Professor Manfred Geimer vom Institut für Fahrzeugsystemtechnik am KIT,
Professor Manfred Geimer vom Institut für Fahrzeugsystemtechnik am KIT forscht an energieeffizienten Antrieben für Mobile Maschinen. (Bild: FAST)

Zwei große Trends sieht Professor Manfred Geimer, Leiter des Instituts für Fahrzeugsystemtechnik und Inhaber des Lehrstuhls für Mobile Arbeitsmaschinen am Karlsruher Institut für Technologie: „Im Mittelpunkt stehen die Entwicklung energieeffizienter Antriebe beziehungsweise Maschinen sowie die Elektronifizierung der Maschinen und Prozesse.“ An seinem Institut erforscht man schon lange hybride Antriebsstrukturen, beispielsweise für Teleskoplader oder die elektrohydraulische Bedarfsstromsteuerung für einen Forstkran. Neue Steuerungssysteme und die Elektronifizierung der Maschinen helfen dabei, „neu entstehende Freiheitsgrade optimal zu nutzen“.

Die Forschung scheint deckungsgleich mit den Anforderungen der Industrie. So verweist Bosch Rexroth auf die strenger werdenden Emissionsvorgaben wie die STAGE IV in Europa oder die TIER IV final in den USA, die die Nachfrage nach energieeffizienten Lösungen ankurbelten. Bertram Hoffmann: „Unsere Arbeits- und Fahrhydraulik liefert schon heute einen erheblichen Beitrag, Dieselverbrauch und damit die Abgasemissionen von mobilen Arbeitsmaschinen zu verringern; allerdings muss auch die energieeffiziente Hydraulik der Zukunft auf Leistungsdichte und einen hohen Bedienkomfort setzen.“

Bereits 2019 folgt die EU-Stufe V, die neben einer weiteren Verringerung der Rußpartikelmasse eine Begrenzung der Zahl an Rußpartikeln vorschreibt. Bernd Krüper, Leiter des Geschäftsbereichs Construction & Agriculture beim Motorenhersteller MTU, erklärt: „Von den Weiterentwicklungen für die EU-Stufe V wird die Branche direkt profitieren: Ein höheres Drehmoment bei niedrigen Motordrehzahlen, ein nochmals reduzierter Kraftstoffverbrauch und ein erweiterter Leistungsbereich im Vergleich zu den Vorgängermotoren für EU-Stufe IV werden als Ergebnis der Entwicklung angestrebt.“

Effizienz ist auch bei Weber-Hydraulik ein zentrales Thema. Dort werden die verlustbehafteten ventilgesteuerten Systeme durch den Einsatz hochdynamischer, regelbarer Pumpenantriebe mit verdrängergesteuerten Systemen ersetzt. Den Effekt beschreibt Application Engineer Ralf Naumann: „Druckverluste werden durch den Entfall der Ventilregelfunktionen minimiert und Druckversorger im 4-Quadrantenbetrieb eröffnen neue Möglichkeiten der Energierückgewinnung bei Bremsvorgängen und wiederkehrenden Hubfunktionen.“

Konnektivität ist die Voraussetzung für das zweite große Thema: vernetzte Systeme in mobilen Arbeitsmaschinen. Damit das funktioniert, muss die Hydraulik elektrifiziert werden. Bosch Rexroth kommt dabei zupass, dass man innerhalb der Bosch Gruppe auf unterschiedliche Technologien rund um die Fahr- und Arbeitshydraulik, die Motor- und Fahrzeugelektronik sowie die Hard- und Software zurückgreifen könne.

Das Internet der Dinge ist auch bei Parker Hannifin ein großes Thema. Dort hat man beispielsweise für die Parker Mobilsteuerungselektronik IQAN ein Modem eingeführt, um Ferndiagnosetools einrichten zu können. Ein Bluetooth-Dongle ermöglicht die drahtlose Kommunikation zwischen Maschine und einem Tablet-PC oder Smartphone. „Neben der Hardware haben wir auch geeignete Software auf iOS- und Android-Basis entwickelt, mit der sich einfach Diagnose- oder Parametrierfunktionen realisieren lassen“, ergänzt Dr. Manfred Mager, Systems Engineering Manager Mobile bei Parker Hannifin.

Digitalisierung kann zudem die Sicherheit erhöhen, wie Mager anhand der neuen Parker IQAN-MC4.x–Steuerung erläutert: „Sie verfügt über einen neuen SIL2-Mobilcontroller, der eine einfache Realisierung von funktionalen Sicherheitsanforderungen ermöglicht.“ Sicherheitsfunktionen nach ISO 13459 ließen sich mit dem zugehörigen Softwarepaket einfach erstellen.

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