Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Leistungsverzweigter Fahrantrieb mit integrierter Versorgung der Arbeitsantriebe für mobile Maschinen

Das Ziel ist die Erarbeitung einer für mobile Maschinen geeigneten Struktur eines leistungsverzweigten Getriebes mit integrierter Versorgung der Arbeitsantriebe am Beispiel eines Radladers. Für die Versorgung aus dem geschlossenen Kreis des Getriebes sollen geeignete Regel- und Betriebsstrategien auf dieses Antriebssystem appliziert werden. Energetische Vorteile gegenüber bestehenden Antriebssystemen und die Erfüllung von Anforderungen an Bedienbarkeit und Systemdynamik sollen nachgewiesen werden.

Die Forschungsergebnisse dienen der Realisierung energieeffizienterer Antriebssysteme für mobile Maschinen. Diese Maschinen haben relevanten Einfluss auf den Primärenergiebedarf und die Emissionen wie auch auf die Kosten für den Anwender. Sie werden häufig in den oft kleinen und mittleren Unternehmen der Bau- und Landwirtschaft eingesetzt. Anwender und Hersteller der Maschinen erhalten durch die Realisierung innovativer Antriebstechnologien Vorteile im internationalen Wettbewerb in der Branche.

Es werden die Voraussetzungen für die Entwicklung von Antriebssträngen für mobile Maschinen mit Nutzung des Prinzips der integrierten Versorgung geschaffen. Aus dem Simulationsmodell und aus dem Aufbau auf dem Versuchsstand können in Maschinen umsetzbare Lösungen abgeleitet werden. Bis zu einer industriellen Reife der Lösung und der Umsetzung in einem Prototypenfahrzeug wird eine übliche Realisierungsphase von wenigen Jahren (2-3 Jahre) abgeschätzt.

Direkter wissenschaftlicher Transfer erfolgt durch Abschlusspräsentation und -bericht sowie weitere Veröffentlichungen auf Fachtagungen, vor Gremien der Branche und auf Messen. Die Erkenntnisse werden auch über die Lehrinhalte des Instituts sowie studentische Praktika und Abschlussarbeiten bei Unternehmen an den wissenschaftlichen Nachwuchs weitergegeben. Schließlich besteht die Möglichkeit zu weiterem Wissenstransfer in bilateralen Anschlussvorhaben mit der Industrie.

Ergebniszusammenfassung:

Im ersten Arbeitspaket wurde der Radlader als Beispielmaschine ausgewählt. Neue Lastzyklen wurden für das Szenario ‚Fahren und Arbeiten am Hang‘ erarbeitet. Einsatzmessungen, deren Ergebnisse als Eingangsgrößen der Simulation und des Versuchs dienen, wurden durchgeführt.

Im zweiten Arbeitspaket wurden die optimale Topologie des LVGs und des hydraulischen Kreises ausgewählt. Nach einem Konzeptvergleich wurde der offene Kreis statt des am häufigsten verwendeten geschlossenen Kreises für die Fahrhydraulik gewählt, um die technischen Schwierigkeiten, Mengenbilanz und Umschaltung der Arbeitshydraulik bei der Fahrtrichtungsumkehr, zu vermeiden. Als Voraussetzung sollte der Hydromotor durchschwenkbar sein, deswegen wurde die Sekundärregelung als Basissystem gewählt. Die Hydrostaten wurden entsprechend den technischen Daten der Beispielmaschine dimensioniert.

Im Arbeitspaket 3 wurden die Druckregelung und Drehmoment-/Drehzahlregelung jeweils als Regelungsart für Hydropumpe und -motor ausgewählt. Die Regelungsstrategien für die Festlegung des Drucksollwerts wurde erstellt. Anschließend wurde die Funktionalität des hydraulischen Kreises und der Regelungsstrategie mittels eines neu erstellten Simulationsmodells bewiesen. Parallel wurde das Einsparpotential des neuen Antriebs simulativ untersucht. Im Vergleich zur Beispielmaschine kann für das neue Konzept je nach Anwendung eine Effizienzsteigerung von 6 ~ 10% nachgewiesen werden.

Im Arbeitspaket 4 wurde die Funktionalität des Antriebs auf dem Prüfstand validiert. Bei den betrachteten Zyklen wurden die vorgegebenen Sollwerte gut erreicht. Es wurde ebenfalls geprüft und nachgewiesen, dass der Antrieb auch ohne Hydrospeicher die dynamischen Anforderungen im Prinzip erfüllen könnte.

Der neue Antrieb kann in Arbeitsmaschinen mit zwei Kreisen, bei denen häufige Leistungsverschiebungen stattfinden, eingesetzt werden.