Möglichkeiten der Rückgewinnung potentieller Energie in der Mobilhydraulik - Nutzsenken bei Flurförderzeugen -

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1 Energieeffizienz in industriellen Prozessen Energieeffizienz in industriellen Prozessen - Möglichkeiten der Rückgewinnung R potentieller Energie in der Mobilhydraulik - Nutzsenken bei Flurförderzeugen - Autoren : Dr. Richard Käsler und Konrad Stingl

2 Möglichkeiten der Rückgewinnung R potentieller Energie in der Mobilhydraulik - Potentiale - Bremsenergie W = ½ * m * v 2 = ½ * kg * 30 km/h 2 = 350 kws Dauer ca. 3 Sekunden Bremsleistung P = = 110 kw Hohe Leistungsdichte Hubarbeit W = m * g * h = 3000 kg * 10 m/s² * 10 m = 300 kws Dauer ca. 25 Sekunden Hubleistung P = ~ 12 kw Hohe Energiedichte bei geringer Leistungsaufnahme

3 Klassifizierung der Energiespeicher - Ragone Diagramm - Leistungsdichte [W/kg] Elko Nutzsenken - Hohe Energiedichte bei geringer Leistungsaufnahme / Regeneratives Bremsen hohe Leistungsaufnahme Kolbenspeicher Membranspeicher Doppelschichtkondensator Blasenspeicher Bleiakkumulator Li-Ion Akkumulator Brennstoffzelle 0,01 0, Energiedichte [Wh/kg] Batterie Hydrospeicher Leistungsdichte = 100 W/kg Leistungsdichte = 10 kw/kg Energiedichte = 27 Wh/kg Energiedichte = 1 Wh/kg = 3,6 kws/kg Gewicht ~ 750 kg Gewicht ~ 100 kg Energieaufnahme = Wh * 3600 s = kws Energieaufnahme = 0,368 * 150 bar * 50 l = 225 kws

4 Flurförderzeuge rderzeuge - Antriebsarten - Elektrostapler Arbeitshydraulik (Konstantpumpe) Batterie 24V / 48V / 80V Drehstrommotor Fahrantrieb Verbrennungsmotorischer Stapler Verbrennungsmotor Getriebe Fahrantrieb Arbeitshydraulik (Schwenkpumpe)

5 Vergleich von Flurförderzeugen rderzeugen - Elektrostapler und Lager- und Systemgeräte - Tragfähigkeit/ Last Gesamthub Hubmotor / Elektro Fahrgeschwindigkeit Hubgeschwindigkeit Senkgeschwindigkeit Einheit Tonne mm kw km/h m/s m/s EFG D30 3, ,0 0,50 0,56 EKX 515 DZ 1, ,5 0,47 0,45 Hochregalkommissionierer EKS 310 DZ 1, ,5 8,8 0,32 0,34 Vertikalkommissionierer Kommissionierhöhe Lager- und Systemgerät Hochregal- Kommissionierer EKX Gegengewichtsstapler Hub / 2 Stufen Elektrostapler Gegengewichtsstapler EFG Zusatzhub h y

6 Hubmaststeuerung - Aufbau - Last max kg (+ Hubgerüst) 4 mech. Leistung Elektrostapler Gegengewichtsstapler EFG Hubmast- Zylinder ( 63 mm) 3 hydr. Leistung Batterie 560 Ah elek. Leistung 1 M/G Frequenzgeregelter Drehstrommotor 80 V Ventilblock Alu. ; 70 l/min ; 200 bar 2 hydr. Leistung Außenzahnradpumpe 34 ccm Lager- und Systemgerät Hochregal- Kommissionierer EKX

7 Hubmaststeuerung - Funktionsschema - Heben Lager- und Systemgeräte Steuerblock / Hubmaststeuerung ohne Zusatzfunktionen Zusatzfunktionen Steuerblock Batterie M/G

8 Hubmaststeuerung - Funktionsschema - Senken Elektrostapler Zusatzfunktionen Steuerblock Batterie M/G Steuerblock / Hubmaststeuerung mit Zusatzfunktionen

9 Energierückgewinnung - Systemwirkungsgrade - Last 3 mech. Leistung 120 Heben Senken 1 Ventilblock 2 hydr. Leistung Wirkungsgrade [ % ] mit Last ohne Last elek. Leistung η = 0,7 / 0,7 hydr. Leistung η = 0,8 / 0,7 mech. Leistung η = 0,85 / 0,7 hydr. Leistung η = 0,7 / 0,5 elek. Leistung M/G elek. Leistung 0 Gesamtwirkungsgrade 36 / 17 %

10 Verluste Heben Verluste Senken Ventilblock Leitungsver. Zylinder Mechanik Beträge der Druckverluste gleich Mechanik Zylinder 160,00 120,00 Ventilblock Leitung mit Anschlüssen 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 0,00 2 ohne Last Druckverluste [ bar ] Output hydr. Energie Input hydr. Energie Energierückgewinnung - Druckverluste - mech. Energie 140,00 hydr. Energie mech. Energie 1 mit Last

11 Energierückgewinnung - Wirkungsgrad Motor/Pumpe - Druck p [bar] Druck p [bar] ,5 0,55 0,6 0,65 η = 0, ,4 Volumenstrom Q [l/min] 0,6 0,65 0,55 η = 0,7 0, Volumenstrom Q [l/min] Pumpenbetrieb Heben Motorbetrieb Senken Merkmale Antriebsdrehzahl geregelt Schluck-/ Hubvolumen konstant Volumenstrom - und Drehrichtungregelung durch Drehzahlverstellung keine Leerlaufverluste relativ gute Wirkungsgrade geräuscharm geringe Kosten Frequenzgeregelter Drehstrommotor mit Außenzahnradpumpe

12 hydrodyn. Reibkraft (% vom nom.) retract retract extend / Reibungsopt. Zylinder extend / Standard Zylinder Kolbengeschw. [mm/s] Standard Zylinder Reibungsopt. Zylinder Energierückgewinnung - Wirkungsgrad Zylinder - rod sealing system piston sealing relative Reibkraft [ % vom nom.] Doppelwirkend Einfachwirkend Druck p [bar]

13 Energierückgewinnung - Verbrennungsmotorischer Antrieb - Last mech. Energie (100 kws kg / 3 m) Hubmastgerüst / Hubmastzylinder Hydraulischer Energiespeicher Speicher 25 Liter / 350 bar Verbrennungsmotor Ventilblock hydr. Energie (170 bar) hydr. Energie (350 bar) Kupplung / Getriebe Hydraulischer Druckübersetzer

14 Möglichkeiten der Rückgewinnung R potentieller Energie in der Mobilhydraulik - Zusammenfassung - Wirkungsgrad bei der Energierückgewinnung potentieller Energie (Nutzsenken) 17 bis 36 % (Arbeitszyklus 30 %) Weiteres Potential durch Optimierung der mechanischen Wirkungsgrade und Reduzierung der Schlauchverluste bis zu 10 % Beim verbrennungsmotorischen Antrieb Energie-Rückspeicherung in Hydraulische Speicher Potential beim regenerativen Bremsen 15 bis 25 % (Quelle: VDMA)