Radlader und Muldenkipper, Bild: fotofuerst/Fotolia

Sparsame Maschine gesucht: Universitäten und Industrie forschen an der Antriebstechnik Mobile Maschinen, um den Betrieb produktiver und effizienter zu machen. Bild: fotofuerst/Fotolia

Maschinen, die sich bewegen können, gibt es viele. Eingesetzt werden sie in der Land- und Forstwirtschaft, zum Bau von Straßen, für die Landschaftspflege oder im kommunalen Bereich. Ihr Antrieb hat entscheidenden Einfluss auf Produktivität, Wirtschaftlichkeit und Umweltbelastung. „Hybride und energieeffiziente Antriebe für mobile Arbeitsmaschinen“ lautete das Thema der 6. Mobima-Fachtagung Mitte Februar in Karlsruhe.

Der Einladung des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau und des Teilinstituts Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) am Institut für Fahrzeugsystemtechnik des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) waren knapp 200 Teilnehmer gefolgt. Etwa zwei Drittel von ihnen vertraten die Hersteller und ihre Zulieferer. Sie suchten Antwort auf die Frage, welchem Antrieb unter welchen Bedingungen die Zukunft gehört.

Eins wurde schnell deutlich: Wenn längere Zeit hohe Leistung gebraucht wird, führt in absehbarer Zukunft kein Weg an Verbrennungskraftmaschinen in Kombination mit Hydraulik vorbei. Und diese ist noch lange nicht ausgereizt. Das verdeutlichte Lutz Heidrich von Daimler am Beispiel Unimog, quasi dem Urgestein der mobilen Geräteträger. Kunden forderten mehr Leistung des hydrostatischen Fahrantriebs, allerdings ohne Gewichts- oder Bauraum-Nachteile. Erfüllt werden konnte diese Forderung relativ einfach durch Anheben des Systemdrucks auf 500 bar.

Dabei gab es allerdings ein Problem: „Die eingeleiteten Energiemengen durch Schwingungen in die Verrohrungen waren im Resonanzfall nicht beherrschbar.“ Schläuche hätten eine zusätzliche Wartung erfordert. Die Lösung: Durch Drehen und Umgestalten der Hydraulikeinheit konnten die Verrohrungen so verkürzt werden, dass die Eigenfrequenzen in einen unkritischen Bereich sanken. Ein positiver Nebeneffekt war, dass sogar Platz gespart wurde, sodass jetzt zusätzliche Ausstattungsvarianten möglich sind.

Effizienz und Dynamik: Drehzahl statt Volumen ändern

Eine bessere Effizienz hat sich Lennart Roos, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge der TU Braunschweig, zum Ziel gesetzt. Statt über die Variation des Volumenstroms verändert er das Pumpenfördervolumen über die Drehzahl des Antriebs hydrostatischer Pumpen. „Dies bietet energetische und/oder dynamische Vorteile“, erklärt er.

Man kennt solche drehzahlvariablen Pumpenantriebe aus dem Stationärbereich. Roos übertrug das Prinzip jetzt auf Mobilanwendungen. Um den Bedarf an elektrischer Leistung möglichst gering zu halten, teilt er die Pumpenantriebsleistung auf einen mechanischen und einen elektrischen Leistungspfad auf und führt sie über ein Planetengetriebe auf der Pumpenwelle wieder zusammen. Nun will er noch das Problem lösen, dass sich beim Einsatz günstiger, einfacher Planetengetriebe eine oft unerwünschte Stand-by-Pumpendrehzahl ergibt.

Schon einen Schritt weiter ist man da bei Weiss Mobiltechnik in Rohrdorf. Geschäftsführer Björn Weiß und Marco Wydra, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Teilinstitut Mobile Arbeitsmaschinen am KIT, entwickelten eine elektrohydraulische Bedarfsstromsteuerung. Sie soll für eine höhere Effizienz von Forstmaschinen sorgen. Die Steuerung lässt sich nachrüsten und verbessert erheblich die Bedienbarkeit der Geräte, wie Praxistests mit einer Entrindungsmaschine und einem Rückezug gezeigt haben. Als weitere Stufe ist jetzt die Einführung einer getrennten Zu- und Ablaufsteuerung geplant. Diese bringt, je nach Steuerungskomplexität und Anzahl der Zusatzkomponenten, weitere Vorteile. Sie lasse sich aus marktgängigen Ventilen aufbauen und ebenfalls nachrüsten.