O+P Fluidtechnik 4/2016

ANTRIEBE
Verglichen mit Gleichung 1 zeigt sich, dass die Eleganz dieser
Lösung darin besteht, den Triebwerksdruck (dp) bei gleichzeitig
hohem Bremsdruck zu reduzieren.
Bild 03 verdeutlicht die Funktionsweise des ISLs in einem Fahrzeug,
hier im Mähdrescher mit einem Leergewicht von 24 t, einer
Antriebsleistung von 330 kW und einer maximalen Fahrgeschwindigkeit
von 40 km/h während einer Bremsung am Hang. Der dargestellte
Messschrieb zeigt einen kurzen Fahrzyklus, bestehend
aus einer Beschleunigung auf maximale Fahrgeschwindigkeit in
den ersten 8 s, darauf folgend der Eintritt in eine Bergabfahrt mit
nachfolgendem Abbremsen bis zum Stillstand ab ca. 25 s.
Verdeutlicht wird dies durch die beiden Systemdrücke p A
und p B
,
wobei A die Druckseite für Vorwärtsfahrt, B für Rückwärtsfahrt
bzw. Vorwärts-Bremsdruck ist. Zusätzlich ist der triebwerksinterne
Druck p Kit
gezeigt, der nach dem ISL-Ventil auf die Rotationsgruppe
wirkt. Sobald das ISL aktiv wird, unterscheiden sich p Kit
und p B
.
Weiterhin sind die Drehzahl des Hydraulikmotors und die Dieseldrehzahl
gezeigt.
Die Funktionsweise des ISL wird an diesem Beispiel recht deutlich,
besonders bei 25 s, wenn die Bremsung initiiert wird. Die
Pumpe wird auf neutral kommandiert, durch die kinetische Energie
des Fahrzeugs wird der Bremsdruck, hier bis zu 500 bar aufgebaut.
Der sogenannte Nullhub hält die Pumpe aufgrund des hohen
Drucks auf größerem Schwenkwinkel. Parallel dazu reduziert das
ISL den Druck im Triebwerk p Kit
, dass der Dieselmotor nicht überdreht
wird. Wird der Mähdrescher nun langsamer, d. h. der Volumenstrom,
der vom Motor geliefert wird, wird kleiner, so kann
der Nullhub die Pumpe auf kleineren Winkel bewegen, um den
Bremsdruck aufrecht zu halten. Zusätzlich wird bei kleinerem
Volumenstrom der Einfluss der Blende größer, sodass p Kit
ansteigt,
bis das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist.
Bild 03 macht deutlich, dass Simulation und Messung sehr gut
übereinstimmen. Es finden sich nur kleinere Abweichungen in den
Systemdrücken während der Beschleunigung und dem Eintritt in
die Hangstrecke, was darauf hindeutet, dass die Topologie nicht
perfekt modelliert wurde. Da dies aber nicht kritisch für die Genauigkeit
der Simulation ist, zeigt sich hier ein hohes Vertrauen in diese
Simulationsergebnisse, aber auch in den folgenden Simulationen,
da das gleiche Basismodell verwendet wurde.
Die Vorteile eines solchen Systems bestehen in einer hohen
Betriebssicherheit, Stabilität, kurzen Reaktionszeiten und Bremswegen
sowie einer einfachen Systeminstallation. In der Regel werden
die Einstellparameter mit einer vorgeschalteten Simulation
ermittelt. Kein zerstörter Dieselmotor, keine aufwändige Softwareanpassung
und -parametrierung wurden bisher verzeichnet, und es
ist auch keine Anpassung an Herstelltoleranzen während der Serienproduktion
nötig.
Ein Konzeptnachteil ist allerdings, dass das Ventilsystem nur in
einem Anschluss der Pumpe integriert ist. Für die Majorität der
Fahrzeuge ist das kein Problem, allerdings für Fahrzeuge, die gleich
schnell in beide Richtungen fahren, Fahrzeuge wie Walzen oder Züge
beispielsweise. Hier wären dann Adaptionen nötig, in der Art, dass
das Ventilsystem in einen externen Block integriert wird und somit
auch bidirektional wird.
SOFTWAREBASIERENDES BREMSSYSTEM
Das weitere, hier diskutierte Bremssystem ist im Prinzip ein spezieller
Software-Algorithmus. Um die kinetische Energie abzudrosseln,
werden die systemeigenen Hochdruckventile verwendet. Um
den Dieselmotor nicht zu überdrehen, wird die Pumpe auf kleineren
Winkel geschwenkt, der sich aus einer Modifikation von Gleichung 1
ergibt:
V
Pump
P
=
Eng brake
,
Gl.2
dp ⋅ n
Pump
Zur Volumenstromkompensation wird in der initialen Bremssituation
der Motor ebenfalls zu kleineren Schwenkwinkeln geschwenkt.
Dieses verhindert auch unangenehme Stöße. Wird der Motor nun
zu größeren Winkeln geschwenkt, wird Bremsdruck aufgebaut und
der Großteil des Volumenstroms wird über die Hochdruckventile
entspannt. Dieses System erscheint, da vordergründig keine weiteren
Komponenten benötigt werden, sehr einfach und günstig.
Nachteilig ist aber, dass das Schwenkverhalten der Hydrostaten
wichtig ist. Passen die Schwenkwinkel von Pumpe und Motor nicht
zusammen, können Rücke/Stöße, verminderte Verzögerung oder
auch ein zerstören des Dieselmotors bei zu großem Pumpenwinkel
auftreten. Dies bedingt daher eine intensive Entwicklungs- und
Testphase der Software einhergehend mit intensiven Fahrzeugtests
und Parameterabstimmung auf das Schwenkverhalten der Hydrostaten
– letzterer Punkt kann auch während der Serienproduktion
notwendig sein, um Herstelltoleranzen abzudecken.
Weiterhin ist zu bemerken, dass bei dieser Lösung der Volumenstrom
nicht im Kreis verbleibt, sondern an den Hochdruckventilen
in die Galerie der Pumpe umgeleitet wird, um an der anderen Seite
04 Simulation eines Bremsmanövers mit softwarebasiertem Bremsen in Bergabfahrt
O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 4/2016 77