Optimierung von Radladern durch ganzheitliche Betrachtung

Bei einem Radlader arbeiten vier Hauptsubsysteme zusammen: das Getriebe, die Arbeitsfunktion, die Lenkung und das Wärmemanagement. Man ist geneigt, sie als voneinander unabhängig zu betrachten, allerdings trägt dies zu erheblichen Problemen bei für den Endkunden, Maschinenbesitzer oder Maschinenführer.

Betrachten Sie zum Beispiel einen Radlader, der ein Lastschaltgetriebe mit Drehmomentwandler verwendet: Wenn der Fahrantrieb und die Arbeitshydraulik als separate Elemente auf dem Radlader behandelt werden, besteht der typische Dimensionierungsprozess darin, jeder Funktion ein bestimmtes Motordrehmoment zuzuordnen. Auf diese Weise geht die Dimensionierung der Maschine immer davon aus, dass beide Funktionen – Arbeitshydraulik und Fahrantrieb – gleichzeitig aktiv sind, um ein Abwürgen des Verbrennungsmotors zu vermeiden und die erforderliche Zugkraft zu erreichen.

Problematisch kann diese klassische Dimensionierungsmethode sein, wenn die Maschine die Fahrantriebs- oder Arbeitshydraulik nicht voll ausnutzt. Denn das bedeutet, dass installierte Motorleistung vorhanden ist, die nicht benötigt wird. Damit ist der Motor überdimensioniert. Motordrehzahl und parasitäre Verluste sind unnötig hoch und es werden zusätzliche Maschinenkosten verursacht. Außerdem reduziert sich die Produktionseffizienz, während die Betriebskosten steigen.

Wenn Sie die gesamte Maschine als ein zusammenhängendes System und nicht als eine Reihe von gleichzeitigen, unabhängigen Systemen bewerten, können alle Funktionen auf das Zusammenwirken hin optimiert werden. In diesem Szenario würde der Radlader so konzipiert, dass er die Motorleistung genau dort zuweist, wo sie benötigt wird (basierend auf den Betriebsbedingungen), anstatt innerhalb der festen Zuteilungsbeschränkungen zu arbeiten.

Solche Szenarien sind realisierbar, wenn der Motor und die anderen Komponenten alle im selben Netzwerk arbeiten. Dies ermöglicht eine stufenlose Anpassung der bereitgestellten Leistung an den Bedarf, egal ob es um Fahrantrieb, Arbeitsfunktionen, Lüfterantrieb oder Solldrehzahländerungen geht. Die Parameter sind stufenlos einstellbar.

Der Kraftstoffverbrauch wird reduziert, wenn ein Radlader auf Maschinenebene optimiert wird, was zu einer besseren Rendite der Radladerinvestition führt. Grundsätzlich wird mehr von der verfügbaren Motorleistung bei einem wesentlich effizienteren Betriebszustand genutzt.

Die Optimierung des gesamten Radladermaschinendesigns kann Herstellern außerdem helfen, die unterschiedlichen Anforderungen an einen globalen Kundenstamm zu erfüllen. Wird die Integration von Hydraulik und Elektronik berücksichtigt, kann die Maschine an eine bestimmte Benutzergruppen angepasst werden: Ähnlich wie bei den gängigen Fahrmodi im Automobil können Sie die Eigenschaften des Laders an den jeweiligen Kunden, die jeweilige Anwendung und Region anpassen.

Das vereinfacht auch die Designprozesse. Wenn beispielsweise die Anforderungen an die Fahrantriebe in China aggressiver sind als bei nordeuropäischen Kunden, können innerhalb desselben Designs mit einigen Software-Parameter-Änderungen unterschiedliche Eigenschaften realisiert werden. Auch zwischen Nord- und Südeuropa unterscheiden sich die Anforderungen der Kunden. Hersteller mit einem stärker lokalisierten, aber dennoch differenzierten Kundenstamm können die Radladereinstellungen anpassen, um entweder die nordeuropäischen Komfortanforderungen des Fahrers oder die gestiegenen Leistungserwartungen Südeuropas zu erfüllen, ohne das Maschinendesign zu ändern.

