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Mobilhydraulik

„Hybride und datenvernetzte Systeme“

  • Entwurf und Erprobung neuartiger Schaltungen
  • Mechatronische Systemintegration
  • Komponenten- und Fluiduntersuchungen
Mobilhydraulik

Ausgewählte laufende Projekte:

GlyAnFlu

Entwicklung Glycerin/Chitosan-basierter Fluide für Antriebe in der Mobil- und Stationärhydraulik

Hintergrund

  • Substitution mineralölbasierter Fluide durch umweltverträgliche Alternativen in verschiedenen technischen Anwendungen

Ziel

  • Baukastenentwicklung für praxistaugliche Glycerin/Chitosan-basierte Fluide in mobilen und stationären Hydraulikanlagen

Arbeitsinhalte

  • Formulierung von Fluidvarianten für unterschiedliche technische Einsätze
  • Konzeptionierung und Betrieb anwendungsgerechter Hydrauliksysteme zur Überprüfung der Eignung diverser Fluidvarianten
  • Identifikation des Gestaltungspotentials entsprechender Hydraulikanlagen mit Glycerin/Chitosan-basierten Fluiden

Ausgewählte abgeschlossene Projekte:

Elektrisch-hydraulischer Hybrid im geschlossenen Kreis

Langtitel: Elektrisch-hydraulischer Hybrid im geschlossenen Kreis

Förderkennzeichen: IGF-Vorhaben Nr. 19653 N/1

Zeitraum: 01.10.2017 - 31.01.2021

Forschungsvereinigung: Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. - FKM e.V.

Forschungseinrichtung(en): Technische Universität Braunschweig, Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge

Das IGF-Vorhaben 19653 N/1 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 (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Schlussbericht des Vorhabens kann über das Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM) e. V. bezogen werden.

Postanschrift
Lyoner Str. 18
60528 Frankfurt am Main
Tel.: +49 69 6603 1352
info(at)fkm-net.de

Projektidee und Motivation

Zur Regulierung des Niederdruckniveaus sowie zur Sicherstellung von Filterung und Kühlung des Hydraulikfluides verfügt der hydrostatisch geschlossene Kreis über eine Spül- und Speiseschaltung. Die pauschale Versorgung durch einen von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine abhängigen Volumenstrom der Konstantpumpe bei einem fest definierten Druck orientiert sich nicht am variablen Speiseölbedarf. Eine bedarfsabhängige Versorgung des geschlossenen Hydraulikkreises wie auch die Nutzung der auf der Ausspeiseseite abgebauten Energie bieten Energieeinsparpotential für das Gesamtsystem.

Aufgabe/Zielsetzung

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden systematisch verschiedene Möglichkeiten zur energetischen Aufwertung des hydrostatisch geschlossenen Kreises unter Fokussierung des Spül- und Speisesystems erarbeitet und verglichen. Neben der Systemtopologie wurden die Betriebsstrategien betrachtet. Der Vergleich erfolgte insbesondere unter Betrachtung der jeweiligen Kosten-Nutzen-Verhältnisse. Neben Systemen zur adaptiven Volumenstrom- und Druckregelungen, wurden Systeme zur Nutzung des Rekuperationspotential auf der Ausspeiseseite betrachtet. Die Rekuperation der Ausspeiseseite sollte dabei hydraulisch-mechanisch über die Abstützung eines Motors an der Speisepumpe oder elektrisch-hydraulisch unter Nutzung eines dafür aufzubauenden Hybridsystems erfolgen.

Ergebnisse

Die adaptive Druck- und Volumenstromregelung, wie auch die hydraulisch-mechanische Rekuperation erzielt mit den untersuchten Konzepten Energieeinsparungen zwischen 3,3 % und 7,1 % bezogen auf den Fahrantrieb der Beispielmaschine Radlader (50 kW), wobei die Amortisationszeiten zwischen 500 Stunden und 1.800 Stunden liegen. Der Betriebsmodus zur Rekuperation von Energie mit dem Hybridsystem bringt in der simulativen Untersuchung eine mittlere Energieeinsparung von 5,4 % bezogen auf den Fahrantrieb hervor. Das energetische Potential aus dem Hauptkreis liegt näherungsweise in gleicher Größenordnung. Darüber hinaus kann die Energieeinsparung des Hybridsystems durch eine innerhalb des Forschungsvorhabens nicht betrachtete adaptive Niederdruckregelung ebenso wie durch die Kombination mit einer adaptiven Volumenstromsteuerung der Einspeiseseite weiter gesteigert werden.

BMWi
Integrierte Versorgung

Langtitel: Leistungsverzweigter Fahrantrieb mit integrierter Versorgung der Arbeitsantriebe für mobile Maschinen

Förderkennzeichen: IGF-Vorhaben Nr. 18092 N/1

Zeitraum: 01.08.2017 - 31.03.2020

Forschungsvereinigung: Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. - FKM e.V.

Forschungseinrichtung(en): Technische Universität Braunschweig, Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge

Das IGF-Vorhaben 18092 N/1 der Forschungsvereinigung Forschungs-kuratorium Maschinenbau e. V. - FKM, Lyoner Straße 18, 60528 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Schlussbericht des Vorhabens kann über das Forschungskuratorium Maschinenbau (FKM) e. V. bezogen werden.

Postanschrift
Lyoner Str. 18
60528 Frankfurt am Main
Tel.: +49 69 6603 1352
info(at)fkm-net.de

Projektidee und Motivation

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird ein neues Antriebskonzept für mobile Arbeitsmaschinen entwickelt. Statt der separaten Fahr- und Arbeitspumpe im konventionellen hydrostatischen Antrieb wird der neue Antrieb mit einer einzigen Pumpe versorgt. Neben dem Vorteil der Einsparung von Komponenten ist eine flexible Volumenstrom- bzw. Leistungsverteilung wegen der direkten Verbindung der Fahr- und Arbeitshydraulikkreise ohne zusätzliche Hydraulikkomponenten und Steuerung möglich.

Aufgabe/Zielsetzung

Nach der Erarbeitung einer für mobile Maschinen und insbesondere die Beispielmaschine geeigneten Struktur eines leistungsverzweigten Getriebes mit integrierter Versorgung der Arbeitsantriebe werden Betriebs- und Regelungsstrategien für die festgelegte Topologie entwickelt.

Ergebnisse

Unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen des kombinierten hydraulischen Kreises und der Systemeffizienz wurde die Sekundärregelung an einem Hydrauliknetz mit geregelt veränderbarem Druck als Basissystem gewählt. Regelungsstrategien für die Festlegung des Drucksollwerts wurden erstellt. Die Erfüllung der Anforderungen an Funktionalität und Systemdynamik wurde in der Simulationsumgebung und auf dem Prüfstand nachgewiesen. 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.

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