Mit hydraulischem Hybridantrieb arbeitet ein Gabelstapler sparsamer

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TU Dresden Fak. Maschinenwesen Baumaschinen- u. Fördertechnik

Bosch Rexroth AG

Gesamtes Leistungspotenzial ist noch nicht ausgeschöpft

Die leistungsstarken Hauptverbraucher des FKM-Staplers (Fahr- und Hubantrieb) werden als hydraulischer Hybridantrieb, ausgerüstet mit Hoch- und Niederdruckspeichern, mittels drosselfreier Sekundärregelung betrieben. Alle Verbraucher im Hydrauliksystem mit eingeprägtem Druck werden von der thermohydraulischen Freikolbenmaschine als Primäraggregat versorgt. Sie sind mit Sitzventilen abschaltbar in das System integriert (Nullleckagekonzept). Bereits in der ersten Version funktioniert das System sicher und ist in der Lage, die gleiche technische Leistung wie ein vergleichbarer konventioneller Serienstapler zu erbringen. Im direkten Vergleich ließen sich für einen an VDI 2198 angelehnten Lastzyklus auf Anhieb Kraftstoff- und Emissionseinsparungen von 20 % messtechnisch nachweisen.

Die gemessenen Einspareffekte beruhen jedoch nicht auf der Freikolbenmaschine, in der ein üblicher Zweitakt-Dieselprozess abläuft. Diese Maschine bietet keine besonderen Wirkungsgradvorteile. Auch war die Rekuperation (Rückgewinnung von Energie) im gemessenen Lastspiel vernachlässigbar gering. Die Einsparung resultiert aus dem konsequenten Vermeiden von Leerlauf und Teillast. Die Auslegung der FKM auf mittlere Leistung (Downsizing) und die Deckung von Leistungsbedarfsspitzen aus einem Hydraulikspeicher tragen zusätzlich zur Verbesserung der Systemeffizienz bei.

Die bereits in der ersten Version erzielte Ersparnis zeigt bei Weitem noch nicht das gesamte Potenzial des neuen Antriebssystems. Bedenkt man die bekannten Unzulänglichkeiten, die derzeit noch in der ersten Version enthalten sind, und schätzt deren Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf ab, so lassen sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand weitere, deutliche Einsparungen in einer verbesserten, zweiten Version erzielen. Die Forschungsergebnisse stehen für die Nutzung in weiteren Systemanwendungen zur Verfügung.

Literatur

• [1] Kunze, G., und A. Winger: Möglichkeiten und Grenzen der Senkung des Energieaufwands bei Hybridantrieben. 1. VDMA-Tagung „Hybridantriebe in mobilen Arbeitsmaschinen“ in Karlsruhe, 22. Februar 2007. Lehrstuhl für mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) des KIT.

• [2] Huth, T., A. Winger und G. Kunze: Hybrid-Stapler spart Kraftstoff und Emission. Mobile Maschinen 4/2012.

• [3] Patent DE 101 20 196 A1.

• [4] Kunze, G., et. al.: Thermo-hydraulic free piston engine (fpe) as a primary propulsion unit in mobile hydraulic drives. 5th International Fluid Power Conference in Dresden, March, 20th–22th, 2006. Institute of Fluid Power, TU Dresden.

• [5] Winger, A.,: Thermohydraulische Freikolbenmaschine, 5. Internationales Fluidtechnisches Kolloquium in Dresden, 20.–22. März 2006, Institut für Fluidtechnik (IFD), TU Dresden.

• [6] Fichtl, H.: Theoretische und experimentelle Untersuchungen einer thermohydraulischen Freikolbenmaschine – ein Beitrag zur Auslegung und Optimierung. Dissertation TU Dresden 2006.

• [7] Kunze, G., und andere: Betriebs- und Emissionsverhalten einer thermohydraulischen Freikolbenmaschine. 4. FAD-Konferenz „Herausforderung – Abgasbehandlung für Dieselmotoren“ in Dresden, 8.–9. November 2006. Förderkreis Abgasnachbehandlungstechnologien für Dieselmotoren e.V., Dresden.

• [8] Barciela, B.: Direkt gekoppelte Simulation zur Brennverfahrensentwicklung an einer thermohydraulischen Freikolbenmaschine. Dissertation TU Dresden 2010.

• [9] Kunze, G., und B. Barciela: Simulation einer thermohydraulischen Freikolbenmaschine (FKM). AVL User Conference 2009 in Freising, 16. Juni. AVL Deutschland GmbH, Mainz.

• [10] Kunze, G., und A. Winger: Möglichkeiten und Grenzen der Senkung des Energieaufwands bei Hybridantrieben. 1. VDMA-Tagung „Hybridantriebe in mobilen Arbeitsmaschinen“ in Karlsruhe, 22. Februar 2007. Lehrstuhl für mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) des KIT.

• [11] Kunze, G., und andere: Gegengewichtsstapler mit Freikolbenmaschine. 4. Fachtagung Baumaschinentechnik in Dresden, 14. und 15. Mai 2009. Institut für Verarbeitungsmaschinen und mobile Arbeitsmaschinen der TU Dresden.

• [11] Feuser, A., G. Kunze, A. Mark and A. Winger: Forklift with Free Piston Engine. 7th International Fluid Power Conference in Aachen, March, 22th–24th, 2010. Institute for Fluid Power Drive and Controls, RWTH Aachen.

* Dipl.-Ing. Tobias Huth und Dr.-Ing. André Winger sind wissenschaftliche Mitarbeiter am Lehrstuhl für Baumaschinen- und Fördertechnik der TU Dresden. Prof. Dr.-Ing. Günter Kunze ist Inhaber des Lehrstuhls.

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