O+P Fluidtechnik 7-8/2020

ANTRIEBSTECHNIK

ANTRIEBSTECHNIK FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG PEER REVIEWED AUTOMATISIERTE MULTIDOMAIN- SIMULATION ZUR COMPUTERGESTÜTZTEN ANTRIEBSSTRANGSYNTHESE – TEIL 2 Hagen Neurath, Ludger Frerichs Im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen dominierten rein mechanische Antriebskomponenten lange die Weiterentwicklung der Antriebsstränge. Die vielfältigen Entwicklungen der mobilhydraulischen Antriebstechnik sowie die Durchbrüche auf dem Gebiet der Leistungselektronik sind seit Jahren die Gründe für eine weitreichende Verdrängung rein mechanischer Antriebselemente. 38 O+P Fluidtechnik 2020/07-08 www.oup-fluidtechnik.de

ANTRIEBSTECHNIK Die zunehmende Mechatronisierung der mobilen Antriebstechnik führt bereits seit geraumer Zeit zu einem erhöhten Entwicklungsaufwand. Standen vor einigen Jahrzehnten noch hydraulisch-mechanische Antriebe im Fokus der Entwicklung ergeben sich zunehmend auch Einsatzbedingungen bei denen elektrische Antriebskomponenten vorteilhaft eingesetzt werden können [1]. Eine reine Substitution von hydraulischen Antriebskomponenten erscheint aus heutiger Sicht jedoch nicht zielführend. Aus diesem Grund wird die elektrische Antriebstechnik als eine weitere Möglichkeit zur Realisierung mobiler Antriebe gesehen [2], was zu einer steigenden Lösungsvielfalt führt. Um auch in zukünftigen Entwicklungsprozessen das bestmögliche Antriebskonzept zu verfolgen, wird am Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge der Technischen Universität Braunschweig an einem Programm zur automatisierten Multidomain-Simulation gearbeitet. Das Entwickler-Werkzeug ist Teil einer Entwicklungsmethodik, die im ersten Teil der Veröffentlichung beschrieben wurde. In diesem Teil wird ein Einblick in den Programmablauf gegeben. Hierzu wird ein hydraulisches Anwendungsbeispiel aufgegriffen, das zur Validierung des Werkzeugs herangezogen wurde. LASTANALYSE UND AUFSPANNEN DES LÖSUNGSRAUMS (SCHRITT 1-3) Bei dem Beispiel handelt es sich um einen Prozessantrieb eines Kartoffelroders, der aus vier rotatorischen Antrieben besteht. Um den Lösungsraum vor Beginn der Berechnung abzustecken, wird im Zuge der ersten drei Entwicklungsschritte eine initiale Bewertung verschiedener Antriebstechnologien sowie Antriebskomponenten durchgeführt. Anhand einer Datenbank für Antriebskomponenten werden die zur Verfügung stehenden Wandlertypen wie beispielsweise Orbitalmotoren oder bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) hinsichtlich verschiedener Bewertungskriterien bewertet. Hierbei handelt es sich um eine quantitative Bewertung, welche auf Leistungsniveau eine Realisierbarkeit überprüft. Als Datenbasis dienen verallgemeinerte Komponenteneigenschaften, die aus der Komponentendatenbank abgeleitet wurden. In dieser Bewertung zeigte sich, dass aufgrund der kompakten Einbauräume und einer geforderten Antriebsleistung von bis zu 8 kW sich insbesondere Orbital- sowie Außenzahnradmotoren für den Einsatz eignen. Damit konnte der Lösungsraum für hydraulische Antriebe auf 01 Wandler-Übertrager-Kombination f 1 f 2 e 1 e 2 e 3 f 3 02 Abtriebssystem mit vier Wandlern in einer parallelen Anordnung von zwei Reihenschaltungen 1 2 3 4 Reihenschaltung 1 Reihenschaltung 2 03 Verluste in LS-Systemen Bisherige Lösung Optimierte Lösung ∆p ∆p Verluste durch Druckanhebung 1 2 Verluste an Druckwaage 3 4 Q Verluste durch Druckanhebung 1 2 Verluste an Druckwaage 3 4 Q www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2020/07-08 39