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Mobile Maschinen 5/2018

Mobile Maschinen 5/2018

HYDRAULISCHE

HYDRAULISCHE HYBRIDTECHNOLOGIE DIESEL-DOWNSIZING BEI ASPHALT-WALZEN SPART KRAFTSTOFF Wie kann ich meine Maschinen noch wirtschaftlicher nutzen? Eine zentrale Frage für alle Maschinenbetreiber. Die HAMM AG hat für ihre Kunden gemeinsam mit HYDAC Asphalt-Walzen mit hydraulischem Hybrid-Antrieb entwickelt, die im Praxiseinsatz 15 % Diesel einsparen. 6 Mobile Maschinen 2018/05 www.mobile-maschinen.info

Für Betreiber von mobilen Arbeitsmaschinen ist die Minimierung der Betriebskosten eine zentrale Aufgabe. Maschinen mit Hybrid-Antrieb stellen hier eine Lösung dar. Man findet sowohl elektrische als auch hydraulische Serien-Lösungen, die sich in einem teilweise evolutionären Prozess in den letzten Jahren am Markt etabliert haben. Dabei ist es oft ein Downsizing des Dieselmotors, das mit Hilfe einer Hybridisierung signifikante Kraftstoffeinsparungen ermöglicht. Abhängig von der Maschine und dem Arbeitsprozess können Energierückgewinnungsfunktionalitäten ebenfalls einen Beitrag zur Energieeffizienz leisten. WIE VERDICHTET EINE WALZE EIGENTLICH? Bei Tandemwalzen mit Einsatz im Asphaltbau liegt die Motivation zur Hybridisierung im typischen Betriebszyklus, der von signifikanten Leistungsspitzen des Dieselmotors während der Reversiervorgänge geprägt ist. Zum Stand der Technik zählen heute sogenannte dynamische Verdichtungssysteme. Durch Hydromotoren angetriebene Unwuchten erzeugen dabei abhängig von der Maschinenvariante Vibrations- bzw. Oszillationsbewegungen der Walzenbandagen. Durch Überfahren des kurz zuvor aufgebrachten warmen Asphalts mit aktivierter Vibration bzw. Oszillation wird die notwendige Verdichtungsleistung eingebracht. Bild 01 zeigt das vereinfachte Antriebsschema einer Tandemwalze. Der Fahrantrieb wird durch einen hydrostatischen geschlossenen Kreis mit Verstellpumpe und Konstantmotoren in den Bandagen realisiert. Der Antrieb der Vibrations-/Oszillationssysteme in der vorderen und der hinteren Walzenbandage erfolgt ebenfalls im geschlossenen Kreis. Autor: Daniel Feld, Entwicklungsingenieur bei HYDAC in Sulzbach/Saar, Andreas Röhr, Leiter Antriebsstrang bei der HAMM AG in Tischenreuth LASTZYKLUS MIT DOWNSIZING-POTENZIAL Bei einem Reversiervorgang wird die Maschine abgebremst und gleichzeitig die Vibration/Oszillation gestoppt, wobei die zeitlichen Verläufe dieser beiden Vorgänge präzise aufeinander abgestimmt sein müssen, um ein optimales Verdichtungsergebnis im Asphalt zu erzielen. Beim Anfahren der Maschine in die entgegengesetzte Richtung muss die Walze durch den Fahrantrieb beschleunigt und der Vibrations-/Oszillationsantrieb parallel bzw. mit leichtem Zeitversatz wieder hochgefahren werden. Dadurch resultieren erhebliche Lastspitzen für den Dieselmotor, was in Bild 02 schematisch dargestellt ist. Die Leistungsklasse der erforderlichen Verbrennungskraftmaschine wird maßgeblich durch die Ausprägung der erläuterten Lastspitzen bestimmt. Während des Verdichtungsprozesses mit konstanter Fahrgeschwindigkeit von z. B. 6 km/h liegt die notwendige Leistung des Dieselaggregats hingegen weit unter den Anforderungen, die die erwähnten Lastspitzen mit sich bringen. Die beschriebene Ausprägungsart des Lastzyklus legt Hybridisierungsmaßnahmen nahe, die ein Downsizing des Dieselmotors ermöglichen. Ein kleineres Dieselaggregat deckt hierbei die Grundlast, Leistungsspitzen werden durch einen Hybridantrieb bereitgestellt. Auf diese Weise können der Kraftstoffverbrauch und der CO 2 -Ausstoß verringert werden. Gegebenenfalls kann auch die Abgasnachbehandlung vereinfacht sowie der Wartungsaufwand und die Betriebskosten reduziert werden. Großes Downsizing-Potenzial bietet hierbei zum Beispiel die mittlere Maschinengewichtsklasse mit ca. 9 t Einsatzgewicht. Bei der vorliegenden Lösung konnte die HAMM AG in Zusammenarbeit mit dem Unternehmensverbund HYDAC durch Hybridisierung ein 85 kW-Diesel-Aggregat durch einen 55,4 kW-Motor ersetzen. Ein weiterer Faktor, der das signifikante Downsizing des Dieselmotors ermöglichte, stellt das Ersetzen des hydraulischen Lüfterantriebs seitens HAMM durch eine energieeffizientere elektrische Version dar. Auch weitere Maßnahmen zur Optimierung der Energieeffizienz des Antriebstrangs sowie eine überarbeitete Lenkeinheit resultierten in einem verringerten Leistungsbedarf. VORTEILHAFTER HYDRAULIK-HYBRID Für Hybridisierungsansätze stehen nicht nur im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen prinzipiell verschiedene Technologien zur Verfügung. Neben elektrischen Lösungen mit Batterien oder Doppelschichtkondensatoren können auch Schwungradspeichersysteme verwendet werden. Vor dem Hintergrund der vorliegenden Applikation „Tandemwalze für den Asphaltbau“ bringen hydraulische Hybrid-Lösungen jedoch entscheidende Vorteile mit sich. Hydraulische Antriebe sind bei diesen mobilen Arbeitsmaschinen seit Jahrzehnten Stand der Technik. Entsprechendes Knowhow bezüglich des Umgangs mit hydraulischen Komponenten ist folglich vorhanden. Auch die hohe Servicefreundlichkeit war für die Wahl der HAMM AG mitausschlaggebend. Die hohe volumetrische Leistungsdichte des Hydrospeichers sowie des Hydrostaten war vor dem Hintergrund beengter Bauraumverhältnisse ein klarer Vorteil. Vor allem zwei Aspekte wiegen besonders schwer: der gut amortisierbare Systemaufbau und die besondere Robustheit der Hydrospeicher, die vor allem starken permanenten Vibrationen und hohen Temperaturen problemlos Stand halten. Hinsichtlich der Hybridisierungstopologien können beispielsweise serielle, parallele oder auch leistungsverzweigte Ansätze gewählt werden. Beim vorliegenden Antriebsystem mit zwei hydraulischen Hauptverbrauchern (Fahrantrieb und Vibrations-/Oszillationsantrieb, s. Bild 01) ist eine zentrale Energie-Ein-/Ausspeisung an einer mechanischen Schnittstelle mit Verbindung zum Dieselmotor von Vorteil. Mit der in Bild 03 dargestellten Hybrid-Topologie konnte die erforderliche Boost-Funktion zur Lastspitzenglättung ohne größere Änderungen des Antriebskonzeptes realisiert werden. www.mobile-maschinen.info Mobile Maschinen 2018/05 7

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