Steigerung der Energieeffizienz in der Arbeitshydraulik mobiler Maschinen (STEAM)

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Der Grundgedanke von STEAM, einem vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt des Instituts für fluidtechnische Antriebe und Steuerung der RWTH Aachen (IFAS), beruht auf einer konstanten Belastung des Motors in seinem optimalen Arbeitsbereich. Hierzu wird ein Konstantdrucksystem mit einer Konstantpumpe in einer Speicherladeschaltung verwendet.

Anders als bei einem Load-Sensing- oder Flow-Control-System bedienen Motor und Hydraulikpumpe aber nicht direkt die Hy-draulikzylinder – die werden je nach Anforderung über ein Ventilsystem aus einem der beiden Hydraulikspeicher für Hochdruck (250 bar) und Mitteldruck (150 bar) bedient. Mit Hochdruck und Mitteldruck (sowie dem schon vorhandenen Tankdruck) ist es über Schaltventile möglich, jede Zylinderseite mit drei verschiedenen Druckniveaus zu verbinden; aus der Differenz zwischen Hoch- und Mitteldruck lässt sich beispielsweise ein Druck von 100 bar generieren.

Abhängig von der aktuellen Last kann mit einer Steuerung also genau das erforderliche Druckniveau ausgewählt werden – der maximale Hydraulikdruck wird also nur dann abgerufen, wenn er wirklich benötigt wird. Weniger belastende Anforderungen werden mit einem niedrigeren Hydraulikdruck bedient, was Drosselverluste spürbar reduziert. Das System erlaubt außerdem die Wiedergewinnung von potenzieller und kinetischer Energie an allen Aktuatoren, auch beim Ausleger, etwa beim Absenken von Lasten. Diese Energie wird entweder direkt weiterverwendet oder in einen der zwei Hydraulikspeicher zurückgeführt. Als Aufgabe von Motor und Pumpe verbleibt, den Arbeitsdruck im gerade benötigten Hydraulikspeicher aufrecht zu erhalten. Aufgrund des konstanten Fördervolumens der Pumpe und des relativ konstanten Systemdrucks kann der Motor so in einem engen, optimierten Betriebsbereich bei niedriger Drehzahl konstant belastet werden.

In einem Test trat das STEAM-Konzept gegen ein Load-Sensing-System an. Beide wurden parallel auf einem Volvo EW18C installiert und getestet; die Tests liefen auf derselben Maschine, am selben Tag, mit demselben Fahrer. Trotz der niedrigeren Drehzahl erreicht die Maschine mit dem neuen Hydrauliksystem die gleiche Produktivität. Einige Arbeitsschritte absolviert sie auch merklich schneller. Im direkten Vergleich ergab sich für das STEAM-System ein Verbrauchsvorteil von etwa 30 Prozent.

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