Beurteilung des Einsparpotentials eines hybriden Teleskopladers mithilfe eines Rollenprüfstandes

Transkript

1 T. Reich P. Nagel Prof. Dr.-Ing. M. Geimer, Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. Marcus Geimer KIT Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Gliederung Projektvorstellung Versuchsfahrzeug Arbeitszyklus für den Systemvergleich Abschätzung des Rekuperationspotenzials Messung der Effizienzsteigerung Tristan Reich

3 Projektvorstellung Antriebsstrang mit Energierückgewinnung: Entwicklungsmethodik und Betriebsstrategien für mobile Arbeitsmaschinen Gemeinschaftsforschungsprojekt Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge (TU Braunschweig) Lehrstuhl für Mobile Arbeitsmaschinen (KIT Karlsruhe) Initiiert und unterstützt durch: Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA Projektförderer: AiF (IGF) Projektnummer: Projektlaufzeit: Nov 2010 Apr Tristan Reich

4 Projektvorstellung Projektgegenstand: Kombination von Fahr- und Arbeitsantrieben in einem rekuperationsfähigen Gesamthydrauliksystem Bidirektionale Leistungsflüsse zwischen Fahr- und Arbeitshydraulik Nachweis der Effizienzsteigerung gegenüber konventionellem System (theoretisch + praktisch) Methodik zur Entwicklung von energieoptimalen Betriebsstrategien für beliebige Lastkollektive mobiler Maschinen mit/ohne Energiezwischenspeicherung Abbildung der Methodik in einem Softwaretool Tristan Reich

5 Versuchsfahrzeug Teleskoplader Claas Scorpion kw 4 Zylinder Dieselmotor hydrostatischer Fahrantrieb hydraulisch-mechanisches CC-LS-System mit nachgeschalteten Druckwaagen Leistungszyklen mit rekuperierbaren Energien in Fahr- und Arbeitsantrieb Tristan Reich

6 Versuchsfahrzeug Tristan Reich

7 Versuchsfahrzeug Tristan Reich

8 Arbeitszyklus für den Systemvergleich Definiert für Inbetriebnahme 2200 kg in Ladeschaufel hohe kinetische bzw. potentielle Energie Zyklusdauer ca. 37 s Tristan Reich

9 Abschätzung des Rekuperationspotenzials Teilergebnis des Forschungsprojektes Antriebsstrang mit Energierückgewinnung Schrittweise Annäherung des Rekupertaionspotenzial Ermittlung der aufgewendeten und rekuperierbaren Energie => bis zu 18 % rekuperierbar Bestimmung sinnvoller Quellen-Senken Kombinationen Rekuperations- und Verlustpotenzial bei verlustfreiem Energiefluss ohne Zwischenspeicherung Rekuperations- und Verlustpotenzial bei Widerstandssteuerung ohne / mit Zwischenspeicherung => bis zu 13 % Tristan Reich

10 Messung der Effizienzsteigerung Feldtests und Prüfstandsversuche im Vergleich Tristan Reich

11 Messung der Effizienzsteigerung Feldtests und Prüfstandsversuche im Vergleich Vergleichskriterium Feldtest Prüfstandsversuch Rahmenbedingungen beeinflusst durch vorhergehende Versuche konstant, einstellbar Witterungsabhängigkeit stark keine Belastungsspektrum sehr breit genau definiert Praxisrelevanz hoch Nachweis erforderlich Reproduzierbarkeit Nachrüstung von Messtechnik gering, Direktvergleich möglich umfangreich hoch, ohne zeitliche Einschränkungen reduziert Streuung der Messwerte deutlich gering Tristan Reich

12 Messung der Effizienzsteigerung Geschwindigkeit [km/h] Fahrgeschwindigkeit Hybrid Fahrgeschwindigkeit konv Strecke [m] Fahrstrecke Hybrid Fahrstrecke konv Hubweg [m] Hubzylinderweg Hybrid Hubzylinderweg konv Zeit [s] Tristan Reich

13 Messung der Effizienzsteigerung Geschwindigkeit & Hubzylinder Fahrgeschwindigkeit Hybrid Fahrgeschwindigkeit konv Hubzylinderweg Hybrid Hubzylinderweg konv 1 Druck Fahr,A Hybrid Druck Druck Fahr,A konv Druck Fahr,B Hybrid Druck Fahr,B konv 1 Druck & Schluckvolumen Druck Speicher Druck H5 Schluckvolumen H Zeit [s] Tristan Reich

14 Messung der Effizienzsteigerung Geschwindigkeit & Hubzylinder Fahrgeschwindigkeit Hybrid Fahrgeschwindigkeit konv Hubzylinderweg Hybrid Hubzylinderweg konv Drehzahl [1/min] Drehzahl VKM Hybrid Drehzahl VKM konv Rekuperation H5 Rekuperation Hubzylinder Energienutzung H5 Energienutzung H1 Kraftstoffverbrauch & Massenstrom Verbrauch Hybrid Verbrauch konv Massenstrom Hybrid Massenstrom konv Zeit [s] Tristan Reich

15 Demonstrator mit rekuperationsfähigem Gesamthydrauliksystem Teilweise Direktnutzung der rekuperierten Energie Reduktion der Speicherverluste Reproduzierbarer Nachweis der Einsparungen Entwicklungsmethodik zum Aufbau hybrider mobiler Arbeitsmaschinen Nachweis der Einsparungen im Alltagseinsatz Tristan Reich

16 Besonderer Dank an für die zur Verfügung gestellten Komponenten den projektbegleitenden Firmenausschuss des Forschungsfonds Fluidtechnik im VDMA Tristan Reich