Vorgehen zur Optimierung einer elektrohydraulischen Bedarfsstromsteuerung durch Erweiterung der Systemfreiheitsgrade

Die elektrohydraulische Bedarfsstromsteuerung (EBSS) ist eine Alternative zu konventionellen hydrostatischen Antriebssystemen in mobilen Arbeitsmaschinen und bietet Potenzial zur energetischen Optimierung. Diese Arbeit entwickelt eine systematische Methodik zur gezielten Erweiterung der Steuerungsfreiheitsgrade in einem EBSS-System, um Drosselverluste zu minimieren, Rekuperation und Regeneration zu ermöglichen und damit die Energieeffizienz zu steigern. Zentrale Modifikationskonzepte umfassen getrennte Steuerkanten, die Einführung zusätzlicher Druckniveaus sowie die Erhöhung der Wirkflächen bei linearen Aktoren. ... mehrDie vorgeschlagene Steuerstrategie basiert auf einem mehrzieligen Optimierungsansatz und gewährleistet trotz gesteigerter Systemkomplexität eine vergleichbare Bedienbarkeit zu konventionellen hydrostatischen Antriebssystemen.
Am Beispiel eines Radladers wird eine Systemmodifikation einem Referenzsystem gegenübergestellt. Die Simulationsergebnisse zeigen für das betrachtete Arbeitsspiel – Y-Zyklus – eine Energieeinsparung von 13,7 %. Aufgrund der erhöhten Anzahl an Komponenten steigt die Ausfallwahrscheinlichkeit der Ventiltechnik sowohl in der Sicherheits- als auch Zuverlässigkeitsfunktion. Dies macht zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erforderlich. Die Analyse der Lebenszykluskosten verdeutlicht, dass die gesteigerten Investitionskosten derzeit eine wirtschaftliche Umsetzung für Maschinenhersteller nicht rechtfertigen, obwohl signifikante Betriebskostensenkungen möglich sind.

Electro-Hydraulic Flow-on-Demand System (EBSS) is an alternative to conventional hydrostatic drive technologies in mobile machinery and offers potential for energy optimization. This work develops a systematic methodology for the extension of the system control degrees of freedom in an EBSS-system in order to minimize throttling losses, enable recuperation and regeneration and thus increase energy efficiency. Essential modification concepts include independent metering, the introduction of additional pressure levels and the increase of effective areas in linear actuators. ... mehrThe proposed control strategy is based on a multi-objective optimization approach and ensures comparable operability to conventional hydrostatic drive technologies despite increased system complexity.
Using the example of a wheel loader, a system modification is compared with a reference system. The simulation results show an energy saving of 13,7 % for the considered work cycle – Y-cycle. Due to the increased number of components, the probability of failure of the valve technology increases both in the safety and reliability function. This makes additional safety measures necessary. The analysis of life cycle costs makes it clear that the increased investment costs do not currently justify economic implementation for machine manufacturers, although significant reductions in operating costs are possible.