Hydrostatische Antriebstechnik und deren Anwendung im Radlader

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1 Hydrostatische Antriebstechnik und deren Anwendung im Radlader Dr.-Ing. Herbert Pfab Liebherr-Werk Bischofshofen GmbH

2 Gliederung Einleitung Mechanischer und hydrostatischer Fahrantrieb Anforderungen an den Fahrantrieb von Radladern Antriebsstrukturen des hydrostatischen Fahrantriebes Funktionen und Betriebsverhalten Zusammenfassung 2 FH-Joanneum 03/09

3 LIEBHERR Radlader Baureihe Typen Kipplast t Einsatzgewicht t Motorleistung kw Standardschaufel m³ Typisches Lastspiel Hohe Zugkraft bei niedriger Geschwindigkeit Häufige Fahrtrichtungsumkehr Instationäre Fahrzustände 3 FH-Joanneum 03/09

4 Planier- und Laderaupen Alle Raupen haben ein hydrostatisches Getriebe. Beide Kettenlaufwerke sind unabhängig, ohne Schaltgetriebe angetrieben. Merkmale sind elektronisch geregelter Gleichlauf und das Drehen auf der Stelle. Planierraupen Motorleistung: 86kW/117HP 310kW/422HP Einsatzgewicht: 12-52to Schildkapazität: m³ Geschwindigkeit: 11km/h Laderaupen Motorleistung: 72kW/98HP 135kW/184HP Einsatzgewicht: 10-22to Standardschaufel: m³ Geschwindigkeit: 10km/h 4 FH-Joanneum 03/09

5 Raupenbagger, LFR Colmar Einsatzgewicht von t Motorleistung bis kw Unterschiedliche Hydrauliksysteme kommen zur Anwendung, z.b. Ein-Pumpen LS- System, 2 oder 3-Kreis Open Center System Große Vielfalt an Ausrüstungen Drehwerk im offenen oder geschlossenen Kreis Fahrhydraulik mit Ölmotoren und Planetengetriebe 5 FH-Joanneum 03/09

6 Hydraulische Komponenten Pumpe DPVG Größe 250; 165; 108 Doppelmotor Motor DMVD DMVA Größe 165/108; 165/165 Größe 108; FH-Joanneum 03/09 Offener Kreis Einzel-, Doppel, Parallelbetrieb der Pumpen DPVP DPVO DPVD Größe 108; 165 Motor DMVA DMVE Size 108; 165 Geschlossener Kreis

7 Hydrostatischer und hydrodynamisch-mech. Fahrantrieb bei Radladern mittlerer Leistung Merkmale der Hydrostatik: stufenloser Antrieb hydraulisches Reversieren Flexibel im Aufbau Gute Steuerungsmöglichkeit Verschmutzungsempfindlich mäßiger Wirkungsgrad selbsttätiges Rückschalten im Schiebebetrieb Merkmale der hydrodynamisch-mechanischen Antriebe: guter Wirkungsgrad des Zahnradgetriebes schlechter Wirkungsgrad des Wandlers bei hohem Schlupf bewährter Antrieb hohe maximale Zugkraft geringer Wartungsaufwand keine Motorbremswirkung 7 FH-Joanneum 03/09

8 Motorbetriebspunkt: Hydrostatik - Hydrodynamik 8 FH-Joanneum 03/09

9 Antriebsstruktur und Getriebeschnitt eines hydrodynamischen Fahrantriebes 9 FH-Joanneum 03/09

10 Anforderungen an den Fahrantrieb von Radladern Leistung Gewicht Kipplast geknickt Schaufelinhalt kw 5,1 31,4 t 3,2 20,4 t 0,8 5,5 m³ Höchste Zugkraft bei minimaler Fahrgeschwindigkeit beim Lösen von Material und beim Füllen der Schaufel. Häufiges Reversieren: Im normalen Lade- oder Rückverladeeinsatz beträgt die Dauer eines Ladespieles ca. 35 sec. Während eines Ladespieles wird vier mal reversiert! Fahrbetrieb: Aufgrund der Reversierhäufigkeit ist das Fahren praktisch nie stationär. Das Getriebe muß zum Beschleunigen und Bremsen ständig verstellt werden. Aufteilung der Antriebsleistung: Beim Füllen und Entleeren der Schaufel muß die Zugkraft bzw. Fahrgeschwindigkeit vom Fahrer bei voller Motorleistung gesteuert werden können. 10 FH-Joanneum 03/09

