Mobile Arbeitsmaschinen gehen auf Energiespar-Kurs
Im BMBF-Verbundprojekt „TEAM“ wollen Industrie und Forschung den Energiebedarf von mobilen Arbeitsmaschinen um ein bis zwei Fünftel gegen über den heutigen Werten senken. Über den Stand der Entwicklung informierte ein Workshop beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA) in Frankfurt.
Das ehrgeizige Projekt unter dem Begriff „TEAM“ (Entwicklung von Technologien für energiesparende Antriebe mobiler Arbeitsmaschinen) startete Anfang 2012. Die Effizienz aller Antriebskomponenten und des Maschineneinsatzes spürbar zu verbessern, lautet das Ziel. 19 Hersteller mobiler Arbeitsmaschinen und ihre Zulieferer sowie Forscher aus Dresden und Karlsruhe arbeiten in diesem BMBF-Projekt mit seinem Etat von rund 8 Mio. €. Im Mittelpunkt stehen Themen wie „Prozessseitige Wirkung auf den Energiebedarf“, „Dieselmotor für Hybridantriebe“, „elektrische Highspeed-Antriebe“ oder „Methoden zur Ermittlung der Energieeffizienz“. Die meisten TEAM-Partner beteiligen sich dabei am „Technologieträger Grüner Radlader“.
Dazu zählt das Liebherr-Werk Bischofshofen aus Österreich. „Das Verbundprojekt thematisiert auch das Optimierungspotenzial in der Arbeitsweise der Baumaschinen, z. B. im Grabprozess eines Hydraulikbaggers“, begründete Herbert Pfab, Leiter Entwicklung Radlader die Teilnahme: „Diese sogenannte Prozessenergie wird nicht durch die Konstruktion der Maschinen, sondern erst durch die Betriebsweise der Geräte bestimmt.“
Gesamte Antriebstechnik auf dem Prüfstand
Die Projektteilnehmer bauen allerdings – auch aus Kostengründen – zunächst keinen neuen Radlader, sondern arbeiten mit einer virtuellen Version des 24-Tonners, dessen reale Antriebstechnik später auf einem Prüfstand erprobt werden soll. Alles in allem wollen die Teilnehmer die Gesamtmaschine in Simulationsumgebung (Mining-Bagger), Laborversuch und Feldtest validieren. Dieser Maschinentyp wurde ausgewählt, weil in ihm eine Vielzahl von Antrieben zusammenwirken. „Die vom Dieselmotor aufgebrachte Energie wird in großen Anteilen dem Traktionsantrieb der Räder als auch den Linearantrieben der Arbeitshydraulik zur Verfügung gestellt“, erklärte Pfab. „Ein Radlader arbeitet in der Regel in einem sehr instationären Zyklus.“
Hier bieten sich Rekuperation (Energierückgewinnung) und Hybridisierung als „Sparstrategien“ an. Zum Einsatz kommt ein leistungsverzweigtes Getriebe HVT (Hydromechanical Variable Transmission) der Bosch Rexroth AG in Lohr, das nach Firmenangaben bei Radladern den Kraftstoffverbrauch um bis zu 20 % senkt. Zusammen mit weiteren Innovationen ist Pfab sicher, dass die Projektteilnehmer die Effizienzsteigerungen von bis zu 40 % erreichen.
Der „Technologieträger Grüner Radlader“ weist nicht nur auf die steigende Rolle der Hybridtechnik in den Offroad-Fahrzeugen hin: Zum Steigern der Effizienz um bis zu zwei Fünftel reicht es nicht mehr aus, alternative Antriebskonzepte auszuwählen. Es bedarf vor allem sehr präziser Berechnungs- und Simulationsverfahren. Die Takraf GmbH aus Leipzig, ein Hersteller der weltweit größten Schaufelbagger, arbeitet mit am Teilprojekt „Prognosewerkzeug zur Bestimmung des Prozesseinflusses“. Das geplante Simulationssystem soll zusammen mit Maschinen- und Erdstoffmodellen die Energiebilanz der Maschinen vorhersagen, um die Entwicklung der Technik effizienter zu gestalten. Die Takraf-Ingenieurin Tina Grüning präsentierte in Frankfurt die Vorgehensweise: So nutzen die Simulationsexperten unter anderem die Diskrete-Elemente-Methode (DEM), die Mehrkörpersimulation und die objektorientierte Beschreibungssprache „Modelica“.
Es fehlen praxistaugliche Prognosewerkzeuge
Und hier steckt der „virtuelle Teufel“ im Detail: Die Fachleute arbeiten daran, wie sich mithilfe der Diskrete-Elemente-Methode das sogenannte Erdstoffverhalten beschreiben lässt. Das eigentliche Problem ist jedoch nicht die numerische Mathematik, sondern das Fehlen von Modellen. Es handelt sich etwa im Übertage-Bergbau – dem typischen Einsatzgebiet der Takraf-Maschinen – um Erdmassen, die in ihrer Zusammensetzung stark schwanken. Ein Mitstreiter des Teilprojektes brachte es auf den Punkt: „Uns fehlen zum Erstellen eines praxistauglichen Prognosewerkzeuges noch die genormte Erde.“
Mehr ins antriebstechnische Detail nicht nur in Sachen Offroad geht das 15. Antriebstechnische Kolloquium (ATK), das vom 19. bis 20. März 2013 im Eurogress Aachen stattfindet.
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