Zentralhydraulik, Bild: Schnupp

3D-Ansicht der Zentralhydraulik: Der maximale Ölvolumenstrom liegt bei 2400 l/min. - Bild: Schnupp

Servohydraulische Versuche haben sich bei Tests der Betriebsfestigkeit im Fahrzeugbau bewährt und sind inzwischen Stand der Technik. Die heutigen Herausforderungen liegen in der Komplexität dieser Versuche. Die zunehmende Elektrifizierung schafft neue Anforderungen speziell an die Dynamik und an die Lasten im Versuch. BMW Group setzt nun in einem neu errichteten Werkstatt-, Prüfstände- und Messtechnik-Gebäude des Forschungs- und Innovationszentrums in München eine neue Zentralhydraulik ein. Die intelligente Hydraulikversorgung mit Forecast-Steuerung ist an drei Betriebsfestigkeitsprüfstände und einen Akustikprüfstand angeschlossen. Getestet werden auf den Achs-, Karosserie-, Rollen- und Akustikprüfständen typischerweise Fahrwerksteile, Lenkungsteile, Antriebsstränge, Federn und ähnliches.

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Franz Spanfeldner ist zuständig für Vertriebs- und Projektleitung bei Schnupp Hydraulik

Der Fahrzeughersteller erarbeitete für das Hydrauliksystem ein detailliertes Lastenheft. Zu den Anforderungen gehörten zum Beispiel eine Verfügbarkeit von 99,7 %, Kräfte bis 100 kN, Zylindergeschwindigkeiten bis 2,4 m/s Kurzhub, Frequenzen bis 40 Hz, Zylinderhübe bis 200 mm und ein Drehmoment bis 4.000 Nm. Der Betriebsdruck sollte bei 280 bar liegen. Realisiert hat diese Anlage die Firma Schnupp. Die Unternehmen setzten in dem Projekt auf Servohydraulik. In Verbindung mit der Zentralhydraulik hat diese mehrere Vorteile:

  • Die Systeme erreichen eine hohe Energiedichte und Dynamik.
  • Die Regelungsqualität und Nachfahrgüte machen eine Darstellung von Echtzeit-Signalverläufen möglich.
  • Ausgewählte Streckenverläufe mit exakten Realwerten von der Straße können auf den Prüfständen gefahren werden.

Um die Fahrzeugkomponenten Belastungen auszusetzen, die einem Fahrzeugleben entsprechen, laufen die typischen Dauertests auf diesen Prüfständen etwa zwei bis sechs Wochen lang, 24 h am Tag.

Akustikprüfstand, Bild: BMW Group
Der Fahrzeugbauer nutzt im Forschungs- und Innovationszentrum in München unter anderem Achs-, Karosserie-, Rollen- und Akustikprüfstände. - Bild: BMW Group

Der Ölverbrauch der verschiedenen Prüfstände schwankt stark. Um mehrere von ihnen mit einer zentralen Ölversorgung zu betreiben, bietet sich vereinfacht ausgedrückt eine zentrale Ölversorgung als Konstantdrucksystem mit Verstellpumpen an. Das Druckölnetz ist dann vergleichbar mit einem Druckluftnetz, das beliebig angezapft werden kann. Bei diesem System wird der Druck in der Sammelleitung durch die Axialkolbenpumpen (Verstellpumpen) aufrechterhalten. Sie sind in der Lage, Druckeinbrüche sofort auszugleichen. Die Firma Schnupp verließ sich bei diesem Projekt nicht nur auf ihre Erfahrung, sondern setzte ein Simulations- und Berechnungsprogramm ein. Die Anlage konzipierten die Projekteure so, dass sich zukünftige Ausbaustufen problemlos und während des Betriebs realisieren lassen.

Die Zentralhydraulik benötigt eine Aufstellfläche von etwa 200 m2. Daher steht sie im Untergeschoss des Gebäudes. Die Hauptbaugruppen wie Behälter, Rohrleitungen, Zuschaltblöcke, Schaltschränke dorthin zu befördern, war eine logistische Herausforderung. Eine klare Aufteilung in Rücklaufbehälter, Leckölbehälter und Hauptölbehälter hat sich in der Vergangenheit bewährt, deshalb ging das Unternehmen auch diesmal so vor.

Die Ölbehälter wurden im CAD strömungstechnisch auf eine gute Ölberuhigung (Luftabscheidung) beziehungsweise Filtration hin optimiert. Den maximalen Ölvolumenstrom von 2.400 l/min teilte Schnupp gleichmäßig auf sieben Motoren beziehungsweise Pumpeneinheiten auf. Das hat den Vorteil, dass sich der Volumenstrom bedarfsgerecht bereitstellen lässt, indem Motoren beziehungsweise Pumpeneinheiten kurzfristig zu- oder weggeschaltet werden.

Zentralhydraulik effizienter machen

Aufstellfläche, Bild: Schnupp
Das System enthält insgesamt etwa 31.000 l Öl und benötigt eine Aufstellfläche von 200 m2. - Bild: Schnupp

Bei dem System treiben wassergekühlte Asynchronmotoren die Axialkolbenpumpen an, die mit einem intelligenten Regler ausgestattet sind. Das Öl-Versorgungsleitungsnetz teilte der Hydraulikspezialist in drei Hauptstränge auf mit einer Gesamtlänge von etwa 200 m, die schweißlos installiert wurden. Eine Herausforderung war die Schall- und Schwingungsentkopplung sowie Druckstöße und Längenausdehnung. Vor jedem Prüfstand montierte das Fachpersonal Zu- und Abschaltblöcke mit Sicherheitsfunktionen nach Performance Level d. Die gesamte elektrische Installation mit zugehöriger Steuerung und Regelung realisierte die Steuerungstechnikabteilung der Firma Schnupp komplett. Bei der Installation mussten die besonderen Anforderungen nach EMV-ILA umgesetzt werden. Eine Visualisierung erleichtert dem Personal den Betrieb der Zentralhydraulik und zeigt die Betriebszustände an.

Die bedarfsgerechte Ölvorversorgung wird durch eine intelligente Kommunikation zwischen Prüfständen und Zentralhydraulik über eine Forecast-Steuerung sichergestellt. Die Lösung spart eine erhebliche Menge Energie ein. Um eine möglichst hohe Anlagenverfügbarkeit zu erreichen, wählte das Hydraulikunternehmen für das Zentralaggregat die technisch bestmöglichen Komponenten aus, die derzeit am Markt verfügbar sind. Die komplette Planung, Projektierung, Konstruktion der Hydraulik, Elektrik, Steuerungs- und Regelungstechnik, einschließlich Montage und Inbetriebnahme erledigte Schnupp.

Auf einen Blick

Schnupp hat für das Forschungs- und Innovationszentrum eines Fahrzeugherstellers in München eine Zentralhydraulik konzipiert, konstruiert und montiert, die vier Prüfstände versorgt. Der maximale Ölvolumenstrom liegt bei 2.400 l/min.

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