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.
