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O+P Fluidtechnik 7-8/2022

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O+P Fluidtechnik 7-8/2022

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN TITEL MOTION COMPENSATION DER ABSCHIED VON DER STEUERKANTE Autoren: Dipl.-Ing. (FH) Werner Händle und Dr.-Ing. Milos Vukovic, Solutions Engineering, Moog © Ampelmann

ELEKTROHYDROSTATISCHES ANTRIEBSSYSTEM Auf Schiffen sorgt oft eine Hydraulik für die Bewegungskompensation, etwa bei Gangways. Durch den Einsatz eines Elektrohydrostatischen Antriebssystems konnten wichtige Parameter wie Energieeffizienz, Gewicht, verwendete Ölmenge und Bauraum auf einem Schiff deutlich verbessert werden. Wenn man auf die Robustheit und Kraft eines Hydraulikzylinders nicht verzichten kann, zugleich aber gezwungen ist, den Wirkungsgrad eines Systems deutlich zu erhöhen, dann sind häufig neue Lösungen gefordert. Vor dieser Herausforderung stand das niederländische Unternehmen Ampelmann vor drei Jahren. Als führender Anbieter von sogenannten „Motion Compensated Gangways“ hatte die Rotterdamer Firma in den vergangenen zehn Jahren die Dynamik und Präzision eines ventilgesteuerten Systems schätzen gelernt. Bedauert wurde jedoch immer, dass ein System, das im Prinzip nur eine Masse hebt und senkt und im Durchschnitt praktisch keine Arbeit verrichtet, trotzdem einen hohen Energieverbrauch aufweist. Gemeinsam mit dem Antriebsspezialisten Moog wurde eine Lösung basierend auf einem Elektrohydrostatischen Antriebssystem (EAS) erarbeitet, die deutlich kompakter und leichter ist als die bisherige Lösung, mit weniger als einem Fünftel der bislang benötigten Menge Hydraulikflüssigkeit auskommt, den Energieverbrauch senkt und die benötigte Anschlussleistung um 90 % reduziert. WELLEN ENTGEGENWIRKEN Bei Seegang mit einer signifikanten Wellenhöhe von bis zu drei Metern ermöglicht die Ampelmann A-Type Gangway die Beförderung von 20 Personen in weniger als fünf Minuten von einem Schiff zu einem festen oder schwimmenden Objekt. Herzstück des Systems ist ein ventilgesteuerter hydraulischer Hexapod, der der Wellenbewegung des Schiffs entgegenwirkt und für einen vollständigen Bewegungsausgleich sorgt. Die Versorgung der Energetisch betrachtet ist diese Konstruktion allerdings nicht optimal, da in einem ventilgesteuerten System der Versorgungsdruck immer höher sein muss als der höchste Lastdruck im System. Eine verlustfreie Transformation des Versorgungsdrucks an den aktuell im Zylinder herrschenden Lastdruck, ähnlich einem Tiefsetzsteller aus der Leistungselektronik, ist bei hydraulischen Widerstandssteuerungen leider nicht möglich. Die Ventile benötigen eine Druckdifferenz, damit Öl über die Steuerkanten fließen kann. Die Verwendung von Hydraulikspeichern erschwert die Situation weiter, da dem System ein konstanter Versorgungsdruck, der nicht an die aktuelle Lastsituation anpassbar ist, aufgeprägt wird. Die Druckverluste, auch Drosselverluste genannt, treten nicht nur an der Zulaufseite des Ventils, sondern auch an der Ablaufseite auf, da das vom Zylinder zurückfließende Öl immer energielos zum Tank weitergeleitet wird. Aus diesem Grund kann auch keine mechanische Energie aus dem Prozess zurückgewonnen werden, sie wird an der Ablaufsteuerkante in Wärme umgesetzt. PROBLEM ENERGIEEFFIZIENZ Im Falle der Motion Compensated Gangways sind die Bedingungen besonders ungünstig, da der Hexapod während des Prozesses ständig Energie in beiden Richtungen austauscht. Idealerweise würden die Zylinder bei jeder Einfahrbewegung Wellenenergie aufnehmen und diese beim Ausfahren wiederverwenden, d. h. die durchschnittliche Leistungsaufnahme wäre nahe Null. Mit dem ventilgesteuerten System wird während der Einfahrbewegung die mechanische Wellenenergie nicht nur auf der Ablaufsteuerkante in Wärme umgewandelt, die Achse wird auf der Zulaufseite sogar aktiv mit Öl aus den Speichern versorgt. Anstatt kaum Energie zu verbrauchen, müssen die Achsen sowohl beim Aus- als auch beim Einfahren mit Leistung versorgt werden. Da 01 Die Elektrohydrostatische Pumpeneinheit (EPU) ELEKTROHYDROSTATISCHES ANTRIEBSSYSTEM FÜR MOTION COMPENSATED GANGWAYS Ventile mit Druck und Volumenstrom erfolgt durch ein klassisches Hydraulikaggregat. Dieser Aufbau bietet zwei wesentliche Vorteile. Erstens können alle sechs Achsen mit nur einer Motor- Pumpen-Einheit versorgt werden und zweitens muss diese Einheit nur den mittleren Volumenstrombedarf decken, da Hydraulikspeicher zur Bereitstellung der Volumenstromspitzen relativ einfach in der Versorgungsleitung integrierbar sind. Bei einem Netzausfall übernehmen dieselben Speicher auch die Funktion einer Notdruckversorgung und stellen sicher, dass die Passagiere im Notfall zurück an Bord gebracht werden können. www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2022/07-08 17

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