Magazin Landtechnik

IFFMA :

Den Antrieb effizienter gestalten – Entwicklungszeit verkürzen

Professor Marcus Geimer vom Institut für Fahrzeugtechnik und Mobile Arbeitsmaschinen (IFFMA) berichtet über die aktuellen Forschungsprojekte des Instituts

IFFMA: Den Antrieb effizienter  gestalten – Entwicklungszeit verkürzen

Die beiden Antriebsaggregate mit jeweils 90 kW wurden von Bosch Rexroth gespendet.

Prof. Marcus Geimer freut sich über die, dank des Prüfstands, neuen Forschungsvoraussetzungen.

Prof. Marcus Geimer freut sich über die, dank des Prüfstands, neuen Forschungsvoraussetzungen.

Insgesamt werden am Lehrstuhl für Mobile Arbeitsmaschinen des IFFMA in Karlsruhe Forschungen in den Bereichen des Antriebsstranges, der Steuerungstechnik und der Simulationstechnik bearbeitet. Weitere Projektideen wurden und werden in Forschungsanträgen formuliert. Mit der Inbetriebnahme des Prüffeldes stehen umfangreiche Versuchsmöglichkeiten zur Verfügung, um verbesserte Lösungen für neue Maschinengenerationen zu entwickeln. Dazu hier einige Beispiele aus der Forschungsarbeit:

Ein durch die Forschungsvereinigung Antriebstechnik (FVA) des Verbands Deutscher Maschinen und Anlagenbau (VDMA) gefördertes Projekt ermittelt Lastkollektive zur Dimensionierung eines hydrostatischen Antriebes am Beispiel eines Teleskopladers. Die Vorgehensweise ist in der Grafik schematisch dargestellt. Ein Lastkollektiv stellt die verschiedenen Belastungen, die auf ein Maschinenbauteil wirken, dar. Ein Teleskoplader wurde hierzu mit Messtechnik ausgestattet und wird in verschiedenen Betrieben eingesetzt. Es erfolgt eine kontinuierliche Messung der Belastungen des Antriebsstrangs.

Ziel des Projektes ist es, mit Hilfe der Betriebsfestigkeitsrechnung den Antriebsstrang auf die Maschine optimiert auszulegen. Die Betriebsfestigkeitsrechnung beschäftigt sich mit der Bemes-sung dynamisch belasteter Bauteile und der Berechnung von Bauteillebensdauern. Der Fahrantrieb kann damit betriebssicher ausgelegt werden, ohne dass er überdimensioniert werden muss. Kosteneffiziente und wirkungsgradoptimierte Antriebe lassen sich so auslegen, Kraftstoffeinsparungen können erwartet werden.

Antriebstrang in der Simulation

Zur Unterstützung der Auslegung der Antriebsstränge mobiler Arbeitsmaschinen ist das IFFMA an einem Gemeinschaftsprojekt mit der RWTH Aachen, der TU Braunschweig und der TU Dresden beteiligt. In dem Gemeinschaftsprojekt, das von der Industrie und dem VDMA gefördert wird, wird ein Werkzeug zur simulationstechnischen Analyse unterschiedlicher Antriebsstrangkonzepte mobiler Arbeitsmaschinen entwickelt. Ziel ist die wissenschaftlich fundierte Bewertung verschiedener Antriebsstrangkonfigurationen – wie z.B. Motor mit mechanischem oder leistungsverzweig-tem (CVT) Getriebe – anhand des energetischen Gesamtwirkungsgrades und des Kraftstoff-verbrauchs. Am Institut wird hierzu am Rechner ein dynamisches Motormodell in die Simulationsumgebung eingebunden und Konzepte zum effizienten Antriebsstrangmanagement erstellt.

Wie das oben geschilderte Projekt zeigt, ist die Simulation ein heute etabliertes Werkzeug zur Unterstützung der Entwicklung. Fachgebietsübergreifend über Unternehmensgrenzen hinweg, z.B. zur Entwicklung eines virtuellen Prototyps, hat sich die Simulation heute noch nicht etabliert. In einem weiteren Projekt soll daher ein Standard entwickelt werden, mit dem eine gekoppelte Simulation mit Schutz des Zuliefer-Know-hows möglich ist. Dabei bezieht sich die Koppelung auch auf das komplexe Zusammenspiel von mechanischen, elektrischen und hydraulischen Komponenten. Dies kann z.B. eine am Rechner simulierte Buckelpistenfahrt einer gefederten Traktorvorderachse sein. Dabei werden die entsprechenden mechanischen Belastungen und Auswirkungen auf den Hydraulikkreislauf in ihrem Wechselspiel ermittelt. Ähnlich der Lieferung eines Prototyps können in einem frühen Stadium der Entwicklung Simulationsmodelle bereitgestellt werden. So kann der Maschinenhersteller bereits am Simulationsmodell Optimierungen durchführen. Der Vorteil: Entwicklungszeit und -kosten werden reduziert.

Ermittlung von Lastkollektiven am Beispiel eines Teleskopladers.

Ermittlung von Lastkollektiven am Beispiel eines Teleskopladers.

Hybridantriebe

Ausgehend von bekannten Lastzyklen sollen in einem weiteren Projekt Methoden zur Ermittlung des Potentials der Hybridisierung mobiler Arbeitsmaschinen ermittelt werden. Unter der Hybridisierung versteht man die Energieversorgung der Maschine aus zwei oder mehr Quellen. So ist z.B. Dieselkraftstoff der Energiespeicher für den längerfristigen Bedarf und mittelgroße Leistung des Verbrennungsmotors. Die kurzzeitige Energieversorgung für Spitzenlasten der Maschine kann dann aus einem weiteren Energiespeicher erfolgen. Dies ist beispielsweise ein Akkumulator, der von einem E-Motor aufgeladen wird, oder ein unter Druck stehender Ölspeicher. Viele Maschinen haben typische Lastzyklen, die den Großteil der Betriebsstunden füllen. Mit Hilfe der Lastzyklen kann das Potential einer Hybridisierung abgeschätzt werden. Es wird erwartet, dass durch ein solches Konzept deutliche Kraftstoffeinsparungen erreicht wer-den. Zusätzlich zu den finanziellen Vorteilen sind auch die ökologischen vor dem Hintergrund der aktuellen CO2-Diskussion von Interesse. Neben dem Fahrzyklus und der Antriebsstrangkonfiguration ist die Betriebsstrategie maßgeblich für die Effizienz der Maschine verantwortlich.

Kontakt:

Professor Marcus Geimer

Institut für Fahrzeugtechnik und Mobile Arbeitsmaschinen

Telefon (07 21) 6 08-86 01

E-Mail: Geimer@ima.uni-karlsruhe.de


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