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Samstag, 16. Februar 2019

Antriebstechnik

Bagger sparen Energie durch Hydraulikspeicher

Von Martin Ciupek | 2. September 2016 | Ausgabe 35

Hybridsysteme sollen Baumaschinen energieeffizienter machen. Hydraulikspeicher können dabei eine Alternative zum elektrischen Akku sein.

Hydraulik-BU
Foto: Volvo Construction Equipment

Versuchsgerät: Für eine gute Zugänglichkeit wurden die Hydraulikaggregate auf dem Bagger angebracht. Sie lassen sich aber auch in die Baumaschine integrieren.

Nach Berechnungen des Instituts für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen IFAS an der RWTH Aachen lassen sich bei einem Hydraulikbagger etwa 60 % Kraftstoff einsparen – „zumindest theoretisch“, fügt Milos Vukovic hinzu. Er hat das Forschungsprojekt „Steam“ betreut, bei dem Potenziale im gesamten Antriebsstrang erforscht wurden. In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Prototyp eines 18-t-Radbaggers (Volvo EW180C) konnten nach drei Jahren Entwicklungsarbeit nun etwa 30 % Verbrauchsreduzierung im Versuch nachgewiesen werden.

Foto: Bild: IFAS, RWTH Aachen

Energiefluss: Ziel ist es, möglichst viel Energie vom Dieselmotor zu den hydraulischen Aktoren im Bagger zu bringen.

Für den Baggerhersteller Volvo aus Konz ist das ein großer Schritt in Sachen Umweltschutz. Timo Zenner, der für die C-Serie verantwortlich ist, verdeutlicht: „In den vergangenen zwölf Jahren haben wir viel Geld für die Abgasregulierung ausgegeben. Da war ich überrascht, wie groß nun der Effekt der Kraftstoffeinsparung ist.“ Auch die technische Umsetzung begeistert ihn.

Grundlage für die Verbesserungen war eine umfassende Analyse von Energie- und Leistungsbedarf der unterschiedlichen Teilsysteme vom Dieselmotor bis hin zu den Hydraulikaktoren. Anders als in vergangenen Projekten, wurde der Gesamtenergieverbrauch der Maschine betrachtet und nicht nur die Hydraulik.

„Wenn das Hydrauliksystem effizient arbeitet, bedeutet das nicht zwangsweise, dass das Gesamtsystem effizient ist“, verdeutlicht Vukovic dazu. Bei einem Bagger erzeugt der Dieselmotor über eine Pumpe die hydraulische Energie für die Zylinder des Armes sowie den Schwenkantrieb. „Nur 25 % der Dieselenergie werden dabei in hydraulische Energie umgesetzt“, so der Wissenschaftler vom IFAS. Dazu kämen Verluste in den Ventilen und Leitungen. Lediglich 12 % der im Kraftstoff erhaltenen Energie würde in die eigentliche Arbeit – das Baggern und den Materialtransport – umgesetzt.

Im Gegensatz zu anderen Hybridsystemen für Baumaschinen kommt im Steam-System bei der Rekuperation (Energierückgewinnung) kein elektrischer Energiespeicher zum Einsatz. Die Aufgabe übernehmen hydraulische Speicher. Einerseits arbeiten diese bei der Energieaufnahme und -abgabe dynamischer als elektrische Akkumulatoren. Andererseits sind solche hydraulische Systeme auch bei Reparaturen und der Wartung im Vorteil. Ulrich Faß, aus dem Bereich Emerging Technologies von Volvo stellt dazu fest: „Hochvoltsystem erfordert besondere Ausbildung. Die Hydraulik kann dagegen von einem Mechaniker repariert werden.“

Schlüssel zum Erfolg war die Analyse der bei den Aufgaben benötigten hydraulischen Drücke. Das Ergebnis ist eine Konstruktion mit zwei Kreisläufen für Drücke von 250 bar und 150 bar sowie die Entwicklung von Regelungsalgorithmen, welche die Zusammenarbeit der Ventile und Zylinder im Gesamtsystem koordinieren.

Nach den Erfahrungen aus dem Projekt hält Vukovic mit Rekuperation Verbrauchsreduzierungen um bis zu 50 % gegenüber dem bisherigen Standard für realistisch. Volvo plant Erkenntnisse aus dem Projekt für künftige Baggermodelle zu verwenden.

Laut Peter-Michael Synek, dem stellvertretenden Geschäftsführer des Fachverbands Fluidtechnik im VDMA und Innovationmentor des Verbundprojektes, stoßen die Ergebnisse auf großes Interesse bei allen beteiligten Unternehmen. Neben Volvo Contruction Equipment profitieren gerade die Zulieferunternehmen wie Bosch Rexroth, Hydac und Parker von den Ergebnissen. Deshalb bedauert er es, dass es derzeit keine auf die speziellen Belange mobiler Arbeitsmaschinen zugeschnittenen Förderprogramme gibt, die eine Fortsetzung der erfolgreichen Forschungsarbeiten in weiteren Verbundprojekten ermöglichen.