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Mobilhydraulik Mit hydraulischem Hybridantrieb arbeitet ein Gabelstapler sparsamer

| Autor / Redakteur: Tobias Huth, André Winger und Günter Kunze / Josef-Martin Kraus

Je kürzer Leerlauf- und Teillastbetrieb eines Gabelstaplers sind, desto höher ist die Kraftstoffeinsparung. Das zeigt ein Stapler mit Freikolbenmaschine statt Dieselmotor, die alle hydraulischen Verbraucher mit Energie versorgt. Fahr- und Hubantrieb arbeiten drosselfrei. Ein Hydraulikspeicher deckt die Leistungsspitzen ab.

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Bild 1: Werden Fahr- und Hubantrieb eines Gabelstaplers als hydraulischer Hybridantrieb ausgelegt, sinkt der Kraftstoffverbrauch des Staplers. Auf Anhieb wurden 20 % Kraftstoffeinsparung erreicht.
Bild 1: Werden Fahr- und Hubantrieb eines Gabelstaplers als hydraulischer Hybridantrieb ausgelegt, sinkt der Kraftstoffverbrauch des Staplers. Auf Anhieb wurden 20 % Kraftstoffeinsparung erreicht.
(Bild: TU Dresden)

Die TU Dresden und die Bosch Rexroth AG haben gemeinsam eine thermohydraulische Freikolbenmaschine (FKM) weiterentwickelt und für eine Applikation umgesetzt [1 und 2]. Die Zusammenarbeit dauerte von 2006 bis 2011. Das BMWi förderte das Gemeinschaftsprojekt unter dem Kennzeichen 0327247/D als Folgevorhaben eines vorangegangenen Grundlagenprojekts der Jahre 2000 bis 2005, in dem die FKM [3] erfolgreich konzeptioniert und in mehreren Prototypen umgesetzt wurde. Mit dem Funktionsnachweis und der Erprobung mit Lastabnahme am Prüfstand stand die FKM zur Anwendung als Primäraggregat in mobilhydraulischen Antriebssystemen zur Verfügung. Das Funktionsprinzip und der Entwicklungsprozess der Maschine wird in [4] bis [9] beschrieben.

Zwei Ziele standen in dem anwendungsorientierten Folgevorhaben im Mittelpunkt: erstens die Weiterentwicklung des innermotorischen Verbrennungsprozesses der FKM, sodass die künftig verschärften Abgasemissionsvorschriften eingehalten werden, und zweitens der Aufbau der FKM für eine typische Anwendung mobiler Arbeitsmaschinen und deren Erprobung in dieser Anwendung.

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Umstellung auf Freikolbenmaschine und Konstantdrucknetz

Als Beispielapplikation der thermohydraulischen Freikolbenmaschine wurde ein Gabelstapler (Modell DFG 25 BK von Jungheinrich) gewählt (Bilder 1 bis 3). Dessen Antriebssystem wurde vollständig neu konzipiert (Bild 4) und auf eingeprägten Systemdruck umgestellt. Der Spitzenwert der Leistungsquelle im System wird dabei von etwa 30 kW (Dieselmotor) auf rund 15 kW (FKM) verringert. Bedarfsspitzen werden aus einem hydraulischen Speicher bedient. Ausführlich beschrieben ist das Konzept in [10] und [11].

Aus Effizienzgründen werden die leistungsstärksten Verbraucher (Fahr- und Hubantrieb) mit drosselfreier Sekundärregelung ausgeführt. Für die leistungsschwächeren Verbraucher – Lenkung (LZ) und Neigen (NZ) – kommt dagegen die bekannte, feinfühlige Drosselsteuerung (PV) zum Einsatz. Für alle Systemkomponenten sind Sitzventile mit Absperrfunktion (SV) vorgesehen, um bei Stillstand unnötige Leckagen zu vermeiden. Die Verbraucher im System bedienen sich aus dem hydraulischen Hochdruckspeicher, dessen Druck von der FKM zweipunktgeregelt aufrechterhalten wird. Leistungsbereitstellung und -abnahme sind also voneinander entkoppelt.

Neuartiger Antrieb mit Lastspiel ähnlich den Vorgaben nach VDI 2198 erprobt

Zur Erprobung und zur Bestimmung des Energiebedarfs der neuartigen Antriebslösung wurde ein Lastspiel ähnlich den Vorgaben nach VDI 2198 absolviert. Die räumlichen Gegebenheiten an der TU Dresden und die vorhandene Ausrüstung mit Messgewichten erlaubten es jedoch nicht, die Bedingungen dieser Vorschrift einzuhalten.

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