Fendt-Traktor

Team-Verbundprojekt: Bei einem Fendt-Traktor ersetzten die Forscher die Hydrostatik durch hochdrehende Elektromotoren. Bild: VKA

Nach einer aktuellen Studie von McKinsey und VDMA sind 97 Prozent der deutschen Maschinenbau-Unternehmen Innovationsführer oder frühe Innovationsfolger. Entsprechend großen Wert legen die Unternehmen auf Forschung und Entwicklung. In der Hydraulik und Pneumatik spielt der Forschungsfonds Fluidtechnik dabei eine wichtige Rolle. Die VDMA-Organisation hat sich die industriebezogene Gemeinschaftsforschung auf die Fahnen geschrieben. Teilweise finanziert sie Projekte selbst, teilweise fördert der Verein Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ (AiF) die Vorhaben mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie.

Aufgelöste Steuerkanten

TU Dresden: Vergleich eines ventilgesteuerten Antriebs mit 4/3-Proportionalwegenventilen (li.) und eines Antriebs mit aufgelösten Steuerkanten. Bild: TU Dresden

Aktuell beteiligen sich 60 Firmen am Fonds. Je nach Umsatz steuern die Mitglieder pro Jahr 2350 bis 45.750 Euro bei (Stand: 2014). 13 Projekte laufen derzeit, zehn befinden sich im Beantragungsverfahren, sieben weitere wurden im Juni dieses Jahres beschlossen und sind in der Vorbereitungsphase. Die Themen sind bunt gemischt, häufig geht es um Energie und Effizienz in all ihren Spielarten – von der Verringerung der Leckage, über energiesparende Antriebe bis zu Wirkungsgradsteigerung durch geänderte Verstellsysteme.

An der TU Dresden beispielsweise analysieren Wissenschaftler unter der Leitung von Professor Jürgen Weber das Potenzial von ventilgesteuerten Antrieben mit aufgelösten Steuerkanten in stationären Maschinen, zum Beispiel in Werkzeugmaschinen und Windenergieanlagen. Unter anderem sind es die vergleichsweise geringen Investitionskosten, welche diese ventilgesteuerten, hydraulischen Antriebe beliebt machen. Preisgünstig ist es, 4/3-Proportionalwegeventile zu verwenden, besonders bei Maschinen, bei denen eine Pumpe parallel mehrere Achsen versorgt.

Reibkraft Prüfstand

Reibkraftprüfstand für Einzeldichtungen an der Uni Stuttgart: Die Wissenschaftler untersuchen Vorgänge im Dichtspalt. Sie wollen herausfinden, welchen Einfluss die Oberflächenrauheit der Hydraulikstangen hat. Bild: Universität Stuttgart

Diese Systeme weisen jedoch Energieverluste auf, die durch das Prinzip der gekoppelten Zu- und Ablaufkanten entstehen: Bei drückenden Lasten geht Energie an der Ablaufkante verloren, bei ziehenden Lasten an der Zulaufkante. Um die Drosselverluste zu verringern, verwenden die Wissenschaftler vom Institut für Fluidtechnik anstelle eines gemeinsamen Ventils zwei getrennte Ventile für den Zu- und Ablauf des Aktors. Für diese Anordnung entwickeln sie nicht nur Regelungskonzepte, sondern schätzen auch den technischen Aufwand für deren Realisierung ab. Außerdem sind die Auswirkungen auf andere Betriebseigenschaften wie Stelldynamik und Positioniergenauigkeit Teil des Projektes.

Vorhersage und Wirklichkeit am Dichtspalt

Um eine ganz andere Art von Kanten sowie Täler und Poren geht es am Institut für Maschinenelemente der Universität Stuttgart. Hier untersuchen Mitarbeiter, wie sich die Topografie der Hydraulikstange auf Reibung und Leckage auswirkt. Mit der Beschreibung des Abdichtmechanismus, welche derzeit verwendet wird, lassen sich bestimmte Phänomene in Dichtsystemen nicht erklären. Auch beziehen sich diese Spezifikationen in aller Regel auf hartverchromte Hydraulikstangen und versagen bei alternativen Oberflächen wie keramischen Hartstoffschichten.

Leckage Prüfstand

Mehrfachprüfstand für Reibung und Leckage: Dichtsysteme zeigen Phänomene, die sich mit der bislang gebräuchlichen Beschreibung nicht erklären lassen. Die Reibkraft fällt im Experiment höher aus als berechnet. Bild: Universität Stuttgart

Stangen aus diesen Werkstoffen zeigen hauptsächlich ihrer Topografie wegen ein anderes Verhalten am Dichtspalt. Ziel des Projektes ist daher, den Kontakt von Dichtung und Stange messtechnisch zu erfassen und zu simulieren. Später sollen Anwender einen repräsentativen Oberflächenausschnitt der Stange vermessen und anhand der Forschungsergebnisse beurteilen, ob mit hoher Reibung oder Leckage zu rechnen ist.

Eines der Projekte, die sich dem Ende zuneigen, ist das Team-Verbundvorhaben. Darin geht es um die Entwicklung von Technologien für energiesparende Antriebe in mobilen Arbeitsmaschinen. Noch bis Ende Januar läuft die Kooperation, an der sich mehrere Maschinenhersteller, fünf Institute sowie der VDMA beteiligen.

Die Arbeit an dem Thema soll jedoch weitergehen, um offene gebliebene Fragen zu klären. „Wir bemühen uns zusammen mit dem VDMA und der Industrie um eine Anschlussfinanzierung und versuchen ein Forschungsrahmenprogramm für Arbeitsmaschinen auf die Beine zu stellen“, berichtet Professor Marcus Geimer vom Lehrstuhl für Mobile Arbeitsmaschinen am KIT.

Autorin: Dagmar Oberndorfer, Redaktion