11 Zugkrafthyperbel bei Radladern unterschiedlicher Größe Hauptarbeitsbereich Max. Fahrgeschwindigkeit vorw./rückw. wirtschaftliche Transportstrecke 0-18 km/h km/h m Wandlerantriebe mit Leitrad an der oberen Grenze des Zugkraftbereiches, keine Zugkrafteinbrüche im Hauptgeschwindigkeitsbereich von 0-18 km/h Maschinen bis ca. 5 t 20 km/h, darüber 40 km/h, schwere Maschinen ohne Möglichkeit der Straßenzulassung km/h 11 FH-Joanneum 03/09

12 Hydrostatischer Fahrantrieb für Lader bis 72 kw Lenkachse hinten Verstellpumpe Verstellmotor Arbeitshydraulik 75 kw Gelenkwelle zur Vorderachse mit Betriebs- und Feststellbremse Selbstsperrdifferenzial Modell Kipplast [kg] Einsatzgewicht [kg] Motorleistung [kw] Schaufelinhalt [m³] L 506 Stereolader ,8 L 507 Stereolader ,9 L 508 Stereolader ,0 L 509 Stereolader ,1 L 510 Stereolader ,2 L 514 Stereolader ,5 12 FH-Joanneum 03/09

13 Konstruktiver Aufbau des Antriebs bei Radladern kleiner Leistung Merkmale: sehr einfacher, mechanischer Aufbau ermöglicht quer eingebauten Motor mit Verstellmotor bis 30 km/h, bei Weitwinkeleinheit auch 40 km/h Getriebe an Hinterachse geflanscht, nur eine Gelenkwelle 13 FH-Joanneum 03/09

14 Hydrostatischer Fahrantrieb für Lader bis 105 kw Verstellpumpe Verstellmotor 1 Starrachse hinten mit Betriebsbremse 100 kw Arbeitshydraulik Verstellmotor 2 Selbstsperrdifferenzial Gelenkwelle zur Vorderachse mit Feststellbremse Modell Kipplast [kg] Einsatzgewicht [kg] Motorleistung [kw] Schaufelinhalt [m³] L ,0 L ,2 L ,5 L ,7 14 FH-Joanneum 03/09

15 Konstruktiver Aufbau des Antriebs bei Radladern mittlerer Leistung Merkmale: minimaler, mechanischer Aufwand kleine Hydromotoren mit hoher zulässiger Drehzahl besserer Wirkungsgrad bei hoher Geschwindigkeit 15 FH-Joanneum 03/09

16 Hydrostatische Konzepte für Lader mit mehr als 120 kw Modell Kipplast [kg] Einsatzgewicht [kg] Motorleistung [kw] Schaufelinhalt [m³] L ,2 L ,6 L ,0 L ,5 L ,0 L ,5 Variante 1: mechanisches LS-Getriebe Erweiterung der Spreizung durch z.b. 3-Gang Lastschaltgetriebe Variante 2: Parallelschaltung von Hydromotoren Erweiterung der Spreizung durch z.b. 3 Verstellmotoren 16 FH-Joanneum 03/09

17 Antriebsstruktur und Motorenregelung des Antriebs 2plus2 17 FH-Joanneum 03/09

18 Hydraulische Komponenten des 2plus2-Antriebs 18 FH-Joanneum 03/09

19 Hydraulikschema des Fahrantriebs 2plus2 34 Triebwerk 36 EP-Regelventil 37 Stellzylinder 38 Ausspeiseventil 39 DBV 20 Fahrpumpe 21 Triebwerk 22 Fahrtrichtungsventil 23 Stellzylinder 25 Hochdruckventil 27 Speisedruckbegr. 28 Druckabschneidung 29 Steuerdruckventil 30 Speisepumpe 19 FH-Joanneum 03/09

20 Aufbau des lastschaltbaren Summierungsgetriebes 20 FH-Joanneum 03/09

21 Elektr. Steuerungssystem: Konzept und Bewertung Hauptanforderungen: Neue gesetzliche Anforderungen Zuverlässigkeit der Elektronik muss gesteigert werden Kosten über den gesamten Lebenszyklus minimieren Einfache und rasche Umsetzung von Kundenwünschen und neuen Ideen Kundendienstforderung nach Übersichtlichkeit und einfachster Diagnose Bewertung eines zentralen Steuerungssystems: Vorteile: Master hat immer alle Informationen (einfache Diagnose, leichte Verknüpfbarkeit von Funktionen, einfache Wartung der Applikationssoftware) Leichte Ersetzbarkeit einzelner Module (Redesign) Übersichtliche Struktur der Steuerung Synchronität aller Steuerungsdaten Nachteile: Hohe Kosten für Master Gesamte Funktionalität hängt am Master 21 FH-Joanneum 03/09

