Hydrauliksysteme sind aufgrund ihrer vielen Eigenschaften, wie z. B. der Leistungsdichte, zur langfristigen Wahl für viele nicht für den Straßenverkehr bestimmte mobile Maschinen geworden. Aufgrund immer strengerer Vorschriften und des kontinuierlichen technologischen Fortschritts wird erwartet, dass sich die Elektrifizierung in den letzten Jahren zum Mainstream-Trend der Zukunft entwickeln wird.
Wenn also traditionelle hydraulische Technologie auf elektrische Technologie trifft, welche Art von Funke wird es dann geben?
Heute besprechen wir, wie wir die hydraulische und elektrische Technologie nutzen können, um hydraulische Komponenten, Motoren und Fahrzeugsteuerungen zu kombinieren, um die Maschinenleistung zu optimieren und die Herausforderungen der Zukunft zu meistern.
01. Das Hydrauliksystem verschwindet nicht
Der Markt investiert mehr Geld als je zuvor in die Elektrotechnikforschung. Laut einer Reuters-Analyse planen globale Automobilhersteller, bis 2030 mehr als 5 Billionen US-Dollar in die Forschung und Entwicklung von Elektrofahrzeugen und Batterien auszugeben. Durch die Steigerung der Investitionen wollen sie den Ausstieg aus Fahrzeugen mit fossilen Brennstoffen erreichen und immer strengere Dekarbonisierungsziele erreichen. Alle Investitionen haben ein gemeinsames Ziel: die frühzeitige Popularisierung elektrischer Systeme. Das heißt aber nicht, dass sie überall sein werden, insbesondere bei Hydrauliksystemen in bestimmten Arbeitsszenarien, und sie werden auch nicht so schnell verschwinden. In manchen Anwendungen ist ein hydraulisches System das geeignetere System.
Die Leistungsdichte des hydraulischen Systems ist sehr gut und seine Bedeutung im Bereich der Kraftübertragung liegt auf der Hand.
Es wurde festgestellt, dass der Einbau elektrischer Systeme in hydraulische Systeme die Produktleistung verbessern und den Lärm reduzieren kann. Vielversprechender sind vielmehr Technologien, die die Vorteile der Hydraulik- und Elektrotechnik vereinen. Die Industrie nutzt verschiedene Möglichkeiten, Elektrotechnik mit bestehenden Plattformen zu kombinieren, um die Leistungsdichte und Effizienz zu verbessern.
02. Kombination aus hydraulischem und elektrischem Design
Wir müssen traditionelle Technologie nutzen, sie aber verbessern, indem wir die Vorteile der Hydrauliktechnologie und des Elektroantriebs kombinieren, um die Vorteile der Elektrifizierung zu maximieren.
Allerdings wird es nicht einfach sein, die richtige Balance zu finden. Hersteller von Laufmaschinen streben eine Elektrifizierung des Antriebsstrangs an. Die Hauptprobleme, mit denen sie konfrontiert sind, bestehen darin, wie sie den Geräten ausreichend Drehmoment zur Verfügung stellen und den Strom effizient nutzen können. Wie bei Übertragungssystemen erfordert die Konstruktion von Übertragungskomponenten basierend auf der maximalen Last, die zum Heben oder Bewegen der Ausrüstung erforderlich ist, genaue Berechnungen. Bei einem Bagger voller Größe müssen die Grabzeit und der Arbeitsaufwand im Laufe des Tages berücksichtigt werden. Dieses Werkzeug wird normalerweise hydraulisch angetrieben und bezieht Druck und Durchfluss von einer Pumpe, die von einem Dieselmotor einer Laufmaschine angetrieben wird. In einem vollelektrischen System kann das Werkzeug von einem Hochleistungsmotor angetrieben werden, der Kugelumlaufspindeln oder andere lineare Komponenten antreibt. Allerdings können selbst bei Hybridplattformen die Größe des Aktuators, der die Aufgabe tatsächlich ausführt, und sein Stromverbrauch groß sein.
Die Kombination von elektrischer und hydraulischer Energie ist eine effizientere Lösung. Um eine Last mit einem bestimmten Gewicht zu bewegen, muss eine bestimmte Leistung erreicht werden, sei es die Spannung und der Strom des Motors oder der Durchfluss und der Druck des Zylinders, und schließlich das zur Erzeugung der Arbeit erforderliche Drehmoment. Der Motor nutzt einen Generator anstelle eines Dieselmotors, um das Hydrauliksystem anzutreiben. Der Generator treibt eine offene Hydraulikpumpe an, die die Zylinder, die die Baggerwerkzeuge antreiben, mit Strom versorgt. Dabei werden die hervorragenden Leistungsdichteeigenschaften des Hydrauliksystems genutzt und gleichzeitig leistungstechnisch von einem Verbrennungsmotorsystem auf einen Elektroantrieb umgestellt. Durch die Optimierung der hydraulischen und elektrischen Systeme kamen wir zu dem wichtigen Schluss, dass wir beide Systeme gemeinsam nutzen sollten und uns dabei auf die Rolle einzelner Komponenten im Gesamtsystem konzentrieren sollten, anstatt uns nur auf einzelne Komponenten zu konzentrieren.
03. Hybridantrieb ist heute der Mainstream
Trotz der Fortschritte in der Batterie- und Brennstoffzellentechnologie sind sie immer noch nicht in der Lage, den hohen Leistungsbedarf vieler schwerer Fahrzeuge, insbesondere von Geländefahrzeugen, unter rauen Bedingungen zu decken. Da sich Batterien ständig weiterentwickeln und danach streben, die Fesseln zu sprengen, die die Verbreitung der Elektrifizierung einschränken, sind Hybridantriebe die ideale Übergangslösung. Hybridsysteme eignen sich besonders für große Geräte mit langen Betriebszyklen, die hinsichtlich der Gesamtbetriebskosten nicht für rein elektrische Systeme geeignet sind.
Hybridgeräte kombinieren die Leistungsdichte eines Dieselgenerators mit der Emissionsreduzierungsleistung einer Batterie, enthalten einen kleineren Dieselmotor sowie eine wiederaufladbare Batterie und einen Motor und erfüllen gleichzeitig die Anforderungen eines hochintensiven Betriebs und geringer Emissionen. Bisher wurden Hybridsysteme hauptsächlich für den Antrieb von Arbeitsfunktionen eingesetzt, können aber auch die Abschleppfunktionen von großen Lkw und Bussen antreiben.
04. Die Zukunft ist eine elektrische Welt
Die Elektrifizierung von Fahrzeugen und Geräten hat sich in den letzten Jahren allmählich beschleunigt, auch bei schweren Geräten (wenn auch in relativ langsamem Tempo). Angesichts des aktuellen Tempos der technologischen Entwicklung gehen viele in der Branche davon aus, dass sich die Fortschritte in Richtung Elektrifizierung nach 2030 weiter beschleunigen werden.
