Elektrohydraulische Steuerungssysteme für mobile Arbeitsmaschinen

Die Leistungsfähigkeit heutiger Baumaschinen wird durch Produktivität, Energieeffizienz und Bedienfreundlichkeit bestimmt. Als Antriebslösungen kommen derzeit hauptsächlich hydraulische Steuerungssysteme zum Einsatz. Verschiedene Antriebe der Maschine müssen gleichzeitig und möglichst unabhängig voneinander gesteuert oder geregelt werden. Die Steuerungssysteme übernehmen dabei die bedarfsgerechte Aufteilung der hydraulischen Leistung. Dafür existiert eine Vielzahl von Systemlösungen, die alle einen hohen Entwicklungsstand erreicht haben. Dennoch gibt es ein enormes Potenzial für die Steigerung der Energieeffizienz, Bedienfreundlichkeit und Dynamik der Systeme. Bei der Entwicklung neuer Lösungen zur Verbesserung der Übertragungseigenschaften bestehender Systeme geht der Trend hin zu elektrohydraulischen Systemlösungen. In der Dissertation werden neue elektrohydraulische LS-Systeme vorgestellt, welche die Vorteile des hydraulisch-mechanischen LS-Systems hinsichtlich Robustheit, Zuverlässigkeit und Kosten mit den Vorteilen der Elektrohydraulik hinsichtlich Bedienfreundlichkeit, Flexibilität und Effizienz verbinden. Die neuen elektrohydraulischen Lösungen basieren auf der bereits vorhandenen Pumpen- und Ventiltechnologie des hydraulisch-mechanischen Load-Sensing mit nachgeschalteter Druckwaage und kommen ohne den Einsatz von Sensoren aus. Die Änderung der Steuerungsphilosophie von einem druckgesteuerten System, hin zu einem System mit aufgeprägtem Volumenstrom ist die Grundidee der neuen Systemlösungen und bewirkt eine Verbesserung des Einschwing- und Ansprechverhaltens. Dies wird anhand einer ausführlichen mathematischen Analyse, durch die Simulation und durch experimentelle Untersuchungen an einem Systemprüfstand gezeigt. Der Druck- und Volumenstromüberschuss im System lässt sich auf ein technologisch mögliches Minimum reduzieren. Der Drucküberschuss kann im Vergleich zu bestehenden Load-Sensing Systemen um mehr als 10 bar gesenkt werden. Durch die Erweiterung des neuen elektrohydraulischen Steuerungssystems zu einem Mehrkreissystem gelingt es, die Energieeffizienz von Verdrängersteuerungen mit der guten Steuerbarkeit, Flexibilität und dem geringen Bauraum von Ventilsteuerungen zu verbinden. In der Arbeit werden Möglichkeiten zur energieeffizient Kopplung der einzelnen Kreise behandelt. Die Energieeffizienz der neuen Systeme wird mit auf dem Markt etablierten Lösungen verglichen. Dazu werden eigens Vergleichszyklen durch Videoanalysen am Beispiel des Baggers ermittelt. Es lässt sich eine Energieersparnis von über 20 % im Vergleich zu den hydraulisch-mechanischen Referenzsystemen erzielen. Weiterhin werden Methoden zur Erweiterung zu geregelten Systemen gezeigt, um die Eignung des Systems beim Einsatz von teilautomatisierten Arbeitsfunktionen zu untersuchen.