Untersuchung und Optimierung neuer Lösungen beim elektrohydraulischen Load-Sensing für mobile Arbeitsmaschinen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Load-Sensing (LS) Steuerungstechnik dient dazu, mehrere parallel geschaltete Verbraucher in einer Maschine, die von einer Hydraulikpumpe versorgt werden, mit guter Energieeffizienz zu steuern oder zu regeln. Dazu wird der Volumenstrom, den die Pumpe fördert, ständig dem Bedarf aller betätigten Verbraucher angepasst (keine Volumenstromverluste) und der Druck an der Pumpe auf den jeweils höchsten Lastdruck, erhöht um eine geringe, weitestgehend konstante Steuerdruckdifferenz, begrenzt. Elektrohydraulische Systeme bieten, im Vergleich zu den heute gebräuchlichen hydraulischmechanischen Systemen, ein besseres statisches und dynamisches Verhalten sowie Vorteile für die konstruktive Gestaltung der Maschinen. Bei den bisher vorgeschlagenen elektrohydraulischen LS-Systemen sind die dafür notwendigen Sensoren, i. Allg. Drucksensoren, oft nicht genügend robust, arbeiten nicht mit hinreichender Genauigkeit oder sind vergleichsweise teuer. Außerdem werden dann aufwendige und schnellere LS-Ventile erforderlich, deren statische und dynamische Eigenschaften mit denen von Regelventilen vergleichbar sind. Im Rahmen der hier vorgestellten Forschungsarbeiten sind neue elektrohydraulische Steuerungssysteme entwickelt worden, die ohne den Einsatz von teuren Drucksensoren zur Steuerung des Systems auskommen. Außerdem können die heute üblichen kostengünstigen LS-Ventile beibehalten werden. Die erarbeiteten LS-Systeme ermöglichen praxistaugliche, schnell umzusetzende elektrohydraulische Steuerungssysteme, welche bessere statische und dynamische Übertragungseigenschaften besitzen als die heute üblichen hydraulischmechanischen Load-Sensing Systeme. Die systematische Analyse von LS-Systemen mit vorgeschalteter und mit nachgeschalteter Druckwaage (Stromregler- und Stromteilerschaltung) führte zu zahlreichen neuen elektrohydraulischen Systemvarianten. Eine vergleichende Bewertung der entworfenen Systeme nach technischen und kommerziellen Kriterien ergab eine Rangliste, die zur Auswahl der weiter zu untersuchenden Systeme diente. Die vergleichende Bewertung erfolgte in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner. Für die experimentelle Verifikation der simulationstechnischen Untersuchungen wurde am Institut ein Load-Sensing Prüfstand aufgebaut. Die näher untersuchten neuen LS-Systeme ermöglichen eine genaue Volumenstromanpassung der Pumpe an den Gesamtbedarf der Verbraucher sowie eine bedarfsgerechte Versorgung der einzelnen Verbraucher. Der Drucküberschuss ist bei den neuen LS-Konzepten stark reduziert. Dadurch erzielen sie eine deutliche Senkung der Energieverluste gegenüber den konventionellen hydraulisch-mechanischen LS-Systemen. Die neuen LS-Systeme weisen bei gleicher Robustheit auch eine deutlich höhere Dämpfung und kürzere Einschwingzeit als die konventionellen Systeme auf. Damit konnten die Projektziele erreicht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Elektrohydraulisches Load-Sensing - neue Lösungen für mobile Arbeitsmaschinen,
O+P Ölhydraulik und Pneumatik 48 (2004), 10 (S. 635-640) und 11-12 (S. 712-715)
Djurovic, M.; Helduser, S.
- Neue Load-Sensing Systeme für Traktoren,
VDI-Tagung „Landtechnik“,Magdeburg, 2004
Djurovic, M.; Helduser, S.
- Neue Lösungen zum elektrohydraulischen Load-Sensing,
4. Internationales Fluidtechnisches Kolloquium, Dresden 2004, Band 2, S. 59-70
Djurovic, M.; Helduser, S.; Keuper, G.
- New control strategies for electro-hydraulic Load-Sensing,
Bath Workshop on Power Transmission & Motion Control (PTMC), Bath 2004
Djurovic, M.; Helduser, S.
- Control Strategies for Load-Sensing in Mobile Machinery,
Sixth International Conference on Fluid-Power Transmission and Control, ICFP,
Hangzhou, 2005
Helduser, S.; Djurovic, M.
- Control Strategies for Load-Sensing in Mobile Machinery,
VDMA-Forum, Hannover Messe, 2005
Helduser, S.
- Neue Lösungen beim elektrohydraulischen Load-Sensing für mobile
Arbeitsmaschinen, Fachtagung Baumaschinentechnik, Dresden 2006, S.75-85
Finzel, R.; Helduser, S.; Djurovic, M.
- Energiesparende Antriebssysteme für die Arbeitshydraulik mobiler Arbeitsmaschinen,
„Elektrohydraulisches Flow Matching“,
Dissertation TU Dresden, 2007
Djurovic, M.
- Elektrohydraulisches Load-Sensing für mobile Arbeitsmaschinen –
Steuerungssysteme für Baumaschinen,
geplant für 3. Quartal 2008 in O+P Ölhydraulik und Pneumatik
Finzel, R.; Helduser, S.
- Energy-Efficient Electro-Hydraulic Control Systems for Mobile Machinery /
Flow Matching,
6. Internationales Fluidtechnisches Kolloquium, Dresden 2008, Band 1, S. 89-102
Finzel, R.; Helduser, S.
- New electro-hydraulic control systems for mobile machinery,
Fluid Power & Motion Control Symposium FPMC 2008, 10-12 September 08
Finzel, R.; Helduser, S.
- „Dem Bagger Druck machen“
Pressemitteilung der TU Dresden erschienen im Universitätsjournal, April 2008
Finzel, R.; Helduser, S.
- „Fluid Power in Motion“ Elektrohydraulisches Load-Sensing für mobile
Arbeitsmaschinen,
Fluid 1-2 2008, S. 14-16
Finzel, R.; Helduser, S.
