Dezentrale Hydraulik II
Im Vorgängerprojekt wurde eine elektro-hydraulische Kompaktachse mit einer High-Speed Innenzahnradpumpe (HSIZP) entwickelt und in eine elektro-hydraulische Kompaktachse (EHA) integriert. Mit dieser ist nur der Betrieb in einer Drehrichtung möglich, wodurch zusätzliche Ventiltechnik in der EHA erforderlich ist. Ziel des Forschungsprojektes ist die Weiterentwicklung und Optimierung der EHA für den Reversierbetrieb und die Steigerung der erreichbaren Leistungsdichte.
Nutzen
- Steigerung der Leistungsdichte von elektro-hydraulischen Kompaktachsen durch High-Speed Komponenten
- Dezentrale EHA für mobile Anwendungen
- Reversierbare High-Speed Innenzahnradpumpe
- Effizienzsteigerung durch Rekuperation während des Betriebs
Vorgehen
- Weiterentwicklung und Bauraumoptimierung der High-Speed Innenzahnradpumpe und EHA
- Simulationen des Pumpvorgangs, der tribologischen Kontakte und der hydraulischen Schaltung der EHA
- Erprobung der reversierbaren HSIZP und der überarbeiteten EHA
- Optimierung der Pumpe und der EHA anhand gesammelter Erkenntnisse
Vorteile von dezentralen Hydraulikversorgungen
In mobilen Arbeitsmaschinen, wie zum Beispiel Baggern, wird die hydraulische Leistung üblicherweise von einer zentralen Druckversorgung im Fahrzeug bereitgestellt. Diese bestehen in der Regel aus einer oder mehreren 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 und ermöglicht eine bedarfsgerechte, unabhängige Regulation des Druckniveaus.
Vorteile von High-Speed-Komponenten in elektrohydraulischen Kompaktachsen
Bei gleichbleibender Leistung sinkt sowohl das Volumen von Elektromotoren als auch von hydraulischen Verdrängereinheiten mit steigender Drehzahl. Eine Anhebung des Drehzahlniveaus von elektro-hydraulischen Kompaktachsen bietet demnach das Potential die hohe Leistungsdichte weiter zu erhöhen. Die Reduktion des notwendigen Bauraums erhöht die Attraktivität für den Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen und erleichtert die Integration.
Zielsetzung
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes ist die Weiterentwicklung der im Vorgängerprojekt entwickelten High-Speed Innenzahnradpumpe sowie der zugehörigen elektrohydraulischen-Kompaktachse geplant. Schwerpunkt ist die Anpassung hinsichtlich der Reversierbarkeit der High-Speed Innenzahnradpumpe. Hierdurch wird ein dynamischer Vier-Quadranten Betrieb und somit die Energierückgewinnung ermöglicht. Weiter wird die notwendige Komplexität der hydraulischen Systemarchitektur reduziert und der notwendige Bauraum durch die entfallenden Ventile verringert. Die Drehrichtungsumkehr bedingt eine Geschwindigkeitsreduktion bis zum Stillstand und damit den Betrieb im Grenzreibungsbereich. Die tribologischen Kontakte sind für die damit verbunden Belastungen auszulegen und optimieren.
Danksagung
Das IGF-Vorhaben 22246 N 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 Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.