Die Kompetenzen im Bereich hydraulischer Antriebe

Transkript

1 Digitalhydraulik neue Chancen für die hydraulische Antriebstechnik

2 Die Kompetenzen im Bereich hydraulischer Antriebe Energieeffiziente hydraulisch Antriebe (Schalttechnologie) Entwicklung schneller Schaltventile Simulation hydraulischer Systeme Reduktion von Druckpulsationen Regelung hydraulischer Systeme Optimierung hydraulischer Kreise Elektro-hydraulische Hybridantriebe Hydraulische Antriebe höchster Dynamik

3 Leitung Senior Researcher Junior Researcher Techniker Dr. Bernd DI Andreas DI Karl DI Paul DI Peter DI Johannes Bernhard Stefan Winkler Plöckinger Ladner Foschum Ladner Falkner Hofmann Hofer Institut für Maschinenlehre und hydraulische Antriebstechnik IMH Prof. Rudolf Prof. Bernhard Siegfried DI Rainer Silvia DI Helmut DI Markus DI Andreas Scheidl Manhartsgruber Grammer Haas Hackl Kogler Resch Tairych

4 Digitalhydraulik WAS IST DAS? Das klassische Proportional-/Servoventil: Das digitale Ventil (Schnellschaltventil):

5 DIGITALHYDRAULIK, warum? Nachteile der klassischen hydraulischen Antriebstechnik teilweise schlechter Wirkungsgrad (geringe Energieeffizienz) hohe Kosten zufolge geringer Stückzahlen / Variantenvielfalt oft sehr hohe Ölreinheit (Servoventiltechnik) gefordert Folgekosten

6 Schaltventile sollen Massenware werden geringe Stückkosten Ersatz von teuren Proportional-, Regel- und Servoventilen höchste Dynamik bei hoher Genauigkeit ausgezeichnetes Regelverhalten höherer Funktionalitätsumfang Redundanz (je nach Konzept) hohe Robustheit gegen Ölverschmutzung bessere Energieeffizienz Pulsationen (PWM-Ansatz) Auflösungsgrenze DIGITALHYDRAULIK, warum?

7 DIGITALHYDRAULIK, Grundkonzepte Quelle: Tampere University of Technology, IHA, Matti Linjama

8 DIGITALHYDRAULIK, Komponenten kurzfristig am Markt verfügbar, zur Zeit applikationsabhängige Freigabe! Quelle: Bosch Rexroth

9 DIGITALHYDRAULIK, Komponenten (seriennahe LCM-Entwicklungen, Prototypen im Versuch einsetzbar) Vielkolbenventil: T s ~0.3ms Q N 5 bar 14 Kolben vorgesteuert FSVi (3/2-Wege Schaltventil): Ts ~ 1.5 ms fperm =100Hz (kurzzeitig 200Hz) QN=10 5bar kompaktes Design geringe Herstellkosten integrierte Elektronik

10 DIGITALHYDRAULIK Anwendungen

11 Zusammenarbeit Linz/Tampere PWM und PWM/PCM Ansteuerung (Messungen) Combination PWM/PCM Let s combine two good things to get something better load case mass m1 / kg mass m2 / kg mass m3 / kg A mass m4 / kg Q=2 Q=2 Setup: Seesaw with load 400kg (40t load mass for cylinder) Natural Frequency ~ 3-4 Hz Valves: 4 x FSVi by LCM (Linz Center of Austria GmbH.) Response Time < 2ms Flowrate 10l/min@5bar B C Q=4 8 x Bosch KSDE Actuation mode: 25Hz PWM/PCM Combination PWM/PCM with same no. of valves Better controllability at small velocities!

12 Anwendungen Digi-Actuator V2.1 Spezielle Schaltung mit Schnellschaltventilen vom LCM: Nennvolumenstrom: Schaltzeit: T=2ms Maximale Wiederholfrequenz f PWM =100Hz Auswertung des Wegsensors (Quadratursensor, LCM) Eckdaten des Antriebes: Bewegte Masse: 8kg Hub: 50mm Reaktionszeit: 20mm in 40ms Positioniergenauigkeit: 50 µm Regelung und Steuerung über DSPC110E Signalprozessorplattform entwickelt und programmiert vom LCM

13 Digi-Actuator V2.1 Ersatz von schnellem NG6 Regelventil; Erfolgreicher Einsatz für Drosselklappenverstellung am Großmotor mm/s 250mm/s trajectory [mm] error [mm*10] position [mm] error<50µm time [s]

14 Anwendungen Forest Loader NORR HYDRO (Marktnahe)

15 Anwendungen Digital Displacement Pump - Artemis (Marktnahe)

16 Digital Displacement Pump (Artemis) Anwendungen Digital Displacement Pump - Artemis (Marktnahe) Emissions reduction Independent tests have confirmed that a prototype car, fitted on a BMW 530i, gave double the MPG in city driving compared to the same car with a six speed manual transmission. Overall, including highway driving, the prototype had approximately 30% lower carbon dioxide emissions than it had before the company fitted its energy saving transmission.

17 Anwendungen: Hydraulischer Buck Konverter (HBC)

18 Demonstration der Digitalhydraulik anhand des Konverters (HBC) Efficiency η Messungen η [%] η prop = p p L S η HBC = p S Q S p Q + p L L T ( QL QS ) Simulationsergebnis Vergleich Konverter Servo Ventil

19 Konverter Konverter Konstantdrucknetz in Mobilhydraulik ermöglicht Einsparung von Leitungen und Schläuchen und ermöglicht hohe Dynamik Konverter Konverter

20 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!