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O+P Fluidtechnik 4/2016

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ANTRIEBE wieder dem

ANTRIEBE wieder dem Kreis zugeführt zu werden. Da diese in der Regel nicht für entsprechende Volumenströme (je nach Fahrzeug 200 bis 400 l/min) ausgelegt ist, kann hier aufgrund des resultierenden Druckanstiegs das Kreisöl über das Fülldruckbegrenzungsventil ausgespült werden. In Kombination mit langen Schläuchen und einem erhöhten Volumenstrombedarf durch Verschwenken des Motors zu großen Schwenkwinkeln entsteht motorseitig eine Mangelfüllung und Kavitation. Bild 04 zeigt die Systemdrücke und Drehzahlen des Mähdreschers bei Bergabfahrt und Abbremsung mittels softwarebasiertem Bremsen. Nach 40 s, wenn die Bremsung eingeleitet wurde, fällt der Niederdruck auf null und der Motor kavitiert. Ein Hydrospeicher könnte hier Abhilfe leisten, eliminiert allerding den Vorteil dieses System, keine zusätzlichen Teile zu benötigen. PROPORTIONALES HYDRAULISCHES BREMSSYSTEM Als Basis für eine Weiterentwicklung wird das in Kapitel „Hydraulisches Bremssystem“ beschriebene ISL herangezogen, welches den Triebwerksdruck auf einen voreingestellten Wert regelt. Dies nimmt dem System allerdings Flexibilität, auf verschiedene Lastsituationen am Dieselmotor zu reagieren. Eine sinnvolle Weiterentwicklung ist daher die Funktionsänderung in einen Grenzdrehzahlregler. Dieses wurde mit dem proportionalen ISL (P-ISL) durchgeführt. Es limitiert ähnlich wie das ISL per Drosselstufe entweder die Dieselmotor- oder Pumpendrehzahl, je nachdem, welche niedriger ist (Bild 05). Das P-ISL besteht aus drei Hauptkomponenten, der vorgesteuerten Drosselstufe, die den Rücklauffluss drosselt, dem Fahrtrichtungsventil, welches zu den Servokammern verbunden ist und sicherstellt, dass nicht bei Rückwärtsfahrt das P-ISL aktiv wird und der Vorsteuerstufe selbst, die den Triebwerksdruck pKit definiert. Die Definition des Solldrucks kann mittels zwei verschiedener Aktuatoren erfolgen, wie in Bild 05 dargestellt mit einem E-Magnet. Basierend auf dem Drehzahlsignal des Dieselmotors, heute typischerweise per CAN, kann der Regelkreis aufgebaut werden, der die Vorsteuerstufe ansteuert und das Überdrehen verhindert. Oder 05 Proportionales P-ISL mit elektrischem Aktuator auch als rein hydraulische Variante, basierend auf dem Speisedruck, der implizit auch eine Drehzahlinformation enthält, sodass eine komplett elektrik- und softwarefreie Variante aufgebaut werden kann. Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass das P-ISL für deutlich höhere Volumenströme ausgelegt ist und somit bestens gerüstet ist für Antriebe mit hohen Volumenströmen, beispielsweise bestehend aus einer großen Pumpe und vier Radmotoren. Die Bilder 06 und 07 zeigen die Vorteile der neuen P-ISL gegenüber der heutigen ISL, mit dem Mähdrescher als Demonstrator, allerdings in leicht unterschiedlicher Fahrsituation als in Bild 03, nun mit etwas höherer Dieseldrehzahl und anderer Straßentopologie. Mit dem etwas steileren Gefälle (9 %) begrenzt das Standard-ISL den Triebwerksdruck pKit auf eingestellte 140 bar in der Bremsphase, die ab 40 s beginnt. FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 06 Mähdrescher mit Standard-ISL, bergab bremsend 78 O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 4/2016

