Eine Plattform für die Wissenschaft: Bauingenieurwesen, Architektur und Urbanistik
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Struktursystematik und Effizienzpotentiale hydraulischer Fahrantriebe unter Einbeziehung der Applikation
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der systematischen Erschließung von Potentialen zur Steigerung der Energieeffizienz von Fahrantrieben am Beispiel eines 24-t-Radladers. Die Maschinen dieser Leistungsklasse verfügen über eine installierte Motornennleistung von circa 200 kW. Den für diese Anwendung üblichen hydrodynamischen Getrieben werden im Rahmen dieser Arbeit hydrostatische und hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Strukturen vergleichend gegenübergestellt. Neben der Ausführung des Getriebes steht im Rahmen dieser Arbeit die Betriebsstrategie des Verbrennungsmotors im Fokus der Betrachtung. Im Gegensatz zu hydrodynamischen Getrieben bieten hydrostatische oder hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebe die Möglichkeit einer definierten aktiven Beeinflussung der Getriebeübersetzung. Dem hohen Aufwand zur Realisierung und experimentellen Untersuchung unterschiedlicher Getriebestrukturen wird durch eine simulationsgestützte Betrachtung Rechnung getragen. Hierfür wurden im Zuge dieser Arbeit modular aufgebaute Simulationsmodelle entwickelt und verifiziert. Deren Hauptbestandteile sind die funktional und energetisch relevanten Komponenten wie Verbrennungsmotor, Verdrängereinheiten, hydrodynamische Wandler, Stirnradgetriebe oder Planetengetriebe sowie schaltbare Kupplungen, Spül- und Speisesysteme des hydrostatischen Getriebes und die Stellsysteme der Verdrängereinheiten. Für die Modellbildung der einzelnen Komponenten wird teilweise auf verifizierte Ansätze aus der Literatur zurückgegriffen. Die Qualität der erarbeiteten Modelle wurde anhand von experimentellen Untersuchungen an einem Getriebeversuchsstand und an einem Radlader nachgewiesen. Mit Hilfe der Simulationsmodelle lassen sich beispielsweise Wirkungsgradkennfelder erzeugen, anhand derer dem Anwender eine Einschätzung des energetischen Verhaltens über den gesamten Betriebsbereich möglich ist. Die Auslegung mit Hilfe der Eckleistung ermöglicht eine schnelle Konzeption hydrodynamischer und hydrostatischer Getriebe. Für leistungsverzweigte Getriebe eignet sich die abstrakte Betrachtung in Form sogenannter Balkenmodelle. Mit Hilfe dieses grafischen Verfahrens kann der Komplexität und der Variantenvielfalt leistungsverzweigter Getriebestrukturen begegnet werden. Alle konzipierten Getriebelösungen werden anschließend einer numerischen Optimierung unterzogen. Ziel ist jeweils die Minimierung des Energiekonsums für die typischen Arbeitsaufgaben der betrachteten Beispielmaschine.
Struktursystematik und Effizienzpotentiale hydraulischer Fahrantriebe unter Einbeziehung der Applikation
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der systematischen Erschließung von Potentialen zur Steigerung der Energieeffizienz von Fahrantrieben am Beispiel eines 24-t-Radladers. Die Maschinen dieser Leistungsklasse verfügen über eine installierte Motornennleistung von circa 200 kW. Den für diese Anwendung üblichen hydrodynamischen Getrieben werden im Rahmen dieser Arbeit hydrostatische und hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Strukturen vergleichend gegenübergestellt. Neben der Ausführung des Getriebes steht im Rahmen dieser Arbeit die Betriebsstrategie des Verbrennungsmotors im Fokus der Betrachtung. Im Gegensatz zu hydrodynamischen Getrieben bieten hydrostatische oder hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebe die Möglichkeit einer definierten aktiven Beeinflussung der Getriebeübersetzung. Dem hohen Aufwand zur Realisierung und experimentellen Untersuchung unterschiedlicher Getriebestrukturen wird durch eine simulationsgestützte Betrachtung Rechnung getragen. Hierfür wurden im Zuge dieser Arbeit modular aufgebaute Simulationsmodelle entwickelt und verifiziert. Deren Hauptbestandteile sind die funktional und energetisch relevanten Komponenten wie Verbrennungsmotor, Verdrängereinheiten, hydrodynamische Wandler, Stirnradgetriebe oder Planetengetriebe sowie schaltbare Kupplungen, Spül- und Speisesysteme des hydrostatischen Getriebes und die Stellsysteme der Verdrängereinheiten. Für die Modellbildung der einzelnen Komponenten wird teilweise auf verifizierte Ansätze aus der Literatur zurückgegriffen. Die Qualität der erarbeiteten Modelle wurde anhand von experimentellen Untersuchungen an einem Getriebeversuchsstand und an einem Radlader nachgewiesen. Mit Hilfe der Simulationsmodelle lassen sich beispielsweise Wirkungsgradkennfelder erzeugen, anhand derer dem Anwender eine Einschätzung des energetischen Verhaltens über den gesamten Betriebsbereich möglich ist. Die Auslegung mit Hilfe der Eckleistung ermöglicht eine schnelle Konzeption hydrodynamischer und hydrostatischer Getriebe. Für leistungsverzweigte Getriebe eignet sich die abstrakte Betrachtung in Form sogenannter Balkenmodelle. Mit Hilfe dieses grafischen Verfahrens kann der Komplexität und der Variantenvielfalt leistungsverzweigter Getriebestrukturen begegnet werden. Alle konzipierten Getriebelösungen werden anschließend einer numerischen Optimierung unterzogen. Ziel ist jeweils die Minimierung des Energiekonsums für die typischen Arbeitsaufgaben der betrachteten Beispielmaschine.
Struktursystematik und Effizienzpotentiale hydraulischer Fahrantriebe unter Einbeziehung der Applikation
Jähne, Hilmar (Autor:in)
Fluidmechatronische Systeme ; 1-134
2013
134 Seiten, 92 Bilder, 7 Tabellen, 69 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
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