA ausgetauscht. Die Erprobung am Fahrzeug soll die Machbarbarkeit des dezentralen Antriebskonzeptes aufzeigen.

 
 

Danksagung

Das IGF-Vorhaben 19224 N / 1 und 19224 N / 2 der Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. – FKM, Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Mit freundlicher Unterstützung von

  • TwinMesh by CFX Berlin
  • BAUER Maschinen GmbH
  • Volvo Construction Equipment Germany GmbH
  • Hydac
  • Wilhelm Hoven Maschinenfabrik GmbH & Co
  • Eckerle Technologies GmbH
  • HydraForce
  • Bosch
  Logos der Unterstützer Unterstützer des Projekts
 
 

Veröffentlichungen

Pietrzyk T. et al.: Design study of a high speed power unit for electro hydraulic actuators (EHA) in mobile applications, 11th International Fluid Power Conference, Aachen, Germany, 19-21 March, 2018, pp. 232-245