Effizienzsteigerung mobiler Arbeitsmaschinen durch vollvariable, 4-quadrantenfähige Antriebe und eine bedienerentkoppelte Betriebsstrategie

Die Steigerung von Produktivität, Bedienerkomfort und Energieeffizienz mobiler Arbeitsmaschinen bei gleichzeitiger Abgasemissionsreduzierung bilden derzeit den Schwerpunkt der Entwicklungstätigkeiten der Maschinenhersteller. In den letzten Jahren wurden für die Subsysteme Dieselmotor, Fahrantrieb und Arbeitshydraulik neue, energieeffiziente Antriebskonzepte entwickelt. Neben verbessertem energetischem Verhalten bieten vollvariable Antriebslösungen die Möglichkeit, das Wandlungsverhältnis stufenlos anzupassen. Die sich daraus ergebenden steuerungstechnischen Freiheitsgrade eröffnen neue Möglichkeiten in der Ansteuerung des Antriebssystems und der Abstimmung des Maschinenverhaltens. Die Qualifikation des Bedieners und seine aktuelle Verfassung haben großen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch der Maschinen. Durch geeignete Betriebsstrategien kann dieser Einfluss minimiert werden.

In dieser Arbeit werden am Beispiel eines 24-t Radladers ein energieeffizientes, neuartiges Antriebssystem mit vollvariablen, 4-quadrantenfähigen Subsystemen sowie eine innovative Betriebsstrategie zur Reduzierung des Einflusses des Bedieners entwickelt. Durch Absenkung der Drehzahl des Dieselmotors, Betrieb der Subsysteme in energetisch günstigen Kennfeldbereichen und die Wiederverwendung rückgespeister Energie ist eine signifikante Kraftstoffverbrauchsreduzierung des Antriebssystems gegenüber konventionellen Lösungen erzielbar. Neben umfangreichen Simulationsstudien wurde das entwickelte Antriebssystem in einer Demonstratormaschine realisiert und unter realen Einsatzbedingungen in einer Kiesgrube erprobt. Vergleichsfahrten gegenüber einer aktuellen, effizienten Serienmaschine weisen die Funktionalität der entwickelten Antriebs- und Steuerungslösungen und das Kraftstoffeinsparpotential nach.