Hydraulik-Hybride: Alternative Antriebe im Trend

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Kostenneutrale Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit

Ein ebenso wichtiges Kriterium für die Entscheidung zum Einbau eines solchen Hybrid-Unterstützungssystems ist die Reduzierung der Motorleistung. Bei einer realisierten Staplerapplikation konnte die notwendige Motorleistung beispielsweise um 30% auf zirka 14 kW gesenkt werden. Fazit: Der kleinere Motor erhöht die Wirtschaftlichkeit während der gesamten Laufzeit des Fahrzeugs.

Für den Hersteller bedeutet das eine nahezu kostenneutrale Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit seiner Produkte. Für den Betreiber entsteht ein erheblicher Zusatznutzen, da nicht nur die Energiekosten gesenkt, sondern auch die Verfügbarkeit der Maschinen, bedingt durch längere Nachtank- oder Aufladeintervalle, erhöht wird. Dies kommt meist in mobilen Arbeitsmaschinen zum Tragen wie Flurförderzeugen, Baggern, Radladern, Umschlaggeräten, Kranen und anderen. «Diesen Mehrfachnutzen sehen wir als Hauptvorteil hybrider Antriebskonzepte auf Basis von Hydraulikspeichern», betont denn auch Bauer.

Energiesparende Hybridlösung für Schienen- und Nutzfahrzeuge

Aber auch in Schienenfahrzeugen lassen sich Hydrospeicher problemlos einsetzen und damit Energie sparen. So werden die im Bremsbetrieb aufgeladenen Hydrospeicher für die geräuscharme Fahrt bei ausgeschaltetem Motor verwendet. Dieses Verfahren bietet sich beispielsweise bei der Ein- und Ausfahrt in Bahnhöfen an. Ergebnis ist auch hier eine Energieeinsparung.In Nutzfahrzeugen können Hoch- und Niederdruckspeicher parallel oder seriell zum Antriebsstrang angebaut werden. Über einen speziellen Antriebsstrang oder über ein hydrostatisches Getriebe werden sie im Bremsbetrieb geladen, die Energie lässt sich beim Auftreten von Lastspitzen, wie sie beim Anfahren auftreten, sofort wieder abrufen. Auch hier steht die Kraftstoffeinsparung im Vordergrund. Gleichzeitig werden auf diese Weise die Schadstoffemissionen sowie der Bremsenverschleiss merklich reduziert. Hinzu kommt der Vorteil des hydraulischen Hybrids, was heisst, dass die Fahrzeuge bedingt durch die hohe Leistungsdichte im Boostbetrieb unter Umständen ein besseres Beschleunigungsvermögen aufweisen als elektrische Hybridfahrzeuge.

Neu im Angebot:Leichtbau-Blasenspeicher

Besonders interessant für den Einsatz in Nutzfahrzeugen ist der von Hydac neu entwickelte Leichtbauspeicher. Der Leichtbaublasenspeicher mit einem Nennvolumen von 50 Litern spart gegenüber Standardspeichern mehr als 60 % Gewicht ein. Der gewickelte Speicher besitzt die gleichen Leistungsdaten und Eigenschaften wie der Standardspeicher und ist für den Einsatz in mobilen Applikationen freigegeben. Besonderes Merkmal ist die grosse Öffnungsweite auf der Flüssigkeitsseite des Speichers, die jederzeit eine Inspektion oder Entnahme der Blase ermöglicht. Die Speicher sind für weit über 3 Mio. Lastzyklen ausgelegt, was im Prüffeld unter Beweis gestellt wurde.

Weitere Hybridlösungen zeichnen sich derzeit im Bereich der mobilen Baumaschinen ab. Hier ist das Ziel, die Leistung für den Leerhub der Arbeitsbewegungen zu reduzieren und die Energie beim Senken zurückzugewinnen. Neben den hydraulischen Speichern bietet Hydac hierzu auch die erforderlichen Ventil- und Zylindersysteme zur Realisierung dieser innovativen Antriebslösungen an.

Innovation nur in Verbindung mit Wirtschaftlichkeit

Hydraulische Unterstützungssysteme bieten sich in vielen Anwendungen aufgrund ihres flexiblen Einsatzes und der vergleichsweise niedrigen Investitions- sowie Servicekosten an. Für die Bereitstellung der gleichen Leistung addieren sich die Kosten bei einer Doppelschicht-Kondensator-Lösung auf rund das Fünffache einer Hydraulik-lösung. Bei Lithium-Ionen-Batterien muss heute sogar mit Mehrkosten von nahezu dem Zehnfachen kalkuliert werden.

Ein Pluspunkt der Hydraulikspeicher ist auch ihre grosse Einsatzbreite, weil sie sehr kompakt sind und in einem grossen Temperaturbereich störungsfrei arbeiten. Während beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien und Doppelschicht-Kondensatoren nur in einem kleinen Temperaturfenster von 10 bis 25 °C zuverlässig arbeiten, funktionieren Hydraulikspeicher davon vollkommen unbeeinflusst bis zu +100 °C. Wobei der Temperatureinsatzbereich im Wesentlichen durch die richtige Wahl des Elastomers der Blase beeinflusst wird.

Der gasseitige Wirkungsgrad eines Kolbenspeichers bewegt sich je nach Frequenz und Belastungszyklus beispielsweise in einem Toleranzfeld zwischen 80 und 95%. Um den maximalen Wirkungsgrad zu erreichen, muss jeweils der optimale Hydraulikspeicher (Speichervolumen, Vorfülldruck, Isolation etc.) ausgewählt werden. Welche Werte sich in konkreten Anwendungsfällen ergeben, lässt sich über das so genannte Accumulator Simulation Programm (ASP) von Hydac sehr genau ermitteln.

Hydraulikspeicher sind in vielen Bereichen im Vorteil

Im direkten Vergleich zwischen Doppelschicht-Kondensator, Lithium-Ionen-Batterie und Hydraulikspeicher ergibt sich folgendes Bild: Bezüglich der Leistungsdichte, der Alterung beziehungsweise des Kapazitätsverlusts, des Temperaturbereichs, der Selbstentladung und der Kosten besitzen Hydrospeicher eindeutige Vorteile gegenüber den erwähnten beiden anderen Varianten, die für hybride Antriebslösungen relevant sind.

Die Anwendungsbreite und die Möglichkeit, Energieeinsparungen mit Systemverbesserungen zu verbinden, macht Hybridantriebe in vielen Bereichen sehr interessant. Dies haben die Maschinenhersteller längst erkannt und handeln. «Aus mehr als 40 Jahren Praxis wissen wir, was Hydraulikspeicher alles leisten können und dass sich neue und innovative Lösungen mit relativ wenig Engineering-Aufwand umsetzen lassen», lautet das Fazit von Frank Bauer. Verständlich, denn Hydrospeicher übernehmen schon seit Jahrzehnten in der gesamten Industrie anspruchsvolle Aufgaben. Wenn es also um alternative Hybridantriebe geht, hat die Hydraulik ein wichtiges Wort mitzu-reden.

InformationHydac International GmbHD-66273 Sulzbach/Saarwww.hydac.com

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