ANTRIEBE 07 Mähdrescher mit P-ISL, bergab bremsend Da der Pumpenwinkel über den Nullhub kontrolliert wird, wird bei dem statischen ISL der Dieselmotor nicht maximal ausgenutzt und die Drehzahl fällt wieder recht früh ab. Dies bedeutet im Endeffekt, dass die kinetische Fahrzeugenergie nicht an den Dieselmotor abgegeben werden konnte, sondern im ISL weggedrosselt und so dem Öl als Temperatur zugefügt wurde. Diese, dem Öl zugeführte Energie, gezeigt im oberen rechten Graphen von Bild 06, summiert sich bei dem Vorgang auf 1,8 MJ auf. Im Gegensatz dazu hält die proportionale ISL den Dieselmotor fast den gesamten Bremsvorgang auf konstant hohem Niveau und nutzt damit die verfügbare Bremskapazität des Dieselmotors bedeutend besser aus. Nimmt man, um dies zu quantifizieren, die oben beschriebene, dem Öl zugeführte Energie aus der Bremsung, so liegt das P-ISL 0,3 MJ unter dem Standard-ISL, dies entspricht einer Reduktion um 16 %. Als ein weiterer Vorteil ist zu nennen, dass durch die ISL-Philosophieänderung von einem Druckregler zu einem Drehzahlregler eine höhere Flexibilität erlangt wird und somit besser auf die eigentliche Lastsituation am Dieselmotor reagiert werden kann. Dies äußert sich darin, dass solange die gesetzte Grenzdrehzahl nicht überschritten wird, das P-ISL inaktiv verbleibt und somit den Hitzeeintrag ins Öl reduziert. Eine denkbare Situation hierfür liegt beispielsweise vor, wenn während der Bremsung die Arbeitsfunktionen betätigt werden und die Energie aufnehmen. Das herkömmliche ISL würde dennoch aktiv werden und die kinetische Energie aus der Bremsung abdrosseln und der Dieselmotor müsste die Arbeitsfunktion aktiv versorgen. Das proportionale ISL würde hier nicht ansprechen und die Bremsenergie würde direkt in die Arbeitsfunktion rekuperiert. FLEXIBILITÄT BEIM PUMPENVERSTELLSYSTEM: HYBRID CONTROL Betrachtet man die Pumpenverstellsysteme, also die Steuereinheiten der Pumpe, so sind im Wesentlichen zwei Typen am Markt vorhanden. Auf der einen Seite das geregelte „Displacement Control“ (DC), welches sicherstellt, dass das kommandierte Hubvolumen auch eingeregelt wird und auf der anderen Seite das gesteuerte „non-feedback Control“ (NF), bei dem der Schwenkwinkel der Pumpe nur über einen kommandierten Servodruck gesteuert wird und sich somit im Betrieb an die Lastsituation anpassen kann. Beide Pumpenverstellvarianten haben ihre Vorteile und typische Einsatzgebiete. Für das DC-Control sind Fahrzeuge zu nennen, die einen hohen Fokus auf konstante Fahrgeschwindigkeit legen, bedingt durch den Arbeitsprozess. Das NF-Control hingegen zeigt durch die Möglichkeit, dass die Pumpe den Schwenkwinkel den Betriebsbedingungen anpassen kann, tendenziell rückschwenkend bei steigenden Lasten, eine ideale Voraussetzung für automotives Fahren. Eine gewisse Problemstellung wird nun erreicht, wenn die Maschine beide Verhaltensweisen erfordert, wie zum Beispiel bei einer Kehrmaschine. Im Arbeitsbetrieb ist eine konstante Fahrgeschwindigkeit für ein gleichmäßiges Arbeitsergebnis gefordert, beim Umsetzen zum nächsten Einsatzort aber ein automotives Fahren. In der Regel verwendet man für diese Anforderungen eine NF-Pumpe mit aufgesetzter elektronischer Schwenkwinkelregelung, um die DC-Fähigkeit darstellen zu können. Nachteilig zeigt sich hier, dass auf der einen Seite ein Softwareregler langsamer reagiert als eine DC-Pumpe und auf der anderen Seite die bisweilen aufwändige Parametrierung des Softwarereglers, der schnell, aber stabil sein muss. 08 Schaltplan eines Hybrid-Controls O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 4/2016 79

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O+P Fluidtechnik 1-2/2018
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O+P Fluidtechnik 11-12/2017
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