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O+P Fluidtechnik 5/2018

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STEUERUNGEN UND

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 06 07 v B A Algorithmus zur Versorgungssteuerung (vereinfachte Darstellung mit Einzelverbraucher) 75 v [mm/s] 0 125 p [bar] 75 50 25 0 10 K P, Pumpe Validierung des Steuerungskonzeptes am Baggerarm-Prüfstand mittels Planierversuch Ist A Ist A Soll p 0, Soll Soll B Ist B Soll p Zu, Soll Δp Z, 0 Q R Δp R Achssteuerung p 0, Ist i(Q) U p Q erf Q U P p Δp m 11 12 13 14 15 t [s] 17 lich schneller als in einem LS-Regelkreis. Gleichzeitig kann die Reglerverstärkung K P,Pumpe kleiner eingestellt werden, was die Schwingneigung des Regelkreises reduziert. 4. KONZEPTVALIDIE- RUNG AM PRÜFSTAND Die Funktionsfähigkeit des vorgestellten Steuerungsalgorithmus wurde mithilfe einer zum Zwecke der Reproduzierbarkeit automatisierten Planierbewegung am Baggerarm-Versuchsstand validiert (Bild 7). Wird der Löffel von der Baggerkabine wegbewegt, so senkt sich der Ausleger mit einer zunehmend ziehenden Last. Gleichzeitig wird der Stiel gegen eine zunehmend drückende Last angehoben. Daraus ergibt sich der gemeinsame Sollzulaufdruck für beide Verbraucher. Folglich soll der Zulaufdruck des Auslegerzylinders (Kolbenseite) während der Senkbewegung steigen, also dem Zulaufdruck des Stielzylinders (Stangenseite) folgen. Das obere Diagramm in Bild 7 zeigt die gewünschte und die tatsächliche Geschwindigkeit des Auslegerzylinders. Man erkennt ein gutes Einhalten der Sollgeschwindigkeit, also die Lastkompensation bei ziehend wirkender Last. Die dynamische Verzögerung ist der Ventildynamik und der Massenträgheit des Auslegers geschuldet. Das untere Diagramm stellt die gewünschten Kammerdrücke des Auslegers den Messwerten gegenüber. Der Zulaufdruck (A) wird von der Zentralsteuerung anhand der Last am Stielzylinder bestimmt, während sich der Ablaufdruck aus dem Zulaufdruck und der Lastkraft am Auslegerzylinder ergibt. Nach etwa einer Sekunde haben die Istdrücke die Sollwerte erreicht und folgen diesen gut: Die Abweichung zwischen Sollund Istwerten sind im Bereich kleiner dynamischer Veränderungen geringer als 10 bar. Es treten keine Schwingungen auf, was auf ein robustes dynamisches Verhalten hinweist. 38 O+P Fluidtechnik 5/2018

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN 5. ERREICHTE ENERGIE- EINSPARUNGEN Neben der Verbesserung des Steuerverhaltens bei Senkbewegungen besteht eine Hauptmotivation für die Einführung getrennter Steuerkanten in der Einsparung von Energie. Die Einsparpotentiale der hier beschriebenen Struktur werden im Folgenden anhand eines Vergleichs mit einem konventionellen Stromteilersystem (LUDV) gleicher Nenngröße und einer von dessen Hersteller vorgegebenen LS-Druckdifferenz von dp LS =­ 14bar untersucht. Die Zulauf-Druckreserve ∆p Z,0 des neuen GSK-Systems ist zum Zwecke der Vergleichbarkeit auf den gleichen Wert eingestellt. Der energetische Vorteil getrennter Steuerkanten gegenüber Systemen mit gekoppeltem Schieber hängt stark von der Last- und Bewegungssituation ab. Um einen Überblick über die Breite der möglichen Betriebssituationen zu geben, wird eine Planierbewegung als Beispiel für den Teillastbereich betrachtet und repräsentativ für den Grabeinsatz der in Abschnitt 2 eingeführte Grabzyklus. 5.1 PLANIERZYKLUS Die Ergebnisse eines am Baggerprüfstand durchgeführten Planierzyklus sind in Bild 8 gezeigt. Die hydraulische Leistung P Hyd berechnet sich aus Pumpendruck p 0 und theoretischem Pumpenvolumenstrom Q 0,th , d.h. die volumetrischen Verluste der Pumpe werden nicht berücksichtigt. Dies kommt einer Betrachtung der Gesamtmaschine näher, weil für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung die Leistung des 08 09 Verbrennungsmotors bzw. dessen Kraftstoffverbrauch maßgeblich ist. Der Verbrennungsmotor muss auch die volumetrische Verlustleistung der Pumpe aufbringen. Dem Diagramm lässt sich eine Einsparung hydraulischer Pumpenarbeit von 40 % für die betrachtete reversierte Planierbewegung entnehmen. Dies wird zum einen mithilfe der Hochdruckregeneration HD-R erreicht, welche den Pumpenvolumenstrom Q 0 reduziert, zum anderen durch das Vermeiden unnötiger Drosselverluste im Ablaufpfad. Gemessene Energieeinsparung gegenüber konventionellem Stromteilersystem (LUDV) mittels Planierversuch 8 P hyd [kW] p Pumpe 4 1 LUDV – 40 % 2 GSK 0 0 5 10 t [s] 20 Momentaufnahme der gemessenen Verlustleistungen des GSK-Systems verglichen mit einem konventionellen LUDV-System bei gleichzeitigem Heben des Auslegers und Senken des Stiels. 1 2a 3 Ausleger LUDV Stiel 1, 2b, 3 1 1: Zulaufverluste 2a: Nutzleistung 2b: Aufgenommene Leistung Senken 3: Ablaufverluste 3 Q Pumpe 2 p Pumpe 3 1 2a Ausleger Ausleger Stiel Besonders bei gleichzeitigen Hub- und Senkvorgängen, welche oft in Planiervorgängen auftreten, lassen sich mithilfe der Hochdruckregeneration HD-R große Energieeinsparungen erreichen, weil die Zulaufverluste im niederbelasteten Verbraucher durch die Volumenstromeinsparung signifikant reduziert werden können. In Bild 9 ist dies für eine solche Betriebssituation exemplarisch dargestellt: Der Stiel arbeitet im GSK-System aufgrund der HD-R auf einem höheren Druck als im Normalbetrieb, konsumiert aber einen deut­ 1 3 Stiel GSK 1 1, 2b, 3 LUDV 2 Q Pumpe Mechanisch zugeführte Leistung, in Zu- und Ablauf gedrosselt O+P Fluidtechnik 5/2018 39

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