abgeschlossene Promotionen & Habilitationen

Dissertation

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der systematischen Erschließung von Potentialen zur Steigerung der Energieeffizienz von Fahrantrieben am Beispiel eines 24-t-Radladers. Die Maschinen dieser Leistungsklasse verfügen über eine installierte Motornennleistung von circa 200 kW. Den für diese Anwendung üblichen hydrodynamischen Getrieben werden im Rahmen dieser Arbeit hydrostatische und hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Strukturen vergleichend gegenübergestellt. Neben der Ausführung des Getriebes steht im Rahmen dieser Arbeit die Betriebsstrategie des Verbrennungsmotors im Fokus der Betrachtung. Im Gegensatz zu hydrodynamischen Getrieben bieten hydrostatische oder hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigte Getriebe die Möglichkeit einer definierten aktiven Beeinflussung der Getriebeübersetzung. rnDem hohen Aufwand zur Realisierung und experimentellen Untersuchung unterschiedlicher Getriebestrukturen wird durch eine simulationsgestützte Betrachtung Rechnung getragen. Hierfür wurden im Zuge dieser Arbeit modular aufgebaute Simulationsmodelle entwickelt und verifiziert. Deren Hauptbestandteile sind die funktional und energetisch relevanten Komponenten wie Verbrennungsmotor, Verdrängereinheiten, hydrodynamische Wandler, Stirnradgetriebe oder Planetengetriebe sowie schaltbare Kupplungen, Spül- und Speisesysteme des hydrostatischen Getriebes und die Stellsysteme der Verdrängereinheiten. Für die Modellbildung der einzelnen Komponenten wird teilweise auf verifizierte Ansätze aus der Literatur zurückgegriffen. Die Qualität der erarbeiteten Modelle wurde anhand von experimentellen Untersuchungen an einem Getriebeversuchsstand und an einem Radlader nachgewiesen. Mit Hilfe der Simulationsmodelle lassen sich beispielsweise Wirkungsgradkennfelder erzeugen, anhand derer dem Anwender eine Einschätzung des energetischen Verhaltens über den gesamten Betriebsbereich möglich ist.rnAufgrund der universellen Einsetzbarkeit mobiler Arbeitsmaschinen besteht in der Fachwelt Uneinigkeit über die Rahmenbedingungen für den energetischen Vergleich unterschiedlicher Antriebskonzepte. Analysen umfangreicher Messschriebe zu Beginn der Arbeit verdeutlichen die Auswirkungen der universellen Einsetzbarkeit der Beispielmaschine auf die Belastung der Antriebsstrangkomponenten. Während einige Anwendungen die installierte Motorleistung komplett ausschöpfen, führt die Vielzahl der Arbeitsaufgaben zu einem Betrieb der Komponenten im mittleren Teillastbereich. Auch die typischen Geschwindigkeiten des Fahrantriebs variieren anwendungsbezogen sehr stark. Als Bewertungsgrundlage werden im Rahmen dieser Arbeit bewusst keine Lastzyklen genutzt. Es wird ein Verfahren auf Basis von Häufigkeitsverteilungen vorgestellt, welches die Möglichkeit bietet, unterschiedliche Einsatzfälle, über längere Zeiträume hinweg unter verschiedenen Umgebungsbedingungen differenziert und kombiniert zu betrachten.rn

Fahrantrieb, Getriebe, Hydraulik, Simulation, Radlader, mobile Arbeitsmaschine