Mit hydrostatischen oder hydromechanischen Getrieben können aufgrund derer Stufenlosigkeit und Anpassbarkeit verschiedene Kundenbedürfnisse über die Software bedient werden. Ist hingegen ein herkömmliches Drehmomentwandlergetriebe verbaut, muss ein völlig neues Getriebe und/oder ein neuer Drehmomentwandler verwendet werden, um die Systemleistung anzupassen. Jede Revision erfordert dann die Definition der Hardware, deren Beschaffung, Installation und schließlich das Testen. Diese Änderungen verlängern die Designzyklen und die Fertigungszeit, was letztlich zu höheren Gesamtkosten führt und die Markteinführung verzögert.

Die Optimierung des Hydrauliksystems des Radladers ist eine der wichtigsten Maßnahmen, die ein Hersteller zur Verbesserung der Produktivität ergreifen kann. Radlader in früheren Jahren nutzten eine mechanische Verbindung zum Hauptsteuerventil. Das Problem bei dieser Konstruktionsweise ist, dass sie komplex, laut und ermüdend für den Bediener ist und schnell Verschleiß auftritt. Hersteller wandten sich dann der hydraulischen Vorsteuerung zu, die für bessere Betriebsbedingungen, geringeren Krafteinsatz seitens des Bedieners und eine höhere Leistung sorgte.

Beide Varianten weisen Einschränkungen auf: Welche Bewegung auch immer auf dem Joystick erzeugt wird, es entsteht eine proportionale Steuerung des Ventilschiebers, was zu niedriger Flexibilität des Designs und der Funktionalität führt. Die Funktionen werden durch die Hardware des Radladerdesigns eingeschränkt und die Leistung der Maschine wird durch die installierten Komponenten bestimmt. Die Änderung der Leistung erforderte eine Anpassung der Komponenten.

Die Entwicklung zu einem elektrohydraulischen System ermöglicht es, flexibel auf die Betriebsbedingungen der Maschine zu reagieren. Geändert werden einfach nur die Softwareparameter. So wird die Maschinenleistung innerhalb von Minuten statt Wochen angepasst. Nehmen wir zum Beispiel einen neuen Maschinenführer. Mit einem elektrohydraulischen System ist es möglich, eine „Anfänger-Einstellung“ zu programmieren, was bedeutet, dass das System weniger aggressiv reagiert. Mit zunehmender Qualifikation der bedienenden Person kann die Einstellung angepasst werden, um die Reaktionsfähigkeit und Aggressivität für ein Höchstmaß an Leistung zu erhöhen.

In einem anderen Fall, bei Kompakt-Radladern, erhöht ein elektrohydraulisches System die Flexibilität der gesamten Maschinenkonstruktion. Ein kompakter Lader muss mit mehreren Anbaugeräten arbeiten, von der herkömmlichen Schaufel bis hin zu rotierende Anbaugeräten, wie beispielsweise einem Kehrbesen oder Mähgerät. Die Anforderungen dieser Anbaugeräte sind sehr spezifisch und erfordern erhebliche Unterschiede in der Maschinensteuerung.

Mit einem rein hydraulisch gesteuerten System würde die Konstruktion des Radladers, um auf diese unterschiedlichen Anforderungen zu reagieren, eine einzigartige Anpassung erfordern, was die Markteinführungszeit und die Komplexität des Designs erhöht. Um das Maschinenverhalten mit einem elektrohydraulischen System zu ändern, ist nur ein Moduswechsel erforderlich.

Es gibt noch weitere Vorteile elektrohydraulischer Systeme. Dazu zählen Endlagendämpfung, variable Schaufelpositionierung, elektronische Nivellierung und eine variable Return-to-dig-Funktion, um nur eine kleine Auswahl zu nennen. Im Wesentlichen können Sie das Radlader-Design so gestalten, dass es den breiten Anforderungen des gesamten Kundenstamms gerecht wird. Mit diesen Fähigkeiten kann ein Radlader morgen andere Funktionalitäten haben als heute - mit wenigen Parameteränderungen.

Die Vereinfachung des Radlader-Designs verbessert die Produktivität und die Leistung. Das Resultat sind kürzere Markteinführungszeiten und höhere Rentabilität. do