Hydrostatisches Antriebssystem mit gemeinsamer Versorgung von Fahr- und Arbeitshydraulik

Aufgrund der steigenden Energiekosten und der immer strengeren Emissionsregelungen lastet u. a. auf der Baumaschinenbranche ein hoher Innovationsdruck hinsichtlich der Erarbeitung geeigneter Antriebskonzepte zum Zweck der Effizienzsteigerung. Darüber hinaus stellen sich die Hersteller der Herausforderung, immer kompaktere Maschinen zu entwickeln. Ein hydrostatischer Antrieb mit einer gemeinsamen Versorgung der Fahr- und Arbeitshydraulik wird nun entwickelt, um die oben genannten Ziele zu erreichen.

In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, wie ein hydrostatischer Antrieb mit gemeinsamer Versorgung die dynamischen Anforderungen einer mobilen Arbeitsmaschine erfüllen und gleich-zeitig hohe Effizienz hinsichtlich der Komponenten und des Energieverbrauchs erzielen kann. Um diese Frage zu beantworten, wird zunächst die optimale Topologie des neuen Antriebskonzepts erarbeitet. Anschießend werden Betriebs- und Regelungsstrategien entwickelt, um in dem neuen Konzept sowohl hohe Dynamik als auch Effizienz im Vergleich zu serienproduzierten Maschinen zu erreichen. Da der Wirkungsgrad eines hydrostatischen Antriebs stark von den Anwendungsfäll-en abhängt, wird die Systemeffizienz bei verschiedenen Arbeitszyklen mit der des konventionellen Antriebs verglichen.

Um die oben genannten Ziele zu erreichen, wird im ersten Schritt ein Überblick über die hydraulischen Grundschaltungen und Regelungen der hydraulischen Komponenten gegeben. Der Stand der Technik dient als Grundlage für die Konzeptionierung sowie die Entwicklung der Betriebs- und Regelungsstrategie. Zunächst wird der neue Antrieb auf Basis der Sekundärregelung am veränderbaren Drucknetz entwickelt, anschließend erfolgt dessen simulativer Funktions-nachweis mithilfe eines vereinfachten Simulationsmodells. Die Kernparameter der Regler und der Regelungsstrategie werden entsprechend der Simulationsergebnisse optimiert, bevor das Antriebs-konzept auf den Prüfstand gebracht wird. Der Fokus der experimentellen Untersuchung liegt in der Bewertung und Optimierung des dynamischen Verhaltens des gesamten Systems. Nach der Validierung auf dem Prüfstand wird eine energetische Bewertung in der Simulationsumgebung durchgeführt. Es wird nachgewiesen, dass das neue Antriebskonzept, je nach Arbeitszyklus, ein energetisches Einsparpotenzial von 1 ~ 8 % im Vergleich zur Beispielmaschine besitzt. In Bezug auf den praktischen Nutzen werden abschließend notwendige Anpassungen der Komponenten und Weiterentwicklungen der Betriebs- und Regelungsstrategien zur Umsetzung ermittelt.