22 Elektronisches Steuerungssystem für Radlader EingangsAusgangsmodule Tastaturen Display Master-Steuerung Dieselmotor-Steuergerät 22 FH-Joanneum 03/09

23 Funktionsumfang des Fahrantriebs 2plus2 Reversieren ohne Kupplungsbetätigung durch Schwenken der Schrägscheibenpumpe Zugkraftmaximum im Stillstand bei sehr gutem Wirkungsgrad Verlustfreie Momentenbegrenzung durch Hochdrucklimitierung (Druckabschneidung) Steuerbare Leistungsaufnahme durch Steuerdruckbegrenzung (Inchen) Völlig ruck- und verzögerungsfreier Wechsel der Fahrbereiche (Gänge) bei Zweimotorenkonzept Tempomatfunktion Zugkraftbegrenzung Wahl der Fahrbereiche Automatisches Reversieren Synchronsiertes Wechseln der Fahrbereiche Maximales Motorbremsmoment bei Bergabfahrt Grenzlastregelung Service-Code-Speicherung Optimierter Wirkungsgrad des Hydrostaten 23 FH-Joanneum 03/09

24 Messung des Schaltvorganges vom 2. in den 3. Fahrbereich (2- Motorengetriebe 2plus2) 24 FH-Joanneum 03/09

25 Belastungsdaten zur betriebsfesten Dimensionierung der Hydrostatikkomponenten 25 FH-Joanneum 03/09

26 Lastwechsel FH-Joanneum 03/09 0,6 4 7,4 10,8 14,2 Km/h Lastkollektiv an der Vorderache eines Radladers für den Einsatzfall Ladezyklus - kurz Zugkraft der Vorderachse in kn

27 Lastwechsel FH-Joanneum 03/09 0,6 4 7,4 10,8 14,2 Km/h Lastkollektiv an der Vorderache eines Radladers für den Einsatzfall Reissen an der Wand Zugkraft der Vorderachse in kn

28 Schema der Arbeitshydraulik 28 FH-Joanneum 03/09

29 Lenkhydraulik Förderstrom Max. Druck Leistung l/min 210 bar kw 29 FH-Joanneum 03/09

30 Kühlanlage und hydrostatischer Lüfterantrieb Kennfeldsteuerung abhängig von Kühlmittel- und Öltemperatur sowie Dieseldrehzahl Kennfeld umschaltbar für Klimazonen und Abgasstufen Leistungs- und lärmoptimierter Betrieb Maximale Leistung: 10 kw Auf Wunsch auch reversierbar 30 FH-Joanneum 03/09

31 Betriebsverhalten und Wirtschaftlichkeit Maßnahmen zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit: 1 Betrieb des Hydrostaten im optimalen Bereich 2 Betrieb des Dieselmotors bei niedriger Drehzahl 3 Getrennte LS-Systeme für Arbeitshydraulik und Lenkung 4 Bedarfsgeregelte Kühlanlage Erzielter Verbrauchsvorteil gegenüber herkömmlichen Antrieben: 30 % Zugkraftdiagramm und Vollastwirkungsgrad, Beispiel L564 mit Antrieb 2plus2 31 FH-Joanneum 03/09

32 Zusammenfassung und Ausblick Antriebsstruktur je nach gerätespezifischer Anforderung 2-Motorenkonzept mit Lastschaltgetriebe für hohe Funktionalität und Wirtschaftlichkeit Zentrale elektronische Steuerung für Hydrostat und alle anderen Steuerungsaufgaben Unabhängige, bedarfsgeregelte Systeme für Arbeitshydraulik Lenkung Kühlanlage Erweiterung des Antriebsmanagements, stärkere Integration des Dieselmotors Elektrifizierung der Arbeitshydraulik als Grundlage zur Prozeßautomatisierung Erweiterung des Fahrerinformationssystems 32 FH-Joanneum 03/09

33 33 FH-Joanneum 03/09

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