PUB - Hybridmodul für elektrohydraulische Antriebssysteme von Baggern

Inhalt

Autoren: Leifeld, Robert; Murrenhoff, Hubertus; Schmitz, Katharina

Mobile Arbeitsmaschinen bestehen bis zum heutigen Tage weitestgehend aus Antriebssystemen, welche primär durch einen Dieselmotor versorgt werden. Ein großer Anteil der an der Motorwelle zur Verfügung stehenden mechanischen Leistung wird in der Regel durch hydrostatische Pumpen in hydraulische Leistung umgewandelt. Die Vorzüge als robuste und kompakte Antriebstechnologie zum Betreiben einer Vielzahl paralleler, vor allem linearer, Aktoren werden auch zukünftig zum Einsatz der Hydraulik in mobilen Arbeitsmaschinen führen. Lange beruhte die Steigerung der Maschineneffizienz oder -produktivität auf der Verbesserung einzelner Antriebssubsysteme. Vielversprechend ist hingegen eine ganzheitliche Betrachtung der mobilen Arbeitsmaschine, welche sowohl die Interaktion aller in der Maschine befindlichen Subsysteme als auch die äußeren Einflüsse auf die Maschine berücksichtigt. Bezogen auf die Interaktion zwischen Subsystemen ist es das vorrangige Ziel, das Belastungskollektiv jedes Subsystems in dessen optimalen Betriebspunkt zu verschieben. Im Fokus dieser Arbeit steht die Entwicklung eines hydraulischen Hybridsystems, welches als Zusatzmodul ergänzend zum regulären Ventilsystem eines Hydraulikbaggers zu verstehen ist. Dieses System umfasst neben einem rein statisch zu betrachtenden Leistungsausgleich auch die Eingrenzung dynamischer Drehmomentänderungen am Dieselmotor. Gerade transiente Lastzustände der VKM sind sowohl für eine Zunahme des Kraftstoffverbrauchs als auch der Maschinenemissionen verantwortlich. Das entwickelte hydraulische Hybridsystem, welches als Ergänzung zu einer VKM verwendet wird, ist somit im Stande sprunghafte Drehmomentbelastungen der VKM durch dynamische Unterstützung zu verhindern. Der statische Leistungsausgleich der VKM besteht darin, in Phasen mit Leistungsüberschuss aktiv den Speicher zu laden, was einem Anheben der Grundlast entspricht, und in Phasen mit Leistungsmangel durch den Speicher des Hybridsystems unterstützt zu werden. In Form einer Volumenstromunterstützung stellt das Hybridsystem zusammen mit der Hauptpumpe die erforderliche Leistung für das elektrohydraulische LS-System bereit. Das Hybridsystem wird anhand von drei Lastzyklen mit dem Standard/LS-System verglichen, wobei die Messungen jeweils mit der gleichen Maschine, am gleichen Tag, mit dem gleichen Maschinenbediener durchgeführt wurden, um eine hohe Vergleichbarkeit der Messergebnisse zu gewährleisten. Im Querschnitt aller Zyklen wird mit dem Hybridsystem eine Kraftstoffeinsparung von ca. 16 % und eine Verringerung der Zykluszeit von ca. 4 % festgestellt.