STEUERUNGEN UND
STEUERUNGEN UND REGELUNGEN I AUS DER FORSCHUNG FORSCHUNGSDIALOG: Erfolgsprojekt STEAM Milos Vukovic, Wissenschaftlicher Mitarbeiter Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen, RWTH Aachen Edwin Heemskerk, Anwendungssupport innovative Konzepte, Bosch Rexroth AG Univ.-Prof. Dr.-Ing Hubertus Murrenhoff, Institusdirektor, Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen, RWTH Aachen Daniel Feld, Manager Hydraulische Hybrid-Technologie, Hydac International GmbH Dr.-Ing. Manfred Mager, Systems Engineering Manager Mobile, Parker Hannifin GmbH Peter-Michael Synek, Innovationsmentor des STEAM-Projekts, Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA Dr.-Ing. Ulrich Faß, Research Engineer Emerging Technologies, Volvo Construction Equipment Germany STEAM steht für Steigerung der Energieeffizienz in der Arbeitshydraulik mobiler Maschinen und ist der erste ganzheitliche Ansatz zur Optimierung der Energieeffizienz und Performance solcher Fahrzeuge. Konkret wurde die Hydraulik eines Mobilbaggers erweitert. Erstaunlich hohe Kraftstoffeinsparungen von bis zu 30 % konnten auf diese Weise erzielt werden. Ende Juni kamen beteiligte Protagonisten aus Forschung und Industrie im VDMA-Haus in Frankfurt zusammen, um das Projekt unter der Gesprächsleitung von Peter-Michael Synek, Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA, abschließend zu besprechen. Mobile MAschinen war für Sie exklusiv vor Ort. Was hat Sie motiviert, sich an dem Projekt zu beteiligen? Faß: Volvo Construction Equipment hat der ganzheitliche Ansatz begeistert. In der Regel werden wir von Lehrstühlen einzelner Fachrichtungen angesprochen, die sich auf „ihre“ Komponente fokussieren. Das war bei STEAM anders. Bei dem bereits in der Theorie dargestellten großen Potenzial war es für uns selbstverständlich, dass wir uns am Projekt beteiligen. Heemskerk: Es hat sich schnell herausgestellt, dass es viele Überschneidungen zwischen den Überlegungen bei Bosch Rexroth und den Ideen bei STEAM gibt. Darüber hinaus ist das Forschungs vorhaben auch durch die Beteiligung von Volvo, einem unserer Kunden, für uns zu einem sehr interessanten Projekt geworden. Mager: Für uns bei Parker Hannifin spielt auch die räumliche Nähe zum IFAS in Aachen eine wichtige Rolle, uns an diesem Projekt zu beteiligen. Es ist für uns wichtig, derartige Forschungsprojekte an der RWTH Aachen zu unterstützen, gemeinsam zu 24 Mobile Maschinen 5/2016
AUS DER FORSCHUNG I STEUERUNGEN UND REGELUNGEN Mager: Wir bei Parker machen ebenfalls die Erfahrung, dass die Akzeptanz für den Einsatz von Speichern in Hybridlösungen am Markt grundsätzlich vorhanden ist. Voraussetzung hierfür ist, dass sich der Einsatz der Speicher über die Gesamtlebensdauer des Fahrzeuges finanziell lohnt. Beim STEAM-System wurde versucht, mit der definierten Vorgehensweise einen maximal möglichen Effizienzgewinn zu erzielen, ohne dass hierbei Kostenaspekte näher in Erwägung ge zogen wurden. Bei einer Umsetzung dieses Konzeptes für eine Serienanwenforschen und bei der Ausbildung von Fachpersonal aktiv beteiligt zu sein. Technisch reizte uns vor allem die Mitbetrachtung der Verbrennungskraftmaschine in der Gesamtsystematik. Interessant war bei diesem Projekt, dass man sich die Aufgabe gestellt hatte, während der Bewegung zwischen den unterschiedlichen Druckniveaus der Speicher umzuschalten. Ich kann mich noch gut an die anfäng liche Skepsis bezüglich dieser Vorgehensweise erinnern. STEAM hat diese Vorbehalte ausgeräumt. Diese Erkenntnisse sind es unter anderem, die solch umfassende Forschungsvorhaben so wertvoll machen, weil sie letzten Endes die ge samte Branche motivieren, neue Wege zu gehen. Feld: Auf Basis der positiven Erfahrungen, die Hydac bei der Umsetzung von Hybrid- Projekten gemacht hat, war für uns die Realisierung des ganzheitlichen STEAM- Ansatzes von großem Interesse. Die ersten Simulationsergebnisse der IFAS-Mitar beiter deuteten bereits auf signifikante Kraftstoffeinsparungen hin und die Erwartungen wurden mit den in der Realität erzielten Ergebnissen voll erfüllt. Der Trend geht zur Elektrifizierung von mobilen Maschinen. Die Kundenakzeptanz hält sich jedoch in Grenzen. Wieso? Faß: Einerseits ist hybride Antriebstechnik nach wie vor vergleichsweise teuer. Zudem schätzen unsere Kunden zusätzliche Technik eher als Risiko ein. Für unsere Abnehmer ist Zuverlässigkeit das A und O. Mehr Technik und mehr Komponenten bedeuten auch ein Mehr an potenziellen Ausfallursachen. Diese beiden Aspekte – höherer Preis, vermeintlich geringere Zuverlässigkeit – machen es der Hybridtechnik schwer. Hybride Lösungen werden auf absehbare Zeit noch mit der konventio nellen Technik konkurrieren. Mager: Ein wesentlicher Faktor, der die Elektrifizierung von mobilen Maschinen aktuell sicher noch verzögert, ist der zusätzlich erforderliche Personalaufwand, der mit der Nutzung von Elektrotechnik einhergeht. Wer Elektrotechnik nutzt, braucht entsprechend qualifiziertes Personal. Dieses Fachpersonal ist in allen Be reichen von der Entwicklung, über die Produktion bis hin zur Inbetriebnahme notwendig, um auch die gesetzlichen Forderungen zum Einsatz von Elektrokomponenten zu erfüllen. Darüber hinaus braucht der Kunde einen Experten als Ansprechpartner für Elektrotechnik für Service- und Wartungs aufgaben, weil die klassischen Mechaniker oder Hydrauliker nicht im Elektrobereich tätig sein dürfen. Während ein klassischer Mechaniker noch relativ einfach zu einem Hydrauliker weitergebildet werden kann, ist die Weiterbildung zu einem Elektrotechniker nur unter sehr hohem Zeitaufwand möglich. Hier liegt unter anderem natürlich die große Zukunft in der Ausbildung des Mechatronikers, der dann wiederum prinzipiell die Gesamtmaschine in Personalunion betreuen darf. Faß: Das ist ein wichtiger Punkt, der für alle Hybride – egal ob elektrisch oder hydraulisch – gilt. Um jemanden zu befähigen, an einer ihm fremden Technologie zu arbeiten, ist ein enormer Aufwand von Nöten, sowohl zeitlich als auch finanziell. STEAM ist ein hydraulisches System. Kann man für ein solches System eine höhere Marktakzeptanz erwarten? Feld: Es gibt bereits heute sehr erfolgreiche Beispiele am Markt, z. B. Hybridbagger oder Hafenumschlagmaschinen, auf denen große Speichervolumina installiert sind. Wir sprechen von mehreren hundert Litern Speicher-Volumen. Die Akzeptanz für hydraulische Hybride ist also mehr als gegeben. Wenn wir von einer Akzeptanz des äußerlichen Erscheinungsbildes eines Hybrid-Baggers reden, wäre sicherlich eine Umsetzung des STEAM-Systems möglich, bei der sich die Maschine nicht von einer Konventionellen unterscheidet. dung würde man zuvor genau analysieren, welche konkreten Maßnahmen energetisch gesehen den meisten Nutzen bringen, um anschließend dann auch nur diese umzusetzen, damit ein maximaler Gesamtkosteneffekt erzielt wird. Vukovic: Generell wird die Marktakzeptanz für Innovationen steigen. Die kommende Generation von Maschinenführern ist mit Smartphones aufgewachsen. Sie werden digitale Technologien auch auf ihrem Arbeitsgerät fordern. Diese Generation will nicht mehr auf den konventio nellen Maschinen arbeiten, sondern etwas Neues sehen. Heemskerk: Bei kleineren Endkunden wird es etwas länger dauern bis die Akzeptanz steigt – gerade angesichts der bereits angeführten Serviceproblematik. STEAM löst jedoch eine der großen Schwierigkeiten bei der Auslegung mobiler Maschinen: die nicht konstant verfügbare Leistung des Dieselmotors. Dadurch muss man die Dynamik der Maschine an die gerade zur Verfügung stehende Dieselleistung anpassen. Bei STEAM steht die Leistung, bedingt durch die Systemarchitektur, immer sofort zur Verfügung – somit ist die größte Schwierigkeit bei der Steuerungs auslegung ausgemerzt. Ein solches System ermöglicht eine viel größere Dynamik und vermindert die Kompromisse, die ich bei der Auslegung des Systems eingehen muss. Faß: Unsere Maschinen sind bereits mit Speichern ausgerüstet, die den Ausfall der Hydraulikanlage kompensieren. Das ist allein schon den gesetzlichen Sicherheitsbestimmungen geschuldet. Genau darin liegt der Vorteil des STEAM-Systems. Wir beherrschen die Speichertechnologie dank unserer langjährig aufgebauten Hydraulikkompetenz. Dasselbe gilt für unsere Kunden bezüglich Service und Wartung. Die vergleichsweise geringe Komplexität der Technologie und das großen Know-how, das bereits in der Branche besteht, machen Hydraulikspeicher sehr attraktiv für uns. Feld: Gerade der zusätzliche Wartungsaufwand einer mit Hydrospeichern ausgerüsteten Maschine hält sich in Grenzen. Die gesetzlich vorgeschriebenen wiederkehrenden Prüfungen können beispiels- .ORG Umschalt-Ventilatoren zur Kühlerreinigung weniger Lärm mehr Leistung spart 30% der Lüfter-Antriebsleistung (Uni Karlsruhe 2013) weniger Verbrauch CASE STX 435 www.youtube.com/cleanfixgf Hägele.indd 1 22.08.2016 15:34:06 Mobile Maschinen 5/2016 25
